1. Füüsikaline keemia: eesmärk, eesmärgid, uurimismeetodid. Füüsikalise keemia põhimõisted.
Phys. keemia - keemiliste protsesside ja keemia seaduspärasuste teadus. nähtusi.
Füüsikalise keemia aine keemia seletus. üldisematel füüsikaseadustel põhinevad nähtused. Füüsikaline keemia käsitleb kahte peamist küsimuste rühma:
1. Aine ja selle koostises olevate osakeste ehituse ja omaduste uurimine;
2. Ainete vastasmõju protsesside uurimine.
Füüsikalise keemia eesmärk on uurida keemiliste ja füüsikaliste nähtuste vahelisi seoseid. Teadmised sellistest seostest on vajalikud looduses toimuvate ja tehnikas kasutatavate keemiliste reaktsioonide süvitsi uurimiseks. protsesse, juhtida reaktsiooni sügavust ja suunda. Füüsikalise keemia eriala põhieesmärk on keemia üldiste seoste ja seaduspärasuste uurimine. protsessid, mis põhinevad füüsika aluspõhimõtetel. Füüsikaline keemia kasutab füüsikalist. keemiliste nähtuste teooriad ja meetodid.
See selgitab, MIKS ja KUIDAS toimuvad ainete muundumised: keemia. reaktsioonid ja faasisiirded. MIKS – keemiline termodünaamika. KUIDAS - keemiline kineetika.
Füüsikalise keemia põhimõisted
Keemia põhiobjekt. termodünaamika on termodünaamiline süsteem. Termodünaamiline süsteem – mis tahes keha või kehade kogum, mis on võimeline vahetama energiat ja ainet enda ja teiste kehadega. Süsteemid jagunevad avatud, suletud ja isoleeritud. Avatud ja mina - Termodünaamiline süsteem vahetab väliskeskkonnaga nii aineid kui ka energiat. Suletud ja mina – süsteem, milles ainevahetust keskkonnaga ei toimu, küll aga saab sellega energiat vahetada. Isoleeritud ja mina -süsteemi maht jääb muutumatuks ja on ilma jäetud võimalusest keskkonnaga energiat ja ainet vahetada.
Süsteem võib olla homogeenne (homogeenne) või heterogeenne (heterogeenne) ). Faas - see on osa süsteemist, mille välise jõudude välja puudumisel on kõigis punktides sama koostis ja sama termodünaamika. St. you ja on süsteemi teistest osadest liidesega eraldatud. Faas on alati ühtlane, s.t. homogeenne, seetõttu nimetatakse ühefaasilist süsteemi homogeenseks. Mitmest faasist koosnevat süsteemi nimetatakse heterogeenseks.
Süsteemi omadused jagunevad kahte rühma: ulatuslik ja intensiivne.
Termodünaamika kasutab tasakaalu ja pöörduvate protsesside mõisteid. Tasakaal on protsess, mis läbib pideva tasakaaluolekute jada. Pööratav termodünaamiline protsess on protsess, mida saab läbi viia vastupidises järjekorras, ilma et see jätaks süsteemi või keskkonda mingeid muudatusi.
2. Termodünaamika esimene seadus. Sisemine energia, soojus, töö.
Termodünaamika esimene seadus on otseselt seotud energia jäävuse seadusega. Selle seaduse põhjal järeldub, et igas isoleeritud süsteemis jääb energiavarustus konstantseks. Energia jäävuse seadusest tuleneb termodünaamika esimese seaduse teine sõnastus - võimatu luua esimest tüüpi igiliikur (perpetuum mobile), mis teeks tööd ilma energiat kulutamata. Eriti oluline koostis keemilise termodünaamika jaoks
Esimene põhimõte on selle väljendamine siseenergia mõiste kaudu: siseenergia on oleku funktsioon, s.t. selle muutumine ei sõltu protsessi teekonnast, vaid sõltub ainult süsteemi alg- ja lõppseisundist. Süsteemi siseenergia muutus U võib tekkida soojusvahetuse tõttu K ja töötama W keskkonnaga. Siis tuleneb energia jäävuse seadusest, et süsteemi poolt väljastpoolt vastuvõetud soojus Q kulub siseenergia ΔU suurenemisele ja süsteemi poolt tehtavale tööle W, s.o. Q =Δ U+W. Antud juures joondus on
termodünaamika esimese seaduse matemaatiline väljend.
Itermodünaamika algus selle sõnastus:
igas isoleeritud süsteemis jääb energiavarustus konstantseks;
erinevad energiavormid muunduvad üksteiseks rangelt samaväärsetes kogustes;
igiliikur (igavene mobiilne) esimest liiki on võimatu;
siseenergia on oleku funktsioon, st. selle muutumine ei sõltu protsessi teekonnast, vaid sõltub ainult süsteemi alg- ja lõppseisundist.
analüütiline väljend: K = D U + W ; koguste lõpmatult väikeseks muutuseks d K = dU + d W .
Termodünaamika esimene seadus kehtestab seose. m / y soojuse Q, töö A ja muutus sisemine. süsteemi energia ΔU. Muuda sisemist süsteemi energia võrdub süsteemile antava soojushulgaga, millest on lahutatud süsteemi poolt välisjõudude vastu tehtud töö hulk.
Võrrand (I.1) on termodünaamika 1. seaduse matemaatiline esitus, võrrand (I.2) on lõpmata väikese olekumuutuse jaoks. süsteemid.
Int. energia on oleku funktsioon; see tähendab, et muutus on sisemine. energia ΔU ei sõltu süsteemi üleminekuteest olekust 1 olekusse 2 ja on võrdne sisemiste väärtuste erinevusega. energiad U2 ja U1 järgmistes olekutes: (I.3)
Int. Süsteemi energia on interaktsiooni potentsiaalse energia summa. kõik kehaosakesed üksteise suhtes ja nende liikumise kineetiline energia (arvestamata süsteemi kui terviku kineetilist ja potentsiaalset energiat). Int. süsteemi energia oleneb aine olemusest, massist ja süsteemi oleku parameetritest. Ta on vanus. süsteemi massi suurenemisega, kuna see on süsteemi ulatuslik omadus. Int. energiat tähistatakse tähega U ja väljendatakse džaulides (J). Üldiselt süsteemi jaoks, mille kogus on 1 mool. Int. energia, nagu iga termodünaamika. Süsteemi pühadus on riigi funktsioon. Otse katses kuvatakse ainult sisemised muudatused. energiat. Seetõttu töötavad nad arvutustes alati selle muutusega U2 –U1 = U.
