Chemia fizyczna. Działy chemii fizycznej Chemia fizyczna i inne dyscypliny chemiczne

wyd. 3, ks. - M.: Szkoła Wyższa, 2001 - 512 s., 319 s.

Podręcznik jest opracowany zgodnie z programem chemii fizycznej.

W księdze pierwszej uszczegółowione są następujące sekcje kursu: mechanika kwantowa podstaw teorii wiązań chemicznych, budowa atomów i cząsteczek, spektralne metody badania struktury molekularnej, termodynamika fenomenologiczna i statystyczna, termodynamika roztworów i równowagi fazowe.

W drugiej części kursu z chemii fizycznej, elektrochemii, kinetyki chemicznej i katalizy przedstawione są w oparciu o idee rozwinięte w pierwszej części książki - budowa materii i termodynamika statystyczna. Sekcja „Kataliza” odzwierciedla kinetykę procesów heterogenicznych i dyfuzyjnych, termodynamikę adsorpcji oraz kwestie reaktywności.

Dla studentów studiów wyższych na kierunkach inżynierii chemicznej.

Książka 1.

Format: djvu

Rozmiar: 11,2 MB

Pobierać: dysk.google

Książka 2.

Format: djvu

Rozmiar: 7 MB

Pobierać: dysk.google

SPIS TREŚCI Księga 1.
Przedmowa. 3
Wprowadzenie 6
Sekcja pierwsza. Kwantowo-mechaniczne uzasadnienie teorii budowy cząsteczki i wiązania chemicznego
Rozdział 1. Struktura atomu 9
§ 1.1. Kwantowe właściwości mechaniczne mikrocząstek 9
§ 1.2. atom wodoru 11
§ 1.3. Orbitale atomowe atomu wodoropodobnego 14
§ 1.4. Spin elektronu 21
§ 1.5. Atomy wieloelektronowe 23
§ 1.6. Zasada Pauliego 26
§ 1.7. Elektroniczne konfiguracje atomów 28
Rozdział 2. Cząsteczki. Metody teoretyczne stosowane w badaniu struktury cząsteczek i wiązań chemicznych 34
§ 2.1. Cząsteczka. potencjalna powierzchnia. Konfiguracja równowagi 34
§ 2.2. Teoria wiązania chemicznego i jej problemy. Równanie Schrödingera dla cząsteczek 39
§ 2.3. Wariacyjna metoda rozwiązywania równania Schrödingera 42
§ 2.4. Dwie główne metody teorii budowy cząsteczek. Metoda wiązań walencyjnych i metoda orbitali molekularnych 44
§ 2.5. Podstawowe idee metody orbitalnej molekularnej 49
§ 2.6. Przybliżony opis orbitalu molekularnego w metodzie MO LCAO 50
§ 2.7. Cząsteczka II w metodzie MO LCAO. Obliczanie energii i funkcji falowej metodą wariacyjną 53
§ 2.8. Cząsteczka H w metodzie MO LCAO. Wiązanie kowalencyjne 58
Rozdział 3. Cząsteczki dwuatomowe w metodzie MO LCAO 62
§ 3.1. Orbitale molekularne homojądrowych cząsteczek dwuatomowych 62
§ 3.2. Konfiguracje elektronowe i właściwości cząsteczek homojądrowych tworzonych przez atomy pierwiastków pierwszego i drugiego okresu 65
§ 3.3. Heteronuklearne cząsteczki dwuatomowe 73
§ 3.4. połączenie biegunowe. Elektryczny moment dipolowy cząsteczki 78
§ 3.5. Nasycenie wiązania kowalencyjnego 81
§ 3.6. Wiązanie dawca-akceptor 82
§ 3.7. Wiązanie jonowe. Stopień polaryzacji wiązania chemicznego 84
Rozdział 4. Cząsteczki wieloatomowe w metodzie MO 88
