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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 无机/物化 » 物理化学 » 初学者想知道物理化学的意义。。。
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cgq88

至尊木虫 (知名作家)

【答案】应助回帖

★
白水素月(m0378代发): 金币+1, 只剩一个金币了，只能发一个。欢迎常来应助。 2013-07-20 02:05:45
现代科学的研究方法主要有两种：归纳法和演绎法。
通俗地说，归纳法就是归纳总结实验事实，而演绎法就是推导计算、逻辑推理。
化学学科，在物理化学这个分支出现之前，普遍采用归纳法进行研究。例如，元素周期律、有机化学中的“马氏规则”、“查氏规则”等都是归纳法的产物，其中包含了众多实验化学家夜以继日辛勤劳动的结晶。
然而，若一门学科仅仅依靠归纳法，在其发展到一定程度之后必然会遇到瓶颈。这是由归纳法本身的特点所决定的。归纳法所依赖的(大量的)实验探索，从本质上讲还是有一定的盲目尝试的成分。而要从根本上避免这种盲目，就需要从归纳法逐渐过渡到演绎法。
演绎法的精髓在于：从有限的几条公理(即大家都默认正确的“真理”)出发，通过数学推演或逻辑推理，得到更多具有实际意义的结论，从而指导研究并预测实验事实。
公理的建立通常而言是一项极富冒险性质的活动——首先，是同一理论体系内各公理之间自洽性的保证。如果一个理论体系内各条公理之间都存在无法自洽的情况，那么这个公理体系必定是失败的。其次，即使各条公理之间完美自洽，如果由该公理体系经数学或逻辑推导得出的任何一条推论与实验事实不符(此处的不符并非指有偏差，而是指完全矛盾)，即宣告该公理体系的失败。因此，任何一个成熟的公理体系的建立，在初期都要付出艰辛的劳动。
然而，一旦一个成功的公理体系得以建立，则从其中得到的“回报”将是数百次甚至上千次盲目的精密实验都无法比拟的。
当今，最为成功的公理体系可能就要属热力学体系了。由热力学四大定律推导得到的大量结论，经过了几百年的考验而尚未发现有违反实验事实的地方。
在化学学科当中，传统的无机化学与有机化学总体上使用的是归纳法，而物理化学使用的主要就是演绎法。物理化学的理论基础——热力学、统计物理学和量子力学，都是建立在各自的公理体系之上的，而通过演绎法，物理化学已经为无机和有机化学注入了新的活力——无机和有机化学中总结出的大量反应事实都已经可以从理论层面上(无论是从微观角度还是从宏观角度)得到说明，并且可以对未知物质的结构和性质以及尚未进行实验研究的反应的条件和实验结果作出合理的预测。科学家们甚至可以在目前实验设备还达不到要求的情况下，通过计算机模拟来“看到”反应发生时各个分子的变化、原子(团)的迁移过程，以及模拟极端条件下的化学过程(而不必亲自进行危险的实验)，这无疑是令人心动的。而这一切，都与演绎法严密的数学和逻辑基础不可分割。
要学好物理化学，关键就在于掌握演绎法的精髓。书中的公式要尽可能地自己推导一遍，只有这样，才能清晰地明白为什么结论如此，为什么结论的适用条件又是如此。在仔细体会了演绎法的精髓之后，才有可能进一步利用演绎法，得到新的、自己感兴趣的推论，从而为自己提供新的研究方向，或者为设计新的实验提供理论依据，避免盲目的探索与尝试。

[ 发自手机版 http://muchong.com/3g ]
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31楼2013-07-20 01:12:53
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mbchen

专家顾问 (著名写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★
冰点降温: 金币+3, ICEPI+1, 谢谢专家解答，分享物理化学背后的故事。 2016-08-03 09:48:25
引用回帖:
27楼: Originally posted by nyfith at 2012-07-22 19:04:15
七月十多号期末考才结束，考完后又有一些事耽搁了，现在才来回一下贴，希望能有帮助。
以下是我的个人理解，请参考：

物理化学有三个理论基础，分别是热力学，统计力学，量子力学。目前，在我们本科阶段，热力学 ...

回答得很好。
只是有一段，即“而焓本身没有意义，是人为规定的一个物理量，没有物理意义……”，是不对的。

四大化学中，物理化学是灵魂。也就是化学的道理只有在物理化学中才能不含糊地说出来，其他化学说起道理来，往往是模糊地说个大概。第一个看出这点的人是里加大学的Ostwald。

1871年F. Ostwald说：“用物理的火炬照亮化学的暗室”。就是这个意思，即化学的道理要到物理中去找。于是物理化学诞生了。F. Ostwald被后人誉为物理化学之父。是第一个没有化学产品的化学家。1909年的诺贝尔化学奖得主。

关于“化学的道理要到物理中去找”这个观点上，直到20世纪50年代还不能那么清楚地说出来。化学界保守势力强的很。世界著名的有机化学权威Henry Armstrong在1930年代的一番话颇具代表性，他说：“ 事实是，物理化学家从来不运用自己的眼睛，最可悲的是缺乏化学教养。我们应该把这些物理因素彻底地从我们中间剔除出去，并回到我们的实验室里来。”【见哈格的《鲍林传》复旦大学出版社】直到90年代初的中国，化学界的主流意识还是认为“化学有化学的规律”，意在排斥物理思想的侵入。

