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化学与数学有哪些联系

发布时间:2022-06-23 06:09:34

A. 数学,物理,化学到底有什么联系

数学的运算和一些定理在物理上有用
物理上的解题方法和公式在化学上也有用处

B. 数学与化学的联系

活动目的:充分认识化学与数学之间的关系,改变偏科的恶习
活动形式:辩论会
活动过程:
1、人员分配:分为主持人、正方(要学好化学必须学好数学)、反方(学好化学和数学好不好没有关系。正方和反方分别有3个辩手。
2、经过:(1)主持人发言,说明辩论双方人员和所持观点;(2)正方一辩发言3分钟;(3)反方一辩发言3分钟;(这是双方的主题发言)(4)正方、反方相互发问和反问等发言,时间一共10分钟。。(5)正方作最后2分钟陈述;(6)反方作最后2分钟陈述;(7)主持人请评委老师点评;(8)辩论结束。
活动说明,每次发言均需征得主持人同意,主持人应该维持次序。

参考资料:
化学应用需要更多数学

化学是一门很广泛的科学,如果以研究的范围来分,它包含了有机化学、无机化学、生物化学、物理化学及分析化学等。如再加上工程上的应用,化学工程又是很广泛的领域。

以上这些科目或多或少都会应用到一些数学;所以当您问一个化学家,数学在化学上到底有些什么用,您可能会得到许多全然不同的答复——几乎全视个人经验而定。在这种状况下,笔者的看法自然也免不了受个人观点影响而有所偏好。但科学月刊之宗旨既在于科学生根的工作上,本文重点亦将放在数学与化学教育的关联。尤其现在大专的化学教育方针,似乎着重在培养化学之通才,则谈论此题目,我们也将尽量寻求大家都认为是现代化学领域中所共同需要的数学。

化学一直是一门实验科学,而在可见的将来,它也仍会以实验为中心,那数学又怎么和它拉上关系的呢?这问题要从两方面来讲。

一方面,现代化学渐渐朝微观的方向探讨物质的组成、构造及反应,也就是从原子的观点来研究,所以受近代物理学很大的影响(无论是理论或实验上),其中主要是量子力学与统计力学的应用,它所采取的语言遂也有数学化的倾向。

另一方面,化学在实际上的应用,现在也越来越需要更严格定量的(quantitative)知识,举凡分析化学乃至化工计算,我们都需要更多更精确的化学计算工作,这就涉及到更多的应用数学。

所以数学在化学的应用大致可分为两个层次,其一是语言上的,其二是技术上的。前者是以数学化的语言来讨论化学上的问题,侧重观念性,后者则是以数学的技术来做更复杂的计算工作。本文将分别举例讨论,然后综结它们在化学教育上的问题。当然以上的分类并不是很严格的,很多东西(譬如统计)在两个层次上都有运用,数学的应用本身是活的,它的分类在本文仅是为了讨论方便。

至于学好了数学是否就可成为一个好的化学家呢?我的看法是否定的。无论在数学语言或数学技术上来说,它在化学上到底只是一种工具而已,而不能取代化学本身。这就好比一个会说十国语言的人并不一定就是个语言学家,一个吹玻璃高手也并非一定是个好的化学实验者一样。而反过来说,一个很有能力的化学工作者,他的数学能力可能并不好。重要的是化学知识的全盘了解与运用,数学应只是辅助工具之一。但有一点是不可否认的,当一个化学工作者的数学能力越强时,他所能处理的问题也越多。在力求科际整合的将来,数学无疑将是一项更重要的利器。

化学语言的数学化

化学上一个很重要的问题是讨论化学键的形成与分子构造间的关系,自十九世纪末以来,人们就开始讨论原子之间结键的问题。在开始时人们只是画出分子的构造图;例如氯化汞的构造为 Cl-Hg-Cl,汞与氯之间的化学键只用一条线来代表,对于化学键的构造与原子中电子的组态全然不清楚;氯化汞真正的立体形状也不清楚。而类似的二价的钡(Ba)所形成的氯化物,显然在化性和物性上与氯化汞有很大的不同,但为什么不同则不很清楚,化学家尚缺乏一套完整的理论来了解它。及至1925年后,由于量子力学的发展,它在化学上有着神速的应用。现在连高中化学教科书裏都有关于轨域、混成轨域及原子构造的介绍了。