§ 4.1. Orbitale molekularne w cząsteczkach wieloatomowych. Symetria orbitalna. Orbitale zdelokalizowane i zlokalizowane. Cząsteczka HgO 88
§ 4.2. Opis cząsteczki metanu. Zlokalizowane i zlokalizowane MO. Hybrydyzacja orbitali 95
§ 4.3. O przewidywaniu konfiguracji równowagi cząsteczek 99
§ 4.4. Cząsteczki niesztywne 101
§ 4.5. Cząsteczki z wiązaniami wielokrotnymi w metodzie MO LCAO 104
§ 4.6. Metoda Hückla 108
§ 4.7. Opis układów aromatycznych w metodzie MOX 110
§ 4.8. Wiązanie chemiczne w związkach koordynacyjnych. Teoria pola liganda 117
§ 4.9. Wiązanie jonowe w krysztale 126
Rozdział 5. Oddziaływanie międzycząsteczkowe 129
§ 5.1. Siły Van der Waalsa. Inne rodzaje niespecyficznych interakcji 129
§ 5.2. Wiązanie wodorowe 136
Sekcja druga. Spektralne metody badania struktury i stanów energetycznych cząsteczek
Rozdział 6. Ogólne informacje o widmach molekularnych. Elementy teorii widm molekularnych 141
§ 6.1. Ruch wewnątrzcząsteczkowy i widmo elektromagnetyczne. 141
§ 6.2. Widma molekularne emisji, absorpcji i rozpraszania Ramana. Widma EPR i NMR 145
§ 6.3. Widmo rotacyjne cząsteczki dwuatomowej (przybliżenie sztywnego rotatora) 150
§ 6.4. Widmo wibracyjno-rotacyjne cząsteczki dwuatomowej. Aproksymacja oscylatora harmonicznych 156
§ 6.5. Cząsteczka jest oscylatorem anharmonicznym. Struktura widma oscylacyjnego 162
§ 6.6. Widma elektroniczne. Wyznaczanie energii dysocjacji cząsteczek dwuatomowych 169
§ 6.7. Widma rotacyjne i ścisłe cząsteczki wieloatomowe.... 171
§ 6.8. Drgania, widmo i struktura cząsteczek wieloatomowych 175
§ 6.9. Wykorzystanie widm oscylacyjnych do określenia struktury cząsteczek 180
§ 6.10. Wpływ oddziaływania międzycząsteczkowego ośrodka i stanu skupienia na widmo oscylacyjne 183
Sekcja trzecia. Termodynamika chemiczna
Rozdział 7. Pojęcia ogólne. Pierwsza zasada termodynamiki i jej zastosowanie 186
§ 7.1. Przedmiot i zadania termodynamiki chemicznej 186
§ 7.2. Podstawowe pojęcia i definicje termodynamiki chemicznej 188
§ 7.3. I zasada termodynamiki. Procesy niecyrkularne 199
§ 7.4. Pojemność cieplna 202
§ 7.5. Wpływ temperatury na pojemność cieplną. Seria temperatur.. 208
§ 7.6. Kwantowa teoria pojemności cieplnej materii krystalicznej 211
§ 7.7. Kwantowo-statystyczna teoria pojemności cieplnej substancji gazowej 215
§ 7.8. efekty termiczne. Prawo Hessa 217
§ 7.9. Zastosowanie prawa Hessa do obliczania efektów cieplnych 220
§ 7.10. Zależność efektu cieplnego od temperatury. Równanie Kirchhoffa 227
Rozdział 8. Druga zasada termodynamiki i jej zastosowanie 235
§ 8.1. Procesy spontaniczne i niespontaniczne. Druga zasada termodynamiki 235
§ 8.2. Entropia 236
§ 8.3. Zmiana entropii w procesach niestatycznych 239
§ 8.4. Zmiana entropii jako kryterium kierunkowości i równowagi w izolowanym „układzie 240
§ 8.5. Funkcje charakterystyczne. Potencjały termodynamiczne 241
