【分享】物理和化学同结连理枝 分支成系统双双比翼飞

在19世纪以前，热在化学、物理过程中的重要意义人们已有所知。但热的本质对物理学家和化学家来说，却是一件神秘的事物。

拉瓦锡注意到了化学反应中的热效应，他拥护热质说，把热质看成是一种元素。他曾设计了第一台简陋的量热计，想用它来测定参加反应的热量。在施塔尔的“燃素说”风靡一时时，由于对燃烧现象和各种化学反应在逻辑上给予了统一的解释，这无疑对热质说的流行起了推波助澜的作用。

在热质说发展时期，杰出的代表人物是美国最早的科学家之一本杰明•汤普森。
在他的各种各样科学实验中，最著名的是关于摩擦生热的实验。他早年曾在德国的慕尼黑从事大炮的钻孔工作，那时就对摩擦产热感到惊奇。后来他制备了一套仪器，用钝钢铝来摩擦金属壁，以产生热来使一定量的水温度升高，他居然用两个半小时使水沸腾了，但金属的磨损却微不足道。从这里，他得到启发并做出结论，摩擦产生的热，肯定不是物质（实体）而是来自运动。

在发展热化学方面，丹麦物理学家汤姆生占有重要地位。他在1882年——1886年间出版了四卷本的《热化学》著作，对化学亲和力与反应的热效应做了详细阐述。巴黎的化学家贝特罗对热化学也做出了重要的贡献。他发明了精确测定燃烧热的方法，贝特罗弹式量热计精确测定了一系列化合物的燃烧热，这种量热计一直沿用至今。

除此以外，他在发挥汤姆生关于反应热与化学亲合力的原理时指出：只有伴随着放热过程，反应才能自发产生。在几个可能发生的反应中，只有放出最大热量的反应才能发生。这一原理后来被叫做贝特罗——汤姆生最大功能原理。
随着实践的检验，此原理只是局部的真理。只有当温度接近绝对零度时，此原理才能成立。

化学热力学的产生，还同产业革命时期热机的发展相联系。法国科学家卡诺在分析蒸汽机作用基础上，研究了获得机械功的过程（卡诺循环），结果发现，只有在发动机的加热器与冷却器之间存在着温度差的情况下，才能做功。卡诺对蒸汽机的经典研究，奠定了热力学的基础。从此以后，这方面的工作，呈现了良好的势头。克拉佩隆发展了卡诺的结论，把它画成了解析图。今天我们熟悉的由两条绝对热线和两条等温线组成的P—V图，就是他提出来的。克劳胥斯对热转化为功进行了广泛的研究，他不仅从能量不灭定理来研究这一过程，而且还根据分子运动说，从性质方面来研究它。

随后英国格拉斯哥的大学教授汤姆逊（即开尔文）提出了热的动力学说，他提出“绝对温度”的标准（后来称为“开尔文温标”），并阐明这种“温标”的特征是每度都有相同的效应，物体A在这个温标下，把单位的热传递给在温度为T—l的物体B时，会做相同的机械功，不管T是什么值。

在这些年代里，还根据汤姆逊和英国工程师兰金的建议，采用了“能量”这一概念。这一“概念”同以往“力”的概念相比较，更准确、更具体地表达热的、机械的以及化学的效应。在克劳胥斯和汤姆逊的研究过程中，已经形成了热力学第一定律，即能量转化和守恒定律。它同热力学第二定律基本上是同一时期发展起来的，并且相辅相成。英国曼彻斯特的物理学家焦耳，可以说是最早用科学实验确立热力学第一定律的人。

焦耳本来是个啤酒商，当他22岁时便发现电流沿金属导体传播时，所产生的热量和导体的电阻和电流强度的平方成正比，这是后世所谓的“焦耳定律”。焦耳从自己做的各种实践中得出结论：电流产生热是源于克服阻力，从而揭示了电和热两种运动形成之间的转化规律。其后，焦耳又做了大量实验，提出了一些新的观点，得到科学界的普遍重视。第一个用热力学来解释化学过程的，是海德贝格大学理论化学名誉教授霍斯特曼。他在研究氯比铵的升华过程中发现，蒸汽压随温度而变化的关系遵守克劳胥斯——克拉佩隆方程。霍斯特曼应用这一方程式，计算了一些化合物和碳酸盐的解离热。

