這篇東西是關於大學當中無機化學學習的一篇文章的電子化產物,可能比兩年前寫這東西的時候有更多的體會或是心得在裡面。(2020。3。11修訂)

無機化學對於大部分化學專業的學生應該是第一門專業課,一般來說開設在大學一年級。對於蘭州大學的同學們來說,無機化學是一門6學分的專業課,分為前後兩編:前面上的一門叫做普通化學原理,後面一門叫元素化學概論。

對於普通化學原理,有兩個大的部分,一是化學熱力學動力學入門,二是物質結構,可以認為是一個猴版的西方的物理化學(PHYSICAL CHEMISTRY)課程,或是國內的物理化學和結構化學課程。這門課不需要很好的數學物理基礎,高中生學過對數就可以學的飛起。

我們要從頭考慮化學研究的到底是什麼,本質上,化學是分子原子層面的物質變化規律和物質構成規律。再換一個角度,如何描述一個體系當中發生的物質變化以及這些物質到底如何描述。其實說起來非常蛋疼,化學變化必然伴隨著物理變化,而這些物理變化是我們確定化學變化切實發生的證據。有人說“化學研究的空間尺度之上是什麼,是物理,這個研究的空間尺度之下的物質變化規律是什麼,是物理;即使是分子原子平行的尺度,也有凝聚態物理和分子物理,所以說化學是物理的子學科”,這個觀點用還原論用的飛起,感覺這個命題就很怪。我完全可以如此解構:“我的父輩是我爹我叔我的子輩是我侄女我兒子,所以說我堂哥是我”。但是不可否認,這種表述也有可取之處,因為化學反應伴隨著的物理變化,任何物質其本身需要物理的變數來描述,學好化學進行化學科研的話,是要學好物理的。單純就化學反應說化學反應,反應就物質來說,是在分子層面若干物質變化成為另外一種物質,在原子層面,不過是一個重新排列組合的過程。而這個過程伴隨著什麼,物質結構變化引發了物質性質的變化。而這個過程本身,伴隨著我們通常說的物理變化,我們直觀感受到的可能是物態變化(比方說產生氣體什麼的),也可能是能量變化(比方說放熱、吸熱),也有可能是其他的一些變化。簡單來說,就是“什麼物質、如何反應、反應表現現象如何”。

反應原理部分看起來龐雜無頭緒,這部分核心大概有這些:物質結構、反應過程當中的功能變化、以及化學平衡。學好這部分一般需要兩個路徑:一是閱讀、二是做題。

物質結構部分主要是三大結構:原子結構、分子結構、晶體結構。這個部分在本科低年級階段主要是記憶,記憶主要結論,並且能夠套用到一些體系上就可以。千萬不要問其所以然,否則的話,會發現自己實際上應該去的是物理系(心碎。jpeg)。這個慘痛的例子就發生在作者本人身上。最簡單的一個例子,氫原子的波函式怎麼解,為啥1s軌道就是一個球。(筆者這裡並不想對現在很多學校化學專業的教學計劃指指點點,但是確實非常的讓人意難平,你不能究根究底,你想想就難受是不是)。原子結構基本上就是四個量子數,以及主量子數、角量子數相關的軌道空間分佈;分子結構的話,會給你講各種價鍵理論,從八隅律到VSEPR理論再到簡單的分子軌道理論,還會將一些配合物的構成理論;晶體結構基本上是交給你最簡單的格子、點陣、堆積、典型晶體。需要一些空間想象能力,但主要還是記憶。

而化學熱力學會從物態開始講起,從物態(相平衡)到熱力學三定律再到化學熱力學(吸熱放熱、化學平衡)此外還有基本的唯象的化學動力學。其中重頭戲是化學熱力學(熱力學三定律)和化學平衡(水溶液中的酸鹼/電離/氧化-還原/溶解-沉澱/配位-解離)。這部分需要做題,掌握基礎知識和必要的做題技巧。

元素化學則可以認為是對化學世界的一次瀏覽,看看各個元素能怎樣互相結合成怎樣的物質以及他們組合起來性質如何、性質變化如何。這就要求週期律什麼的要掌握、反應原理的東西要掌握。化用ART裡的一個比方來說,化學反應原理就像是學一門新的語言而元素化學就像是開始試著用這門語言描述一些東西。

對物質變化刨根問底,大部分是對物質結構和變化過程進行一個刨根問底,由單個到大量由微觀到宏觀,我們化學學科所用到的知識大多數是物理學科具體來說量子力學、統計物理的產物。若是真的對物質變化的本質什麼的感興趣,在國內的本科培養計劃框架下,建議是去物理系,去一個不錯的大學的物理系。如果“我全都要”,那麼中科大的化學物理系(三系)可能是真正適合這樣的同學的。

%當然對於蘭大的化學系的同學,現在去修習一些物理課好像也可以了,這裡建議還是有時間修一些物理課如果對於理論化學和計算化學感興趣的話。%