数学和化学之间有什么关系

Question

如题所述

Answer 1

摘要：数学是研究人类思维方式的科学。几乎在一切人类活动中, 都离不开数学工具。将数学知识渗透到化学中, 实际上就是将化学问题抽象成为数学问题, 这和数学建模是很相似的，即在化学中运用已掌握的数学工具, 通过分析化学变量之间的相互关系, 建立一定的数学关系或构造数学模型, 最终达到解题的目的。化学中渗透数学知识, 既新鲜有趣, 利于激发兴趣, 又通过运用数学知识, 拓展了大学生的本领, 还可以从中提高我们的思维品质。并且很多的化学难题都离不开数学来解答，许多化学物质分析需要数学来解释。 关键词：数学 化学 关系
数学渗透到化学之中 化学是一门很广泛的科学，按研究范围来分，包含无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、生物化学。这些科目都会用到数学。长期以来，人们一直以为只有在化学计算中要用到有关数学的知识，例如：一些算术、初等代数、求导、微分。其它数学反方面的知识在化学领域中基本用不到。其实不然，随着时代的进步，数学方法已深入到纯化学领域之中，数学不仅在语言上还在技术上应用于化学中，并在很多方面已有了令人意想不到的应用。化学的新发现和重要成果分析都离不开数学，数学的发展和深入的研究将在化学研究中占有重要的地位，数学是研究化学的一个工具，是研究化学的一个动力，所以数学广泛应用于化学领域。
2、1渗透数学归纳法知识 众所周知, 要推导核外各电子层最多容纳的电子数, 必须系统地学习电子层、电子亚层( 电子云的形状) 、原子轨道( 电子云的伸展方向) 、电子的自旋方向、能量最底原理、洪特规则、保里不相容原理, 而所有这些, 高中化学教材中已经删去。学生要想靠已知的化学知识推导核外各电子层最多容纳的电子数是不可能的, 但若借助数学中的完全归纳法进行推导, 却能实现殊途同归。例如: 用数学归纳法推导核外电子分层排布最多容纳的电子数为2n2。
2、2渗透数列、极限的知识 求解分子式是有机化学中一类常见的问题,然而所给的物质往往不能通过典追答

型代表物的通式来求解,使人产生山穷水尽疑无路的困惑。若通过观察、比较、分析、归纳,借助数列、极限知识,将化学问题抽象为数学问题,则会有柳暗花明又一村的感觉。 例如在沥青蒸汽里含有多种稠环芳香烃,其中一些可视为同系物,
如: (1)求从萘开始,这一系列化合物中的第25个化合物的分子式。 (2)求该系列化合物中碳的最大质量分数。 解析:(1)将前三种物质的结构简式写成分子式,分别为C10H 8 、C16H10、C 22H12 。由前三种质的分子式发现:碳原子10、16、22为等差数列,公差为6;氢原子8、10、12也为等差数列,公差2。由此根据等差数列的通项公式an=a1+(n-1)d可得碳原子数为:an(C)=10+(n-1)6=6n+4 氢原子数为:an(H)=8+(n-1)2=2n+6即该组系列化合物的通式为:C6n+4H2n+6第25个化合物的分子式为C154H56 （2）由数学思想，有如下解法：
2、3 渗透不等式知识 化学平衡是中学化学教学的难点。在解决某些实际问题时,若仅凭平衡理论试图通过演绎、归纳推理,往往会有较大的难度。如果借助数学工具,却能顺理成章地得到解决。就像在一定的氨气与氢气生成氨的反应在一定条件下处于平衡状态。现若其它条件不变,仅增大压强,那么各成分的体积分数将会变化，而这种变化就可以通过不等式的方式讨论其值是左边还是右边的大。 3、数学与化学的关系 任一自然科学学科的发展中都离不开数学，数学的基础作用，无不在学科的深入研究中显示出来。数学是自然科学之母。然而在化学发展的初始阶段，数学的作用并不明显。 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，从定量分析到量子化学，从数量分析到计量化学，数学在化学中的作用日益增强。数学方法在化学各分支中的应用非常多。如向量分析、常微分方程、微分与变分法、偏微分方程、有限差分计算、数值方法、矩阵、群论、过程最优化方法、概率与统计等等，以及这些数学知识和方法、计算语言和在计算机中的应用。由于计算机的应用，大部分的化学计算问题都编成了计算机程序，化学家和化学工作者只要学会一些简单的操作就可进行大量繁重而复杂的计算，计算机将化学家们从繁重的数学计算中解放出来了。