用热力学定律来研究化学平衡问题也获得了丰硕成果。在这方面，美国耶鲁大学数学和物理学教授吉布斯所做的研究工作是非常有价值的。他毕业于耶鲁大学后又攻读工程学，获美国的第一批哲学博士学位，其后他游学欧洲，在巴黎、柏林等大学学习数学和物理，博览群书，知识丰富。这些为他日后科学基础理论的研究打下了基础。吉布斯的一些论文于1873年—1878年间发表在当时科学界并不知名的《康乃狄科学院学报》上，因此长时间没有引起各国科学家的注意。吉布斯所提出的相律，在化学平衡学说中的作用具有重大意义。

第一位成功地应用相律的人，是阿姆斯特丹的大学教授罗泽布姆，他首先研究了二氧化硫水合物的平衡现象，并且进一步用图表法描述了平衡体系在化学和冶金学中的作用。热力学发展到19世纪末，还只适用于处理理想体系，或将一些实际体系近似的当做理想体系来处理。而这样的处理，同很多的实际体系有较大的偏差，必须做各种修正。这样，热力学的应用便受到了限制。1887年，法国化学、冶金家夏特里，在研究鼓风炉中的反应时，总结出了外界条件改变对化学反应方面的影响。根据动态平衡的原理，他提出了平衡移动反应的著名定律。按照夏特里的观点，只有生成沉淀或放出气体的反应才能进行，其他一切化学反应都是可逆反应。

综上所述，热化学是研究化学变化中与热效应有关的规律。它是物理化学的奠基性研究之一。它提供的各种数据对工业生产和自然科学研究具有重要意义，工业生产中的各种换热问题，燃料的合理利用以及对设备的要求，都离不开热化学数据；而反应热与各种热力学函数及化学结构之间的密切关联，又使热化学成为这些方面理论研究的重要依据。

却说有关溶液性质的研究，可以说是从物质的溶解性与溶解度的测定开始的。但对溶解的机制，却长期众说纷纭，得不出明确的结论。

化学家对溶液的深入研究，则是从溶液某些性质的依数性的发现开始的。首先是关于溶液渗透压的发现。最早观察到渗透现象的是法国物理学家诺勒。他做了下列实验：把酒精装满一个玻璃圆筒，用猪膀胱密封住，然后把圆筒全部浸进水中。他发现膀胱膜向外膨胀，即发现水通过膀胱膜渗透进圆筒，最后膀胱竟被撑破。但他没有意识到这就是渗透压造成的。诺勒以后，科学家们又做了许多类似的实验，但均没进行深入研究。

最早对渗透压进行半定量研究的，是法国生理学家杜特罗夏。他用一个钟罩形的玻璃容器，下面用羊皮纸封住，从上面插进一支长玻璃管，容器中分别放入各种不同浓度、不同物质的溶液，然后把它浸入水中。于是观察到玻璃管内液面上升，发现其升高值同溶液的浓度成正比。他得出结论：此压力是由于外面的水，通过羊皮纸向溶液方向迁移而生的。他给这种现象命名为“渗透作用”（内渗和外渗）。其后，德国生理化学家特劳贝，提供了几种类型的只能让水透过的膜。后来著名化学家范特霍夫把这种膜叫做半透膜。特劳贝和其他一些科学家利用这种半透膜，成功地测出了一些溶液的最大渗透压力。具有极重大意义的膜，是用硫氰化铜沉积在多孔磁筒上所形成的半透膜。10年以后，德国植物学家兼化学家浦菲弗，利用特劳贝所制的半透膜对蔗糖溶液的渗透压进行了广泛的定量研究，得到了准确的数据。不久以后，荷兰的一位植物学家在研究植物枯萎时发现：植物浸于纯水中便会发生“浮肿”，浸在浓溶液中则很快枯萎；而在介于中间的溶液中，它的细胞膜仍维持正常。他理解到最后一种情况，是由于细胞膜内外具有相同的渗透压。

这些实验结果，激起了德国科学家范特霍夫对渗透压进行理论探讨的热情。
他从浦菲弗研究的数据，波义耳定律对气体的描述，以及其他一些结果，得出最后结论：在确定浓度下，渗透压与绝对温度成正比。这与盖吕萨克律是一致的。由于同理想气体的状态方程很相似，范特霍夫便以浦菲弗的实验数据计算K值，结果居然恰恰等于理想气体常数。所以溶液的渗透压也服从阿佛加德罗定律。因此，P渗透×V＝RT。式中R是一克分子气体的常数。从中可以看出，在稀溶液中，溶质所产生的渗透压P等于溶质在同一绝对温度下，转化为理想气体并占有溶剂体积V时所放出的气压。

