1. Физическая химия: цель, задачи, методы исследования. Основные понятия физической химии.
Физ. химия - наука о закономерностях хим.процессов и хим. явлений.
Предмет физ.химии объяснение хим. явлений на основе более общих законов физики. Физ.химия рассматривает две основные группы вопросов:
1. Изучение строения и свойств вещества и составляющих его частиц;
2. Изучение процессов взаимодействия веществ.
Физ.химия ставит целью изучение связей м/у хим-ми и физ-ми явлениями. Знание таких связей необходимо для того, чтобы глубже изучить хим.реакции, протекающие в природе и используемые в технолог. процессах, управлять глубиной и направлением реакции. Основной целью дисциплины Физ.химия изучение общих связей и закономерностей хим. процессов, основанных на фундаментальных принципах физики. Физ.химия применяет физ. теории и методы к хим.явлениям.
Она объясняет ПОЧЕМУ и КАК происходят превращения веществ: хим. реакции и фазовые переходы. ПОЧЕМУ – хим.термодинамика. КАК- химическая кинетика.
Основные понятия физ.химии
Основной объект хим. термодинамики –это термодинамическая система. Термодинамич. система – любое тело или совокупность тел, способных обмениваться м/у собой и с др. телами энергией и в-вом. Системы подразделяют на открытые, закрытые и изолированные. Открыт ая - термодинамическая система обменивается с внешней средой и в-вом и энергией. Закрыт ая -система, в которой отсутствует обмен в-вом с окружающей средой, но она может обмениваться с ней энергией. Изолированн ая -система объем остается постоянным и лишена возможности обмениваться с окружающей средой и энергией и в-вом.
Система может быть гомогенной (однородной) или гетерогенной (неоднородной ). Фаза - это часть системы, которая в отсутствии внешнего поля сил обладает одинаковым составом во всех своих точках и одинаковыми термодинамич. св-вами и отделена от других частей системы поверхностью раздела. Фаза всегда однородна, т.е. гомогенна, поэтому однофазная система называется гомогенной. Система, состоящая из неск-ких фаз, называется гетерогенной.
Свойства системы подразделить на две группы: экстенсивные и интенсивные.
В термодинамике используются понятия равновесных и обратимых процессов. Равновесным –это процесс, проходящий через непрерывный ряд состояний равновесия. Обратимый термодинамический процесс – это процесс, который может быть проведен в обратном направлении без того, чтобы в системе и окружающей среде остались какие-либо изменения.
2. I-ый закон термодинамики. Внутренняя энергия, теплота, работа.
Первое начало термодинамики непосредственно связано с законом сохранения энергии. Исходя из этого закона, следует, что в любой изолированной системе запас энергии остается постоянным. Из законасохранения энергии вытекает еще одна формулировка первого начала термодинамики – невозможность создания вечного двигателя (perpetuum mobile) первого рода, который производил бы работу, не затрачивая на это энергии. Особенно важной для химической термодинамики формулировкой
первого начала является выражение его через понятие внутренней энергии: внутренняя энергия является функцией состояния, т.е. её изменение не зависит от пути процесса, а зависит только от начального и конечного состояния системы. Изменение внутренней энергии системы U может происходить за счет обмена теплотой Q и работой W с окружающей средой. Тогда из закона сохранения энергии следует, что полученная системой извне теплота Q расходуется на приращение внутренней энергии ΔU и работу W, совершенную системой, т.е. Q = ΔU +W . Данное у равнение является
математическим выражением первого начала термодинамики.
I начало термодинамики его формулировки:
в любой изолированной системе запас энергии остается постоянным;
разные формы энергии переходят друг в друга в строго эквивалентных количествах;
вечный двигатель (perpetuum mobile ) первого рода невозможен;
внутренняя энергия является функцией состояния, т.е. её изменение не зависит от пути процесса, а зависит только от начального и конечного состояния системы .
аналитическое выражение: Q = D U + W ; для бесконечно малого изменения величин d Q = dU + d W .
1-ое начало термодинамики устанавливает соотнош. м/у теплотой Q, работой А и изменением внутр. энергии системы ΔU. Изменение внутр. энергии системы равно кол-ву сообщенной системе теплоты минус кол-во работы, совершенной системой против внешних сил.
Уравнение (I.1)- математическая запись 1-го начала термодинамики, уравнение (I.2) – для бесконечно малого изменения сост. системы.