有的书中把Ostwald、van't Hoff 和Arrhenius称为物理化学的奠基人，那是因为他们三人创办了第一份物理化学杂志（德文）。其中的核心还是Ostwald。

早先，Ostwald是Arrhenius博士答辩会请来的外校教授。在Arrhenius导师本人不满意Arrhenius的情况下，Ostwald力挺Arrhenius论文中的电离学说。于是Arrhenius的论文才勉强通过，得了博士。不仅如此，Ostwald还请Arrhenius到他的大学去，解决了Arrhenius的工作问题。

听到这一切，您感到新鲜吗？我不是“愤青”或“愤老”。我原来读的是无机化学。后来发现化学越学越笨了，只有到了物理化学领域我才彻底改变了对化学的态度。化学是分子或分子聚集体层次的物理。1999年初是我第一个公开用中文写出以“化学不再是纯粹的实验科学”这句话为题的文章，当然，引号是不可少的，是外国人先喊出这样的声音。几个月之后《科学时报》转载，但编辑部却把我狐藉虎威的引号给遗漏了。其实，我只是第一个用中文转告这句话就是了。讲这句话的底气一定来自物理化学，不是其他化学。
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32楼2016-08-03 08:21:32
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mbchen

专家顾问 (著名写手)
这里要为1楼提问者鼓鼓气。你说：“这学期新开了物理化学，但是上的有点云里雾里，……虽然会计算但是总是回想到他们的意义，书上的解释有点抽象难以理解……。”

我在给学生上课时，一直强调：大学的课可以分为两类，一类是广度方面的知识，第二类是突出深度方面的知识。

1、化学系的课，除了涉及“…物理”、“……数学”之外的课，都是属于第一类的。第一类课，只要你上课、笔记和复习三件事做好，通常之后会觉得80~90%的内容都掌握了。从中学到大学大体如此，久而久之你习惯于如此方式的学习生活。

2、可是，凡是涉及“…物理”、“……数学”的课就属于第二类课。第二类课都不是一次就能学“懂”的课。此类课，即使上课、笔记和复习三件事都做了，自我感觉一般只是懂了30%左右，甚至只有20%。学习的兴致或许会受到打击。其实这是正常的。此类课后“不懂”意味着正在入门，人人如此。连鼎鼎大名的Niels Bohr也是如此。只有极少数精英学生才例外，如Wolfgang Pauli。

于是，第二类课后需要大量做题，继而从中体会物理意义。第二类课一旦懂了之后，这辈子很难忘记。一般，开课前花十分钟准备一张卡片，就足以对付两堂课。教第二类课是个享受，只管信口开河，反正不会离开理论的统一框架。一支粉笔，满黑板写，把一步步思路都写清楚（这哪是ppt课件做得到的？）。在座听课的同学一定会感到“理论”之威力，尽管现在自己还是学生，但在他面前摆着的远景是四通八达的、诱人的。

第一类课的老师备课喜欢ppt，尽管很费时间，但帮助记忆，保证临讲时不会失语。此类课隔一年不开课就感到有点生疏。怪不得，教第一类课老师的积极性一般不如教第二类的高。

1楼同学，你还是不错的，已经会做题了；目前你正处于在做题中理解物理意义的阶段。这是最后一关，理解了就不会忘。

现在一提起“做难题”是要遭众怒的，教育部、老师、同学都会群起而攻之、批判。其实，几乎数理化的中外前辈们没有一个或者大多数，年轻时都得益过做难题，业师徐光宪一说起做题来就不禁眉飞色舞。这是铁一样的事实。

我话说到此为止，不再说“Out”的话了。不过，那些“Out”的话在今天欧美学界却远非out。如有网友感兴趣，以后悄悄聊。
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33楼2016-08-03 13:54:31
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聚乳酸567

金虫 (著名写手)
当时我学这门课的时候也是不知所云，后来渐渐地了解到这门课的重要性。开这门课的目的是让化学专业及化学相关专业（比如化学工程与工艺，生物工程与技术，材料学，药学，医学，食品科学，环境科学等等）的学生从一个更高的理论深度，相当于站在一个更高的高度统领整个化学的研究领域。因为我们都知道化学是一门经验学科，远远没有物理和数学的逻辑性严谨，而物理化学则是以严谨的热力学，动力学等物理学科的知识和理论去研究化学，这样才能找到物质发生化学反应的内在的，本质的原理，而不是我们光从实验得到的某种表象的，浅显的经验而已。
既然其知识体系是以逻辑性很强的物理和数学为基础，那自然难度就非常大，也不像无机化学和有机化学的学习，所以这门课要学好得下很大的功夫。
而且对于你们后续开的材料方面的课程，也起着承上启下的作用，比如金属材料的热力学，相图等等，总之这门课非常重要，请相信我。
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爱交友，旅游，健身，音乐，电影，上网
34楼2016-08-29 17:06:43
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聚乳酸567

金虫 (著名写手)
引用回帖:
31楼: Originally posted by cgq88 at 2013-07-20 01:12:53
现代科学的研究方法主要有两种：归纳法和演绎法。
通俗地说，归纳法就是归纳总结实验事实，而演绎法就是推导计算、逻辑推理。
化学学科，在物理化学这个分支出现之前，普遍采用归纳法进行研究。例如，元素周期律、有 ...

剖析到学科的本质了，和清华的一位学者讲的不谋而合，32个赞！！！
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爱交友，旅游，健身，音乐，电影，上网
35楼2016-08-29 17:09:09
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