顺便提一下范特霍夫：范特霍夫生于1852年，从代尔夫特技术学院毕业后，在波恩的凯库勒教授那里做实习生。其后任阿姆斯特丹大学化学教授，并成为普鲁士科学院院士。他又是俄国彼德堡科学院的国外通讯院士，以及其他许多科学院的院士。范特霍夫是一个有多方面才能的化学家，他的研究范围极其广泛。他向化学家们指出了怎样把热力学运用于化学，尤其是怎样把热力学和亲和力观念联系起来。他还发现了热力学定律，虽有些局限性，但对物理化学的发展，起到了巨大的推动作用。范特霍夫由于对化学热力学、化学动力学及立体化学的研究都做出了卓越贡献而获得了诺贝尔化学奖，也是诺贝尔化学奖的第一位获得者。

下面我们接着说英国物理化学家布莱格登提出的“布莱格登定律”。布莱格登将食盐、硝酸钾、硫酸镁、硫酸亚铁等分别溶于水中，并测定出每种溶液的凝固点，其结论是凝固点降低值简单地依赖于盐和水的比例，如果几种盐同时溶在水中，对凝固点的降低遵守加和作用。法国格勒诺布尔地方的教授拉乌尔，重视并研究了这个问题。他首先研究了329种有机物质，指出凝固点的降低与溶质的分子浓度成正比。此后他又发现溶液的蒸汽压降低也有类似的效应。拉乌尔又研究了水溶液和非水溶液蒸汽压降低的问题。他的研究引起了有机化学家的极大兴趣，因为他们一直没有找到测定不挥发性物质分子量的可靠方法。现在只要把它们溶在适当的溶剂中，测定其凝固点降低值或沸点升高值，就可以计算出其分子量了。他们还为测定分子量，专门设计发明了差示温度计（现称贝克曼温度计），可以测定出0.001℃的温差。

却说化学家们在各种各样的实验中，逐渐发现范特霍夫的渗透压公式也适应于溶质为有机物的溶液。例如蔗糖，但不适用于酸、碱、盐的水溶液。后来才知道，渗透效应依赖于溶液中的微粒数，正如气体压力取决于一定体积中的全体分子数，即后来所称之为的“依数性”。酸、碱、盐溶液的粒子数增多，意味着这些溶质分子在水溶液中发生了离解，犹如氯化铵在加热时离解而显示的蒸汽压异常一样。酸、碱、盐这类物质不但离解而又导电，这就说明离解了的微粒和带电的颗粒有着某种联系。瑞典青年化学家阿累尼乌斯，在一系列实验结果及对盐类水溶液导电性研究的基础上，得出了上面的结论。阿累尼乌斯生于1859年，17岁时进入瑞典乌普萨拉大学，主要研究物理学。1881年起在斯德哥尔摩科学院实验室工作，在1882年，他开始独自研究电解质溶液的电导率问题。经过不懈的努力，阿累尼乌斯理论终于获得了化学界的广泛信服。他是第三位诺贝尔化学奖的获得者。范特霍夫把他的学说誉为物理化学史上的一次革命。回过头来，继续说阿累尼乌斯的电离学说：1883年，他在进行博士学位答辩时提出了电离学说，主要论点是电解质溶解后立即离解，不管是否有电流通过，溶液中永远有离子存在。阿累尼乌斯还认为，弱电解质只有一部分发生离解，因而质量作用定律可适用于这些物质的溶液，这样出色的论文，按理说应该得到教授们的最高奖赏，然而却被斥之为“荒唐的小学生”。论文虽以保留的态度勉强通过了，这位青年人的苦闷也与日俱增。乌普萨拉大学当时在瑞典的是权威学府，看来他在国内是得不到支持了。于是他投书给国外的一些名家，觅求知音，其中有门捷列夫、阿姆斯特朗、特劳贝等，得到的竟是冷淡的回答，有的竟石沉大海，杳无音讯。

就在这时，偏有一个人对阿累尼乌斯的理论表现了极大的热情，他就是奥斯特瓦尔德。因为当时奥斯特瓦尔德正在研究醋酸甲脂的水解和蔗糖的转化问题，以各种无机酸有机酸作为催化剂，他发现从电导测出的每种酸，对盐酸的相对电导值和每种酸对盐酸的相对催化速度比值是一致的，正好同阿累尼乌斯电离学说一致，而且又可以作为这一学说的旁证。他立即从俄国的里加到斯德哥尔摩看望阿累尼乌斯，两人相互切磋，彼此大受教益。之后，他们又拜访了范特霍夫，并在他的实验室进行了冰点降低的实验工作，以进一步论证电离学说。

