化学专业要多容易有多容易

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-07-19 09:58 标签： 万华化学

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如果你是高中生或者刚进大学的freshman（对化学的了解还停留在高中阶段），你会觉得化学跟数学几乎不沾边。高中化学用到的数学仅仅是配平反应方程式，数电子数，算算平衡常数和反应商，算算酸碱滴定……等等仅仅涉及加减乘除的东西。这些东西给了高中生“化学对数学要求不高”的印象。

然而，在化学的范畴内，用到的数学知识，简直是……

首先，大学会学到的化学大体分四个方向：无机化学，有机化学，物理化学，分析化学。这是所有化学类专业学生都必须学的基础课程。

无机化学中最简单的部分，涉及到的数学知识也就只有加减乘除（数电子数，配平方程式，计算反应的自由能变，数配位数，计算还原电势……）和基本的微积分（化学反应动力学），空间想象力以及立体几何（晶体学）也得不错。吐个槽：其实，所有的数学工具里面，还是数数最难。

高等一些的无机化学，也许会涉及更复杂的晶体，或者更复杂的物质结构，那么空间想象力就必须很好。还有别的欢迎补充……

有机化学可能是用到数学最少的化学分支，也是最“化学”的一个分支，学生大量的时间都被花在理解化学反应发生的原因、了解化学反应的过程、以及根据已有的知识做出合理的预测上。有机化学最能体现化学的魅力，最不要求数学能力，却最考验人的记忆力和综合已有知识进行创新的能力。

当然，一门学科要发展，不利用数学工具是不可能的。在物理有机化学等课程中应当会学到一些基本的数学在有机化学中的应用。

物理化学这个分支里用到的数学实在太多了。简单点来说，四大力学（经典力学，电动力学，量子力学热力学与统计物理）中涉及的数学，包括基本的微积分、矢量与张量运算、微分方程、线性代数、概率论、泛函分析的观念等等，都要有一定程度的掌握。而且对这些数学工具以及物理知识的掌握程度，直接影响你对化学过程本质的认识，影响你的在这个领域的创新能力。

物理化学中用到多少数学这个问题，没法讲太具体。因为我自己是这个专业的学生，我还不是大师，知道的信息越多，越难以进行精辟的总结。我只能说，这个方向对物理观念的掌握要求很高，而理解物理知识又必须以一定的数学工具为基础。有一件事是肯定的，物理是建立在数学的基础上的，物理比数学难学；物理学家对很多数学工具的掌握比数学家更好更深入。

最后，分析化学中，用到的数学更多，什么方面的都有。因为分析化学（尤其是定量分析）本身是一个进行定量研究的学科。不过分析化学中用到的数学工具，大多数是从物理化学中已经得到的结论出发，再进行“工程”上的实现。一个可以让人接受的解释是：如果一种分析方法用到了什么物理原理，分析化学家就必须掌握这种物理原理。所以如果只研究某个特定的方向，那么只要把这个方向相关的物理背景学扎实，也就足够了。

我的分析化学老师说，现在这个时代，如果想成为一名分析化学家，你必须首先精通化学，还得精通数学，物理（理论以及实验两方面），工程，甚至是医学等等所有跟你相关的知识……

总结一下：物理化学和分析化学用到的数学比较多，无机化学和有机化学用到的相对少一些。其中物理化学方向对数学各个方面要求比较广，分析化学则要求在某些方面比较深入。但不管什么方向，微积分是绝对要好好掌握的。

————————我是修订的分割线，不关心物理的孩子可以不看了————————

今天来补充一点东西。关于化学中用到的物理，以及这些物理中用到的数学。

首先写几句总纲：（to所有有志于学习化学的高中生以及大一freshmen）抛开化学中用到的物理，去谈化学中用到的数学，那就是颠倒了主要矛盾和次要矛盾（单纯回答“化学中用到的数学”的话，答案就是加减乘除和初等微积分，看起来实在简单得不能再简单了）。在化学与其它学科的交叉中，不管从什么角度看，物理都是最重要的交叉。对自然科学的任何研究都离不开物理，尤其是化学。你可以把自然科学分成（数学、）物理、化学、生物、天文、地球科学等等，但是你去看看这些学科的发展，除物理自身，无一例外都有某个前沿是在向着与物理学结合的方向发展。（这话不敢说太死，本来想说“都是由其自身与物理的结合带来了本学科的新生命”什么的……）所以，作为一个（可能成为）新时代的化学工作者的你，必须掌握足够的物理知识。