Kõik sisemised muudatused energiad jagunevad kahte rühma. 1. rühma kuulub ainult 1. liikumise vorm kahe kontaktiva keha molekulide kaootiliste kokkupõrgete kaudu, s.o. soojusjuhtivuse (ja samal ajal kiirguse) kaudu. Sel viisil edastatava liikumise mõõdupuuks on soojus. Kontseptsioon soojust on seotud suure hulga osakeste – aatomite, molekulide, ioonide – käitumisega. Nad on pidevas kaootilises (termilises) liikumises. Soojus on energiaülekande vorm. Teine viis energia vahetamiseks on Töö. See energiavahetus on põhjustatud süsteemi poolt sooritatavast tegevusest või sellega sooritatud toimingust. Tavaliselt tähistatakse tööd sümboliga W. Töö, nagu ka soojus, ei ole süsteemi oleku funktsioon, seetõttu tähistatakse lõpmata väikesele tööle vastavat suurust osatuletise sümboliga - W.
FÜÜSIKALINE KEEMIA – keemiaharu, mis on pühendatud looduses toimuvate keemiliste ja füüsikaliste nähtuste vaheliste seoste uurimisele. F. x. sätted ja meetodid. on olulised meditsiini ja biomeditsiiniteaduste jaoks, füüsika meetodid. kasutatakse eluprotsesside uurimiseks nii normaalselt kui ka patoloogias.
Peamised õppeained F. x. on aatomite (vt A maht) ja molekulide struktuur (vt Molekul), keemilise olemus. ühendused, keemia tasakaal (vt Keemiline tasakaal) ja kineetika (vt Keemiline kineetika, Bioloogiliste protsesside kineetika), katalüüs (vt), gaaside (vt), vedelike ja lahuste teooria (vt), struktuur ja keemia. kristallide (vt) ja polümeeride (vt Kõrgmolekulaarsed ühendid) omadused, termodünaamika (vt) ja keemia termilised mõjud. reaktsioonid (vt. Termokeemia), pinnanähtused (vt Pesuained, Pindpinevus, Niisumine), elektrolüütide lahuste omadused (vt.), elektroodide protsessid (vt Elektroodid) ja elektromotoorjõud, metallide korrosioon, fotokeemiline. ja kiirgusprotsessid (vt Fotokeemilised reaktsioonid, Elektromagnetkiirgus). Enamik teooriaid F. x. põhineb staatika, kvant(laine)mehaanika ja termodünaamika seadustel. Uurides F. x. püstitatud probleeme. Laialdaselt on kasutusel erinevad füüsika ja keemia eksperimentaalsete meetodite kombinatsioonid nn. Phys.-Chem. analüüsimeetodid, mille põhialused töötati välja 1900.–1915.
20. sajandi teise poole levinumate füüsikaliste ja keemiliste meetodite juurde. hõlmavad elektronide paramagnetilist resonantsi (vt), tuumamagnetresonantsi (vt), massispektromeetriat (vt), Mössbaueri efekti kasutamist (tuuma gammaresonants), raadiospektroskoopiat (vt Spektroskoopia), spektrofotomeetriat (vt) ja fluoromeetriat (vt), Röntgendifraktsioonianalüüs (vt), elektronmikroskoopia (vt), tsentrifuugimine (vt), gaasi- ja vedelikkromatograafia (vt), elektroforees (vt), isoelektriline fokuseerimine (vt), polarograafia (vt), potentsiomeetria (vt Potentsiomeetriline tiitrimine) , konduktomeetria (vt), osmomeetria (vt Osmootne rõhk), ebulliomeetria (vt) jne.
Mõiste "füüsikaline keemia" ilmus esmakordselt saksakeelsetes töödes. alkeemik Kuhnrath (H. Kuhnrath, 1599), kuid pikka aega ei vastanud sellele terminile pandud tähendus selle tegelikule tähendusele. Nende tänapäevasele arusaamale lähedased füüsikalise keemia probleemid sõnastas esmakordselt M. V. Lomonosov kursusel “Sissejuhatus tõelisse füüsikalisse keemiasse”, mille ta luges 1752. aastal Peterburi Teaduste Akadeemia üliõpilastele: füüsikaline keemia, vastavalt M. V. Lomonosov, on olemas teadus, mis selgitab füüsika põhimõtete ja eksperimentide põhjal, mis toimub segakehades keemiliste reaktsioonide käigus. reaktsioonid. Füüsika süstemaatiline õpetamine. sai alguse 1860. aastal Harkovi ülikoolis N. N. Beketovi poolt, kes esimesena organiseeris selle ülikooli loodusteaduste osakonna juurde füüsikalis-keemiaosakonna. Pärast Harkovi ülikooli õpetati füüsikat. tutvustati Kaasani (1874), Jurjevski (1880) ja Moskva (1886) kõrgeid karvaseid saapaid. Alates 1869. aastast hakati välja andma Venemaa Füüsikalis-keemiaühingu ajakirja. Välismaal asutati füüsikalise keemia osakond esmakordselt Leipzigis 1887. aastal.