从此，奥斯特瓦尔德、范特霍夫和阿累尼乌斯三人成了亲密的朋友，成为当时物理化学研究的中坚力量。阿累尼乌斯在解释气体反应时，发挥了活化分子的理论，并提出了表达化学变化与活化分子数目关系的著名公式。这样，反应速度取决于活化分子相碰撞的次数，而碰撞次数随温度升高而增加。阿累厄乌斯后来还研究了其他一些各种各样的问题，其中包括宇宙起源的假说，还研究过生物学，并写了几本科普著作。奥斯特瓦尔德对电离学说的应用和推广做出了积极的贡献。阿累尼乌斯的电离学说就是发表在由奥斯特瓦尔德主编的《物理化学》创刊号上。他本人于1885年根据电离学说提出了著名的稀释定律，给电离学说以支持。此外，他还提出了把分析化学中的反应看成是离子反应，并且用离子的特殊颜色来解释溶液的颜色。奥斯特瓦尔德写过许多教科书和专著，其中包括化学史。他还研究过催化作用，特别是用铂催化剂将氨氧化的反应。
奥斯特瓦尔德同阿累尼乌斯一样，为物理化学发展做出了巨大的贡献，他所在的莱比锡化学实验室成为 19世纪 90年代物理化学研究的中心。

前面我们介绍了化学反应中的一些学问，提到化学反应，不能不说说化学反应速度。化学反应具有不同速度这一事实，人们很早就已知道，但对比学反应速度第一次进行定量研究的，却是德国青年药剂师威廉米。大约在1850年，他用旋光测定计巧妙地研究了蔗糖在酸作用下的水解速度。他发现了著名的反应生成量与反应时间关系的对数表达式，这个单分子反应式是研究化学反应过程的第一个数学表达式。同威廉米同时代的科学家威廉逊也发现，如果一种反应按一定速度生成产物，而产物又按一定速度还原为原来的物质，经过一定时间必然会达到平衡。化学家们并没有立即接受这种动态平衡观点。真正认识到动态平衡概念重大意义的，是两位挪威科学家古德贝和瓦格。1863年，他们在用挪威文发表的一本小册子中，总结了300个实验数据，全面研究固—液的非均相平衡体系，提出了日后成为现代化学重要基础的质量作用定律。他们还认识到反应物的浓度，构成决定正反应和逆反应能否趋于平衡的“有效质量”。他们弄清楚了浓度的重要作用和动态平衡的巨大意义。

化学家们在研究高锰酸钾和草酸时还发现，“一个化学反应的速度与发生变比的物质的量成正比”。为此，他们列出A→B，B＋C→D的速度方程式，并得到了这个微积分式的解。他们还对H2O2＋2HI→2H2O＋I2进行了研究，最后证明这个反应的速度与H2O2的量成正比例关系。除了浓度对化学反应速度有很大影响外，温度也影响着化学反应速度。温度对化学反应速度的强烈影响也早已为人们所知，19世纪以来，曾经有许多科学家用不同的公式来表达这种关系。

阿累尼乌斯首先对反应速度随温度变化的规律性作出解释。他认为，不能用温度对反应物分子的运动速度、碰撞频率、浓度和反应体系的粘度等物理现象来解释反应速度的温度体系。他于是根据蔗糖转化的反应，设想在反应体系中存在着不同于一般反应物分子的活化分子，其浓度随温度的升高而显著增加（每升高 1度，约增加 12％），而反应速度则取决于活化分子的浓度。鉴于温度不同时，反应物的性质并未发生显著的质的差别，所以他又假设，在一般实验所及的温度范围内，虽然活化分子随温度的升高而速度加快，但其总量与非活化分子相比，终究是微不足道的。总之，化学反应是依靠反应体系中那些数量极少，但能量很高的活化分子进行的。