Внутр. энергия- функция сост.; это означает, что измен-е внутр. энергии ΔU не зависит от пути перехода системы из состояния 1 в состояние 2 и равно разности величин внутр. энергии U2 и U1 в этих состояниях: (I.3)
Внутр. энергия системы- это сумма потенциальной энергии взаимодейст. всех частиц тела м/у собой и кинетической энергии их движения (без учета кинетич. и потенциальн. энергий системы в целом). Внут. энергия системы зависит от природы в-ва, его массы и от параметров состоянии системы. Она возраст. с увеличением массы системы, так как является экстенсивным св-вом системы. Внутр. энергию обозначают литерой U и выражают в джоулях (Дж). В общем случае для системы с кол-вом в-ва 1 моль. Внутр. энергия, как и любое термодинамич. св-во системы, явл-ся функцией сост. Непосредственно в эксперименте проявляются только изменения внутр. энергии. Именно поэтому при расчетах всегда оперируют с её изменением U2 –U1 = U.
Все изменения внутр. энергии делятся на две группы. В 1-ую группу входит только 1-а форма перехода движения путем хаотических столкновений молекул двух соприкасающихся тел, т.е. путём теплопроводности (и одновременно путём излучения). Мерой передаваемого таким способом движения является теплота. Понятие теплоты связано с поведением огромного числа частиц – атомов, молекул, ионов. Они находятся в постоянном хаотическом (тепловом) движении. Теплота – форма передачи энергии. Второй способ обмена энергией – работа. Этот обмен энергии обусловлен действием, совершаемым системой, или действием, совершаемым над ней. Обычно работу обозначают символом W . Работа, также как и теплота, не является функцией состояния системы, поэтому величину, соответствующую бесконечно малой работе, обозначают символом частной производной - W .
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 физической химии , был основан в 1887 В. Ост-вальдом и Я. Вант-Гоффом.
Ф
изическая химия является основным
теоретич. фундаментом совр. 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 в-ва, в т.ч. о строении молекул ,
химическую термодинамику , кинетику химическую и катализ . В качестве
отдельных разделов в физической химии часто выделяют также электрохимию , фотохимию ,
физическую химию поверхностных явлений (в т. ч. адсорбцию), радиационную
химию , учение о коррозии металлов , физико-химию высокомол. соед.
и др. Весьма близко примыкают к физической химии и подчас рассматриваются как ее самостоят.
разделы коллоидная химия , физико-химический анализ и квантовая химия .
Большинство разделов физической химии имеет достаточно четкие границы по объектам и
методам исследования, по методологич. особенностям и используемому аппарату.
Совр. этапу развития физической химии присущи углубленный анализ общих закономерностей хим. превращений на мол.
уровне, широкое использование мат. моделирования , расширение диапазона внеш.
воздействий на хим. систему (высокие и криогенные т-ры, высокие давления , сильные
радиац. и магн. воздействия), изучение сверхбыстрых процессов, способов накопления
энергии в хим. в-вах и т. п.
Применение квантовой теории,
прежде всего квантовой механики , при объяснении хим. явлений повлекло за собой
значит. усиление внимания к уровню интерпретации и привело к выделению двух
направлений в химии . Направление, опирающееся на квантовомех. теорию и оперирующее
на микроскопич. уровне объяснения явлений, часто называют хим. физикой, а направление,
оперирующее с ансамблями большого числа частиц, где в силу вступают статистич.
законы,- физической химией . При таком подразделении граница между физической химияей и хим. физикой не
м. б. проведена резко, что особенно проявляется в теории скоростей хим. р-ций.
Учение о строении в-ва
и строении молекул
обобщает обширный эксперим. материал, полученный при
использовании таких физ. методов, как молекулярная спектроскопия , изучающая
взаимод. электромагн. излучения с в-вом в разл. диапазонах длин волн, фото-
и рентгеноэлектронная спектроскопия , электронография , нейтронография и рентгенодиффракционные
методы, методы на основе магнитооптич. эффектов и др. Эти методы позволяют получать
структурные данные об электронной конфигурации молекул , о равновесных положениях
и амплитудах колебаний ядер в молекулах и конденсир. в-ве, о системе энергетич.
уровней молекул и переходах между ними, об изменении геом. конфигураций при
изменении окружения молекулы или отдельных ее фрагментов и т.д.
Наряду с задачей соотнесения
свойств в-в с их строением совр. физическая химия активно занимается и обратной задачей
прогнозирования строения соединений с заданными св-вами.
