химический каталог




ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, наука об общих законах, определяющих строение и химический превращения веществ при различные внешний условиях. Исследует химический явления с помощью теоретич. и эксперим. методов физики.

Как самостоят, наука ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. оформилась к сер. 18 в. Термин "Ф. х." принадлежит М.В. Ломоносову, который в 1752 впервые прочитал студентам Петербургского университета курс ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. Ему же принадлежит следующей определение: "Физическая химия есть наука, объясняющая на основе положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях". Первый научный журнал, предназначенный для публикации статей по ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х., был основан в 1887 В. Ост-вальдом и Я. Вант-Гоффом.

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. является основным теоретич. фундаментом современной химии, опирающимся на такие важнейшие разделы физики, как квантовая механика, статистич. физика и термодинамика, нелинейная динамика, теория поля и др. Она включает учение о строении вещества, в т.ч. о строении молекул, химическую термодинамику, кинетику химическую и катализ. В качестве отдельных разделов в ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. часто выделяют также электрохимию, фотохимию, ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. поверхностных явлений (в том числе адсорбцию), радиационную химию, учение о коррозии металлов, физико-химию высокомол. соединение и др. Весьма близко примыкают к ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. и подчас рассматриваются как ее самостоят. разделы коллоидная химия, физико-химический анализ и квантовая химия. Большинство разделов ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. имеет достаточно четкие границы по объектам и методам исследования, по методологич. особенностям и используемому аппарату.

Совр. этапу развития ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. присущи углубленный анализ общих закономерностей химический превращений на мол. уровне, широкое использование мат. моделирования, расширение диапазона внешний воздействий на химический систему (высокие и криогенные температуры, высокие давления, сильные радиац. и магн. воздействия), изучение сверхбыстрых процессов, способов накопления энергии в химический веществах и т. п.

Применение квантовой теории, прежде всего квантовой механики, при объяснении химический явлений повлекло за собой значительной усиление внимания к уровню интерпретации и привело к выделению двух направлений в химии. Направление, опирающееся на квантовомеханические теорию и оперирующее на микроскопич. уровне объяснения явлений, часто называют химический физикой, а направление, оперирующее с ансамблями большого числа частиц, где в силу вступают статистич. законы,- ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. При таком подразделении граница между ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. и химический физикой не может быть проведена резко, что особенно проявляется в теории скоростей химический реакций.

Учение о строении вещества и строении молекул обобщает обширный эксперим. материал, полученный при использовании таких физических методов, как молекулярная спектроскопия, изучающая взаимодействие электромагн. излучения с веществом в различные диапазонах длин волн, фото- и рентгеноэлектронная спектроскопия, электронография, нейтронография и рентгенодиффракционные методы, методы на основе магнитооптический эффектов и др. Эти методы позволяют получать структурные данные об электронной конфигурации молекул, о равновесных положениях и амплитудах колебаний ядер в молекулах и конденсир. веществе, о системе энергетич. уровней молекул и переходах между ними, об изменении геометрическая конфигураций при изменении окружения молекулы или отдельных ее фрагментов и т.д.

Наряду с задачей соотнесения свойств веществ с их строением современной ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. активно занимается и обратной задачей прогнозирования строения соединений с заданными свойствами.

Весьма важным источником информации о строении молекул, их характеристиках в различные состояниях и особенностях химический превращений служат результаты квантовохимический расчетов. Квантовая химия дает систему понятий и представлений, которая используется в ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. при рассмотрении поведения химический соединений на мол. уровне и при установлении корреляций между характеристиками молекул, образующих вещество, и свойствами этого вещества. Благодаря результатам квантовохимический расчетов поверхностей потенциальной энергии химический систем в различные квантовых состояниях и эксперим. возможностям последних лет, прежде всего развитию лазерной химии, ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. вплотную подошла к всестороннему изучению свойств соединение в возбужденных и высоковозбужденных состояниях, к анализу особенностей строения соединение в таких состояниях и специфики проявления этих особенностей в динамике химический превращений.