且说运用原子、分子运动的理论，来解释化学反应动力学的规律性，并预示化学反应的速度，是反应速度理论的首要任务。反应速度理论一般有双分子反应碰撞理论和反应速度的过渡态理论。首先介绍双分子碰撞理论，此理论有两个前提：若要发生反应，首先反应物分子必须互相趋近——碰撞；其次，并非所有的碰撞都能发生反应，只有那些足够激烈的碰撞才能导致反应的发生。古德贝格和瓦格采用双分子碰撞的观点，得出了质量作用定律的普遍式：
反应速度＝RPα•qβ•rγ 其中P、q、r是有效质量，α、β、γ是相应的指数。
过渡态理论：过渡态理论仍以有效碰撞为反应发生的前提。不过，它的分子碰撞瞬间的过程，较为复杂和有趣。这个理论认为，反应物分子进行有效碰撞后，形成一个过渡态，然后分解，形成反应的产物。如以原子交换反应A＋BC→AB＋C为例，此过程是：
A＋B• C→A…B…C→A• B＋C
反应物－－过渡态－－ 产物
过渡态理论，阐明了活化能的实质，为反应速度的绝对值测定提供理论指导。因此，一旦知道了反应体系的作用能，便可用统计学的方法计算反应的速度。
综观整个物理化学，可以看出：古德贝格和瓦格使质量作用定律进一步完善起来；阿累尼乌斯发展了活化分子的理论，并提出了反应速度常数与活化能关系的方程式；考虑到温度变化对反应速度的影响，范特霍夫得出了平衡常数随温度与热效应变化的方程式。化学动力学的进一步发展，使物理化学又走上了新的台阶。

却说催化理论与化学反应速度是紧密相联的。人类利用催化作用源远流长。在古代，人们就知道利用粬来酿酒制醋；在中世纪欧洲，炼金家们就曾通过焙烧硫黄，用硝石作催化剂制造出了硫酸；13世纪时，便发现浓硫酸能使乙醇转变成乙醚；18世纪，已创造了以一氧化氮为催化剂的铅室制造硫酸的方法。人们对催化作用的认真观察和系统研究，则是从19世纪以后才开始的。1811年，俄国化学家基尔霍夫研究了硫酸对淀粉和蔗糖水解为葡萄糖的催化作用，发现在整个过程中，硫酸最终并没有什么变化，它好象只是在促进这一反应的进行，自己并未参加反应。1819年，泰纳系统地研究了锰、银、铂、金等对碱性介质中过氧化氢分解的加速作用。1820年，德贝莱纳发现铂粉可以促进氢气和氧气化合，还了解到海绵状铂能促使乙醇蒸发，在常温下便又氧化为醋酸。瑞典著名化学家贝采里乌斯，可以说是催化理论的开创者。他对当时已知的各种催化现象作出解释，提出了“催化”和“催化剂”等一些专门名词。他认为，催化剂是一种具有“催化力”的物质，在这种作用力的影啊下，能使化学反应加快进行，这种反应叫催化反应。他还建议，把一些物质能够影啊反应进程的能力命名为“催化力”，并根据“analysis”（分析）一词加以类推。把它的作用称为“catalysis”。在希腊语中意思是“分解”。他在一本著述中写道：“催化力本身似乎仅在于其存在，而不是由于其亲和力，使在这一温度下固有然而潜睡着的亲和力被唤醒，使复杂物质中的元素发生重新组合，而构成另一种关系，在这一关系下，可能引起很大的电化学中和。”他的这一理论，据现在的了解，并不十分正确，但终究把这一特殊现象归纳综合，为提醒以后的化学家们去探究其中的奥秘奠定了基础。一些科学家对应用催化力这一概念提出了批评，认为催化力假说不科学，如著名学者李比希和武勒等。关于催化现象的本质，一直模糊不清，科学家们提出了好多种假说，但均不满意。

19世纪40年代初，格林提出催化剂起着反应物微粒载体的作用；墨而塞则把催化作用看成弱化学亲合力的表现；凯库勒认为：催化剂使反应微粒互相接近，因而削弱了反应物本身原子间的结合。随着催化现象的更多发现，化学家们逐渐摆脱了旧理念的束缚，掀起了催化理论研究的高潮。

物理化学之父奥斯特瓦尔德，经过长期的努力，终于提出了催化剂的现代观点：“凡能改变化学反应速度而不形成化学反应的最终产物，就叫做催化剂。”他列出四种类型的催化作用：
（1）过饱和物系中离析作用的催化；
（2）均相混合物中的催化；
（3）非均相催化；
（4）酶的催化作用。
奥斯特瓦尔德的催化学说，终于阐明了催化现象和化学动力学的关系。从那时起，催化过程变得日益重要起来，在工业生产中更是如此，可以举出的辉煌成就有合成氨及氨氧化法制取硝酸。

