數學在化學研究中的應用摘要：文章從數學的發展和發展中的數學對化學界的影響，提出了數學在化學領域的重要性，數學與化學不可分割，化學中有些知識的產生是在數學公式推導的基礎上研發的，數學已經廣泛的應用在化學上。數學不僅推動了化學的發展，而且讓化學的研究走向另一個巔峰。關鍵字：數學化學應用化學是一門很廣泛的科學，按研究范圍來分，包含無機化學、有機化學、分析化學、物理化學、生物化學。這些科目都會用到數學。長期以來，人們一直以為只有在化學計算中要用到有關數學的知識，例如：一些算術、初等代數、求導、微分。其它數學反方面的知識在化學領域中基本用不到。其實不然，隨著時代的進步，數學方法已深入到純化學領域之中，數學不僅在語言上還在技術上應用于化學中，并在很多方面已有了令人意想不到的應用。化學的新發現和重要成果分析都離不開數學，數學的發展和深入的研究將在化學研究中占有重要的地位，數學是研究化學的一個工具，是研究化學的一個動力，所以數學廣泛應用于化學領域。數學在無機化學中的應用。【1】無機化學是在原子和分子層次上研究無機物研究元素、單質和無機化合物的來組成、性質、結構和反應的科學。它是化學中最古老的分支學科。當前，無機化學正處在蓬勃發展的新時期，許多邊緣領域迅速崛起，研究范圍不斷擴大。在無機化學領域拓展時數學是必不可找的關鍵學科。在無機化學計算中不僅要用到代數計算還會用到一些公式的推導，例如利用數學中“雞兔同籠”一類問題的求解公式:n1=m-nM2M1-M2,n=n1+n2,解化學中的“兩元體系混合物的計算”問題,聽起來好象是牛馬不相及,但卻是客觀存在,用起來非常簡便,實際上是內在因素所致。數學在有機化學中的應用【2】有機化學是與人們生活密切相關，有機化學是研究有機物的組成、結構、性質及其變化規律的科學。有機化合物在組成上都含有碳元素，此外，不同的物質還含有很多不同的元素，因此化學式也截然不同，因此引進了數學，數學知識里我們學過的數學代數，排列組合等就派上了用場。早期，【3】美國數學家凱萊對圖論做出了很大貢獻，有趣的是，吸引他到圖論上來的不是數學，而是化學，他研究n個碳原子數的飽和烴CnH2n+1，同時他又特別注意一類稱為樹的特殊圖，在這種圖內邊的線路是不允許封閉或循環的。而飽和烴分子內的原子間的聯結恰好也是這樣的。當數學家進一步研究時，卻在研究中開創了現代化學，數學家們為化學家們所關心的關于其同分異構體的種種組成與數t的物質存在的問題賦予一種清晰的形式。他們必須制定一種規則，根據它每個所給的原子集合應能相應提供由它們組成的結構個數。如果此數為零，則不能由這些原子組成分子。如果為一，則可能且僅有一種形式。如果此數超過一，則可以存在由這些原子組成的分子—同分異構體。數學就這樣應用到了無機化學中。化學家在同分異構體研究中同樣也用到了很多數學知識。數學家利用母函數解決化學中的排列問題，【4】當從一系列自然數中的每一個要求相應一個定數時，數學家們就經常采取我們所使用的方法—力圖借助于母函數求解。他們使該函數按變t幕展開為有窮或無窮數列(第二種情況數列就稱為幕級數)‘給定某個自然數，他們就在數列中尋找相應的幕指數，而帶這個冪的變且前的系數即為所求。巧妙而又有效的母函數方法常對從事數論或概率論的專家們有幫助，有時他們很快就可從中找到解答，而用其他辦法卻是不易奏效的。在化學元素分子結構研究中，科學家利用歐拉公式對C60進行結構分析，發現【5】C60分子結構有如足球的形狀,這60個C原子分布在多面體的頂點上,連接C原子的化學鍵相當于多面體的棱,化學上把具有這樣的分子結構的烯叫做“足球烯”.C60分子結構的發現,在化學發展史上具有劃時代的意義。3.數學在分析化學中的應用【6】分析化學是究物質化學的組成和表征和測量的科學。他要鑒定物質的組成，所以在分析物質的過程中數學的基本運算就十分重要了。同樣現在的分析化學還將數學建模思想引入基礎等等，隨著科技的進步，在分析化學的教學中、以SCILAB數學軟件提供的初等數學和繪圖方法研究了隨機誤差的正態分布函數、多元酸的各形態分布函數以及絡合滴定曲線的模擬、形象直觀地展示了所描述過程的靜態動態特性。分析化學的試驗——分光光度法測平衡常數，在最后處理數據是就要用到計算機來制作表格和繪制圖表，這些都需要數學的運算，包括代數和幾何。4數學在物理化學中的應用【7】物理化學是化學的理論基礎，用物理的原理和方法來研究化學中最基本的規律和理論，而物理跟數學卻是密切聯系的。在學習物理化學的過程中要熟練掌高等數學中的求導、微積分、偏分、極大值和極小值等等。在實驗過程中，經常要利用實驗數據繪制表格和圖形，再利用推導出的公式進行計算求值。在動力化學的研究中也應用了微分等公式進行計算。數學這一有力的工具是化學的開拓和發展不可缺少的。5數學在生物化學中的應用數學方法為生物化學的深入研究發展提供了強有力的工具。用高等數學基礎知識解決生物化學工程中的一些實際問題的例子，旨在啟發學生怎樣正確理解和鞏固加深所學的知識，并且強化應用數學解決實際問題的意識。例如:化工生產過程中常于密閉管道內輸送液體，使液體流動的主要因素有流體本身的位差,兩截面間的壓強差,輸送機械向流體外作的外功。流動系統的能量衡量常用柏努利方程式.在生物細胞繁殖的研究中數學的應用顯而易見，例如：隨著細胞的生成繁殖，培養基中的營養物質被消耗，一些有害的代謝產物在培養液中累積起來，細胞的生長速度開始下降，最終細胞濃度不再增加，進入靜止期，在靜止期細胞的濃度達到最大值。如果細胞的生長速率的下降是由于營養物質的消耗造成的，可以通過以下的分析來統計分批培養可能達到的最大細胞濃度。設限制性基質為A，其濃度為a，且A的消耗速度與細胞濃度成正比：，由公式中為常數，假定接種后培養液中細胞濃度為，且立即進入指數生長階段，且一直保持到靜止期，則，其中為分批培養達到的最大細胞濃度，即A完全耗盡時細胞濃度，由兩式可得，也就是說分批培養過程中獲得的最大細胞濃度與限制性基質的廚師濃度存在著線性關系。因此數學在生物研究中廣泛使用，是不可缺少的工具之一。文獻 無機化學第三版高等教育出版社楊宏孝、凌芝、顏秀茹修訂P18-P19《我國無機化學發展概況》有機化學第四版高等教育出版社高鴻賓主編P1《緒論》《數學與化學結合豐碩果——兼談同分異構體個數的計算》陳中樂