物理化学
九料化工https://www.999gou.cn / 2020-10-17
物理化学是化学中一个内容十分广泛的分支学科，它以物理学的原理和实验技术为基础，研究化学体系所遵循的规律的学科，是化学的理论基础，有时又称它为理论化学。物理化学的内容大体上可分为三个方面:
1.化学热力学
化学热力学是将物理学中的热力学基本原理，用于化学体系研究宏观平衡态的性质及规律。物理学中热力学所依据的基本规律是热力学第零定律、热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律。从这些定律出发，用数学方法加以演绎推论，结合热化学数据用以解决化学体系发生的化学变化和物理变化的方向和进行的限度问题。根据体系的物态和性质，它又有若干分支学科:热力学、电化学、溶液化学、胶体与表面化学等。
2.化学动力学
化学动力学是研究由于化学或物理因素的扰动而使体系中发生的化学变化过程的速度和变化机理。它的分支学科有:催化、分子反应动力学、光化学、分子动态物理化学和分子激发态谱学等。
3.结构化学和量子化学
结构化学是将现代物理学中建立的物理理论和实验方法(例如光谱学、光的衍射原理和技术、固体物理学和量子力学等)和化学融合在一起，用于研究原子、分子和晶体中原子和分子的空间结构、电子状态和化学键等内容，归纳出物质在原子-分子水平上的微观结构规律、微观结构和宏观性能相互联系的规律，并将所得结果应用于化学各个分支学科中并形成多种分支学科，如:晶体化学、无机结构化学、有机结构化学、量子有机化学、量子无机化学、超分子化学等量子化学是将量子力学的原理和方法应用于研究化学问题的一门基础学科。量子力学是根据电子、原子和分子等微观粒子具有波粒二象性的运动特征和运动规律，遵循它们的量子化特性和统计性特征建立起来的。1929年，海特勒一伦敦首次用薛定谔方程计算最简单氢分子的能量和电子能级，获得很大的成功，这是量子化学学科的开创性工作。
量子化学已成为现代物质结构理论的基础。量子化学的主要内容是通过求解微观体系的薛定谔方程，得到原子及分子中电子运动和核运动的波函数及相应的能量，揭示它们相互作用的图像及化学键的本质，解释各种图谱对应的微观结构了解分子的稳定性及化学反应机理，说明结构和性能的关系。随着新的理论和计算技术的发展，量子化学在化学领域中的作用日益增长。量子化学是发展各个新兴的化学分支学科的重要理论基础，是指导化学家去开发和制备各类新材料的依据。
在物理化学的诸多分支学科中，下面举三个为例，说明物理化学与国计民生密切相关，也和物理学、生命科学、医药科学、材料科学、地学、治金学等有着广泛而密切的联系。
1.电化学
电化学，涉及电流与化学反应的相互作用，以及电能与化学能的相互转化。这些效应都是通过电池来实现的，故电化学实为电池的科学。电池包括电极和电解质两部分，其基础内容相应分为电极学(电极的热力学和动力学)和电解质学(电解质的热力学和动力学)两方面。电化学的应用领域广泛，如电解、电镀、化学电源、金属腐蚀等，这些都属于电化学工业(电化工)。
2.催化
催化是催化作用的简称，是化学家以催化剂为魔杖，指挥化学反应沿着指定的途径进行，生产出所需的产品，还根据需要加速或放慢化学反应进行的速度。它已在化学的各个分支学科中广泛地应用。下面通过一些应用实例介绍催化学科的内容。无机化学家制备出铁催化剂将N2和H1合成NH3，生产价廉、物美的氮肥，使粮食丰收，惠及亿万人民有机化学家在石油炼制过程中用催化剂将重油裂解生产出航空汽油，提高油品的价值。食品专家寻找出宝贵的酒作催化剂，酿造出高品位的好酒。药物学家筛选出合适的酶作催化剂以葡萄糖为原料合成出价格低廉、具有特定立体结构、适合人们服用的维生素C。可见催化作用已使化学家“化”出丰富多彩的产品。还有许多问题，例如减缓高分子材料的老化、减慢人体衰老过程、延长人体寿命等，有待催
化去催它实现。
3.晶体化学
晶体化学又称结晶化学。它是晶体学和化学结合形成的交又学科，是研究晶态物质的化学，它研究晶体的制备、组成、结构、性能和应用的科学。晶体结构具有空间点阵式的周期性结构，在晶体中原子的排列相对稳定。近一个世纪以来，科学技术的发展已为深人地、精确地研究晶体的结构提供了符合实际的理论、有效的方法和先进的仪器设备，快速而精确地测定晶体结构，为在原子水平上探讨晶体的结构性质及其应用提供全面的微观结构数据。它涉及无机化学有机化学、生物化学、矿物学等基础学科及相关的固体化学和材料化学，成为现代化学的重要基础，也是材料科学和生命科学深入发展的重要支柱。
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