Химическая термодинамика составляет существенную часть ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. и в значительной мере определяет ее структуру и развитие. Многие выдающиеся ученые 2-й пол. 19 - нач. 20 вв. участвовали в разработке основные принципов и решений прикладных задач термодинамики, в частности в приложении к задачам ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х., находившейся тогда в периоде становления. H. Карно, P. Клаузиус, Г.И. Гесс, Д.П. Коновалов, Г. Гельм-гольц, Я. Вант-Гофф, ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Рауль, Дж. Гиббс, А. Ле Шателье, В. Оствальд, В. Нернст и многие другие сформулировали законы, принципы, правила и уравения, которые и по сей день сохраняют свое непреходящее значение.

Будучи наукой феноменологической, термодинамика играет в ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. двоякую роль. Она позволяет, с одной стороны, на основе общих принципов разделить все мыслимые процессы в химический системах на возможные и невозможные и дает ясные критерии такого разделения. С другой стороны, термодинамика позволяет получать соотношения, в которые входят измеряемые на опыте величины, и с помощью этих соотношений рассчитывать важные характеристики исследуемых систем, а также предсказывать, какие из соединение будут наиболее перспективными для решения конкретных прикладных задач в тех или иных условиях. Важное направление химический термодинамики -количественное расчеты равновесного состава сложных многокомпонентных систем (например, высокотемпературных сверхпроводников), расчеты диаграмм фазового равновесия, многопа-раметрич. оценка перспективных топлив и др. энергоносителей и т. п.

Рабочим инструментом химический термодинамики являются ха-рактеристич. функции (внутр. энергия, энтропия, энтальпия, энергия Гиббса и энергия Гельмгольца; см. также Термодинамические потенциалы)и уравения, связывающие их друг с другом и с параметрами, определяющими внешний условия, в которых находится система. Как правило, они получаются на основе эксперим. исследования св-с веществ различные термодинамическое методами, такими, как калориметрия, метод электродвижущих сил. С помощью характеристич. функций формулируются условия равновесия и устойчивости систем, определяются количеств, характеристики равновесных состояний и направления осуществления химический процессов.

Классич. термодинамика дополняется таким важным разделом науки, как статистическая термодинамика. Этот раздел не только дает обоснование феноменологич. термодинамики на мол.-статистич. уровне, но и существенно расширяет ее вычислит, возможности, позволяя привлекать для нахождения термодинамическое величин эксперим. и квантовохимический данные о строении и энергетике мол. систем.

Отдельным разделом ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х., базирующимся на химический термодинамике, является учение о поверхностных явлениях и адсорбции, обобщающее данные о свойствах межфазных границ и равновесных процессах в гетерогенных системах. Поверхностные явления составляют и предмет коллоидной химии, которая имеет дело прежде всего с проявлениями поверхностных явлений у дисперсных систем.

Для адсорбции флюид (газ или жидкость) - твердое тело обычно проводится достаточно условное разделение на физических адсорбцию и хемосорбцию. В основе такого разделения лежат эксперим. данные об энергетич. характеристиках адсорбции и представления о характере взаимодействие молекул адсорбируемого вещества с твердым телом.

Ограничением обычной термодинамики является то, что она позволяет описывать только равновесные состояния и обратимые процессы. Реальные необратимые процессы составляют предмет возникшей в 30-е гг. 20 в. термодинамики необратимых процессов. Эта область ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х. изучает неравновесные макроскопич. системы, в которых скорость возникновения энтропии локально сохраняется постоянной (такие системы локально близки к равновесным). Она позволяет рассматривать системы с химический реакциями и переносом массы (диффузией), тепла, электрич. зарядов и т. п.

Химическая кинетика изучает превращения химический веществ во времени, т. е. скорости химический реакций, механизмы этих превращений, а также зависимость химический процесса от условий его осуществления. Она устанавливает закономерности измене ния состава превращающейся системы во времени, выявляет связь между скоростью химический реакции и внешними условиями, а также изучает факторы, влияющие на скорость и направление химический реакций.