拿上面的例子来说,汞与钡原子都有6s2的最外层电子组态,所不同之处是汞原子最低的空轨域是6p,当与氯原子形成氯化汞分子时,汞所用的混成轨域是sp,氯化汞的结构乃为线性的。而钡的最低的空轨域是5d,当与氯原子形成氯化钡分子时,钡所用的混成轨域中,也混入了相当部分的d轨域,所以氯化钡是非线性的结构,两个 Ba-Cl 键之间的夹角小于180°(注一)。 像这样的例子,在现代化学中的应用可说是家常便饭。要了解这些,我们就必须知道轨域的数学代表式,其对称性质等等。这在数学上就牵涉到线性代数,偏微分方程与群论的应用。值得注意的是在以上的例子里,数学通常并不是拿来作为计算的工具(注二),反而当作是一种定性的讨论方式,这是非常重要的一点。

又如自从1930年代以来,高分子化学有长足的发展,新的聚合体不断发明出来,已成为我们日常生活中重要的一环。这些高分子在溶液中有一共同的特性,亦即原子与原子在空间连续排列的形式可能很多,即使其分子量与化学结构完全相同也不例外。如图一中即显示出聚乙烯分子中六个碳部分的两种不同的构形(comformation);对整个高分子来讲,其不同构形的数目更可达到天文数字之多,此时我们就不得不以统计的方法来表达它的形状或大小。

譬如说,常常用来讨论高分子性质的一个量是高分子两端距离r的平方之平均值——,它常常是与分子量成正比的。很多高分子物质的特性,如弹性、扩散系数、散光系数等都与的值有密切关系,于是实验者为了解释他的结果,就必须用统计的语言来表达高分子的物性及化性。而更详细的由分子基本化学结构来计算高分子的,就涉及更多的统计学了。前几年诺贝尔奖化学奖得主 P.J.Flory 得奖原因之一,即在于他对高分子统计方面的贡献。

化学计算的数学技术

前面的例子说明了许多化学上的重要问题,已发展到利用数学语言的方式来表达,所强调的主要是观念的建立。但另一方面,传统的化学在研究及应用时都要涉及到计算工作,这些计算虽随问题的复杂程度而应用到不同层次的数学,但基本上而言,数学在此只是帮助我们解决问题的工具,与化学问题的本身并无太大的关联。举个例子说,如果我们要知道以下反应的速率,

【浏览原件】 (1)

其中K1是向右反应的速率常数,K2是逆反应的速率常数。则反应速率可用下列微分方程表达:

d[AC]/dt=K1[AB][CD]-K2[AC][BD] (2)

d[AB]/dt=-K1[AB][CD]-K2[AC][BD]

再加上物质间平衡的关系,我们就可以计算反应速率。这个数学问题很简单,但实际世界里的反应往往复杂得多。

如果以上反应受温度影响,则我们需要考虑到反应热传导的问题,再如物质本身扩散也影响浓度。如果反应机构变得更复杂,写出来的方程式常常会是非线性的,那反应速率的求解就会变成很难的数学问题,得处理多变数的非线性偏微分方程式。这些问题常常是化学工程师所要面临的,无怪近年来化工课程中数学内容正逐渐加深。

化学中的数学教育

前面大致提到了化学上的数学问题的几种例子,以及它们的特性。即使从这几个少数例子中,我们也可看到数学在化学的应用很广泛,举凡微分方程、线性代数、向量分析、群论、统计学都用得上。那么化学的学生是否都得去学它们呢?又由谁来教呢?我想这一定也是随人的经验而并无定论。

