Физическая химия - физическое учение о химическом процессе

Главная > Эволюция природы > Эволюция вещества > Физическая химия
Атом

Ни одна вещь не возникает, не уничтожается, но каждая составляется из смешения существующих вещей или выделяется из них. (Анаксагор)

Физическая химия занимается объяснением сущности химических явлений и установлением их общих закономерностей на основе физических (особенно микрофизических) принципов и экспериментальных данных.

Физическая химия включает квантовую химию, электрохимию, химическую термодинамику, химическую кинетику. Кроме того, в нее иногда включают коллоидную химию [раз так, то логично было бы включить нанохимию и химию суператомов, которые на сайте объединены в рамках нековалентной химии]. Так же здесь отдельно выделена химия атомов со сверхтяжелыми ядрами (химия сверхтяжелых атомов).

Основное различие между физической химией и химической физикой:

(Один из источников экспресс-обзоров на этой странице - Википедия).

Разделы страницы о физической химии:

Химия супрамолекулярная (или надмолекулярная, нековалентная) химия вынесена в независимый раздел (как органическая и неорганическая химия, которые также используют методы физической химии, но не входят в нее).

О  свойствах отдельных атомов вы можете почитать, указав его в периодической таблице Менделеева.


Общие ресурсы по физической химии

Обзоры, порталы, новости...

Химическая кинетика и образование молекул

Химическая кинетика изучает скорость химических реакций, её зависимость от внешних условий (температура, концентрации). Это один из важнейших разделов химии, показывающий какой именно продукт образуется в сложной системе. [Исследуется образование молекул на основе химической связи между атомами, т.е. как проходят химические реакции]

Виды химических связей

Виды химических связей

Химическая связь удерживает атомы или группы атомов друг около друга. Виды химической связи:

  • ионная,
  • ковалентная (полярная и неполярная),
  • металлическая,
  • водородная.

Ссылки:

  • .

Виды химических реакций

Химические реакции - это процессы, протекающие в химическом веществе или в смесях различных веществ. При протекании химических реакций всегда образуются новые вещества. В сущности, это процесс изменения структуры молекулы. В результате реакции количество атомов в молекуле может увеличиваться (синтез), уменьшаться (разложение) или оставаться постоянным (изомеризация, перегруппировка). В ходе реакции изменяются связи между атомами и порядок размещения атомов в молекулах.

Химические реакции выявляют и характеризуют химические свойства данного вещества. Исходные вещества, взятые для проведения химической реакции, называются реагентами, а новые вещества, образующиеся в результате химической реакции, — продуктами реакции.

Химия изучает и описывает эти процессы как в макромасштабе (на уровне макроколичеств веществ), так и в микромасштабе (на атомно-молекулярном уровне). Внешние проявления химических процессов, протекающих в макромасштабе, нельзя непосредственно перенести на микроуровень взаимодействия веществ и однозначно их интерпретировать, однако такие переходы возможны при правильном использовании специальных химических законов, присущих только микрообласти (атомам, молекулам, ионам, взятым в единичных количествах).

Катализ

Химическая термодинамика

Химическая термодинамика изучает процессы взаимодействия веществ методами термодинамики. Её главными направлениями являются:

  1. Классическая химическая термодинамика, изучающая термодинамическое равновесие вообще.
  2. Термохимия, изучающая тепловые эффекты, сопровождающие химические реакции. Ещё одной задачей термохимии является измерение теплоёмкостей веществ и установление теплот их фазовых переходов.
  3. Теория растворов, моделирующую термодинамические свойства вещества исходя из представлений о молекулярном строении и данных о межмолекулярном взаимодействии.

Ссылки:

Виды растворов и межмолекулярное взаимодействие в них

Растворами называются гомогенные системы, содержащие не менее двух веществ. Могут существовать растворы твердых, жидких и газообразных веществ в жидких растворителях, а также однородные смеси (растворы) твердых, жидких и газообразных веществ. Как правило, вещество, взятое в избытке и в том же аг­регатном состоянии, что и сам раствор, принято считать растворителем, а компонент, взятый в недостатке - растворенным веществом. В  зависимости от агрегатного состояния растворителя различают газообразные, жидкие и твердые растворы.

