Фізична хімія

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Фізи́чна хі́мія — галузь науки, що вивчає хімічні явища та процеси на основі загальних принципів фізики з використанням фізичних експериментальних методів.

На відміну від хімічної фізики, яка використовує більш мікроскопічний підхід, фізична хімія застосовує фізичні поняття для вивчення макро- і мезоскопічних систем. Проте, оскільки фізична хімія є міждисциплінарною наукою, класифікувати конкретне дослідження як чисто фізичне, хімічне, приналежне до фізичної хімії чи до хімічної фізики, часто доволі складно.

Історія[ред.ред. код]

Термін фізична хімія першим використав Михайло Ломоносов у своєму курсі лекцій 1752 року «Курс истинной физической химии». Однак, у сучасному розумінні фізична хімія почала складатися у другій половині 19 ст. із розвитком хімічної термодинаміки. Визначний внесок у становлення фізичної хімії зробив Джозая Віллард Ґіббс, запровадивши такі терміни як вільна енергія Гіббса, хімічний потенціал, сформулювавши правило фаз. Водночас із термодинамікою у другій половині 19 ст. почався розвиток хімічної кінетики, яка вивчає швидкість хімічних реакцій, та хімії електролітів. Провідними дослідниками в цих областях були Вільгельм Оствальд, Якоб Гендрік Вант-Гофф, Сванте Август Арреніус.

Розвиток спектроскопії, рентгенівських методів досліджень, методів електронного та ядерного магнітного резонансів надав хімікам нові інструменти й розширив можливості їхніх досліджень. Виникла можливіть установлення взаємозв'язку між хімічною структурою та властивостями речовин. Квантова механіка призвела до появи квантової хімії.

У 20 ст. методи фізичної хімії стали застосовуватися для вивчення колоїдів та поверхневих властивостей речовин, сформувалися колоїдна хімія та хімія поверхні. Завдяки розвитку ядерної фізики виникла також і ядерна хімія, серед задач якої виділяється проблема розділення ізотопів та використання радіоізотопів у радіохімії. Серед провідних дослідників у галузі фізичної хімії в 20 ст. виділяються Ірвінг Ленгмюр та Лайнус Полінг.

Основні напрямки досліджень[ред.ред. код]

Основними напрямками досліджень фізичної хімії є:

Розділи фізичної хімії[ред.ред. код]

  • Теоретична хімія — дослідження та передбачення властивостей окремих молекул чи макроскопічних кількостей речовини за допомогою математичного апарату та комп'ютерних симуляцій. Для розуміння будови матерії та хімічного зв'язку використовуються квантова механіка, а статистична термодинаміка дозволяє знайти взаємозв'язок із хімічною термодинамікою макроскопічних об'єктів.
  • Будова речовини, властивості молекул, іонів, радикалів, природу хімічного зв'язку — у цей розділ входить вчення про будову атомів і молекул і вчення про агрегатні стани речовини. Вчення про будову атома, що відноситься більшою мірою до фізики, в курсах фізичної хімії необхідне для з'ясування питань утворення молекул з атомів, природи хімічного зв'язку.
  • Хімічна термодинаміка — в цьому розділі фізичної хімії розглядаються основні співвідношення, що випливають з першого закону термодинаміки, які дозволяють розрахувати кількість теплоти, що виділяється або поглинається і визначити, як буде впливати на це зміна зовнішніх умов. На основі другого закону термодинаміки визначається можливість самовільного перебігу процесу, а також умови положення рівноваги і його зміщення під впливом зміни зовнішніх умов. У даному розділі також можна виділити кілька підрозділів:
    • Термодинаміка газів
    • Термодинаміка розчинів розглядає природу розчинів, їх внутрішню структуру і найважливіші властивості, залежність властивостей від концентрації і хімічної природи компонентів та питання розчинності.
    • Термодинаміка адсорбції
    • Статистична термодинаміка дозволяє отримувати термодинамічні параметри системи виходячи з будови компонентів системи та зовнішніх умов.
  • Хімічна кінетика — вивчає швидкість хімічних реакцій, її залежність від зовнішніх умов (температура, концентрація). Є одним з найважливіших розділів хімії, показує який саме продукт утворюється в складній системі
  • Електрохімія вивчає деякі особливості властивостей розчинів електролітів, електропровідність розчинів, процеси електролізу речовини)
  • Звукохімія (акустохімія) вивчає хімічні процеси, що протікають при дії звукових хвиль.
  • Потенціометрія — область фізичної хімії, що використовує різні електрохімічні і термодинамічні методи, також методи аналітичної хімії.
  • Спектроскопія — загальне поняття, що охоплює клас експериментальних досліджень, які вивчають як зразки речовини віддають чи адсорбують енергію у формах електромагнітного випромінювання (радіохвилі, світлові, інфрачервоні, ультрафіолетові-, рентгенівські промені тощо). Метою спектроскопії на основі отриманого спектру зробити висновки про внутрішню структуру речовини, її склад чи динаміку процесів у матерії.