20世纪初，合成氨工业化的实现，使催化剂和催化原理的研究出现了一个高峰，也可以说是一个里程碑。那时由于人们了解到氮肥的施用可以使农作物大量增产，促使很多化学家从事合成氨的研究。其中贡献最杰出的是德国化学工业家哈伯、能斯特以及法国物理化学家夏特里。哈伯在1909年，用锇作催化剂得到了氨浓度为6％的产率，这可以说是一个具有买用价值的合成方法转折点。
当年哈伯又改进了方法，使合成氨的成本大为降低，立即被德国一家苯胺纯碱公司所采用。其后，该公司的工程师波施等立即开始研究比锇价廉且较易得到的催化剂，发现天然磁铁矿具有更良好的效果。他们又注意到在500℃的反应条件下，催化剂表面的半熔现象会降低催化剂的活性，而掺入少量AL2O3、K2O等会有助于克服这一消极因素。因此又开展了助催化剂的研究。经过两万多次的试验，终于得到了较理想的，含有少量K、Mg、AL和Ca的铁催化剂组。这一具有重要经济效益的成果，不仅促进了其他利用催化反应的化学工业的兴起，也掀起了对催化理论研究的新高潮。

却说在合成氨生产中，人们又发现原料气中含有的少量杂质能对催化剂的活性具有很大的影响，这种现象在其他催化反应中也有所表现。于是化学家们通过测定反应中吸附量及脱附速率的研究，终于探明在多相催化作用中，催化反应是在与催化剂表面接触的单分子层中发生的。酶是人类最早应用的催化剂，也是最活跃的一类催化剂。它远比一般催化剂优越，表现出高效、选择性强等特殊的性能。许多酶都含有金属离子，金属离子起着反应活性中心的作用。因此，模拟酶的特异功能，仿照酶的结构合成高效的模拟催化剂，是催化作用理论同实际相结合的重大课题。例如科学家们发现，自生固氮菌与高等植物共生后，可以固定空气中的氮。就是模拟酶开发取得的成果。利用催化剂和催化反应的实例不胜枚举，在石油工业、食品工业、化学品工业等方面，都有催化剂的参与。最典型的要数石油炼制的过程。在石油炼制中，要进行裂化，将分子量高的烃裂解为挥发适度、适合于作燃料用的较小碎片，最初采用膨润土类型的天然酸性白土为催化剂，之后又为人工氧化铝—氧化硅所取代。后来又改用天然沸石，使在裂解的同时，还发生一些直链烃转化为辛烷值较高的产物的反应。由于催化裂化的产物仍不具有足够高的辛烷值，因此需要进一步改进。
现在已研制出金属组份（通常是铂）同酸性组份组合而成的双功能催化剂，从而大大地提高了产值。由于催化剂形式繁多，涉及面广，各类催化作用又各有特点等等，不再多举例说明。但可以预言，随着化学的发展，催化作用的新理论必将呈现新的势头。