我们知道化学只研究不小于分子的东西，顶多考虑电子的运动，基本不涉及原子核内的那些高深物理（所以原子核内的物理我是一窍不通），也基本不涉及运动速度太快的物体，所以什么相对论，粒子物理，还有什么强力弱力，完全不懂也没有关系。而且就算懂了也是白懂。

但是究竟必须懂什么？嗯，按照五门普通物理到四门理论物理（四大力学）的顺序讲讲吧。

力学：这个太基本了。坐标系，动能与势能，力矩，转动，三大守恒定律，自由度的概念，对振动和波的基本理解，多普勒效应……不过要用什么数学？只是加减乘除和基本的微积分而已。

电磁学：电荷之间的相互作用，电磁力与万有引力大小的比较，物质磁性的来源，场的概念，电流能发热的原因（焦耳定律这个其实很有意思），按照矢量来理解问题。用到矢量的运算，梯度、散度和旋度。不过电磁学中的数学其实用处真的不大。

光学：波长和频率的关系，光的干涉和衍射（而且要理解两个其实是一回事），发生干涉的条件，光能与物质相互作用的原因及相互作用的方式，偏振光，激光技术以及激光的特点。光学更像是为实验服务的，现代化学实验不可能不使用光学设备，尤其是激光器和各种衍射装置。不过几何光学真没必要掌握。光学用到的数学大概都在各种衍射里面了，必须要理解相位是什么，然后把相位积分起来，可能会用到一些复数。

热学：分子相互碰撞，热力学三定律，什么叫体系什么叫环境，压力p、体积V、温度T到底是怎么来的，熵是什么，等温过程、绝热过程等过程的概念，可逆过程的概念，热容，分子间作用力。热学的概念居多，而且这些概念对化学都是极其重要的，用到的数学，我只能呵呵了，基本的微积分而已。

原子物理：原子的模型，电子云的概念，为什么会有光谱，什么叫电子轨道，自旋，元素周期律（对没错原子物理能解释元素周期律！），基本的量子力学知识。要知道你想研究分子这么小的东西就必须懂量子力学，原子物理仅仅是给你了解量子力学打开了一扇窗而已。用的数学嘛，可能得懂一点概率论，想懂得量子力学那就得懂更多的东西。

经典力学，或者叫分析力学，理论力学，四大力学的第一门。通过学习经典力学，你应该对物体运动的原因有全新的认识，对坐标系有完全不一样的感觉。作为化学专业的学生，你不必很清楚怎么用泛函的方法推导拉格朗日方程，哈密顿量和雅克比积分有什么关系，什么是运动积分。但是你得明白位置和动量的对称关系，你得知道有个方程叫哈密顿方程，你得知道泊松括号，你得懂得泛函取极值的思想。这些是学习量子力学的基础。如果你一定要问经典力学在化学方面有什么用，我可以告诉你，它除了让你复习一下力学知识，帮助你将来学习量子力学之外，没有什么用。但是你想学懂量子力学，一定得学经典力学。经典力学用到的数学：难一些的多变量微积分，包括拉格朗日乘子法，泛函分析，基本的矢量与张量，下标法。

电动力学，四大力学的第二门课。对化学专业的学生来说，电动力学的用处实在不大，顶多是让你了解麦克斯韦神一般的功绩，电/磁偶极矩，四极矩，八极矩……这些东西只对做纳米电子器件（话说这竟然可以由化学专业的人来做）之类的人有用，所以这里面用到的数学知识就不说了。

量子力学，对化学专业学生最重要的一门物理课程。只有学过量子力学，你才能懂得分子是怎么想的，分子想怎么运动，懂了这些你才能研究分子的运动是不是？量子力学会给你在微观层面整个重新建立一个世界观，会让你以全新的眼光看待这个世界。你怎么样理解那些以前一讲到分子层面就不懂的东西，怎么样理解化学键，怎么样真正懂得核磁共振的原理，什么是光谱，全都在量子力学里面。量子力学用到的数学会有点吓人：泛函分析（空间，算符，对易性，狄拉克记号），线性代数（而且是很难的线性代数），微分方程（本征值，本征函数），概率论，复变函数。而且虽然量子力学跟经典力学用的方法完全不一样，你还是得先学过经典力学才能学量子力学。