F. x moodustumine. iseseisva teadusharuna seostatakse aatom-molekulaarteadusega, s.t eelkõige avastusega 1748-1756. M.V. Lomonosov ja 1770.–1774. A. Lavoisier' ainete massi jäävuse seadus keemias. reaktsioonid. Aastatel 1802-1810 aitasid loomisele kaasa osade (ekvivalentide) seaduse avastanud Richteri (J. B. Richter, 1791 - 1802), koostise püsivuse seaduse avastanud Prousti (J. L. Proust, 1808) jt tööd. . J. Daltoni aatomiteooria ja mitmekordse suhte seaduse avastamine, mis kehtestab keemilise moodustumise seadused. ühendused. 1811. aastal võttis A. Avogadro kasutusele mõiste "molekul", mis ühendas aine struktuuri aatomiteooria ideaalsete gaaside seadustega. Aine olemuse atomistlike vaadete kujunemise loogiline järeldus oli D. I. Mendelejevi poolt 1869. aastal keemia perioodilise seaduse avastamine. elemendid (vt keemiliste elementide perioodilisustabel).
Kaasaegne arusaam aatomi ehitusest kujunes välja alguses
20. sajandil Olulisemad verstapostid sellel teel on elektroni eksperimentaalne avastamine ja selle laengu kehtestamine, kvantteooria loomine (vt) Plancki (M. Plank) poolt 1900. aastal, Bohri töö (N. Bohr, 1913) , kes eeldas elektronkihi olemasolu aatomis ja kes lõi oma planeedimudeli, ning muud uuringud, mis kinnitasid aatomistruktuuri kvantteooriat. Aatomi struktuuri kaasaegsete ideede kujunemise viimane etapp oli kvant (laine) mehaanika väljatöötamine, lõikamismeetodite abil oli hiljem võimalik selgitada keemia olemust ja suunda. seoseid, teoreetiliselt arvutada füüsikalis-keemiline. lihtsamate molekulide konstandid, arendada molekulidevaheliste jõudude teooriat jne.
Keemia esialgne areng. termodünaamikat, mis uurib erinevate energiavormide vastastikuse teisenemise seadusi tasakaalusüsteemides, seostatakse S. Carnot' 1824. aasta uurimistööga. R. Mayeri, J. Joule'i ja G. Helmholtzi edasine töö viis energia avastamiseni. jäävusseadus energia - nn. esimene seadus ehk termodünaamika esimene seadus. R. Clausiuse poolt 1865. aastal kasutusele võetud mõiste “entroopia” kui vaba energia mõõtja viis termodünaamika teise seaduse väljatöötamiseni. Kolmas termodünaamika põhiseadus tuletati Nernsti soojusteoreemist süsteemi vaba energia ja soojuse sisalduse asümptootilisest konvergentsist, A. Einstein koostas 1907. aastal lihtsate harmooniliste ostsillaatorite soojusmahtuvuse võrrandi ja 1907. a.
1911. aastal jõudis Planck järeldusele: puhaste ainete entroopia absoluutses nullis on null.
Termokeemia – keemia termiliste mõjude teaduse – iseseisva eksisteerimise algus. reaktsioonid, rajati G. I. Hessi töödele, kes kehtestas 1840. aastal soojushulkade püsivuse seaduse. Suur tähtsus termokeemia arengus oli R. E. M. Berthelot’ töödel, kes töötas välja kalorimeetrilised analüüsimeetodid (vt Kalorimeetria) ja avastas maksimaalse töö põhimõtte. 1859. aastal sõnastas H. Kirchhoff seaduse, mis ühendab reaktsiooni termilise efekti reageerivate ainete ja reaktsioonisaaduste soojusmahtuvustega. Aastal 1909-
1912. aasta Nernst (W. H. Nernst), Einstein ja Debye (P. Debye) töötasid välja kvantsoojusmahtuvuse teooria.
Elektrokeemia areng, mis tegeleb keemiliste ja elektriliste nähtuste seoste uurimisega ning elektrivoolu mõju uurimisega erinevatele ainetele lahustes, on seotud Volta (A. Volta) loomisega aastatel 1792-1794. galvaaniline element. 1800. aastal ilmusid V. Nicolsoni ja Carlyle’i esimesed tööd vee lagunemise kohta ning 1803.–1807. I. Berzeliuse ja W. Hisingeri teosed soolade elektrolüüsi (vt) lahustest. Aastatel 1833-1834. Faraday (M. Faraday) sõnastas elektrolüüsi põhiseadused, mis on seotud elektrokemikaalide saagisega. reaktsioonid elektri ja kemikaalide hulgaga. aine ekvivalendid. Aastatel 1853-1859. Hittorf (J. W. Hittorf) lõi seose elektrokeemiliste vahel. ioonide toime ja liikuvus ning 1879. aastal avastas F. W. Kohlrausch ioonide iseseisva liikumise seaduse (vt) ning lõi seose ekvivalentse elektrijuhtivuse ning katioonide ja anioonide liikuvuse vahel. Aastatel 1875-1878 Gibbs (J. VV. Gibbs) ja 1882. aastal G. Helmholtz töötasid välja matemaatilise mudeli, mis ühendab galvaanilise elemendi elektromotoorjõu kemikaali siseenergiaga. reaktsioonid. 1879. aastal lõi G. Helmholtz doktriini elektrilisest kaksikkihist. Aastatel 1930-1932 Volmer (M. Vol-mer) ja A. N. Frumkin pakkusid välja elektroodiprotsesside kvantitatiivse teooria.
Lahuste uurimine sai alguse J. H. Hassenfratzi (1798) ja J. Gay-Lussaci (1819) töödest soolade lahustuvuse kohta. Aastatel 1881-1884. D. P. Konovalov pani aluse lahuste destilleerimise teooriale ja praktikale ning 1882. aastal avastas F. M. Raoult lahuste külmumispunkti alandamise seaduse (vt Krüomeetria). Esimesed osmootse rõhu kvantitatiivsed mõõtmised (vt) tegi 1877. aastal W. F. Ph. Pfeffer ja 1887. aastal lõi J. Van't Hoff lahjendatud lahuste termodünaamilise teooria ja tuletas võrrandi, mis seob osmootse rõhu ja kontsentratsiooni p -ra, selle maht ja absoluutne temperatuur. S. Arrhenius sõnastas 1887. aastal lahustes olevate soolade elektrolüütilise dissotsiatsiooni ja ionisatsiooni teooria (vt Elektrolüüdid) ja Nernst 1888. aastal osmootse teooria. Ostwald (W. Ostwald) avastas mustrid, mis ühendavad elektrolüüdi dissotsiatsiooni astet selle kontsentratsiooniga. 1911. aastal lõi Donnan (F. G. Don-pap) poolläbilaskva membraani mõlemal küljel elektrolüütide jaotumise teooria (vt Membraani tasakaal), mis leidis laialdast rakendust biofüüsikalises keemias (vt) ja kolloidkeemias (vt). 1923. aastal töötasid Debye ja E. Huckel välja tugevate elektrolüütide statistilise teooria.
