由物理公式解決化學問題淺談學科間聯(lián)系

許俊生

摘要：本文利用庫侖力公式來幫助學生理解化學選修3中離子鍵強弱、金屬鍵強弱、氫鍵形成及強弱判斷等基本概念，以及利用物理和化學基本公式推導物質的量的濃度與質量分數(shù)關系公式，讓學生認識到學科間的互通性，并由此聯(lián)想到化學與其他科目之間的聯(lián)系。

關鍵詞：庫侖力公式 離子鍵 金屬鍵 氫鍵 互通思想

在解決化學問題的時候，我們通常會用到其他學科的知識，這是因為學科間是相互關聯(lián)的。如果我們在教學中能結合應用，那將對學生各科的學習都有幫助，學習效果會更好。

一、用庫侖力公式理解離子鍵、金屬鍵鍵能強弱以及氫鍵形成

（一）用庫侖力公式理解離子鍵、金屬鍵強弱

化學選修3化學鍵部分介紹了三種化學鍵，其中共價鍵的鍵能可以直接由鍵長來判斷。而像離子鍵、金屬鍵鍵能如何判斷呢？能否用學過的物理知識來幫助理解相關內容呢？

大多數(shù)學生通過背誦來記憶“離子所帶電荷越多、離子半徑越小，離子鍵越強”，金屬鍵類似只是將陰離子換成自由電子，但是并不理解為什么是這樣。其實在高二學習選修3《物質結構》的時候，物理科目的電磁場相關內容已經學習過了，這個時候可以結合物理知識來理解這一部分內容。物理電場中的庫侖力公式可以很好地幫助我們理解這一部分內容。庫侖力公式：F=kQ1×Q2r2（k=8.9880×109N·m2C2）。其中F就是庫侖力大小，K是常數(shù)，Q1和Q2分別表示離子化合物的陰陽離子所帶電荷多少或者金屬晶體陽離子和自由電子所帶電荷，而r表示陰陽離子中心距離，對金屬晶體來說r的數(shù)值主要取決于陽離子半徑的大小，這樣就比較容易理解為什么“離子所帶電荷越多（相當于公式中Q1和Q2數(shù)值大），離子半徑越小（相當于公式中r數(shù)值小），形成離子鍵越強（公式中F值大）”，也就比較容易理解為什么第一主族從Li到Rb金屬的熔沸點會降低（因為自由電子相同，堿金屬離子都帶一個單位正電荷，而同主族從上往下，離子半徑增大會使得公式中r增大從而F減小，金屬鍵減弱，破壞起來更容易）。

（二）利用庫侖力公式理解氫鍵的形成

利用庫侖力公式不僅可以解釋離子鍵和金屬鍵強弱，還可以理解氫鍵形成與強弱。氫鍵的形成簡單理解是，當一種電負性很強的元素原子與氫元素原子之間形成共價鍵時，共用電子對會偏向于電負性強的原子而偏離于氫，這樣會使得很多時刻氫的質子暴露出來，相當于帶正電，而電負性強的原子相當于帶負電，然后相鄰分子間產生較弱的靜電作用從而形成氫鍵。這樣我們也可以根據(jù)庫侖力公式來理解氫鍵形成和強弱：（1）要想形成氫鍵，首先要求另一個元素電負性值比較大，否則不會出現(xiàn)共用電子對明顯地偏離于氫而使得兩個原子形成公式中的Q1和Q2。（2）由于氫鍵不是化學鍵，作用力比較微弱，作用范圍也較小，因此公式中r要比較小，和氫形成共用電子對的元素原子半徑要比較小。

根據(jù)上述要求，能滿足條件的只有N、O、F三種元素（其他元素，如C的電負性較小，不能形成明顯的Q1和Q2，而Cl的半徑r值大，F(xiàn)值小），而且我們根據(jù)公式中r大小可以判斷出單個氫鍵強弱：H…F>H…O>H…N

以上就是利用物理庫侖力公式來理解《化學》選修3中離子鍵、金屬鍵、氫鍵的相關知識。有了庫侖公式，我們就不用死記硬背相關定義，能夠從根本上理解離子鍵、金屬鍵強弱及氫鍵形成和強弱，知識點掌握得更牢固。