Методи фізичної хімії[ред.ред. код]

При вивченні закономірностей фізичних та хімічних процесів прагнуть їх кількісного вираження, при цьому користуються такими методами[1]

Метод статистичної механіки, що спирається на вчення про молекулярну природу тіл і розглядає властивості речовини, яка складається з великої сукупності частинок, виходячи із законів руху і властивостей окремих частинок та їх розподіленням, яке описується відповідно до теорії ймовірності. Цей метод дозволяє поставити у відповідність макроскопічні властивості тіл з мікроскопічними властивостями молекул. Метод статистичної механіки дозволяє обґрунтувати поняття і закони термодинаміки. Всі ці поняття формулюються як результат опису досліду без проникнення в молекулярний механізм процесів. Метод застосовується для розв'язання завдань хімічної кінетики і каталізу, рівноваги та її зміщення, кінетики адсорбційних процесів, кінетики процесів колоїдних розчинів.

Метод термодинаміки, який полягає у знаходженні зв'язків між різними термодинамічними величинами, які визначають стан термодинамічної системи і формами перетворення енергії системи без розгляду механізму процесів. Цей метод дає змогу знайти відповідь на низку важливих питань, такі як: перетворення різних форм енергій у хімічних процесах; про напрям і характер хімічних процесів та фазових переходів; про хімічну рівновагу. Метод використовується в хімічній термодинаміці, теорії розчинів, електрохімії, хімії колоїдного стану речовини та високомолекулярних сполук.

Сумісне використання статистичних і термодинамічних методів привело до створення статистичної термодинаміки.

Метод квантової механіки, який базується на корпускулярно-хвильовому уявленні про будову матерії, у першу чергу про будову атомів і молекул, дискретності енергії станів. Метод дозволяє пояснити властивості молекул і твердих тіл на основі законів руху і властивостей складових їх частинок, в першу чергу електронів. Квантово-механічний метод застосовується при вивченні будови речовини.

Провідні наукові журнали[ред.ред. код]

До переліку провідних наукових журналів входять:

Фізична хімія в Україні[ред.ред. код]

В Україні дослідження з фізичної хімії проводяться в Інституті фізичної хімії НАНУ, Інтституті колоїдної хімії та хімії води та в інших науково-дослідних і науково-технічних інститутах, на хімічних факультетах університетів.

Значення фізичної хімії у техніці та повсякденному житті[ред.ред. код]

Фізична хімія охоплює дослідження багатьох об'єктів із значним потенціалом їх використання у техніці та повсякденному житті та життєдіяльності людини.

Примітки[ред.ред. код]

  1. Сіренко Г. О., Кузишин О. В. Фізична і колоїдна хемія: Курс лекцій. — Івано-Франківськ: Прикарп. нац. ун-т ім. В. Стефаника, 2015. — 167 с.

Література[ред.ред. код]

  • ВАК України. Паспорт спеціальності. N 17-09/1 від 29.01.98
  • Гомонай В. І., Гомонай О. В. Фізична хімія. — Ужгород : Патент, 2004. — 712 с.
  • Даниэльс Ф., Альберти Р. Физическая химия. — М. : Высшая школа, 1967. — 784 с.
  • Киреев В. А. Курс физической химии. — М. : Химия, 1975. — 776 с.
  • Эткинс Д. Физическая химия. — М. : Мир, 1980. — 293+584 с.

Посилання[ред.ред. код]