高三化學(xué)輔導(dǎo)
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9世紀(jì)下半葉,熱力學(xué)等物理學(xué)理論引入化學(xué)之后,不僅澄清了化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的概念,而且可以定量地判斷化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方向和條件。相繼建立了溶液理論、電離理論、電化學(xué)和化學(xué)動力學(xué)的理論基礎(chǔ)。物理化學(xué)的誕生,把化學(xué)從理論上提高到一個新的水平。
二十世紀(jì)的化學(xué)是一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的科學(xué),實(shí)驗(yàn)與理論一直是化學(xué)研究中相互依賴、彼此促進(jìn)的兩個方面。進(jìn)入20世紀(jì)以后,由于受到自然科學(xué)其他學(xué)科發(fā)展的影響,并廣泛地應(yīng)用了當(dāng)代科學(xué)的理論、技術(shù)和方法,化學(xué)在認(rèn)識物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、合成和測試等方面都有了長足的進(jìn)展,而且在理論方面取得了許多重要成果。在無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)四大分支學(xué)科的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了新的化學(xué)分支學(xué)科。
近代物理的理論和技術(shù)、數(shù)學(xué)方法及計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)中的應(yīng)用,對現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展起了很大的推動作用。19世紀(jì)末,電子、X射線和放射性的發(fā)現(xiàn)為化學(xué)在20世紀(jì)的重大進(jìn)展創(chuàng)造了條件。
在結(jié)構(gòu)化學(xué)方面,由于電子的發(fā)現(xiàn)開始并確立的現(xiàn)代的有核原子模型,不僅豐富和深化了對元素周期表的認(rèn)識,而且發(fā)展了分子理論。應(yīng)用量子力學(xué)研究分子結(jié)構(gòu),產(chǎn)生了量子化學(xué)。
從氫分子結(jié)構(gòu)的研究開始,逐步揭示了化學(xué)鍵的本質(zhì),先后創(chuàng)立了價鍵理論、分子軌道理論和佩位場理論?;瘜W(xué)反應(yīng)理論也隨著深入到微觀境界。應(yīng)用X射線作為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新分析手段,可以洞察物質(zhì)的晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)。測定化學(xué)立體結(jié)構(gòu)的衍射方法,有X射線衍射、電子衍射和中子衍射等方法。其中以X射線衍射法的應(yīng)用所積累的精密分子立體結(jié)構(gòu)信息多。
研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的譜學(xué)方法也由可見光譜、紫外光譜、紅外光譜擴(kuò)展到核磁共振譜、電子自選共振譜、光電子能譜、射線共振光譜、穆斯堡爾譜等,與計(jì)算機(jī)聯(lián)用后,積累大量物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)的資料,正由經(jīng)驗(yàn)向理論發(fā)展。電子顯微鏡放大倍數(shù)不斷提高,人們以可直接觀察分子的結(jié)構(gòu)。
經(jīng)典的元素學(xué)說由于放射性的發(fā)現(xiàn)而產(chǎn)生深刻的變革。從放射性衰變理論的創(chuàng)立、同位素的發(fā)現(xiàn)到人工核反應(yīng)和核裂變的實(shí)現(xiàn)、氘的發(fā)現(xiàn)、中子和正電子及其它基本粒子的發(fā)現(xiàn),不僅是人類的認(rèn)識深入到亞原子層次,而且創(chuàng)立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法和理論;不僅實(shí)現(xiàn)了古代煉丹家轉(zhuǎn)變元素的思想,而且改變了人的宇宙觀。
作為20世紀(jì)的時代標(biāo)志,人類開始掌握和使用核能。放射化學(xué)和核化學(xué)等分支學(xué)科相繼產(chǎn)生,并迅速發(fā)展;同位素地質(zhì)學(xué)、同位素宇宙化學(xué)等交叉學(xué)科接踵誕生。元素周期表擴(kuò)充了,已有117號元素,并且正在探索超重元素以驗(yàn)證元素“穩(wěn)定島假說”。與現(xiàn)代宇宙學(xué)相依存的元素起源學(xué)說和與演化學(xué)說密切相關(guān)的核素年齡測定等工作,都在不斷補(bǔ)充和更新元素的觀念。
在化學(xué)反應(yīng)理論方面,由于對分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的認(rèn)識的提高,經(jīng)典的、統(tǒng)計(jì)的反應(yīng)理論以進(jìn)一步深化,在過渡態(tài)理論建立后,逐漸向微觀的反應(yīng)理論發(fā)展,用分子軌道理論研究微觀的反應(yīng)機(jī)理,并逐漸建立了分子軌道對稱守恒定律和前線軌道理論。分子束、激光和等離子技術(shù)的應(yīng)用,使得對不穩(wěn)定化學(xué)物種的檢測和研究成為現(xiàn)實(shí),從而化學(xué)動力學(xué)已有可能從經(jīng)典的、統(tǒng)計(jì)的宏觀動力學(xué)深入到單個分子或原子水平的微觀反應(yīng)動力學(xué)。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,使得分子、電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)反映的量子化學(xué)計(jì)算、化學(xué)統(tǒng)計(jì)、化學(xué)模式識別,以及大規(guī)模術(shù)技的處理和綜合等方面,都得到較大的進(jìn)展,有的已經(jīng)逐步進(jìn)入化學(xué)教育之中。關(guān)于催化作用的研究,以提出了各種模型和理論,從無機(jī)催化進(jìn)入有機(jī)催化和增物催化,開始從分子微觀結(jié)構(gòu)和尺寸的角度核生物物理有機(jī)化學(xué)的角度,來研究酶類的作用和酶類的結(jié)構(gòu)與其功能的關(guān)系。
分析方法和手段是化學(xué)研究的基本方法和手段。一方面,經(jīng)典的成分和組成分析方法仍在不斷改進(jìn),分析靈敏度從常量發(fā)展到微量、超微量、痕量;另一方面,發(fā)展初許多新的分析方法,可深入到進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,構(gòu)象測定,同位素測定,各種活潑中間體如自由基、離子基、卡賓、氮賓、卡拜等的直接測定,以及對短壽命亞穩(wěn)態(tài)分子的檢測等。分離技術(shù)也不斷革新,離子交換、膜技術(shù)、色譜法等等。
合成各種物質(zhì),是化學(xué)研究的目的之一。在無機(jī)合成方面,首先合成的是氨。氨的合成不僅開創(chuàng)了無機(jī)合成工業(yè),而且?guī)恿舜呋瘜W(xué),發(fā)展了化學(xué)熱力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)。后來相繼合成的有紅寶石、人造水晶、硼氫化合物、金剛石、半導(dǎo)體、超導(dǎo)材料和二茂鐵等配位化合物。
在電子技術(shù)、核工業(yè)、航天技術(shù)等現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的推動下,各種超純物質(zhì)、新型化合物和特殊需要的材料的生產(chǎn)技術(shù)都得到了較大發(fā)展。稀有氣體化合物的合成成功又向化學(xué)家提出了新的挑戰(zhàn),需要對零族元素的化學(xué)性質(zhì)重新加以研究。無機(jī)化學(xué)在與有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、物理化學(xué)等學(xué)科相互滲透中產(chǎn)生了有機(jī)金屬化學(xué)、生物無機(jī)化學(xué)、無機(jī)固體化學(xué)等新興學(xué)科。