§ 8.6. Kryteria możliwości spontanicznego procesu i równowagi w układach zamkniętych 249
§ 8.7. Zmiana entropii w niektórych procesach 251
§ 8.8. Energia Gibbsa mieszaniny gazów doskonałych. Potencjał chemiczny 261
§ 8.9. Ogólne warunki równowagi chemicznej 265
§ 8.10. Prawo mas czynnych. Stała równowagi dla reakcji w fazie gazowej 266
§ 8.11. Równanie izoterm reakcji 271
§ 8.12. Wykorzystanie prawa działania masy do obliczenia składu mieszaniny równowagowej 273
§ 8.13. Wpływ temperatury na równowagę chemiczną. Równanie izobar reakcji 282
§ 8.14. Całkowa postać zależności energii Gibbsa i stałej równowagi od temperatury 284
§ 8.15. Równowaga chemiczna w układach heterogenicznych 286
Rozdział 9. Trzecia zasada termodynamiki i obliczanie równowagi chemicznej 289
§ 9.1. Twierdzenie termiczne Nernsta. Trzecia zasada termodynamiki 289
§ 9.2. Obliczanie zmiany standardowej energii Gibbsa i stałej równowagi metodą Temkina - Schwartzmana 294
§ 9.3. Obliczanie zmiany standardowej energii Gibbsa i stałej równowagi za pomocą funkcji zredukowanej energii Gibbsa 297
§ 9.4. Reakcje adiabatyczne 299
Rozdział 10. Równowaga chemiczna w układach rzeczywistych 303
§ 10.1. Lotność i współczynnik lotności gazów 303
§ 10.2. Obliczanie równowagi chemicznej w układzie gazu rzeczywistego przy wysokich ciśnieniach 312
§ 10.3. Obliczanie równowagi chemicznej w układach, w których kilka reakcji zachodzi jednocześnie 314
Rozdział 11. Wprowadzenie do termodynamiki statystycznej 320
§ 11.1. Fizyka statystyczna i termodynamika statystyczna. Opis makroskopowy i mikroskopowy stanu układu 320
§ 11.2. Mikroskopowy opis stanu metodą mechaniki klasycznej 323
§ 11.3. Mikroskopowy opis stanu metodą mechaniki kwantowej. Statystyka kwantowa 324
§ 11.4. Dwa rodzaje średnich (średnie mikrokanoniczne i kanoniczne) 325
§ 11.5. Związek między entropią a wagą statystyczną. Statystyczny charakter drugiej zasady termodynamiki 326
§ 11.6. System termostatyczny. Kanoniczna dystrybucja Gibbsa. 330
§ 11.7. Suma nad stanami układu i jego połączeniem z energią. Helmholtza 335
§ 11.8. Suma nad cząstkami stany 337
§ 11.9. Wyrażanie funkcji termodynamicznych w postaci sumy nad stanami układu 340
§ 11.10. Suma nad stanami układu jednowymiarowych oscylatorów harmonicznych. Właściwości termodynamiczne ciała stałego jednoatomowego według teorii Einsteina 343
§ 11.11. Statystyka kwantowa Boltzmanna. Prawo Maxwella rozkładu prędkości molekularnej 346
§ 11.12. Fermi - Dirac i Bose - statystyki Einsteina 352
§ 11.13 Ogólne wzory do obliczania funkcji termodynamicznych z danych molekularnych 353
§ 11.14 Obliczanie funkcji termodynamicznych gazu doskonałego przy założeniu sztywnej rotacji i drgań harmonicznych cząsteczek 357
Sekcja czwarta. Rozwiązania
Rozdział 12. Ogólna charakterystyka rozwiązań 365
§ 12.1. Klasyfikacja zapraw 365
§ 12.2. Koncentracja roztworów 367