По соотношению преобладания числа частиц, переходящих в раствор или удаляющихся из раствора, различают растворы насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные. Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, т.е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом, называют насыщенным, а раствор, в котором еще можно растворить добавочное количество данного вещества, - ненасыщенным.

По относительным количествам растворенного вещества и растворителя растворы подразделяют на разбавленные и концентрированные. Сравнивая растворимость различных веществ, видно, что насыщенные растворы малорастворимых веществ являются разбавленными, а хорошо растворимых веществ - хотя и ненасыщенные, но довольно концентрированными.

В  зависимости от то­го, электронейтральными или заряженными частицами являются компоненты раствора, их подразделяют на молекулярные (растворы неэлектролитов) и ионные (растворы электролитов). Одна из характерных особенностей растворов электролитов за­ключается в том, что они проводят электрический ток.

Термохимия и теплоёмкость вещества

В  1840 году Герман Иванович Гесс сформулировал фундаментальный закон термохимии – закон постоянства количества теплоты: "Каким бы путём не совершалось соединение, – имело ли оно место непосредственно или происходило косвенным путём в несколько приёмов, – количество выделившейся при его образовании теплоты всегда постоянно".

В  60-е годы XIX века независимо друг от друга два выдающихся исследователя – Пьер Эжен Марселен Бертло и Ханс Петер Юрген Юлиус Томсен высказали предположение о том, что тепловой эффект реакции является мерой химического сродства между реагентами. Основное положение данного подхода Бертло сформулировал следующим образом: "Теплота, выделяющаяся при реакции, служит мерой суммы физических и химических работ, совершаемых при этой реакции. …Принцип максимальной работы заключается в том, что всякое <самопроизвольное> химическое превращение… стремится к образованию тела или системы тел, которые выделяют наибольшее количество тепла".

Химическое равновесие

В  середине XIX века появились экспериментальные данные, возродившие интерес к идеям Бертолле, в частности, к введённому им понятию химической массы, которое, по мнению Бертолле, определяет протекание реакции и состав её продуктов. В 1850 г. Александер Уильям Уильямсон, исследуя сложные эфиры, установил, что реакции этерификации являются обратимыми и приводят к наступлению динамического равновесия, в котором присутствуют и исходные вещества, и продукты реакции. Немецкие химики Генрих Розе и Роберт Вильгельм Бунзен в 1851-1853 гг. показали, что реакции обмена часто являются обратимыми и направление реакции можно изменить путём подбора соответствующих условий её протекания. В 1874-1878 гг. американский физик Джозайя Уиллард Гиббс опубликовал работы по теоретическому рассмотрению термодинамики химического равновесия; Гиббс ввёл в термодинамику понятия свободной энергии, термодинамического и химического потенциалов.

Огромный вклад в изучение состояния химического равновесия внёс Якоб Генрик Вант-Гофф, опубликовавший в 1884 г. фундаментальную работу "Этюды химической динамики", в которой, связав представления о химическом равновесии с двумя началами термодинамики, рассмотрел влияние температуры на химическое равновесие. Вант-Гофф вывел формулу изохоры химической реакции: dlnK/dT = Q/RT2 (Изохора Вант-Гоффа), где К – константа равновесия, Q – теплота реакции.
Вант-Гофф сформулировал также принцип подвижного равновесия и показал, что он выполняется для любых типов равновесных систем: "Каждое равновесие… при понижении температуры смещается в сторону той системы, при образовании которой выделяется теплота". В 1885 г. он термодинамически вывел закон действующих масс Гульдберга-Вааге. Вывод уравнения изотермы химической реакции, связывающего константу равновесия с термодинамическими потенциалами осуществил в 1886 г. французский физик Пьер Дюгем.