热力学与统计物理，四大力学中的最后一门课，另一门对化学专业学生极重要的物理课程。其中热力学的内容都会在物理化学这门课里学，包括热力学函数U H G A的定义和使用，所谓体系状态的含义，相律，相变，化学势的概念。热力学本身很难学，不过热力学用到的数学最难也只有勒让德变换而已，这个内容不但是简单的微积分，而且在经典力学中还会学一次。统计物理则是告诉你，你已经了解了分子的信息，怎么把它们拿到宏观尺度来。波尔兹曼分布究竟是什么含义，有什么用，热容是怎么通过分子本身计算出来的，为什么有能均分定理而它为什么又错了，分子的对称性会怎么影响分子的宏观性质。学过统计物理，你一定会觉得统计物理太厉害了，有了统计物理这个武器你几乎可以解释一切宏观的化学现象。但是统计物理用到的数学，也只是概率论而已，而且是非常简单的概率论。

在四大力学的基础上，尤其是如果你掌握了量子力学和统计力学，那些分子光谱、反应动力学（动态学）、有机反应中让人迷惑的问题，全都是一点就透。你只需要向那个方向多想一步，就能明白很多连教科书都说不清楚的东西。甚至如果你再学一些更深入的课程，比如量子化学，你对长久以来从未认真考虑过为什么的化学键，都会有全新的认识。（稍微啰嗦一句，量子化学真不是人学的，涉及的数学有群论、相当复杂的线性代数应用、相当复杂的泛函分析，甚至有在以前看来离经叛道的数学方法，自洽迭代。而且学完之后很可能再也不明白什么是化学键，原子的价态是什么意思，而且对除能量之外的物理量再也不感兴趣……如果你学完量子化学还觉得原子的价态就是无机化学里面说的那些东西，那一定没学明白）

————————我承认分割线之内的内容跑题了————————

TUV南德召开电子电器全球市场准入及化学物质管控专题研讨会

TUV南德召开电子电器全球市场准入及化学物质管控专题研讨会

北京2018年8月27日电 美通社 -- 近日，TUV南德意志集团（以下简称“TUV南德”）于北京中关村皇冠假日酒店举办“电子电器全球市场准入和化学物质管控”专题研讨会。研讨会上，来自TUV南德 "

近日，TUV南德意志集团（以下简称“TUV南德”）于北京中关村皇冠假日酒店举办“电子电器全球市场准入和化学物质管控”专题研讨会。研讨会上，来自TUV南德的专家全面解析了欧洲无线指令RED和北美FCC法规要求，对欧美化学有害物质管控法规及环保标识进行详细介绍，帮助众多电子电器企业打造环保合规的有害物质符合性供应链。通过讲解产品出口各环节的法规政策及常见问题，提供全球市场准入“一站式”解决方案，协助电子电器企业顺利进入国际市场，助力企业稳步发展。


TUV南德“电子电器全球市场准入和化学物质管控”专题研讨会现场

近年来，无线设备覆盖的产品范围越来越多，这些设备则需要通过设计来满足一系列接收与产生无线电波的技术要求，以确保安全和运营高效。因此，对制造商、进口商和经销商在面对符合无线设备设施监管要求时，带来了相当大的挑战。本次研讨会上，来自TUV南德的专家全面解析了欧洲无线指令RED和北美FCC法规要求，使广大企业在产品开发设计阶段，尽早考虑产品合规要求与合规因素，在确保产品具有稳定质量和安全性的同时不影响上市时间，赢得竞争优势。

不光是无线设备厂商，电子电器产业也面临着越来越多也日趋严格的化学有害物质管控的要求，面对的挑战不仅仅是法规的不停更新，更有供应链管理的困惑：内部管控节点、供应链审核、产品的风险识别、材料的风险点相结合，才能从容应对化学有害物质管控的要求。本次研讨会为各大企业全面了解相关欧盟环保法规要求，深入理解对供应链管控的风险识别和手法，掌握材料风险识别和供应商的选择和管理提供了一个良好的学习和交流的平台。TUV南德在中国拥有多个化学测试实验室，可就近完成化学相关测试，在环保测试领域拥有权威的专家团队，为全球各国制造商提供完善解决方案。

制造商、进口商、零售商或贸易商寻求将自己的电子电器产品投放全球市场时，会面临如何遵守技术合规的挑战，在各国没有统一的标准和要求，甚至不同国家使用不同的国家标准时，制造商需要了解他们想要进入的每个国家的法规。TUV南德的国际认证专家在研讨会上对澳大利亚、巴西、日本、印度、台湾等多个国家和地区的测试与认证要求进行了详细的讲解，使得制造商可以借助TUV南德经验丰富的合规认证专家，以高效、划算的方式达到目标国家和地区的要求。

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