国内与化学系相关的有应用化学系,农化系等,在大学课程标准中,实在不易订出一套“化学数学”的特别课程而符合共同的需要。现在教育部所规定,化学系的学生必须修习“化学数学”课程的方案,刚开始实施,这也许是一个好机会,我们不妨讨论此项课程的必要性及内容。

首先是谁来教的问题,是数学系的先生呢或化学系的先生?再者是内容范围多寡的问题。现在其他科系用到数学者,普遍都有各科系自己的师资来教数学,如电机、化工等莫不如此,反把专业数学家置于一边;“化学数学”的课程似乎也顺此潮流。但就化学来说,大部分的化学家至多只能算是个业余数学家,这样能达成数学教育多方面的目的吗?又前面提到数学的应用在化学上很多是属于观念性、语言性的。当我们学语言时,本就不会太计较它的应用范围,因此数学的讲授似乎也不必太过计较它需要应用到什么东西上吧!

至于化学数学所应有的内容,我认为至少应包括微分方程、向量分析及一些线性代数的观念,至于更进一步的东西就要看各门的需要而定了。例如应用化学方面的应多一点数值分析的东西及加强偏微分方程,而物理化学或无机化学方面,群论倒是颇为重要的工具。

注一:此系就气态之氯化钡分子讨论。

注二:详细之计算是专业理论化学家所做的工作,所用的数学是较为复杂的。
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目前高考在理科科目中都有淡化计算的趋势(当然解析几何难免)

所以数学学得不好并不影响学化学物理
尤其是化学。
物理到了高三以后涉及综合题时可能会有计算部分要借助数学技巧来完成,但要求绝对不会到了“数学不好而做不出来”的程度——只是比较难想到罢了。

别泄气哦
我也是数学一般般,但是理综一样考得比数学好的人高!要有信心!

化学用到数学不是太多,物理在计算过程中用到数学更多些,不过大多都是用到计算方面很多,倒不会有奥塞题难,但如果想把坏影响减少到最小,多功些计算题,毕竟虽然这三科联系很大,实质还是不同的

有关系,不过数学离化学远些,离物理近些

C. 数学和化学的关系

物理化学都是在数学发展到一定阶段的分支,数学物理都比较注重理论上的计算,而化学是建立在一些生活中教常见的现象的基础上发展起来的。起初的化学注重的是现象和实验,随着人们的进一步研究,化学中的一些实际本质必须借助数学物理中的公式、理论去解释。如量子化学、物理化学都是建立在数学和物理的基础上的。
没有数学物理化学只能处于经验实验现象阶段,而真实的本质永远不会被知晓。

D. 物理、化学和数学之间,有何关系

数学是物理的基础。理论物理和应用物理都需要数学的。化学呢,应用化学,量子化学什么的也都是以数学为基础的。可以说,数学是自然科学的基础。希望可以采纳,谢谢!

E. 数学和物理和化学这三门理科有联系吗

有联系。数学是基础,凡是涉及计算,全都与数学有关。比如物理中涉及到运动、变化率、能量交换等等,都是需要数学来解决。尤其当下物理前沿,相对论,量子物理等等尤其需要数学方法去求解各种方程。化学也一样,化学中反应的速率,反应的进行程度,反应的平衡,吸放热的具体情况,反应的可能结果,都需要运用到计算。
而物理和化学之间也有紧密的联系。化学有一个分支就叫物理化学,它是用物理的方法去研究化学反应的规律。比如说,化学反应中两个物质反应为什么产物是某种物质而非其他。这就是化学反应的机理,涉及到反应物的构型,电子的自由程度,反应的活化能等等。而这些就和物理相融合。
还有很多相互之间的联系,这里不一一列举。你如果喜欢理科,可以继续进入大学学习,那时候你就知道他们联系多紧密了。

F. 高中的数学、物理、化学之间有什么联系

物理,化学是在数学的基础上进行运算,比如有些物理问题需要用均值不等式,极限等.化学主要用简单的加减乘除运算.物理中的一些问题能出现在数学的解析几何运算里,如根据卫星的发射轨道半径和运行时间等计算椭圆轨道的公式等等.虽然物理数学化学在知识上没有必然的联系,但是在运算上有共通之处.