Звукохимия (сонохимия)

Звукохимия (сонохимия) исследует звукохимическим реакции - химические реакции, возникающих под действием мощных акустических колебаний. К области звукохимии так же относятся некоторые физико-химические процессы и эффекты в звуковом поле: сонолюминесценция, диспергирование вещества при действии звука, эмульгирование и другие коллоидно-химические процессы. Звукохимия изучает и процессы кавитации.

Обычно звукохимические процессы исследуют в ультразвуковом диапазоне (от 20 кГц до нескольких МГц). Звуковые колебания в килогерцовом диапазоне и инфразвуковой диапазон изучаются значительно реже.

Электрохимия

Электрохимия изучает химические процессы в веществах и межфазовых границах при протекании через них электрического тока, Исследуются процессы окисления-восстановления, перенос ионов и электронов в проводниках. Перенос заряда с молекулы на молекулу в электрохимии не рассматривается.

Имеет теоретический и прикладной разделы. Теоретическая электрохимия занимается теорией электролитов и электрохимией гетерогенных систем.

Коллоидная химия

Коллоидная химия (др.-греч. kolla — клей) — физическая химия дисперсных систем и поверхностных явлений, возникающих на границе раздела фаз. [Не логичнее ли было это отнести к молекулярной физике?] Изучает адгезию, адсорбцию, смачивание, коагуляцию, электрофорез. Разрабатывает технологии строительных материалов, бурения горных пород, зол-гель технологии. Играет фундаментальную роль в нанотехнологии.

Возможно, эту дисциплину стоит включить в супрамолекулярную химию.

Структурная химия (стереохимия)

Структурная химия (стереохимия) — раздел, область химии, изучающая связь различных физических и физико-химических свойств различных веществ с их химическим строением и реакционной способностью. Структурная химия рассматривает не только геометрическое строение молекул; изучаются также: 1) длины химических связей, 2) валентные углы, 3) координационные числа, 4) конформации и конфигурации молекул; 5) эффекты их взаимного влияния, 6) ароматичность.

Особенности пространственного строения обнаруживаются в появлении стереоизомеров. Эти особенности влияют на скорость и направление химических превращений, на физические свойства веществ, на характер их физиологического действия и др. (Из Википедии)

Проще говоря, структурная химия - прикладная междисциплинарная наука, изучающая различными методами структуру молекул вещества.

Стереохимические методы анализа чрезвычайно важны в фармацевтике, т.к. молекулы одного состава, но зеркально несимметричные (хиральные) могут не только быть бесполезными но даже губительно вредными лекарствами.

Химия суператомов (молекулярных псевдоатомов)

Суператомы - молекулы из атомов одного химического элемента, ведущие себя как псевдоатом дугого элемента. Например, несколько "слипшихся" атомов алюминия могут в химических реакциях вести себя аналогично атому йода.

Химия сверхтяжелых атомов

Здесь приводятся сведения о химических свойствах атомов со сверхтяжелыми ядрами.

Квантовая химия

Квантовая химия рассматривает строение и свойства химических соединений, реакционную способность, скорость и механизм химических реакций на основе квантовой механики. Ее предметами являются:

  1. квантовая теория строения молекул,
  2. квантовая теория химических связей и межмолекулярных взаимодействий,
  3. квантовая теория химических реакций и реакционной способности и др.

Ссылки:

Химия высоких энергий

Химия высоких энергий (ХВЭ) изучает химические реакции и превращения, происходящие в веществе под воздействием нетепловой энергии: ионизирующего излучения, света, плазмы, ультразвука, механических ударов и др. В сответствии с этими энергетическими агентами ХВЭ состоит из следующих основных разделов:

Криохимия

Лазерная химия

Механохимия

Плазмохимия

Радиационная химия

Фотохимия

Ядерная химия


Главная
Химия : Алхимия | Атомы | Аналитическая химия | Неорганическая химия | Органическая химия | Физическая химия | Надмолекулярная химия | Нефтехимия | Материаловедение | Справочники | Публикации по химии
Связанные по теме страницы: Месторождения золота
На правах рекламы (см. условия):    


© «Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005. Пишите письма (Письмо И.Гаршину).
Страница обновлена 29.05.2016
Я.Метрика: просмотры, визиты и хиты сегодня