Весьма важным источником
информации о строении молекул , их характеристиках в разл. состояниях и особенностях
хим. превращений служат результаты квантовохим. расчетов. Квантовая химия дает
систему понятий и представлений, к-рая используется в физической химии при рассмотрении
поведения хим. соединений на мол. уровне и при установлении корреляций между
характеристиками молекул , образующих в-во, и св-вами этого в-ва. Благодаря результатам
квантовохим. расчетов пов-стей потенциальной энергии хим. систем в разл. квантовых
состояниях и эксперим. возможностям последних лет, прежде всего развитию лазерной
химии , физическая химия вплотную подошла к всестороннему изучению св-в соед. в возбужденных
и высоковозбужденных состояниях, к анализу особенностей строения соед. в таких
состояниях и специфики проявления этих особенностей в динамике хим. превращений.
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 физической химии изучает
неравновесные макроскопич. системы, в к-рых скорость возникновения энтропии
локально сохраняется постоянной (такие системы локально близки к равновесным).
Она позволяет рассматривать системы с хим. р-циями и переносом массы (диффузией),
тепла, электрич. зарядов и т. п.
Химическая кинетика
изучает превращения хим. в-в во времени, т. е. скорости хим. р-ций, механизмы
этих превращений, а также зависимость хим. процесса от условий его осуществления.
Она устанавливает закономерности измене
ния
состава превращающейся системы во времени, выявляет связь между скоростью хим.
р-ции и внешними условиями, а также изучает факторы, влияющие на скорость и
направление хим. р-ций.
Большинство хим. р-ций
представляет собой сложные многостадийные процессы, состоящие из отдельных элементарных
актов хим. превращения, транспорта реагентов и переноса энергии. Теоретич. хим.
кинетика включает изучение механизмов элементарных р-ций и проводит расчет констант
скоростей таких процессов на основе идей и аппарата классич. механики и квантовой
теории, занимается построением моделей сложных хим. процессов, устанавливает
связь между строением хим. соединений и их реакц. способностью. Выявление кинетич.
закономерностей для сложных р-ций (формальная кинетика) базируется часто на
мат. моделировании и позволяет осуществлять проверку гипотез о механизмах сложных
р-ций, а также устанавливать систему дифференц. ур-ний, описывающих результаты
осуществления процесса при разл. внеш. условиях.
Для хим. кинетики характерно
использование многих физ. методов исследования, позволяющих проводить локальные
возбуждения реагирующих молекул , изучать быстрые (вплоть до фемтосекундных)
превращения, автоматизировать регистрацию кинетич. данных с одновременной обработкой
их на ЭВМ и т. п. Интенсивно накапливается кинетич. информация через банки кинетич.
констант , в т.ч. для хим. р-ций в экстремальных условиях.
Весьма важным разделом физической химии , тесно связанным с хим. кинетикой, является учение о катализе , т. е. об изменении скорости и направления хим. р-ции при воздействии в-в (
Образование на факультете фундаментальной физико-химической инженерии — это новая форма инженерного образования. Обучение призвано усилить технологическую составляющую классического естественнонаучного образования, нацелено на реализацию инновационной междисциплинарной подготовки специалистов в области физики, химии и биологии и соединяет:
· фундаментальное университетское образование, нацеленное на знание и понимание основных научных принципов с их объяснениями; · инженерное образование и подготовку специалистов для реализации инновационных научных и инженерных идей на практике; · непрерывную научную работу студентов, начиная с 1 курса, в базовых институтах РАН, на инжиниринговых и технологических площадках факультета.
Образовательный процесс на факультете направлен на подготовку на основе физических и химических знаний высококвалифицированных специалистов, способных конструировать процессы, методики, реакции и технологии, обеспечивающие создание новых веществ, материалов и комплексных искусственных систем с заданными свойствами. Областями профессиональной деятельности выпускника факультета, в частности, являются:
· энергоэффективность и энергосбережение, включая вопросы разработки новых перспективных энерго-, био- и химических технологий (альтернативные источники энергии, экологически чистые энерго- и ресурсосберегающие технологии преобразования энергии, ростовые технологии); · инженерная физика твёрдого тела, в частности, инженерия новых перспективных материалов с заданными функциональными (электрическими, оптическими, магнитными и т. п.) свойствами; разработка новых технологий получения таких материалов и устройств на их основе; · прикладные проблемы физики и химии горения и взрыва, кинетики сложных химических реакций и высокотемпературных процессов; · инженерия конструкционных материалов для авиации и космоса; · современные технологии глубокой переработки углеводородов в ценные нефтехимические продукты, разработки и модернизации процессов получения важнейших нефтехимических продуктов на основе нефтяного и не нефтяного сырья.