5 12.3. Specyfika rozwiązań. Rola oddziaływań międzycząsteczkowych i chemicznych, pojęcie solwatacji 368
§ 12.4. Główne kierunki rozwoju teorii rozwiązań 372
§ 12.5. Warunki termodynamiczne powstawania roztworów 374
§ 12.6. Częściowe wartości molowe 375
§ 12.7. Podstawowe metody określania częściowych wartości molowych 379
§ 12.8. Częściowe i względne częściowe entalpie molowe 381
§ 12.9. Ciepła rozpuszczania i rozcieńczania 382
§ 12.10 Właściwości termodynamiczne idealnych roztworów ciekłych 386
§ 12.11.3 Prawo Raoulta 390
§ 12.12. Temperatura wrzenia idealnego rozwiązania 392
§ 12.13 Punkt zamarzania idealnego rozwiązania 395
§ 12.14.0 ciśnienie smotyczne idealnego rozwiązania 397
§ 12.15 Rozwiązania nieidealne 400
§ 12.16. Niezwykle rozcieńczone, regularne i atermiczne roztwory 402
§ 12.17. Czynność. Współczynnik aktywności. Stan standardowy 404
§ 12.18,0 współczynnik smotyczny 407
§ 12.19 Metody ustalania czynności 409
§ 12.20 Związek aktywności i współczynnika aktywności z właściwościami termodynamicznymi roztworu i nadmiarowymi funkcjami termodynamicznymi 412
Część piąta Równowagi fazowe
Rozdział 13. Termodynamiczna teoria równowag fazowych 415
§ 13.1. Podstawowe pojęcia 415
§ 13.2. Warunki równowagi fazowej 418
§ 13.3. Zasada fazy Gibbsa 419
Rozdział 14 Systemy jednoskładnikowe 421
§ 14.1. Zastosowanie reguły faz Gibbsa do układów jednoskładnikowych 421
§ 14.2. Przemiany fazowe pierwszego i drugiego rodzaju 422
§ 14.3. Równanie Clapeyrona - Clausiusa 425
§ 14.4. Ciśnienie pary nasyconej 423
§ 14.5. Diagramy stanów układów jednoskładnikowych 429
§ 14.6. Wykres stanu dwutlenku węgla 431
§ 14.7. Schemat stanu wody 432
§ 14.8. Wykres stanu siarki 433
§ 14.9. Przemiany fazowe enancjotropowe i monotropowe 435
Rozdział 15. Systemy dwuskładnikowe 436
§ 15.1. Metoda analizy fizycznej i chemicznej 436
§ 15.2. Zastosowanie reguły faz Gibbsa do układów dwuskładnikowych 437
§ 15.3. Gaz równowagowy - płynny roztwór w układach dwuskładnikowych 438
§ 15.4. Ciecz równowagowa - ciecz w układach dwuskładnikowych 442
§ 15.5. Para równowagowa - płynny roztwór w układach dwuskładnikowych 444
§ 15.6. Fizyczne i chemiczne podstawy destylacji roztworów 453
§ 15.7. Kryształy równowagi - płynny roztwór w układach dwuskładnikowych 457
§ 15.8. Równowaga ciecz - gaz i kryształy - gaz (para) w układach dwuskładnikowych 476
§ 15-9. Obliczenia diagramu stanu 476
Rozdział 16. Systemy trójskładnikowe 482
§ 16.1. Zastosowanie reguły faz Gibbsa do układów trójskładnikowych 482
§ 16.2. Graficzne przedstawienie składu układu trójskładnikowego 482
§ 16.3. Kryształy równowagi - płynny roztwór w układach trójskładnikowych 484
§ 16.4. Ciecz równowagowa - ciecz w układach trójskładnikowych 489
§ 16.5. Rozkład substancji rozpuszczonej między dwie fazy ciekłe. Ekstrakcja 491
Dodatek 495
Indeks 497

