Физическая химия и ее значение. Этапы развития и методы

Физическая химия и ее значение

Химические реакции всегда связаны с разнообразными физическими процессами: теплопередачей, поглощением или излучением электромагнитных волн, электрическими явлениями и другими. Так, смесь веществ, в которой протекает какая‑либо химическая реакция, выделяет энергию во внешнюю среду в форме теплоты или поглощает ее извне. При повышении температуры вещества увеличивается интенсивность колебательных движений внутри молекул и связь между атомами в молекулах ослабляется. После перехода известной критической границы происходит диссоциация молекулы или ее взаимодействие с другими молекулами при столкновении, то есть химические процесс. Можно привести множество аналогичных примеров. Во всех случаях имеет место тесная связь физических и химических явлений, их взаимодействие.

Взаимосвязь физических и химических явлений изучает физическая химия. Используя теоретические и экспериментальные методы физики и химии, а также свои собственные методы, физическая химия занимается многосторонними исследованиями химических реакций и соответствующих им физических процессов. Физическая химия как пограничная наука охватывает изучаемые ею явления с нескольких сторон. Она учитывает диалектический характер взаимодействия атомов и молекул и таким путем познает сложные и взаимосвязанные явления материального мира.

Физическая химия уделяет главное внимание исследованию законов протекания химических процессов во времени и законов химического равновесия. Основная задача физической химии — предсказание временного хода химического процесса и состояния равновесия в различных условиях на основании данных о строении и свойствах молекул веществ, составляющих изучаемую систему. Знание условий протекания химической реакции приводит к возможности управлять химическим процессом. Надо обеспечивать наиболее быстрое и полное протекание интересующих технологов реакций в нужном направлении и при условиях, наиболее приемлемых для заводских масштабов. Поэтому физико‑химические исследования технологических процессов имеют важное значение на любом этапе силикатных технологий, начиная с процессов подготовки шихты и заканчивая получением материалов и изделий с наперед заданными свойствами.

1.1. Основные этапы в развитии физической химии

Термин «физическая химия» и определение этой науки впервые были даны М. В. Ломоносовым, который в 1752–1754 гг. читал студентам Академии наук курс «Введение в истинную физическую химию». Ломоносов дал следующее определение физической химии: «Физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях». Это определение близко к современному. Ломоносову принадлежит открытие закона постоянства веса при химических реакциях. Он сформулировал закон соотношения форм движения материи, создал стройную и ясно изложенную кинетическую теорию строения материи и объяснил теплоту как проявление движения молекул.

Экспериментальное изучение теплот химических реакций было начато Лавуазье и Лапласом (1779–1784 гг.) и в дальнейшем привело к установлению основного закона термодинамики — закона постоянства сумм теплот (Г. И. Гесс, 1840 г.).

Для развития физической химии огромное значение имело открытие двух законов термодинамики в середине XIX в. (Карно, Майер, Гельмгольц, Джоуль, Клаузис, В. Томсон). Количество разнообразных исследований, лежащих в области, пограничной между физикой и химией, постоянно возрастало и во второй половине XIX века. Было развито термодинамическое учение о химическом равновесии (Гульдберг и Вааге, Гиббс). Исследования Вильгельми положили начало изучению скоростей химических реакций, изучались условия равновесия растворов с паром (Д. П. Коновалов) и развилась теория растворов (Д. И. Менделеев).

Профессор Харьковского университета Бекетов с 1865 года читал лекции по физикохимии. Признание физической химии как самостоятельной науки выразилось в учреждении в 1887 году в Лейпцигском университете (Германия) первой кафедры физической химии во главе с Оствальдом. Здесь же был основан первый научный журнал по физической химии. К концу XIX в. определились 3 основные раздела физической химии — химическая термодинамика, химическая кинетика и электрохимия.

Вся совокупность экспериментальных данных и теоретических методов физической химии используется для достижения одной цели — выяснения зависимости направления, скорости и пределов протекания химических превращений от внешних условий и от строения молекул — участников химической реакции.

1.2. Методы физической химии

Термодинамический метод рассматривает равновесие систем и направление процессов в системах, не находящихся в равновесии.

Особенности:

  • а) подобно геометрии, термодинамика основана на нескольких постулатах — трех законах термодинамики;
  • б) термодинамика позволяет определять направление процессов без глубокого знания строения веществ, используя только сведения о тепловых эффектах реакций и теплоемкостях реагентов.

Молекулярно-кинетический метод — по рассмотрению кинетики реакций кинетика делится на две части: формальную кинетику и молекулярную. Молекулярная кинетика привлекает к анализу и статистический расчет макроскопических свойств на основании сведений о свойствах атомов и молекул.

Квантово-механический метод лежит в основе учения о строении и свойствах отдельных молекул и атомов и взаимодействии их между собой. Сведения, относящиеся к свойствам отдельных молекул, выявляются главным образом с помощью экспериментальных оптических методов.

 

А Вам помог наш сайт? Мы будем рады если Вы оставите несколько хороших слов о нас.
Категории
Рекомендации
Можно выбрать
Интересное
А знаете ли вы, что нажав сочетание клавиш Ctrl+F - можно воспользоваться поиском по сайту?
X
Copyrights © 2015: FARMF.RU - тесты, лекции, обзоры
Яндекс.Метрика
Рейтинг@Mail.ru

Пожалуйста поддержите наш сайт.

Скроее всего Вы знаете, что Google приостановил монетизацию сайтов в РФ. Для поддержки нашего сайта пожалуйста используйте VPN соединение из любой страны кроме РФ. Нам важна Ваша помощь для продолжения публикации новых лекций и статей.