物理化学的发展史

1752年,“物理化学”的概念最早是由俄罗斯科学家洛莫诺夫在圣彼得堡大学的一门真物理化学的课程中提出的。

一般认为,物理化学作为一门学科的正式形成始于德国化学家奥斯特瓦尔德和荷兰化学家万托夫在1877年创办的《物理化学杂志》。从这一时期到20世纪初,物理化学的特点是化学热力学的蓬勃发展。

热力学第一定律和热力学第二定律广泛应用于研究各种化学体系,尤其是溶液体系。吉布斯对多相平衡体系的研究和范托夫对化学平衡的研究,阿伦尼乌斯的电离理论和能斯特的热力学定理的发现,都是对化学热力学的重要贡献。

当刘易斯在1906中提出处理非理想体系的逸度和活度概念及其确定方法时,化学热力学的所有基础都已经具备。劳厄和布拉格对X射线晶体结构的创造性研究为经典结晶学发展到现代结晶化学奠定了基础。阿伦尼乌斯的化学反应活化能概念和博登施坦、能斯特的链式反应概念也对后来化学动力学的发展做出了重要贡献。

20世纪20-40年代,结构化学处于领先发展时期。此时,物理化学研究已经渗透到微观的原子和分子世界,改变了人们对分子内部结构复杂性的无知。

从65438年到0926年,量子力学研究的兴起不仅带来了物理学的高潮,也给物理化学研究带来了巨大的影响。特别是在1927年,海和伦敦对氢分子问题的量子力学处理,为路易在1916年提出的* *享电子对的* * *价键概念提供了理论基础。1931中,鲍林和斯莱特将这种处理方法推广到其他双原子分子和多原子分子,形成了化学键的价键法。1932中,马力肯和胡德在处理氢分子问题时,根据不同的物理模型采用了不同的试探波函数,从而发展了分子轨道方法。

价键法和分子轨道法已成为现代化学键理论的基础。Pauling等人提出的轨道杂化方法以及氢键和电负性的概念对结构化学的发展也起了重要作用。在此期间,物理化学的其他分支或多或少都是微观的,如hinshelwood和Semenoff发展的自由基链式反应动力学,德拜和Huckel的强电解质离子相互吸引理论,电化学中电极过程研究的进展——氢超电压理论。

从第二次世界大战到20世纪60年代,物理化学的特点是实验研究方法和测量技术,特别是各种光谱技术的迅速发展,以及由此产生的丰硕成果。

随着电子学、高真空和计算机技术的迅速发展,物理化学的传统实验方法和测量技术的准确度、精密度和时间分辨率都有了很大的提高,出现了许多新的光谱技术。随着光谱学和其他光谱学的时间分辨率、自动控制和记录手段的不断提高,物理化学的研究对象已经超越了基态的稳定分子,开始进入各种激发态的研究领域。

光化学最初取得巨大进展,是因为光谱的研究阐明了光化学初始过程的本质,促进了各种化学反应机理的研究。这些快速灵敏的检测方法可以发现反应过程中的瞬态中间产物,使反应机理不再只是从反应速率方程中猜测。这些检测方法也极大地促进了化学动力学的发展。

先进的仪器设备和检测手段也大大缩短了确定结构的时间,使晶体化学在确定复杂生物大分子的晶体结构方面取得了重大突破。青霉素、维生素B12、蛋白质和胰岛素的结构测定以及脱氧核糖核酸螺旋体构型的测定都取得了成功。电子能谱的出现使结构化学的研究从体相转向表面相,这是研究固体表面和催化剂的一种强有力的新方法。

20世纪60年代,激光的发明和激光技术的不断进步。大容量高速电子计算机的出现和微弱信号检测方法的发明,催生了物理化学新的生长点。

自20世纪70年代以来,分子反应动力学、激光化学和表面结构化学代表了物理化学的前沿。研究对象从一般的成键分子扩展到准成键分子、范德华分子、原子团簇、分子团簇和非化学计量化合物。在实验中,不仅可以控制压力、压强等化学反应的条件,还可以控制反应物分子的内部量子态、能量和空间取向。

在理论研究方面,快速大规模电子计算机加速了量子化学在定量计算方面的发展。对许多化学系统来说,薛定谔方程不再难以捉摸。福井健一提出的前线轨道理论和伍德沃德、霍夫曼提出的分子轨道对称性守恒定律的建立是量子化学的重要发展。

物理化学还在吸收物理学和数学的研究成果。例如,20世纪70年代初,普里戈金提出了耗散结构理论,使非平衡态理论的研究取得了可喜的进展,加深了人们对远离平衡态系统稳定性的认识。

中国物理化学的发展历史大致可以分为两个阶段,以1949年中华人民共和国成立为界。上世纪三四十年代,虽然当时物质条件薄弱,但老一辈物理化学家不仅在化学热力学、电化学、胶体与表面化学、分子光谱学、X射线晶体学、量子化学等方面取得了相当大的成就,还培养了许多物理化学方面的人才。

1949之后,经过几十年的努力,各高校纷纷成立物理化学教研室,培养人才。同时,在中国科学院有关研究所和重点高校建立了物理化学研究室,在结构化学、量子化学、催化、电化学、分子反应动力学等方面取得了可喜的成果。