SPIS TREŚCI Księga 2.
Przedmowa 3
Sekcja szósta. Elektrochemia
Rozdział 17. Roztwory, elektrolity 4
§ 17.1. Przedmiot elektrochemii 4
§ 17.2. Specyfika roztworów elektrolitów 5
§ 17.3. Dysocjacja elektrolityczna w roztworze 6
§ 17.4. Średnia aktywność jonowa i współczynnik aktywności 10
§ 17.5. Podstawowe pojęcia teorii elektrostatycznej silnych elektrolitów Debye i Hückel 13
§ 17.6. Podstawowe pojęcia teorii asocjacji jonów 22
§ 17.7. Właściwości termodynamiczne jonów 24
§ 17.8. Termodynamika solwatacji jonowej 28
Rozdział 18. Zjawiska nierównowagowe w elektrolitach. Przewodność elektryczna elektrolitów 30
§ 18.1. Podstawowe koncepcje. Prawa Faradaya 30
§ 18.2. Ruch jonów w polu elektrycznym. Numery transportowe jonów. 32
§ 18.3. Przewodnictwo elektryczne elektrolitów. Przewodność elektryczna 37
§ 18.4. Przewodnictwo elektryczne elektrolitów. Przewodność elektryczna molowa 39
§ 18.5. Przewodnictwo elektryczne molowe jonów hydroniowych i wodorotlenowych 43
§ 18.6. Przewodność elektryczna roztworów niewodnych 44
§ 18.7. Przewodność elektryczna elektrolitów stałych i stopionych 46
§ 18.8. Konduktometria 47
Rozdział 19. Równoważne procesy elektrodowe 49
§ 19.1. Podstawowe pojęcia 49
§ 19.2. SEM układu elektrochemicznego. Potencjał elektrody 51
§ 19.3. Wystąpienie skoku potencjału na granicy roztwór-metal 53
§ 19.4. Potencjał dyfuzyjny 55
§ 19.5. Struktura podwójnej warstwy elektrycznej na styku roztwór-metal 56
§ 19.6. Termodynamika odwracalnych układów elektrochemicznych 60
§ 19.7. Klasyfikacja elektrod odwracalnych 64
§ 19.8. Potencjały elektrod w roztworach niewodnych 74
§ 19.9. Obwody elektrochemiczne 75
§ 19.10. Zastosowanie teorii układów elektrochemicznych do badania równowagi w roztworach 82
§ 19.11. Potencjometria 85
Sekcja siódma. Kinetyka reakcji chemicznych
Rozdział 20. Prawa kinetyki chemicznej 93
§ 20.1. Ogólne pojęcia i definicje 93
§ 20.2. Szybkość reakcji chemicznej 95
§ 20.3. Prawo masowego działania i zasada niezależności reakcji 101
Rozdział 21. Kinetyka reakcji chemicznych w układach zamkniętych. 105
§ 21.1. Jednostronne reakcje pierwszego rzędu 105
§ 21.2. Jednostronne reakcje drugiego rzędu 109
§ 21.3. Reakcje jednokierunkowe n-tego rzędu 111
§ 21.4. Metody określania kolejności reakcji 112
§ 21.5. Reakcje dwustronne pierwszego rzędu 113
§ 21.6. Reakcje dwustronne drugiego rzędu 116
§ 21.T. Reakcje równoległe jednokierunkowe 117
§ 21.8. Jednostronne reakcje sekwencyjne 119
§ 21.9. Metoda stężeń quasi-stacjonarnych 125
Rozdział 22. Kinetyka reakcji w układach otwartych 127
§ 22.1. Kinetyka reakcji w idealnie wymieszanym reaktorze 127
§ 22.2. Kinetyka reakcji w reaktorze z przepływem tłokowym 129
Rozdział 23. Teoria elementarnego aktu oddziaływania chemicznego 133
§ 23.1. Elementarny akt chemiczny 133
§ 23.2. Teoria zderzeń aktywnych 137
§ 23.3. Teoria kompleksu aktywowanego 141