Инженерная составляющая образовательного процесса предполагает изучение предметов блока инженерных дисциплин и дисциплин по инженерной инноватике, в частности, таких как: материаловедческие основы конструирования, компьютерное моделирование технологических процессов и установок, расчёт и конструирование пилотных установок, управление знаниями, основы инновационной деятельности, менеджмент инноваций в промышленности. На базе фундаментальной университетской подготовки, получаемой на факультете (в учебный план включены предметы математического, физического, химического и биологического блоков), опыта научной работы и в результате освоения дисциплин инженерного и инновационного блоков студент становится подготовленным к решению главной задачи инновационной инженерной деятельности: он овладевает умением комбинировать фундаментальные и прикладные знания из смежных областей (физика, химия, биология) и использовать их неожиданным образом в практических целях для решения конкретной задачи.
Самые способные абитуриенты, имеющие хорошие знания и оценки в аттестате, выбирают Московский госуниверситет без раздумий. Но вот с факультетом не удается быстро определиться. Самый известный вуз нашей страны имеет очень много структурных подразделений. Одно из них относится к сфере фундаментальной физико-химической инженерии - ФФФХИ МГУ.
Появление факультета и причины его открытия
Факультет является довольно молодым структурным подразделением. Свою образовательную деятельность он ведет с 2011 года. Однако в 2011 году он не был создан с нуля. Его появление было связано с преобразованием физико-химического факультета, существующего с 2006 года и подготавливающего специалистов в области химии и физики.
Открытие ФФФХИ - это не какое-то обычное желание руководящего состава Московского госуниверситета. Основание нового структурного подразделения было спровоцировано развитием вуза, изменениями в мире, научным прогрессом. Факультет фундаментальной физико-химической инженерии был призван обеспечить предоставление современного
Сущность нового структурного подразделения
Вуз заявляет, что перед современным инженерии стоит определенная задача. Она заключается в усилении технологической составляющей классического естественнонаучного образования, реализации междисциплинарной подготовки кадров в области химии, физики, биологии. Сотрудники МГУ говорят, что те студенты, которые обучаются в этом структурном подразделении, могут после окончания вуза реализовывать инновационные научные и инженерные идеи на практике.
Что же собой представляет факультет в реальности? ФФФХИ МГУ действительно подготавливает современных специалистов. Студенты в процессе учебы получают знания из разных областей, учатся комбинировать их и благодаря такому необычному подходу решать определенные практические задачи. В образовательном процессе есть инженерная составляющая. Она представлена такими дисциплинами как материаловедческие основы конструирования, менеджмент промышленности и инноваций и т. д. Дополнительно ведется фундаментальная университетская подготовка. Она заключается в преподавании предметов, связанных с математикой, биологией, физикой и химией.
«Прикладные математика и физика»
ФФФХИ МГУ в своей организационной структуре имеет 2 отделения. Одно из них связано с инженерной физикой твердого тела. Это отделение предлагает 1 программу бакалавриата - «прикладные математика и физика». Направление ориентировано на подготовку научных и научно-инженерных технологических кадров.
Выпускники находят себя в разных областях жизни. Кто-то после получения диплома занимается научно-исследовательской деятельностью, кто-то выбирает сферу высоких и наукоемких технологий и пробует себя в инновационной, конструкторско- и производственно-технической деятельности. Часть выпускников решает получить более глубокие знания и поступает на магистерскую программу отделения, носящую такое же название, как на бакалавриате.
«Фундаментальная и прикладная химия»
Второе отделение факультета связано с инженерной химической физикой. Оно отвечает за подготовку полноценных специалистов (не бакалавров) по программе «фундаментальная и прикладная химия». Специальность интересная. Студенты во время учебы исследуют химические процессы, происходящие в природе или лаборатории, выявляют общие закономерности их протекания, ищут возможности управления этими процессами.
«Фундаментальная и прикладная химия» (как и предыдущие программы обучения ФФФХИ МГУ) открывает студентам несколько дорог в жизнь. Обучающиеся стоят перед выбором, какой деятельностью в будущем заниматься. После окончания вуза можно:
- вести научно-исследовательскую работу (быть ученым);
- отправиться в научно-производственную сферу (стать специалистом какого-либо предприятия, связанного с химическими процессами);
- заняться педагогической деятельностью (стать преподавателем).
Информация приемной комиссии МГУ
Нацелен на высококачественную подготовку кадров. Вуз не «штампует» специалистов, имеющих только корочки. Именно поэтому количество мест (как бюджетных, так и платных) на факультете физико-химической инженерии ограничено. На «прикладных математике и физике» возможность получить бесплатное образование предоставляется только 15 людям. На «фундаментальной и прикладной химии» бюджетных мест чуть больше. Их насчитывается 25.