二、物質的量的計算中物理公式的應用

物質的量及其相關計算在高中化學知識中屬于需要重點掌握的內容，其中很多公式與推導都需要應用物理的基本公式。例如：常用的物質的量濃度（c）與質量分數(shù)（ω）、密度（ρ）之間關系的公式：c=ρωM，我們就可以用化學及物理相關的基本公式進行推導。首先，物質的量濃度c=nV，又根據(jù)物質的量與質量的關系n=m質M及物理公式中溶液體積與質量、密度的關系V=m液ρ，可推導得c=m質/Mm液/ρ，再根據(jù)質量分數(shù)公式ω=m質m液推導得c=ρωM。

學生會應用基本化學及物理公式推導常用公式，既可以加深對公式的理解，又能注意到公式細節(jié)的變化，公式掌握得更加牢固。常見的其他一些基本物理公式如理想氣體狀態(tài)方程：pV=nRT，電量和電流、時間公式：Q=It 等公式在化學中也有著廣泛應用，可以幫助我們理解和推導相關化學公式。

三、由物理公式解決化學問題看化學與其他學科間的聯(lián)系

大家都知道高考改革的一個重點就是文理不再分科，很多學生一開始很茫然，不知道高考改革后應該怎么對待選考科目。其實我們在學習中應該認真地對待每一門學科，因為學科間的相關性是很強的，如果能融會貫通，那對自己的學習會有很大的幫助。以化學科目為例：

語文學科可謂是所有學科的基礎，就化學學科而言，化學知識點的閱讀、化學用語的使用，甚至化學用品的命名都離不開堅實的語文基礎。我們要重視語文學習，提升自身的閱讀和寫作能力，這樣不僅可以提高語文成績，對其他各科包括化學在內都是大有助益的。

數(shù)學學科對大部分學科來說都屬于“工兵”學科。化學課堂教學及學生學習化學的過程中，有很多化學問題需要依靠數(shù)學知識來解決，一般的化學計算中常用到的有列方程式或方程組;而像濃度變化與時間關系，化學反應速率與時間變化關系，化學反應的能量變化與過程關系通常都要應用函數(shù)圖像來表示;選修3《物質結構與性質》中晶體部分知識要用到立體幾何的相關知識。學生利用相關數(shù)學知識來解決具體的化學問題是非常方便的，同時對學生來說，解決以上問題是學科間聯(lián)系的一個重要體現(xiàn)，有利于培養(yǎng)學生的學科綜合能力。

英語和語文一樣是語言學科，用于閱讀和交流。學好英語對于其他學科的學習有著很大幫助，例如化學學科，如果英語水平高，對于元素符號，各種簡寫的理解和掌握就將更加容易。就學習持續(xù)性來講，進入大學后，我們不僅要閱讀中文文獻，而且需要閱讀相關的英文文獻，這時學生的英語閱讀能力將起到非常大的作用。

本文一開始探討物理公式是如何解決化學問題的，化學與物理之間是有密切聯(lián)系的，學好物理對于學習化學有極大的幫助，而且今后進入大學更能體現(xiàn)這一點。老師在教學過程中要引導學生注意這種學科間的相互聯(lián)系，有助于學生建立綜合的學習觀念，讓他們感受到在化學中借用物理的思維及方法往往能收到非常好的效果。

21世紀是生化的世紀，生物科學和化學科學之間更是形影不離。如溶液的pH變化與植物根毛區(qū)的離子交換、化學變化與沼氣發(fā)酵池中的生物知識、食物腐敗中的氧化還原反應與微生物的關系等，化學和生物兩科學習有很多相互關聯(lián)和知識互補，學習時建立兩科相關知識點聯(lián)系對兩科學習都有很大的益處。

綜上所述，高中階段各個學科之間有著密切的聯(lián)系，教師在教學過程中要注意引導學生通過化學知識點建立與其他學科知識點的聯(lián)系，相互滲透、交叉和綜合，培養(yǎng)學生綜合運用知識分析和解決問題的能力。學生在化學學習中也應該注意和其他學科相結合，幫助化學以及其他學科的學習，有時在解題時用到其他學科思想有可能收到意想不到的效果，讓自己能更快速、更準確地解決相應的題目，對知識的理解能更上一層樓，更容易實現(xiàn)預期的目標，這樣也正好符合新高考的理念。

參考文獻：

熊云貴.培養(yǎng)學生理科綜合能力的探索[J].化學教育，2002（3）.