Keemilise kineetika õpetuse väljatöötamine. reaktsioonid, tasakaal ja katalüüs said alguse L. Wilhelmy töödest, kes lõi 1850. aastal esimese kvantitatiivse keemiateooria. reaktsioonid ja Williamson (A. W. Williamson), kes esitas tasakaalu päri- ja tagurpidi reaktsioonide kiiruste võrdsusena. “Katalüüsi” mõiste tõi füüsikalisse keemiasse I. Berzelius aastal
1835 Õpetuse põhiprintsiibid
keemia kohta. tasakaal formuleeriti Berthollet’ töödes (C. L. Beg-thollet). Dünaamilise tasakaaluteooria alguse panid Williamsoni ja Clausiuse tööd, liikuva tasakaalu printsiibi töötasid välja J. Ant-Goff, Gibbs ja H. Le Chatelier. Berthelot ja L. Pean-saint-Gilles lõid seose reaktsioonikiiruse ja tasakaaluseisundi vahel. Keemia põhiseadus. kineetika reaktsioonikiiruse proportsionaalsuse kohta reageerivate ainete aktiivsete masside (st kontsentratsioonide) korrutisega – massimõju seadus – formuleeriti aastatel 1864–1867. Guldberg (S. M. Guldberg) ja Waa-ge (P. Waage). Aastatel 1893-1897 A. N. Bach ja K. Engler lõid aeglase oksüdatsiooni peroksiiditeooria (vt Peroksiidid), aastatel 1899–1904. Abegg ja H. Bodlander arendasid idee valentsist kui aatomi võimest elektrone vastu võtta või neist loobuda aastatel 1913-1914. L.V. Pisarževski ja S.V. Dain töötasid välja redoksreaktsioonide elektroonilise teooria (vt.). Aastatel 1903-1905 N. A. Shilov pakkus välja konjugaatreaktsioonide teooria ja 1913. aastal avastas Bodenstein (M. Bodenstein) ahelreaktsioonid (vt.), mille teoreetilised alused töötati välja aastatel 1926 -1932. N. N. Semenov ja S. N. Hinsheiwood.
Aatomite radioaktiivse lagunemise nähtuse (radioaktiivsuse) avastas 1896. aastal A. Becquerel. Sellest ajast peale on palju tähelepanu pööratud radioaktiivsuse uurimisele (vt) ja selles valdkonnas on saavutatud märkimisväärseid edusamme, alustades aatomite kunstlikust tükeldamisest ja lõpetades juhitava termotuumasünteesi arendamisega. F. x. probleemide hulgas. tuleb esile tõsta gammakiirguse (vt.), suure energiaga osakeste voolu (vt Alfakiirgus, Yassic kiirgus, Neutronkiirgus, Rotoni kiirgus), laserkiirguse (vt Laser) mõju uurimist. kui elektrilahenduste ja madala temperatuuriga plasma reaktsioonide uurimine (plasmakeemia). Füüsikaline keemia areneb edukalt. mehaanika, mis uurib pinnanähtuste mõju tahkete ainete omadustele.
Üks fotokeemia sektsioone on fotokeemia (vt), mis uurib reaktsioone, mis tekivad siis, kui aine neelab valgusenergiat välisest kiirgusallikast.
In F. x. Sellist lõiku, mis ei oleks medico-bioli jaoks oluline, pole. distsipliinide ja lõpuks praktilise meditsiini jaoks (vt Biofüüsikaline keemia). Phys.-Chem. meetodid võimaldavad uurida elusrakke ja kudesid in vivo ilma neid hävitamata. Füüsika ja keemia pole meditsiini jaoks vähem tähtsad. teooriad ja ideed. Seega osutus lahuste osmootsete omaduste õpetus ülimalt oluliseks vee metabolismi (vt Vee-soola ainevahetus) mõistmisel inimesel normaalsetes tingimustes ja patoloogias. Elektrolüütilise dissotsiatsiooni teooria loomine mõjutas märkimisväärselt bioelektriliste nähtuste ideed (vt) ja pani aluse ergastamise (vt) ja inhibeerimise (vt) ioonilisele teooriale. Hapete ja aluste teooria (q.v.) võimaldas selgitada keha sisekeskkonna püsivust ja oli aluseks happe-aluse tasakaalu (q.v.) uurimisel. Eluprotsesside energia (näiteks ATP toimimise) mõistmiseks kasutatakse laialdaselt keemiliste meetoditega tehtud uuringuid. termodünaamika. Füüsikalis-keemilise areng ideed pinnaprotsesside kohta (pindpinevus, märgumine jne) on hädavajalikud rakulise immuunsuse reaktsioonide (vt.), rakkude leviku mitterakulistel pindadel, adhesiooni jms mõistmiseks. Keemia teooria ja meetodid. kineetika on aluseks bioloogiliste, eelkõige ensümaatiliste protsesside kineetika uurimisel. Suur roll bioli olemuse mõistmisel. protsessides mängitakse bioluminestsentsi, kemoluminestsentsi (vt Biokemoluminestsents), luminestseeruvate antikehade (vt Immunofluorestsents), fluoro-kroomide (vt.) jne kasutamist koe omaduste ja valkude, nukleiinhapete jm subtsellulaarse lokalisatsiooni uurimiseks. Füüsikaline keemia. basaalainevahetuse intensiivsuse määramise meetodid (vt) on äärmiselt olulised paljude haiguste, sealhulgas endokriinsete haiguste diagnoosimisel.
Tuleb märkida, et füüsikaliste ja keemiliste ainete uurimine. biol. elusorganismis toimuvad süsteemid ja protsessid, võimaldab sügavamalt vaadata elusaine ja nende nähtuste olemust ning tuvastada nende eripära.