却说物理化学的另外两个分支：胶体化学和电化学。

人们在古代就接触和利用过很多胶体物质，例如生活中常见的面团、乳汁、油漆、土壤等都属胶体的范围。胶体具有一些神奇的性质和特点。1663年，医药化学家卡修斯用氯化亚锡还原金属盐溶液，制得了紫色的金溶胶。但只是偶然的，并且把它当成一种普通溶液。1809年，莫斯科大学的化学家列伊斯使用一支U型管，管底中部放一粘土塞子，盛水后通电。他观察到粘土的悬浮粒子向阳极移动，而阴极一边的水位则上升。这个实验证明了粘土粒和水带有相反的电荷，这种现象叫做“电泳”。1827年，英国著名植物学家布朗将花粉洒在水中，然后在显微镜下观察，发现这些粒子不仅会移动，而且还会不停地转动。后来，人们就把胶体粒子所呈现的这个重要现象称作“布朗运动”。1838年，德国科学家阿歇森在鸡蛋白的水溶液中，加入一些橄榄油，使之呈现悬浮的微滴状态。他在研究这种油滴时，看到鸡蛋白在油滴与水的界面上，形成一层膜，这个分散体系十分稳定。他的研究可以说是保护胶体和乳状液体形成机理探讨的开始。1857年，法拉第曾作过这样的实验：使一束光线通过一个玫瑰红色的金溶胶，这个溶胶原来也像普通的溶液一样是清澈的，但当光线射过时，从侧面可以看到在此溶胶中呈现出一条光路。后来英国自然哲学家丁达尔对此现象作了广泛的研究，以后人们就把一现象叫做“丁达尔效应”。此外，法拉第还做过这样的实验：往无机溶液中先加入动物胶，再加入适当的沉淀剂时，发现原来的沉淀这时不再发生了。这种作用后来被称做“保护”作用。1854—1864年间，英国著名化学家格雷阿姆对胶体进行了大量的实验。为了区别胶体和晶体，他首先提出了胶体这一名称。他指出动物胶是典型的胶体，不结晶，在水中扩散时要比晶体慢得多。他还做过这样的实验：将一块羊皮纸缚在一个玻璃筒上，筒里装上要试验的溶液，然后把筒浸在水中。发现糖、无机盐、尿素等扩散相当快，很容易通过羊皮纸渗析出来；另一些物质，如明胶、氢氧化铝溶液、硅酸等扩散很慢，不能或很难透过羊皮纸。其后，他发现糖、尿素等一类物质当溶剂蒸发时容易形成晶体析出；明胶、氢氧化铝溶液、硅酸等不能结晶，大都形成无定形胶状物质。他便把它们称为“胶体”，意思是像胶一样。格雷阿姆还利用渗析器将胶体与结晶体分开。他制得了三硫化二砷、硅酸、氢氧化铝和氢氧化铬的胶体溶液。他把液态胶体（溶液）叫做溶胶，把半固态胶体叫做凝胶。由于格雷阿姆的杰出成就，人们开始对胶体的研究产生了极大的兴趣。他的工作被认为是胶体化学这一学科产生的标志。

却说在19世纪，大体说来，科学家们主要是归纳出了胶体的一些特性。20世纪以后，有关胶体的理论研究才系统地展开。研究的重点从疏液胶体很快转向大分子溶液，主要原因是生物化学家对蛋白质和碳水化合物的关注。到了1903年，德国化学家发明了超显微镜，可以观察到小至100A的微粒。用这种仪器可以对胶体颗粒进行计数，再结合其他一些技术，并可量得颗粒的大小。人们在研究胶体中发现，胶粒具有很大的表面，对其他的离子、气体分子、有色物质等有很强有吸附能力。因此胶体的表面吸附问题，始终是胶体化学的重要研究课题。对胶体的表面结构和化学吸附的研究，科学家们十分地热衷。新的研究技术可以说是层出不穷。他们采用了红外光谱、核磁共振、场发射显微镜、场离子显微镜、同位素交换法等技术。但在这些方法中，只有场发射显微镜、场离子显微镜这两项技术能够直接观察不同晶面上的吸附以及表面个别原子的位置。他们还可为胶粒表面的各种晶体缺陷、不同晶面的吸附性质、表面扩散等的研究，提供最直接的证据。是研究胶体表面性质最令人鼓舞和最具特色的技术。胶体的基本性质除去表面性质外，大体可分为三方面：运动性质、平衡性质和稳定性质。胶体颗粒可以有多种运动形式，首先是热运动，在微粒上是以布朗运动的形式表现出来，然后，液体分子对悬浮粒子不规则地撞击，粒子越小，温度越高，则布朗运动越强烈。其次，胶体粒子在重力场和离心场力中，可引起沉降。由此，科学家们发明了超离心机。除此以外，胶体颗粒表面还带有电荷、颗粒与颗粒之间存在着范德华引力等等，有待于科学家们去进一步研究。整个19世纪，胶体化学的发展仅是积累事实材料和发现胶体的一些定性规律。只有到了20世纪，胶体化学才得到广泛的发展和有了多种多样的实际用途。胶体化学的应用范围，涉及到很多工业部门，近年来对油漆膜的物化性能、催化剂的作用机理，生物膜以及合成膜的选择渗透性机理的研究等，都受到了极大的重视。胶体化学还深入到其他的一些领域，如分子生物学、大气污染中溶胶的形成与消除等。总之，自从塑料、橡胶、合成纤维工业兴起以来，胶体化学的研究便呈现出了勃勃的生机。