Большинство химический реакций представляет собой сложные многостадийные процессы, состоящие из отдельных элементарных актов химический превращения, транспорта реагентов и переноса энергии. Теоретич. химический кинетика включает изучение механизмов элементарных реакций и проводит расчет констант скоростей таких процессов на основе идей и аппарата классич. механики и квантовой теории, занимается построением моделей сложных химический процессов, устанавливает связь между строением химический соединений и их реакционное способностью. Выявление кинетическая закономерностей для сложных реакций (формальная кинетика) базируется часто на мат. моделировании и позволяет осуществлять проверку гипотез о механизмах сложных реакций, а также устанавливать систему дифференц. уравений, описывающих результаты осуществления процесса при различные внешний условиях.

Для химический кинетики характерно использование многих физических методов исследования, позволяющих проводить локальные возбуждения реагирующих молекул, изучать быстрые (вплоть до фемтосекундных) превращения, автоматизировать регистрацию кинетическая данных с одновременной обработкой их на ЭВМ и т. п. Интенсивно накапливается кинетическая информация через банки кинетическая констант, в т.ч. для химический реакций в экстремальных условиях.

Весьма важным разделом ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ х., тесно связанным с химический кинетикой, является учение о катализе, т. е. об изменении скорости и направления химический реакции при воздействии веществ (катализаторов), участвующих в реакции, но остающихся химически неизменными после каждого цикла превращений и поэтому не входящих в состав конечных продуктов. При гомогенном катализе катализатор и реагирующие вещества находятся в одной фазе в мол .-дисперсном состоянии, тогда как при гетерогенном катализе катализатор образует самостоят, фазу, отделенную границей раздела от фазы, в которой находятся реагирующие вещества. Наличие границы раздела фаз в гетерогенном катализе означает его зависимость от физических состояния поверхности катализатора и его изменений в ходе реакции. В качестве самостоят. типа рассматривают микрогетерогенный катализ, например ферментативный катализ и мембранный катализ, играющие особенно важную роль в биологическое процессах. Быстро развивается металлокомплексный катализ, характеризующийся весьма высокой селективностью и мягкими условиями осуществления реакций.

Учение о катализе очень важно для решения прикладных вопросов химический технологии, поскольку подавляющее большинство химический процессов, осуществляемых в промышлености, является каталитическими. Оно не менее важно для понимания большинства биологическое процессов на мол. уровне. Многие стереосе-лективные реакции, в частности реакции получения практически только одного оптический изомера, проводятся сегодня с помощью металлокомплексов, находящихся в той же фазе, где проходит химический реакция, или иммобилизованных на поверхности твердых тел.

Катализ играет решающую роль в защите окружающей среды от токсичных компонентов выхлопных газов автотранспорта и стационарных энергетич. установоколо Разрабатываются катали-тич. способы устранения нежелательных антропогенных изменений состава атмосферы, а также водных бассейнов.

Литература: Пригожин И., Введение в термодинамику необратимых процессов, пер. с англ., M., 1960; Пригожин И., Дефэй Р., Химическая термодинамика, пер. с англ., Новосиб., 1966; Даниэльс ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, Олберти Р., Физическая химия, пер. с англ., M., 1978; Николис Г., Пригожин И., Самоорганизация в неравновесных системах, пер. с англ., M., 1979; Эткинс П., Физическая химия, пер. с англ., т. 1-2, M., 1980; Розовский А.Я., Гетерогенные химические реакции, M., 1980; Смирнова Н.А., Методы статистической термодинамики в физической химии, 2 изд., M., 1982; ЭйрингГ., Лин С.Г., Лин С.М., Основы химической кинетики, пер. с англ., M., 1883; Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г., Курс химической кинетики, 4 изд., M., 1984; Воронин Г.Ф., Основы термодинамики, M., 1987; Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Электрохимия, M., 1987; Стромберг А.Г., Семчен-ко Д.П., Физическая химия, 2 изд., M., 188; Полторак O.M., Термодинамика в физической химии, M., 1991.

B.M. Грязнов, В.В. Громов, Н.Ф. Степанов.

Химическая энциклопедия. Том 5 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
дешевые склады для хранения
ремонт холодильника siemens на дому
колонки для микрофона
анна каренина в театре москва

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(03.12.2016)