Füüsikalise keemia valdkonna peamised uurimiskeskused NSV Liidus on NSVL Teaduste Akadeemia uurimisinstituudid, selle filiaalid ja osakonnad, liiduvabariikide Teaduste Akadeemia: nimeline Füüsikalis-Keemiline Instituut. L. Ya. Karpova, Füüsikalise Keemia Instituut, Keemilise Füüsika Instituut, Uute Keemiliste Probleemide Instituut, Nimetatud Orgaanilise ja Füüsikalise Keemia Instituut. A. E. Arbuzova, Katalüüsi Instituut, Keemilise Kineetika ja Põlemise Instituut, Ukraina NSV Teaduste Akadeemia Füüsikalise Keemia Instituut jne, samuti vastavad osakonnad kõrgetes karusnahasaabastes.
Peamised väljaanded, mis süstemaatiliselt avaldavad füüsikalise keemia artikleid, on: Journal of Physical Chemistry, Kinetics and Catalysis, Journal of Structural Chemistry, Radiochemistry ja Electrochemistry. Välismaal artiklid Ph. x. avaldatud ajakirjades "Zeitschrift fiir physi-kalische Chemie", "Journal of Physical Chemistry", "Journal de chimie physique et de physico-chimie bio-logique".
Bibliograafia: Babko A.K. et al.
Füüsikalis-keemilised analüüsimeetodid, M., 1968; Kireev V. A. Füüsikalise keemia kursus, M., 1975; Melvin-Hughes
E. A. Füüsikaline keemia, tlk. inglise keelest, kd 1-2, M., 1962; Nikolaev L. A. Füüsikaline keemia, M., 1972; Areng
füüsikaline keemia NSV Liidus, toim. Ya. I. Gerasimova, M., 1967; Solo
Viev Yu. I. Esseed füüsikalise keemia ajaloost, M., 1964; Füüsiline
keemia, kaasaegsed probleemid, toim. Ya. M. Kolotyrkina, M., 1980.
Perioodika - Journal of Structural Chemistry, M., aastast 1960; Journal of Physical Chemistry, M., alates 1930. aastast; Kineetika ja katalüüs, M., alates 1960. aastast; Radiokeemia, M.-L., aastast 1959; elektrokeemia, M., alates 1965. aastast; Journal de chimie physique et de physico-chimie biologique, P., alates 1903. aastast; Journal of Physical Chemistry, Baltimore, alates 1896. aastast; Zeitschrift fiir physikalische Chemie, Lpz., alates 1887. aastast.
Füüsikaline keemia sai alguse 18. sajandi keskel. Mõiste "füüsikaline keemia" kuulub tänapäevases arusaamas teaduse metoodikast ja teadmiste teooria küsimustest M. V. Lomonosovile, kes luges esimest korda Peterburi ülikooli üliõpilastele ette "Tõelise füüsikalise keemia kursuse". . Nende loengute preambulis annab ta järgmise definitsiooni: "Füüsikaline keemia on teadus, mis peab füüsikaliste põhimõtete ja katsete põhjal selgitama, mis juhtub keemiliste operatsioonide kaudu keerulistes kehades." Teadlane käsitleb oma korpuskulaar-kineetilise soojusteooria töödes küsimusi, mis vastavad täielikult ülaltoodud ülesannetele ja meetoditele. Just selline on eksperimentaalsete toimingute olemus, mis kinnitab selle kontseptsiooni üksikuid hüpoteese ja sätteid. M.V. Lomonosov järgis selliseid põhimõtteid paljudes oma uurimisvaldkondades: tema rajatud “klaasiteaduse” väljatöötamisel ja praktilisel rakendamisel, erinevates katsetes, mis olid pühendatud aine ja jõu (liikumise) jäävuse seaduse kinnitamisele; - lahenduste uurimisega seotud töödes ja katsetes - töötas välja ulatusliku uurimisprogrammi selle füüsikalis-keemilise nähtuse kohta, mis on arenemisjärgus tänapäevani.
Sellele järgnes enam kui sajandi pikkune paus ja D.I.Mendelejev oli üks esimesi Venemaal, kes alustas 1850. aastate lõpus füüsikalisi ja keemilisi uuringuid.
Järgmise füüsikalise keemia kursuse andis N. N. Beketov Harkovi ülikoolis 1865. aastal.
Esimene füüsikalise keemia osakond Venemaal avati 1914. aastal Peterburi ülikooli füüsika-matemaatikateaduskonnas, sügisel alustas D. P. Konovalovi õpilane M. S. Vrevski füüsikalise keemia kohustusliku kursuse ja praktiliste tundide õpetamist.
Esimese teadusajakirja, mille eesmärk oli avaldada artikleid füüsikalisest keemiast, asutasid 1887. aastal W. Ostwald ja J. van't Hoff.
Füüsikalise keemia õppeaine
Füüsikaline keemia on kaasaegse keemia peamine teoreetiline alus, mis kasutab selliste oluliste füüsikaharude teoreetilisi meetodeid nagu kvantmehaanika, statistiline füüsika ja termodünaamika, mittelineaarne dünaamika, väljateooria jne. See hõlmab aine struktuuri õpetust, sealhulgas: molekulide struktuur, keemiline termodünaamika, keemiline kineetika ja katalüüs. Eraldi osadena eristatakse ka füüsikas keemias elektrokeemias, fotokeemias, pinnanähtuste füüsikalises keemias (sh adsorptsioonis), kiirguskeemias, metallide korrosiooni uurimises, kõrgmolekulaarsete ühendite füüsikalises keemias (vt polümeerifüüsika) jne. on väga tihedalt seotud füüsikalise keemiaga ja neid peetakse mõnikord selle iseseisvateks osadeks kolloidkeemiaks, füüsikalis-keemiliseks analüüsiks ja kvantkeemiaks. Enamikul füüsikalise keemia harudest on üsna selged piirid uurimisobjektide ja -meetodite, metodoloogiliste tunnuste ja kasutatavate aparatuuri osas.