最后说说物理化学的另一个分支：电化学。

却说自远古以来，人类对电的现象就有所觉察（如雷电），但那时人们不了解其真正的秘密，只能给它赋以神秘的色彩，臆造出种种离奇的神话。后来，人们在日常生活中，逐渐发现和认识了摩擦产生静电的现象，如用梳子理头发时常会噼噼作响。后来人们又发现，琥珀和麻布相互摩擦以后，会吸引碎片、草屑或谷壳，由此产生了“电”这个词。到了17世纪，有关电的科学研究正式开始。德国一位科学家制造出一种机器，只要用手和硫黄球相互摩擦，就能产生出大量的静电。法国一位科学家，发现放在真空管中的水银振动时与玻璃摩擦，会产生辉光。另一位科学家，则证明金属接上电源能导电，而蚕丝则不能导电，于是区分了导体与非导体。这种现象，使人们想象到电是一种流体。18世纪后期，化学家们注意到电火花可以激发化学反应。如普里斯特利在研究氨气时，曾使电火花通过这种气体，发现它分解成可燃气体氢气和氮气。其后，伏特又制成能维持一定电流的“电堆’，即将一锌片与一张铜片垒起来，把在盐水中浸湿了的布片放在上面，并这样一组组地堆上去，形成一端为锌片，另一端为铜片的电堆。当手接触到两端的金属时，就会感到强烈的“电震”。后人称其为“伏特电堆”。后来伏特又对电堆加以改进，进一步提高其“电力”，他将铜片与锌片放入盛有盐水的容器中，并将整个这样的东西连接起来，称为“伏特电池”。伏特电堆是原电池的先声，它提供了恒稳的电流，为电学的进一步发展和电化学的创建开辟了道路。伏特的研究成果，很快被英国和法国等国的化学家们所利用。他们用这些新的装置来研究电引起的化学反应，由此把电化学带进了一个新的天地。在电化学发展史上，第一个发明是利用电流电解水。1800年，英国化学家尼科尔森和卡里斯尔进行了施电流于水的实验：利用36枚英国半克朗银币和圆形锌片，同盐水浸渍的硬纸片制成电堆，以白金箔为电极，插入水中。当电极导线与电堆两极接触时，就有气体从电极上逸出，他们用排水集气法收集此气体。电解13小时，得到1.1立方时的气体。与负极一端相连的电极上逸出的气体量，恰为另一电极上逸出气体的2倍。这与氢、氧合成水时的体积比恰相一致。经鉴定，此两种气体正是氢气和氧气。随着研究的深入，英国著名化学家戴维发现：氢、金属及碱类都带正电荷、易被阴极所吸引；氧、酸类都为负电荷，易为阳极所吸引。戴维便详细阐述了电解同化学亲和力之间的关系，认为氧与氢之间，金属与氧之间，酸与碱之间的化学亲和力，实质上是一种电力的吸引，而电力又可使它们分开。戴维的研究引起人们的注意，他的助手法拉第便是其中的一位。

法拉第是英国人，是19世纪电磁学和电化学领域的伟大开拓者，是科学史上最卓著的人物之一。他出生在伦敦市郊一个贫苦的铁匠家庭，父亲收入菲薄，法拉第小时候有时连饭都吃不饱，所以根本没有入校求学的机会。刚懂事，他就到一家书籍装订厂做童工，但他勤奋好学，在业余时间，读了大量的书，积累了丰富的知识。一个偶然的机会，他去听戴维演讲，使他从此对化学着了谜。后来，他自荐给戴维当助手，戴维接受了他。他伴随着老师戴维到法国、意大利等国游学，并结交了安培、盖吕萨克等一批著名科学家。回国后不久，他被选为皇家学院成员，之后又担任了皇家学院的实验室主任，成为专职的化学教授。法拉第一生对科学贡献巨大，如物理学上的电磁感应等等，这里不再叙述。现在着重介绍法拉第在化学方面的研究。法拉第在化学方面的研究，除了制取碳的氯化物，从石油气中离析出苯，确立了萘的化学式外，在电化学上的成就最为卓著。他创造了电极、阴极、阳极、电解质等一系列术语。还设计了一种测量电流量的仪器：即在电路中串联一个电解水的电解槽，根据电解过程中释放出的氢气或氧气或氢氧混合气的体积，来衡量流过的电流量，他称之为伏特量电剂，后来称为伏特计，1902年以后又称为库仑计。法拉第还提出了各种物质的电化学当量这一名词，但很遗憾，法拉第最终没有找到电化学当量与化学当量一致性的内在联系，这些问题只能留给以后的化学家了。

学习中
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支持这个帖子，学到了很多

很很很长的一篇文章……可以拍成纪录片在电视上播放了

保存了先，慢慢看

还有……谢谢楼主

个人认为物理化学还是比较像化学课一点.