Платных мест очень мало. И на той, и на другой программе их всего 5. Платное обучение в ФФФХИ - это удовольствие не из дешевых. За один учебный год студенты факультета физико-химической инженерии вносят чуть более 350 тысяч рублей. Ежегодно цена немного меняется. Уточнить ее можно в приемной комиссии МГУ.
Вступительные экзамены и проходные баллы
«Прикладные математика и физика» - направление, на котором предусмотрено 4 вступительных экзамена. Абитуриенты в форме ЕГЭ сдают русский язык, физику и математику. Дополнительное испытание, проводимое в МГУ - письменная работа по математике. На «фундаментальной и прикладной химии» предусмотрено еще больше экзаменов. Русский язык, физику, математику и химию требуется сдавать в форме ЕГЭ. Дополнительно в университете сдается химия в письменном виде.
Конкурс и проходной балл - достаточно высокие показатели. На «прикладные математику и физику» в 2017 году было подано 276 заявлений. Это значит, что на 1 место примерно претендовало 18 человек. Проходной балл в ФФФХИ МГУ составил 276. На «фундаментальную и прикладную химию» изъявили желание поступить 218 человек. Конкурс составил 8,72 человек на 1 место, а проходной балл оказался равным 373.
Что ждет абитуриентов
Учеба на ФФФХИ сложна, но интересна. Дисциплины преподают высококвалифицированные специалисты, ученые РАН. На занятиях они не просто излагают теоретический материал, но и приводят примеры из собственной научной практики. Активно на факультете в образовательной деятельности используются современные технологии. Они облегчают жизнь студентам - снижают аудиторную нагрузку, увеличивают объем самостоятельной работы.
Очень интересный факт о факультете - студенты уже во время учебы начинают зарабатывать трудовой стаж, зарплату. Происходит подобное по той причине, что структурное подразделение зачисляет своих обучающихся в штат базового института. Цель подобного действия - усилить интерес к учебе, получению новых знаний и навыков, побудить к более ответственному отношению к работе, оказать материальную поддержку.
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ - раздел химии, посвященный изучению взаимосвязи химических и физических явлений в природе. Положения и методы Ф. х. имеют важное значение для медицины и медико-биологических наук, методы Ф. х. используются для изучения жизненных процессов как в норме, так и при патологии.
Основными предметами изучения Ф. х. являются строение атомов (см. А том) и молекул (см. Молекула), природа хим. связей, хим. равновесие (см. Равновесие химическое) и кинетика (см. Кинетика химическая, Кинетика биологических процессов), катализ (см.), теория газов (см.), жидкостей и растворов (см.), структура и хим. свойства кристаллов (см.) и полимеров (см. Высокомолекулярные соединения), термодинамика (см.) и тепловые эффекты хим. реакций (см. Термохимия), поверхностные явления (см. Детергенты, Поверхностное натяжение, Смачивание), свойства р-ров электролитов (см.), электродные процессы (см. Электроды) и электродвижущие силы, коррозия металлов, фотохим. и радиационные процессы (см. Фотохимические реакции, Электромагнитное излучение). Большинство теорий Ф. х. базируется на законах статики, квантовой (волновой) механики и термодинамики. При изучении поставленных проблем в Ф. х. широко применяют различные сочетания экспериментальных методов физики и химии, так наз. физ.-хим. методы анализа, основы к-рых были разработаны в 1900-1915 гг.
К наиболее распространенным фи-зико-химическихм методам второй половины 20 в. относятся электронный парамагнитный резонанс (см.), ядерный магнитный резонанс (см.), масс-спектрометрия (см.), использование эффекта Мессбауэ-ра (ядерный гамма-резонанс), радиоспектроскопия (см. Спектроскопия), спектрофотометрия (см.) и флюориметрия (см.), рентгеноструктурный анализ (см.), электронная микроскопия (см.), улыпрацентрифу-гирование (см.), газовая и жидкостная хроматография (см.), электрофорез (см.), изоэлектрическое фокусирование (см.), полярография (см.), потенциометрия (см. Потенциометрическое титрован ие), кондуктомет-рия (см.), осмометрия (см. Осмотическое давление), эбулли ометрия (см.) и др.