Füüsikalise keemia ja keemilise füüsika erinevus
Elementaarreaktsiooni molekulaarsus on osakeste arv, mis vastavalt eksperimentaalselt loodud reaktsioonimehhanismile osalevad keemilise interaktsiooni elementaaraktis. Monomolekulaarsed reaktsioonid- reaktsioonid, mille käigus toimub ühe molekuli keemiline muundumine (isomerisatsioon, dissotsiatsioon jne): H 2 S → H 2 + S Bimolekulaarsed reaktsioonid- reaktsioonid, mille elementaarne toiming toimub kahe (identse või erineva) osakese põrkumisel: CH 3 Br + KOH → CH 3 OH + KBr Trimolekulaarsed reaktsioonid- reaktsioonid, mille elementaarne toiming toimub kolme osakese põrkumisel: О 2 + NO + NO → 2NO 2 Reaktsioonid, mille molekulaarsus on suurem kui kolm, pole teada. Elementaarreaktsioonide puhul, mis viiakse läbi sarnastes lähteainete kontsentratsioonides, on molekulaarsuse ja reaktsioonijärjekorra väärtused samad. Molekulaarsuse ja reaktsiooni järjekorra mõistete vahel puudub selgelt määratletud seos, kuna reaktsiooni järjekord iseloomustab reaktsiooni kineetilist võrrandit ja molekulaarsus reaktsioonimehhanismi. Keemilise termodünaamika põhisuunad on järgmised:
Keemiline termodünaamika on tihedalt seotud selliste keemiaharudega nagu
Füüsikalis-keemiline analüüsFüüsikalise ja keemilise analüüsi teooria põhineb N. S. Kurnakovi sõnastatud vastavuse ja järjepidevuse põhimõtetel. Järjepidevuse printsiip ütleb, et kui süsteemis uusi faase ei teki või olemasolevad ei kao, siis süsteemi parameetrite pideva muutumisega muutuvad pidevalt üksikute faaside omadused ja kogu süsteemi omadused. . Vastavuspõhimõte ütleb, et iga faaside kompleks vastab teatud geomeetrilisele kujutisele kompositsiooni-omaduste diagrammil. Keemiliste ühendite reaktsioonivõime teooriaKõrgenergia keemia (HEC) uurib keemilisi reaktsioone ja muundumisi, mis toimuvad aines mittesoojusenergia mõjul. Selliste reaktsioonide ja transformatsioonide mehhanisme ja kineetikat iseloomustavad kiirete, ergastatud või ioniseeritud osakeste märkimisväärselt mittetasakaalune kontsentratsioon, mille energia on suurem kui nende soojusliikumise energia ja mõnel juhul ka keemiline side. Ainetele mõjuvad mittesoojusenergia kandjad: kiirendatud elektronid ja ioonid, kiired ja aeglased neutronid, alfa- ja beetaosakesed, positronid, müüonid, pioonid, ülehelikiirusega aatomid ja molekulid, elektromagnetkiirguse kvantid, samuti impulsselektrilised, magnetilised ja akustilised väljad. Kõrge energiaga keemilisi protsesse eristavad ajalised etapid füüsikalisteks, mis toimuvad femtosekundites või vähem, mille jooksul mittesoojusenergia jaotub keskkonnas ebaühtlaselt ja moodustub füüsikalis-keemiline “kuum punkt”, mille käigus tekib tasakaalutus ja ebahomogeensus. "kuum koht" avaldub ja lõpuks keemiline, milles aine muundumised järgivad üldkeemia seadusi. Selle tulemusena tekivad toatemperatuuril aatomite ja molekulide ioonid ja ergastatud olekud, mis ei saa tekkida tasakaaluprotsesside tõttu. CHE väliseks ilminguks on ioonide moodustumine ning aatomite ja molekulide ergastatud olekud toatemperatuuril, mille juures need osakesed ei saa tekkida tasakaaluprotsesside tõttu. N. E. Ablesimov sõnastas mittetasakaaluliste füüsikalis-keemiliste süsteemide omaduste kontrollimise relaksatsiooniprintsiibi. Juhul, kui lõdvestusajad on palju pikemad kui füüsilise mõju kestus, on võimalik kontrollida keemiliste vormide, faaside vabanemist ja sellest tulenevalt ainete (materjalide) omadusi, kasutades teavet lõdvestusmehhanismide kohta. mittetasakaalulised kondenseerunud süsteemid lõõgastusprotsesside füüsikalis-keemilises staadiumis (sealhulgas arv ja töötamise ajal). HVE peamised osad
ja teised. LaserkeemiaIoniseerivat võimet omavad elektromagnetkiirgus (röntgenikiirgus, γ-kiirgus, sünkrotronkiirgus) ja kiirendatud osakeste vood (elektronid, prootonid, neutronid, heelionid, rasked ioonid; raskete tuumade lõhustumisfragmendid jne), mis ületab aatomite või molekulide ionisatsioonipotentsiaali (enamasti jääb vahemikku 10-15 eV). Kiirguskeemia raames käsitletakse mõningaid keemilisi protsesse, mis traditsiooniliste keemiliste lähenemisviiside abil on võimatud. Ioniseeriv kiirgus võib keemiliste reaktsioonide temperatuuri oluliselt vähendada ilma katalüsaatoreid ja initsiaatoreid kasutamata. Kiirguskeemia ajalugu Kiirguskeemia tekkis pärast röntgenikiirguse avastamist W. Roentgeni poolt 1895. aastal ja radioaktiivsuse avastamist A. Becquereli poolt 1896. aastal, kes olid esimesed, kes jälgisid fotoplaatidel kiirgusefekte. Esimesed tööd kiirguskeemia alal tegid aastatel 1899-1903 abikaasad M.Curie ja P.Curie. Järgnevatel aastatel pühendati kõige rohkem uuringuid vee ja vesilahuste radiolüüsile. TuumakeemiaTuumakeemia põhisuunad:
