用物理化学原理解读生活、自然现象(华中师范大学小作业,600字内)
物理化学,作为化学学科中的一个重要的分支学科,将丰富的化学现象与系统作为研究对象,借助基础科学的理论以及提供的实验手段来研究化学学科中的原理与方法,研究化学系统的规律、本质、机制,是化学的理论基础。物理化学,它很容易被忽略,却渗透进社会生活的肌理与自然界的方方面面,形诸于客观物体,潜移默化中影响世界的发展,指挥着世界的正常运转。
就以生活中的一个常见的物体为例子,冰箱。可能你会有所哂笑,冰箱,这不是普通得不能再普通么,有什么了不起的呢?但是实际上,冰箱的诞生以及其背后原理的发展比你想象的呀复杂,其经历了人类社会几百年的发展时间。
冰箱,其根本的作用是制冷,包括空调等等,都是制冷效果的实际应用范例。冬天感到寒冷的时候,生一堆火就好了,随时通过生火来给食物加热,给自己带来温暖,这对于以前人类社会的思路来说是相对轻易的。但是将一件物体的温度可以随时降低到环境温度之下,则困扰了人类很长时间。比如说在中国的封建社会,就有将冰块存放于地下的仓库以便使用的方式,但这是只有皇室贵族才能享受到的特权,而且费时、费力,冰块不能人工制造,保存很不方便。
而直到热力学第二定律以及卡诺循环的发现,给这一问题的解决带来了转机:热力学第二定律表明,不可能把热从低温物体转向高温物体而不引起其他的变化,即你要实现这一过程,需要其他的变化。另外, 1824年,法国工程师卡诺将热机循环的过程抽象为四步可逆过程的理想循环,那么从逆方向来看,这就相当于制冷机。有了理论层面的指导,我们解决这一问题的重心,变为如何通过其做功的方式使热从低温物体向高温物体转移。
1834年,美国人雅可比·帕金斯发现了某些液体蒸发可以产生冷却的效应,这一发现为冰箱的发明埋下了伏笔。而从物理化学的角度来分析,这是因为液体在等温等压条件下蒸发,其焓变大于0,即需要吸收热量。利用这一现象,就可以实现热的转移。
这时候,冰箱诞生的条件基本已经齐全,所需要做的,就是将其整合为一个整体,使其成为一个可以应用的系统。1873年,德国化学家、工程师卡尔·冯·林德发明了以氮为制冷剂的冷冻机。在之后的百年时间,人类通过改变制冷机,改变冰箱的结构等方式,对冰箱不断改进,最终成为我们今天使用的冰箱。
制冷效果的应用,仅仅是物理化学的冰山一角,我们至今仍在不懈地探索规律,应用规律。物理化学很神秘,难以用语言来窥伺、概括其全貌,它也很美丽,正因为有了物理化学的存在,我们才能够领略其所呈现的大千世界之美,通过对它的应用,我们的生活才更加美好。