Физическая химия

«Введение в истинную физическую химию». Рукопись М. В. Ломоносова. 1752

Коробов М. В. — Физическая химия. Часть 1 — Основные понятия, свойства системы // teach-in [1:21:23]

Физическая химия — наука, изучающая взаимосвязь химических и физических явлений, выявляющая закономерности химических процессов, опираясь на общие принципы физики.

Основные задачи — исследование закономерностей хода химических реакций во времени, законов химического равновесия и определение механизмов процессов.

Методы исследования — спектральный и рентгеноструктурный анализы, методы изотопных индикаторов, квантово-химический, масс-спектрометрического, методы электронного парамагнитного резонанса, ядерного магнитного резонанса и др.

История

Дисциплина возникла в середине 18 веке. Её учредителем, по мнению русских историков, считается Михаил Васильевич Ломоносов, который ввел термин «физическая химия».

Как самостоятельная наука сформировалась в конце 19 века благодаря работам по химической термодинамике, электролитом в растворах, химической кинетики и другим вопросам. Одним из ключевых моментов стало издание в 1876 году работы Джозайи Гиббса «О равновесии гетерогенных веществ» (англ.: On the Equilibrium of Heterogeneous Substances), в которой были введены такие основные понятия физической химии, как энергия Гиббса, химический потенциал, правило фаз Гиббса.

Первым научным журналом в области физической химии стал немецкий журнал «Zeitschrift für Physikalische Chemie», основанный в 1887 году Вильгельмом Оствальдом и Якобом Хендриком вант Гофом. Вместе с Сванте Августом Аррениусом это были ведущие деятели в области физической химии в конце 19 века и в начале 20 века. Все трое получили Нобелевскую премию в области химии между 1901—1909 гг.

Развитие физической химии в последующие десятилетия связано с применением статистической механики к химическим системам и работами по вопросам коллоидных систем и по химии поверхностных явлений, где большой вклад сделал Ирвинг Ленгмюр. Еще одним важным шагом стало развитие с 1930-х годов квантовой химии из квантовой механики. Одним из ведущих деятелей в это время был Лайнус Полинг. Теоретические разработки идут рука об руку с развитием экспериментальных методов, где использование различных форм спектроскопии, таких как ИК-спектроскопии, микроволновой спектроскопии, ЭПР-спектроскопии и ЯМР-спектроскопии, вероятно, является наиболее важным в 20 веке.

Предмет изучения физической химии

Физическая химия изучает химическую термодинамику, поверхностные явления, химическую кинетику, катализ и др. Химическая термодинамика на основе законов термодинамики исследует химическое равновесие и условия его нарушения под влиянием внешних факторов.

При изучении поверхностных явлений исследуются свойства поверхностных слоев твердых тел и жидкостей, в химической кинетике — механизмы и закономерности хода химических реакций во времени, в объеме реакционной смеси или на границе раздела фаз.

Катализ изучает явления изменения скорости химических реакций под влиянием катализаторов. Исследуются ферментный катализ, процессы с мембранным разграничением, химия гетерогенных систем, строение вещества — строение атомов и молекул, а также агрегатные состояния веществ, химические растворы — их природа, структура и основные свойства в зависимости от концентрации и химической природы компонентов.

Многие из прикладных направлений физической химии стали самостоятельными науками, например, коллоидная химия, теория металлургических процессов.