ElektrokeemiaElektrokeemia on keemiateaduse osa, mis käsitleb süsteeme ja faasidevahelisi piire, kui neid läbib elektrivool, uuritakse protsesse juhtides, elektroodidel (metallidest või pooljuhtidest, sh grafiidist) ja ioonjuhtides (elektrolüüdides). Elektrokeemia uurib protsesse |
Teadus, mis selgitab keemilisi nähtusi ja kehtestab nende mustrid füüsika üldpõhimõtete alusel. Teaduse nimetuse Füüsikaline keemia võttis kasutusele M. V. Lomonosov, kes esimest korda (1752 1753) sõnastas selle aine ja ülesanded ning kehtestas ... ... Suur entsüklopeediline sõnaraamat
FÜÜSIKALINE KEEMIA- FÜÜSIKALINE KEEMIA, "teadus, mis selgitab sätete ja katsete alusel keemia kaudu toimuva füüsikalist põhjust. operatsioonid keerulistes kehades." Selle määratluse andis talle esimene füüsika-keemik M. V. Lomonosov kursusel, mille luges ... Suur meditsiiniline entsüklopeedia
FÜÜSIKALINE KEEMIA, teadus, mis uurib KEEMILISTE REAKTSIOONIDEGA seotud füüsilisi muutusi, samuti seoseid füüsikaliste omaduste ja keemilise koostise vahel. Füüsikalise keemia peamised harud TERMODÜNAAMIKA, mis käsitleb energia muutusi ... ... Teaduslik ja tehniline entsüklopeediline sõnastik
Füüsikaline keemia- - keemiaharu, milles uuritakse ainete keemilisi omadusi nende koostises olevate aatomite ja molekulide füüsikaliste omaduste põhjal. Kaasaegne füüsikaline keemia on lai interdistsiplinaarne valdkond, mis piirneb erinevate füüsikaharudega... Ehitusmaterjalide terminite, definitsioonide ja selgituste entsüklopeedia
FÜÜSIKALINE KEEMIA, selgitab keemilisi nähtusi ja kehtestab nende seaduspärasused füüsika üldpõhimõtete alusel. Sisaldab keemilist termodünaamikat, keemilist kineetikat, katalüüsi doktriini jne. Füüsikalise keemia mõiste võttis kasutusele M.V. Lomonossov 1753. aastal... Kaasaegne entsüklopeedia
Füüsikaline keemia- FÜÜSIKALINE KEEMIA, selgitab keemilisi nähtusi ja paneb paika nende mustrid lähtudes füüsika üldpõhimõtetest. Hõlmab keemilist termodünaamikat, keemilist kineetikat, katalüüsi uurimist jne. Mõiste "füüsikaline keemia" võttis kasutusele M.V. Lomonossov sisse...... Illustreeritud entsüklopeediline sõnaraamat
FÜÜSIKALINE KEEMIA- keemiaosakond. loodusteadused, keemia õppimine. füüsika põhimõtetel põhinevad nähtused (vt (1)) ja füüsikalised. eksperimentaalsed meetodid. F. x. (nagu keemia) hõlmab aine struktuuri uurimist, keemiat. termodünaamika ja keemia kineetika, elektrokeemia ja kolloidkeemia, õpetamine... ... Suur polütehniline entsüklopeedia
Nimisõna, sünonüümide arv: 1 füüsikaline keemia (1) Sünonüümide sõnastik ASIS. V.N. Trishin. 2013… Sünonüümide sõnastik
füüsikaline keemia- — ET füüsikaline keemia Teadus, mis käsitleb füüsikaliste nähtuste mõju keemilistele omadustele. (Allikas: LEE) … … Tehniline tõlkija juhend
füüsikaline keemia- on teadus, mis selgitab keemilisi nähtusi ja kehtestab nende mustrid füüsikaliste põhimõtete alusel. Analüütilise keemia sõnastik... Keemilised terminid
Raamatud
- Füüsikaline keemia, A. V. Artemov. Õpik loodi vastavalt föderaalsele osariigi haridusstandardile bakalaureuseõppe valdkondades, mis hõlmavad distsipliini "Füüsikaline keemia" õppimist.…
- Füüsikaline keemia, Yu. Ya. Kharitonov. Õpikus on välja toodud füüsikalise keemia alused vastavalt eriala 060301 "Farmaatsia" distsipliini "Füüsikaline ja kolloidne keemia" ligikaudsele programmile. Väljaanne on mõeldud...
On olemas teadus, mis seletab füüsika põhimõtete ja katsete põhjal, mis toimub segakehades keemiliste operatsioonide käigus." Esimese füüsikalise keemia artiklite avaldamiseks mõeldud teadusajakirja asutasid 1887. aastal W. Ostwald ja J. Van't Hoff.
F Füüsikaline keemia on peamine teoreetiline. kaasaegse vundament keemia, mis põhineb sellistel olulistel füüsikaharudel nagu kvantmehaanika, statistika. füüsika ja termodünaamika, mittelineaarne dünaamika, väljateooria jne. See hõlmab aine ehituse õpetust, sh. molekulide struktuurist, keemilisest termodünaamikast, keemilisest kineetikast ja katalüüsist. Füüsikalises keemias eristatakse sageli eraldi osadena ka elektrokeemiat, fotokeemiat, pinnanähtuste füüsikalist keemiat (sh adsorptsiooni), kiirguskeemiat, metallide korrosiooni uurimist, suure molekulmassiga füüsikalist keemiat. ühendus jne. Need on väga tihedalt seotud füüsikalise keemiaga ja mõnikord peetakse neid sellest sõltumatuks. lõigud kolloidkeemia, füüsikalis-keemiline analüüs ja kvantkeemia. Enamikul füüsikalise keemia harudest on uurimisobjektide ja -meetodite osas metodoloogiliselt üsna selged piirid. funktsioonid ja kasutatav seade.
Kaasaegne Füüsikalise keemia arenguetappi iseloomustab keemia üldiste seaduspärasuste süvaanalüüs. teisendused muulil tase, laialt levinud matt. modelleerimine, välise ulatuse laiendamine mõju kemikaalidele süsteem (kõrged ja krüogeensed temperatuurid, kõrged rõhud, tugev kiirgus ja magnetmõjud), ülikiirete protsesside uurimine, energia akumulatsiooni meetodid kemikaalides. v-vah jne.