Термин «физическая химия» впер-вые появился в трудах нем. алхимика Кунрата (H. Kuhnrath, 1599), однако долгое время смысл, вкладываемый в этот термин, не соответствовал истинному его значению. Задачи Ф. х., близкие к их современному пониманию, впервые сформулировал М. В. Ломоносов в курсе «Введение в истинную физическую химию», прочитанном им в 1752 г. студентам Петербургской акадехмии наук: физическая химия, по М. В. Ломоносову, есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при хим. реакциях. Систематическое преподавание Ф. х. было начато с 1860 г. в Харьковском ун-те H. Н. Бекетовым, к-рый впервые на естественном ф-те этого ун-та организовал физико-химическое отделение. Вслед за Харьковским ун-том преподавание Ф. х. было введено в Казанском (1874), Юрьевском (1880) и Московском (1886) ун-тах. С 1869 г. начинает выходить журнал Русского физико-химического об-ва. За рубежом кафедра физической химии впервые была учреждена в Лейпциге в 1887 г.
Формирование Ф. х. как самостоятельной научной дисциплины связано с атомно-молекулярным учением, т. е. прежде всего с открытием в 1748-1756 гг. М. В. Ломоносовым и в 1770-1774 гг. А. Лавуазье закона сохранения массы веществ при хим. реакциях. Работы Рихтера (J. В. Richter, 1791 - 1802), открывшего закон паев (эквивалентов), Пруста (J. L. Proust, 1808), открывшего закон постоянства состава, и др. способствовали созданию в 1802-1810 гг. Дж. Дальтоном атомной теории и открытию закона кратных отношений, устанавливающего закономерности образования хим. соединений. В 1811 г. Авогадро (A. Avogadro) ввел понятие «молекула», связывающее атомную теорию строения вещества с законами идеальных газов. Логическим завершением формирования атомистических взглядов на природу материи явилось открытие Д. И. Менделеевым в 1869 г. периодического закона хим. элементов (см. Периодическая система химических элементов).
Современное представление о строении атома сложилось в начале
20 в. Наиболее важными вехами на этом пути являются экспериментальное открытие электрона и установление его заряда, создание квантовой теории (см.) Планком (М. Plank) в 1900 г., работы Бора (N. Bohr, 1913), предположившего существование у атома электронной оболочки и создавшего его планетарную модель, и другие исследования, послужившие подтверждением квантовой теории строения атома. Завершающим этапом формирования современных представлений о строении атома явилась разработка квантовой (волновой) механики, с помощью методов к-рой в последующем удалось объяснить природу и направленность хим. связей, теоретически рассчитать физ.-хим. константы простейших молекул, развить теорию межмолекулярных сил и др.
Первоначальное развитие хим. термодинамики, изучающей законы взаимных превращений различных форм энергии в равновесных системах, связано с исследованиями Карно (S. Carnot) в 1824 г. Дальнейшие работы Майера (R. Mayer), Джоуля (J. Joule) и Г. Гельмгольца привели к открытию закона сохранения энергии - так наз. первого начала, или первого закона термодинамики. Введение Клаузиусом (R. Clausius) в 1865 г. понятия «энтропия» как меры свободной энергии, привело к разработке второго закона термодинамики. Третий основной закон термодинамики был выведен из тепловой теоремы Нернста об асимптотическом сближении свободной энергии и теплосодержания системы, в 1907 г. Эйнштейн (A. Einstein) составил уравнение теплоемкости простых гармонических осцилляторов, а в
1911 г. Планком был сделан вывод: энтропия чистых веществ при абсолютном нуле равна нулю.
Начало самостоятельному существованию термохимии - науки о тепловых эффектах хим. реакций, было положено трудами Г. И. Гесса, установившего в 1840 г. закон постоянства сумм теплоты. Большое значение для развития термохимии имели труды Бертло (Р. E. М. Berthelot), к-рый разработал калориметрические методы анализа (см. Калориметрия) и открыл принцип максимальной работы. В 1859 г. Кирхгоф (H. Kirch-hoff) сформулировал закон, связывающий тепловой эффект реакции с теплоемкостями реагирующих веществ и продуктов реакции. В 1909-
1912 гг. Нернст (W. H. Nernst), Эйнштейн и Дебай (P. Debye) разработали теорию квантовой теплоемкости.
Развитие электрохимии, занимающейся изучениехМ связи между химическими и электрическими явлениями и исследованием действия электрического тока на различные вещества в р-рах, связано с созданием Вольтой (A. Volta) в 1792-1794 гг. гальванического элемента. В 1800 г. появились первые работы Никольсо-на (V. Nicolson) и Карлейля (А. Каг-leil) по разложению воды, а в 1803- 1807 гг. работы И. Берцелиуса и Ги-зингера (W. Hisinger) об электролизе (см.) р-ров солей. В 1833-1834 гг. Фарадей (М. Faraday) сформулировал основные законы электролиза, связывающие выход электрохим. реакций с количеством электричества и хим. эквивалентами веществ. В 1853-1859 гг. Гитторф (J. W. Hittorf) установил зависимость между электрохим. действием и подвижностью ионов, а в 1879 г. Кольрауш (F. W. Kohlrausch) открыл закон независимого движения ионов (см.) и установил связь между эквивалентной электропроводностью и подвижностью катионов и анионов. В 1875 - 1878 гг. Гиббс (J. VV. Gibbs) и в 1882 г. Г. Гельмгольц разработали математическую модель, связывающую электродвижущую силу гальванического элемента с внутренней энергией хим. реакций. В 1879 г. Г. Гельмгольц создал учение о двойном электрическом слое. В 1930-1932 гг. Фольмер (М. Vol-mer) и А. Н. Фрумкин предложили количественную теорию электродных процессов.
