数学与化学之间的关系

摘 要：随着新课程改革的不断深入和推进，教育对人才培养质量的要求也越来越高。为了高效实现人才培养目标，对基础教育阶段的课程结构进行适当的改革，显得尤其必要。课程结构的改革不仅顺应了学科知识领域的发展需要，同时其对于学生各学科的高效学习也有着积极意义。课程结构改革的一个重要方向就是实现多个学科间的交叉，在各学科教学中加强多个学科的联系，加大对学科间关系的研究，尤其是对于一些基础性工具学科，如数学等，将数学的相关思想方法及语言等应用到其他学科中，将会有非常显著的效果。就数学与化学之间的关系进行详细的探讨。

关键词：数学；化学；关系

语文、数学都是我国各阶段教学中最为重要的基础性学科，小学阶段就开始开设，尤其是数学学科，其作为一门重要的工具性学科，在学生其他学科的学习中，有着重要的促进作用，尤其是在理科类课程的学习中。数学作为一门应用广泛的学科，其相关的数学思想方法及语言，在其他学科中有着广泛的渗透，诸如在化学课程教学中取得了显著的成效。化学作为一门以实验为基础的学科，教学中通常要使用到数学中的归纳法、不等式以及数学计算技能等一些数学知识，同时在化学相关理论的表达中，也常常要借助数学语言，才能使得化学理论更加科学和完善，因此可以说数学与化学之间有着十分紧密的关系，两者是相辅相成、相得益彰的。

一、化学语言的数学化

随着化学学科与数学学科的不断发展，我们可以发现原本两门相对独立的学科，联系却越来越紧密了，数学的相关理论在化学中的应用也越来越广泛，这极大地提升了化学研究及问题解决的效率。化学语言的数学化，在化学领域中也是司空见惯的。如在化学领域中，有一个十分重要的课题就是分子构造和化学键之间的联系，在研究的初始阶段，人们对化学键的成键过程并不了解，只是大概知道整个分子的构型，而缺乏对原子成键在微观上的认知。如HgCl2分子，其分子构型可以用Cl-Hg-Cl来表示，Hg原子和Cl原子之间则可以使用短线来连接，而这根短线就是两种原子之间的化学键，但是人们对化学键的认知也仅限于此，对于成键原子的内部电子组态则全然不知，自然而然对HgCl2分子的立体构型也是缺乏精确把握。与HgCl2分子在分子构型上十分相似的BaCl2分子，其也可以用Cl-Ba-Cl来表示，然而两种看起来结构相似的物质，其物理性质及化学性质是存在很大差异的，究其原因主要还是两者的成键电子形态不同，这里就需要用到电子轨道及价键理论来解释了。Hg原子在与Cl原子成键形成分子时，其最外层电子是6s2，和Ba原子不同的是，其6p轨道电子是空的，当这两种原子分别与Cl原子成键时，前者使用的是sp杂化轨道，且HgCl2分子为线性结构，而Ba原子其能量最低的5d轨道是空电子的，其在和Cl原子成键时其杂化轨道是不同的，因而其结构也是非线性的，同时其两个化学键间的夹角小于180°。而上面例子中的轨道及对称性等相关内容，其实都是数学中的偏微分方程及线性代数理论，其相关的键角等语言都是数学语言，因而化学语言的数学化情况，在化学领域中十分普遍，这样的例子还有很多。数学在化学中不一定仅仅作为计算的工具，很多时候还可作为一种讨论化学课题的定性方法。

二、化学计算中的数学技术应用

随着化学领域的不断发展，在很多化学问题的解释中，数学相关概念及理论的应用也越来越广泛，用数学语言来表达化学问题已成为学科发展的趋势。然而数学与化学的关系，除了语言的数学化之外，化学研究中经常需要用到数学计算技术，因此数学技术在化学领域中也有着广泛的应用。如在计算化学反应速率时，由于化学内容难度的不同，其所要借助的数学计算技术难度也存在差异。例如，在高中化学两性氢氧化物Al（OH）3的相关化学反应速率的相关计算中，Al（OH）3与不同量的NaOH的反应，随着NaOH的逐渐加入，其会有如下两个化学反应：AlCl3+3NaOH=Al（OH）3+3Nacl和Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O。在中学阶段，只考虑化学平衡等理想状态，其计算过程较为简单，所需要用到的数学技术难度也不高，但是此题如果要考虑到热传导及物质扩散等情况，在化学反应中会有放热及吸热情况，因而其温度也会不断发生变化，进而影响其化学反应速率，此时该反应方程式也变成了非线性的了，其反应速率的计算问题，则变成了较难的数学计算问题了，就需要运用较高层次的数学计算方法，牵涉到线性方程、微积分、向量分析，以及多变量的非线性偏微分方程式，要想解答这道化学题目，就需要应用较多的数学技术了，因此数学技术在化学研究中也有着非常广泛的应用。

综上所述，数学与化学之间有着密切的关系，两者是相辅相成、相得益彰的，数学的很多思想方法及语言都能有效地应用到化学的研究中，因而加强对数学与化学之间关系的相关研究，对于推动两门学科的共同发展，有着深远意义。

参考文献：

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