Физическая химия

Физическая химия, наука, объясняющая химические явления и устанавливающая их закономерности на основе общих принципов физики. Главными разделами физической химии являются: термодинамика химическая, кинетика химическая, учения о катализе, поверхностных явлениях, растворах, квантовая химия и учение о строении и свойствах молекул, ионов, радикалов. Физическая химия в качестве своих, в значительной мере самостоятельных, разделов включает также коллоидную химию, электрохимию, фотохимию, кристаллохимию, радиационную химию, физико-химический анализ и др.

  Название науки физической химии, её предмет и задачи были впервые сформулированы М. В. Ломоносовым, который в 1752–53 читал для студентов курс «Введение в истинную физическую химию». Им был установлен один из основных законов, на котором базируется физическая химия, – закон постоянства массы при химических превращениях. В 1840 Г. И. Гессом был открыт закон постоянства сумм тепла при химических превращениях, также явившийся одним из фундаментальных законов физической химии. Существенный вклад в развитие физической химии в середине 19 в. был внесён П. Бертло и Х. Томсеном благодаря их фундаментальным термохимическим исследованиям, введению представлений о теплотах реакции как мере химического сродства реагирующих веществ, установлению связи между теплотами образования и составом веществ. Первую кафедру физической химии организовал в 1887 в Лейпцигском университете В. Оствальд, он же основал первый физико-химический журнал.

  Выделение физической химии в самостоятельную отрасль науки произошло лишь в конце 19 в. Этому способствовал общий рост разнообразных химических производств и создание химической промышленности, выдвинувшей множество проблем, для успешного разрешения которых было недостаточно эмпирических правил и знания качественных соотношений.

  Для развития физической химии во 2-й половине 19 и начале 20 вв. характерно применение главным образом термодинамических методов, изучение макроскопических, т. е. непосредственно наблюдаемых, характеристик систем и процессов, использование представлений классической физики и классической химического строения теории при исследовании связи свойств и строения молекул. Окончательно устанавливается уравнение состояния для идеальных газов (Д. И. Менделеев, Б. Клапейрон). Разрабатываются приложения термодинамики к химическим и фазовым равновесиям (Дж. Гиббс, Я. Вант-Гофф, В. Нернст, А. Ле Шателье, Н. С. Курнаков, Г. Тамман), основы макроскопической («формальной») кинетики (К. Гульдберг, П. Вааге, Н. Н. Бекетов, Вант-Гофф), вводится представление об энергии активации реакций (С. Аррениус). Получают дальнейшее развитие представления о катализе, ведущие своё начало от М. Фарадея. Устанавливаются основные законы адсорбции (Гиббс). Развивается термодинамическая теория разбавленных растворов (Ф. Рауль, Вант-Гофф, Д. П. Коновалов). Создаётся теория электролитической диссоциации (Аррениус). Для гальванических элементов вводится понятие электродных потенциалов (Нернст).

  Результаты исследований, достигнутые на этом этапе развития физической химии, внедряются в промышленность (синтез аммиака, разработка соляных месторождений, некоторые металлургические процессы, перегонка, ректификация и др.).

  Крупнейшие открытия естествознания в конце 19 и начале 20 вв. – открытие рентгеновских лучей, электрона, явления радиоактивности, развитие спектроскопии – создали предпосылки для нового этапа физической химии. Установление законов движения электронов в атомах и молекулах (законов квантовой механики) привело к возникновению квантовой химии, что создало принципиально новые возможности теоретической трактовки химической связи, валентности, строения химических соединений.

  Главная особенность современной физической химии, начало которой относят к 20-м гг. 20 в., – широкое применение разнообразных физических методов экспериментального исследования, стремление выяснить детальный молекулярный механизм химических реакций. Физическая химия даёт теоретические основы для исследований как в областях неорганической, органической и аналитической химии, так и в разработке химической технологии. В 50–70-х гг. наблюдается быстрое развитие многих разделов физической химии и зарождение новых направлений, связанных с детальным изучением поведения молекул, ионов, радикалов при различных химических и физических процессах, в том числе под влиянием мощных энергетических воздействий (g-излучение, потоки частиц больших энергий, лазерное излучение и др.). Исследуются энергии диссоциации, ионизации и фотоионизации. Успешно изучаются реакции в электрических разрядах, процессы в низкотемпературной плазме (плазмохимия), влияние поверхностных явлений на свойства твёрдых тел (физико-химическая механика), развиваются физическая химия полимеров, электрохимия газов и др.

  Научные учреждения. Научную работу по физической химии в СССР проводят: институты АН СССР – институт физической химии (ИФХ), институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова (ИОНХ), институт химической физики (ИХФ), институт электрохимии (ИЭЛАН), институт химии (г. Горький), институт новых химических проблем (Черноголовка Московская область); институты Дальневосточного и Уральского научных центров, Казанского и Кольского филиалов АН СССР – институт химии (г. Владивосток), институт электрохимии (г. Свердловск), институт органической и физической химии им. А. Е. Арбузова (г. Казань); институты Сибирского отделения АН СССР – институт катализа, институт химической кинетики и горения, институт физико-химических основ переработки минерального сырья. Исследования в области физической химии осуществляются также почти во всех химических институтах АН союзных республик, а также в более чем 150 отраслевых институтах и их филиалах, например в Физико-химическом институте им. Л. Я. Карпова. Широко развёрнуты работы по физической химии также в институтах и университетах зарубежных стран.

  О периодических изданиях, в которых публикуются работы по физической химии, см. в ст. Химические журналы.

 

  Лит.: Глесстон С., Теоретическая химия, пер. с англ., М., 1950; Мелвин-Хьюз Э. А., Физическая химия, пер. с англ., кн. 1–2, М., 1962; Курс физической химии, 2 изд., т. 1–2, М., 1969–73; Соловьев Ю. И., Очерки по истории физической химии, М., 1964.

 


ПраймКемикалсГрупп