G. 数学跟物理,化学有什么关系

数学与物理、化学的关系是双方面的。
一方面,数学提供了强大的计算工具和逻辑分析工具,使得物理、化学问题解决起来更加方便。
(例如,物理学上,有不少地方需要积分计算,或者解方程,以及建模,都需要数学,化学也一样)
另一方面,不断有新的物理、化学问题的提出和解决,促进了数学新工具的发展。
(例如,最初,牛顿研究微积分是为了解决物理问题,但最后演变成了专门的数学工具)

H. 物理、化学与数学的必然联系是什么

三者都是要计算的理科,但物理和数学除了几道公式外不用记别的东西,化学就要记许多
化学是物理的分支,所以这两科有一定关系
高中阶段后,物理化学的成绩会建立于数学上
还有一点就是数学容易计错数,但物理化学一般不会

I. 数学和物理,化学有很大关系吗

数学物理化学是互相都有关系的,只是研究的领域进行了比较明确的划分.
数学只研究运算方法问题,物理则研究各物理量之间数学关系.
显然不懂数学又怎么研究物理量之间的数学关系呢?
比如,如果不知道乘法是什么意思的话,又凭什么说速度乘时间能得到距离?
到了大学物理就发现,几乎每一步都离不开数学.很多物理问题都必须用数学进行推导.
其实,中学物理中也有很多问题必须用高等数学推导出来的,只是中学还没学高等数学,所以直接给了结果,暂时不解释结论的来源.
几乎所有的物理学家也同时是数学家,因为不懂数学也无法确定各物理量之间应该用什么方法解决.
比如下面一道题,是物理问题,如果没学过微积分就根本无从下手解题:
一船在水中(相对水面)以速度Vo 航行,中途发动机突然熄火.
已知船重m吨,阻力是f=0.01mg×v²,v是船的即时速度.问:熄火后船(相对水面)还能往前漂移多远的距离.
如果没有数学知识,怎么知道上面题中各量的关系?更谈不上解题了.
数学运算甚至就好像是专门为了解决物理学中某类问题而专门研究的.可以这样说,数学的发展也是伴随着物理学的发展而发展的.
我们也会发现,有很多数学题其实也可以说成是物理题,而很多物理题也可以说成是数学题.
比如下面一道题:
A、B两人走路时:A每迈3步,B就迈4步,A走4步的距离正好等于B走5步的距离.
问谁走路速度快?如果慢的先走10步,快的需要走多少步追上.
这是速度的问题,但也可以说基本上是数学问题.

J. 化学,物理和数学之间有何关系

物理研究宏观现象,化学着手于微观本质,物理讲声光电热力,是最大的一门自然科学,涉及到很多分支,包括天文学,连续介质力学,热力学等。 而化学主要研究新材料的开发, 物质的循环使用。 化学变化的本质就是能量的转化,且新材料的性质,如熔点,硬度,强度,密度等又属于物理性质, 所以可以说【物理包括化学】 , 任何化学反应都可以通过物理中的 量子物理学理论 进行解释 而物理也确实是最大的一门自然科学 ,它帮我们更好的认识这个世界,每一条物理的定律其实都是一条预言, 预言着下一个实验的结果,只要有一个实验与之不相符,那么那条理论将面临别推翻或被修改,所以物理也是最准确的一门自然科学 而化学开始之初通过宏观的反应现象推算微观本质, 后来借助于物理中的量子物理学理论进行对反应的推算,和完成新材料的开发。 物理包括化学,这也就是为什么物理学家比化学家多,并且很多化学家都是物理学家兼职的。 因为物理比化学大。

那位兄弟说的不对,实验是物理的基础

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