Начало учению о растворах было положено работами Гассенфратца (J. H. Hassenfratz, 1798) и Ж. Гей-Люссака (1819) о растворимости солей. В 1881 -1884 гг. Д. П. Коновалов заложил научные основы теории и практики перегонки р-ров, а в 1882 г. Рауль (F. М. Raoult) открыл закон понижения температуры замерзания растворов (см. Криометрия). Первые количественные измерения осмотического давления (см.) были произведены в 1877 г. Пфеффером (W. F. Ph. Pfeffer), а в 1887 г. Я. Вант-Гофф создал термодинамическую теорию разбавленных р-ров и вывел уравнение, связывающее осмотическое давление с концентрацией р-ра, его объемом и абсолютной температурой. С. Аррениус в 1887 г. сформулировал теорию электролитической диссоциации и ионизации солей в р-рах (см. Электролиты), а Нернст в 1888 г.- осмотическую теорию. Оствальд (W. Ostwald) обнаружил закономерности, связывающие степень диссоциации электролита с его концентрацией. В 1911 г. Доннан (F. G. Don-пап) создал теорию распределения электролитов по обе стороны полупроницаемой мембраны (см. Мембранное равновесие), к-рая нашла широкое применение в биофизической химии (см.) и коллоидной химии (см.). В 1923 г. Дебай и Гюккель (E. Huckel) разработали статистическую теорию сильных электролитов.
Развитие учения о кинетике хим. реакций, равновесии и катализе началось с работ Вильгельми (L. Wil-helmy), создавшего в 1850 г. первую количественную теорию хим. реакций, и Вильямсона (A. W. Williamson), представившего равновесие как состояние равенства скоростей прямой и обратной реакций. Понятие «катализ» было введено в физическую хихмию И. Берцелиусом в
1835 г. Основные принципы учения
о хим. равновесии были сформулированы в трудах Бертолле (С. L. Вег-thollet). Начало динамической теории равновесий положено работами Вильямсона и Клаузиуса, принцип подвижного равновесия разработан Я. В ант-Гоффом, Гиббсом и Ле Ша-телье (H. Le Chatelier). Бертло и Пеан-сен-Жиль (L. Pean-saint-Gilles) установили связь между скоростью реакции и состоянием равновесия. Основной закон хим. кинетики о пропорциональности скорости реакции произведению активных масс (т. е. концентраций) реагирующих веществ - закон действующих масс - был сформулирован в 1864-1867 гг. Гульдбергом (С. М. Guldberg) и Ваа-ге (P. Waage). В 1893-1897 гг. А. Н. Бах и Энглер (К. Engler) создали перекисную теорию медленного окисления (см. Перекиси), в 1899- 1904 гг. Абегг (R. Abegg) и Бодлендер (H. Bodlander) развили представление о валентности как способности атома принимать или отдавать электроны, в 1913-1914 гг. Л. В. Писар-жевский и С. В. Дайн разработали электронную теорию окислительно-восстановительных реакций (см.). В 1903-1905 гг. Н. А. Шилов предложил теорию сопряженных реакций, а в 1913 г. Боденштейн (М. Во-denstein) открыл цепные реакции (см.), теоретические основы протекания к-рых были разработаны в 1926 -1932 гг. H. Н. Семеновым и Хиншелвудом (С. N. Hinsheiwood).
Явление радиоактивного распада атомов (радиоактивности) было открыто в 1896 г. А. Беккерелем. С тех пор изучению радиоактивности (см.) уделяется большое внимание и в этой области достигнуты существенные успехи, начиная с искусственного расщепления атомов и кончая разработками по управляемому термоядерному синтезу. Среди проблем Ф. х. необходимо выделить изучение влияния на молекулы гамма-излучений (см.), потока частиц высоких энергий (см. Альфа-излучение, Ясс-мическое излучение, Нейтронное излучение, Лротонное излучение), лазерного излучения (см. Лазер), а также изучение реакций в электрических разрядах и низкотемпературной плазме (плазмохимия). Успешно развивается физ.-хим. механика, исследующая влияние поверхностных явлений на свойства твердых тел.