Kvantteooria, eelkõige kvantmehaanika rakendamine keemia seletamisel. nähtustega kaasnevad vahendid. suurenenud tähelepanu tõlgendustasemele viis keemia kahe suuna tuvastamiseni. Kvantmehhaanil põhinev suund. teooria ja mikroskoopiline operatsioon. nähtuste selgitamise tase, mida sageli nimetatakse keemiliseks. füüsika, vaid suure hulga osakeste ansamblitega opereeriv suund, kus jõustuvad statistilised põhimõtted. seadused – füüsikaline keemia. Selle jaotusega on piir füüsikalise keemia ja keemia vahel. füüsika mitte m.b. läbi järsult, mis ilmneb eriti keemiliste kiiruste teoorias. linnaosad.
Õpetus aine ehitusest ja molekulide ehitusest võtab kokku ulatusliku katse. materjal, mis on saadud sellise füüsikalise kasutamisega. meetodid, nagu molekulaarspektroskoopia, mis uurib koostoimet. elektromagnetiline kiirgus erinevate ainetega lainepikkuste vahemikud, foto- ja röntgenelektronspektroskoopia, elektronide difraktsioon, neutronide difraktsioon ja röntgendifraktsiooni meetodid, magneto-optilisel põhinevad meetodid. mõjud jne. Need meetodid võimaldavad saada struktuurseid andmeid molekulide elektroonilise konfiguratsiooni, tuumade tasakaaluasendite ja vibratsiooni amplituudide kohta molekulides ja kondensaatorites. in-ve, energiasüsteemi kohta. molekulide tasemed ja üleminekud nende vahel, geomi muutmise kohta. konfiguratsioonid, kui molekuli või selle üksikute fragmentide keskkond muutub jne.
Koos ülesandega korreleerida in-in omadused nende struktuuriga, kaasaegne. Füüsikaline keemia tegeleb aktiivselt ka antud omadustega ühendite struktuuri ennustamise pöördprobleemiga.
Väga oluline teabeallikas molekulide struktuuri, nende omaduste kohta erinevates osades. keemia olekud ja omadused. Teisendused on kvantkeemia tulemused. arvutused. Kvantkeemia pakub mõistete ja ideede süsteemi, mida kasutatakse füüsikalises keemias kemikaalide käitumise kaalumisel. ühendused mooli kohta. tasemel ja seoste tuvastamisel ainet moodustavate molekulide omaduste ja selle aine omaduste vahel. Tänu kvantkeemia tulemustele. keemilise potentsiaalse energia pindade arvutused. süsteemid erinevates kvantseisundid ja katsed. Viimaste aastate võimaluste, eeskätt laserkeemia arenguga on füüsikaline keemia jõudnud lähedale põhjalikule St. ergastatud ja tugevalt ergastatud olekus, ühenduse struktuuriliste tunnuste analüüsini. sellistes olekutes ja nende tunnuste avaldumise eripärad kemikaalide dünaamikas. teisendusi.
Tavapärase termodünaamika piirang on see, et see suudab kirjeldada ainult tasakaaluolekuid ja pöörduvaid protsesse. Tõelised pöördumatud protsessid on 30ndatel tekkinud teooria teemaks. 20. sajandil Pöördumatute protsesside termodünaamika. See füüsikalise keemia valdkond uurib mittetasakaalulisi makroskoopilisi nähtusi. süsteemid, milles entroopia tekke kiirus lokaalselt jääb konstantseks (sellised süsteemid on lokaalselt tasakaalulähedased). See võimaldab kaaluda süsteeme kemikaalidega r-sioonid ja massiülekanne (difusioon), soojus, elekter. tasud jne.
Keemiline kineetika uurib keemilisi muundumisi. ajas, st kemikaali kiirus. p-tsioone, nende transformatsioonide mehhanisme, aga ka kemikaali sõltuvust. protsessi selle rakendamise tingimustest. Ta määrab muutuste mustridmuutused muunduva süsteemi koostises aja jooksul, näitab seost kemikaali kiiruse vahel. r-tsioon ja välistingimused ning uurib ka keemiliste reaktsioonide kiirust ja suunda mõjutavaid tegureid. linnaosad.
Enamik keemiat. p-sioonid on keerulised mitmeastmelised protsessid, mis koosnevad üksikutest elementaarsetest keemilistest toimingutest. muundamine, reaktiivide transport ja energia ülekanne. Teoreetiline chem. kineetika hõlmab elementaarprotsesside mehhanismide uurimist ja arvutab selliste protsesside kiiruskonstandid klassikalise ideede ja aparaadi põhjal. mehaanika ja kvantteooria, tegeleb keerulise keemia mudelite konstrueerimisega. protsessid, loob seose kemikaalide struktuuri vahel. ühendid ja nende reaktsioonid. võime. Kineetika tuvastamine keeruliste protsesside mustrid (formaalne kineetika) põhinevad sageli matemaatikal. modelleerimine ja võimaldab testida hüpoteese keeruliste protsesside mehhanismide kohta, samuti luua diferentsiaalide süsteemi. ur-tions, kirjeldades protsessi rakendamise tulemusi decomp. ext. tingimused.
Keemia jaoks. kineetikat iseloomustab paljude füüsikaliste. uurimismeetodid, mis võimaldavad läbi viia reageerivate molekulide lokaalseid ergastusi, uurida kiireid (kuni femtosekundiseid) transformatsioone, automatiseerida kineetika registreerimist. andmed koos nende samaaegse töötlemisega arvutis jne. Kineetiline akumulatsioon akumuleerub intensiivselt. teavet kineetiliste pankade kaudu. konstandid, sh. keemia jaoks. äärmuslikes tingimustes.
Väga oluline füüsikalise keemia haru, mis on tihedalt seotud keemiaga. kineetika on katalüüsi, st keemia kiiruse ja suuna muutumise uurimine. p-tion kokkupuutel in-in (