Физическая химия
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[править]
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.[1]
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[править]
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.
Источники[править]
- ↑ Josiah Willard Gibbs, 1876, «On the Equilibrium of Heterogeneous Substances», Transactions of the Connecticut Academy of Sciences
Основные определения | Материал • Состав (химический, фазовый) • Структура (макро-, микро-) • Свойства (химические, физические, механические, функциональные) • Дисперсность |
---|---|
Основные направления | Металловедение (металлургия) • Машиностроение • Керамика (техническая) • Полимерные материалы • Строительные материалы • Нанотехнологии • Космическое материаловедение • Биосовместимые материалы |
Общие аспекты | Технология • Характеризация (инструментальные методы анализа) • Дизайн (расчёт свойств) • Информация (базы данных) |
Другие важные направления | Кристаллография • Наука о поверхностных явлениях • Трибология |
Сопряжённые науки | Химия (структурная, физическая (физико-химический анализ, термодинамика, кинетика), химия твёрдого тела, химия полимеров) • Минералогия • Горные науки • Ядерная инженерия • Физика (конденсированного состояния, полимеров, физика мягкого вещества, твёрдого тела) |