Один из разделов Ф. х.- фотохимия (см.), изучает реакции, протекающие при поглощении веществом световой энергии от внешнего источника излучения.
В Ф. х. нет такого раздела, к-рый бы не имел значения для медико-биол. дисциплин и в конечном счете для практической медицины (см. Биофизическая химия). Физ.-хим. методы позволяют изучать живую клетку и ткани in vivo, не подвергая их разрушению. Не меньшее значение для медицины имеют физ.-хим. теории и представления. Так, учение об осмотических свойствах р-ров оказалось чрезвычайно существенным для понимания водного обмена (см. Водно-солевой обмен) у человека в норме и при патологии. Создание теории электролитической диссоциации существенно повлияло на представление о биоэлектрических явлениях (см.) и положило начало ионной теории возбуждения (см.) и торможения (см.). Теория кислот, и оснований (см.) дала возможность объяснить постоянство внутренней среды организма и послужила основой для изучения кислотно-щелочного равновесия (см.). Для понимания энергетики жизненных процессов (напр., функционирования АТФ) широко используют исследования, осуществляемые с помощью методов хим. термодинамики. Развитие физ.-хим. представлений о поверхностных процессах (поверхностном натяжении, смачивании и др.) существенно для понимания реакций клеточного иммунитета (см.), распластывания клеток на неклеточных поверхностях, адгезии и др. Теория и методы хим. кинетики являются основой для изучения кинетики биологических, прежде всего ферментативных, процессов. Большую роль в понимании сущности биол. процессов играет изучение биолюминесценции, хемолюминесценции (см. Биохемилюминесценция), использование люминесцирующих антител (см. Иммунофлюоресценция), флюо-р охр омов (см.) и др. для изучения свойств тканевой и субклеточной локализации белков, нуклеиновых к-т и др. Физ.-хим. методы определения интенсивности основного обмена (см.) чрезвычайно важны при диагностировании многих заболеваний, в т. ч. эндокринных.
Необходимо отметить, что изучение физ.-хим. свойств биол. систем и процессов, протекающих в живом организме, дает возможность глубже заглянуть в суть и выявить специфику живой материи и этих явлений.
Основными исследовательскими центрами в области физической химии в СССР являются научно-исследовательские ин-ты АН СССР, ее филиалов и отделений, АН союзных республик: Физико-химический ин-т им. Л. Я. Карпова, Ин-т физической химии, Ин-т химической физики, Ин-т новых химических проблем, Ин-т органической и физической химии им. А. Е. Арбузова, Ин-т катализа, Ин-т химической кинетики и горения, Ин-т физической химии АН УССР и др., а также соответствующие кафедры в ун-тах.
Основными печатными органами, систематически публикующими статьи по Ф. х., являются: «Журнал физической химии», «Кинетика и катализ», «Журнал структурной химии», «Радиохимия», «Электрохимия». За рубежом статьи по Ф. х. печатаются в «Zeitschrift fiir physi-kalische Chemie», «Journal of Physical Chemistry», «Journal de chimie physique et de physico-chimie bio-logique».
Библиогр.: Бабко А. К. и др.
Физико-химические методы анализа, М., 1968; Киреев В. А. Курс физической химии, М., 1975; Мелвин-Хьюз
Э. А. Физическая химия, пер. с англ., т. 1 - 2, М., 1962; Николаев Л. А. Физическая химия, М., 1972; Развитие
физической химии в СССР, под ред. Я. И. Герасимова, М., 1967; Соло
вьев Ю. И. Очерки по истории физической химии, М., 1964; Физическая
химия, Современные проблемы, под ред. Я. М. Колотыркина, М., 1980.
Периодические издания - Журнал структурной химии, М., с 1960; Журнал физической химии, М., с 1930; Кинетика и катализ, М., с 1960; Радиохимия, М.- Л., с 1959; Электрохимия, М., с 1965; Journal de chimie physique et de physico-chimie biologique, P., с 1903; Journal of Physical Chemistry, Baltimore, с 1896; Zeitschrift fiir physikalische Chemie, Lpz., с 1887.
Наливной пол
Родился иоанн богослов. Апостол иоанн богослов. Тропарь и кондак святому апостолу и евангелисту Иоанну Богослову
Электрический теплый пол
Женщина-Скорпион — характеристика и гороскоп Психологический портрет личности скорпиона после 30 лет
Лоджия и балкон