§ 23.4. Czynnik przedwykładniczy w równaniu Arrheniusa według teorii stanów przejściowych 154
§ 23.5. Symetria MO i energia aktywacji reakcji chemicznych 159
Rozdział 24. Kinetyka reakcji w roztworach, reakcje łańcuchowe i fotochemiczne 166
§ 24.1. Cechy kinetyki reakcji w roztworach 166
§ 24.2. Wpływ ośrodka na stałą szybkości reakcji 170
§ 24.3. Kinetyka reakcji jonowych w roztworach 178
§ 24.4. Reakcje łańcuchowe 181
§ 24.5. Reakcje fotochemiczne 189
Rozdział 25. Kinetyka procesów elektrodowych 196
§ 25.1. Szybkość reakcji elektrochemicznej. wymiana prądu 196
§ 25.2. Polaryzacja elektrody 197
§ 25.3. Nadnapięcie dyfuzyjne 199
§ 25.4. Przepięcie elektrochemiczne 205
§ 25.5. Inne rodzaje przepięć 210
5 25.6. Temperatura-kinetyczna metoda określania charakteru polaryzacji w procesach elektrochemicznych 211
§ 25.7. Przepięcie podczas elektrolitycznego wydzielania wodoru 213
§ 25.8. Elektroliza. Napięcie rozkładu 217
§ 25.9. Zjawiska polaryzacyjne w chemicznych źródłach prądu elektrycznego 220
§ 25.10. Korozja elektrochemiczna metali. pasywność metali. Metody ochrony przed korozją 222
Sekcja ósma. Kataliza
Rozdział 26. Zasady działania katalitycznego 228
§ 26.1. Podstawowe pojęcia i definicje 228
§ 26.2. Cechy kinetyki reakcji katalitycznych 232
§ 26.3. Energia aktywacji reakcji katalitycznych 237
§ 26.4. Oddziaływanie odczynników z katalizatorem i zasady działania katalitycznego 241
Rozdział 27. Kataliza jednorodna 245
§ 27.1. Kataliza kwasowo-zasadowa 246
§ 27.2. Kataliza redoks 255
§ 27.3. Kataliza enzymatyczna 260
§ 27.4. Autokataliza, inhibicja i okresowe reakcje katalityczne 266
§ 27.5. Zastosowanie w przemyśle i perspektywy rozwoju katalizy homogenicznej 271
Rozdział 28. Kataliza heterogeniczna. 273
§ 28.1. Struktura powierzchni katalizatorów heterogenicznych 273
§ 28.2. Adsorpcja jako etap heterogenicznych reakcji katalitycznych 277
§ 28.3. Mechanizm heterogenicznych reakcji katalitycznych 282
§ 28.4. Kinetyka heterogenicznych reakcji katalitycznych na równie dostępnej powierzchni 285
§ 28.5. Makrokinetyka heterogenicznych procesów katalitycznych 292
§ 28.6. Zastosowanie katalizy heterogenicznej w przemyśle 300
Literatura 303
Dodatek 305
Indeks 312
Spis treści 316

Klasyfikacja nauk opiera się na klasyfikacji form ruchu materii oraz ich wzajemnych relacji i różnic. Dlatego, aby nakreślić granice chemii fizycznej z szeregiem działów fizyki i chemii, należy wziąć pod uwagę związek i różnicę między chemicznymi i fizycznymi formami ruchu.

Dla chemicznej formy ruchu, tj. dla procesu chemicznego, charakterystyczna jest zmiana liczby i rozmieszczenia atomów w cząsteczce reagujących substancji. Pośród wielu fizyczne formy ruchu (pole elektromagnetyczne, ruch i przemiany cząstek elementarnych, fizyka jąder atomowych itp.) ma szczególnie ścisły związek z procesami chemicznymi. wewnątrzcząsteczkowa forma ruchu (drgania w cząsteczce, jej wzbudzenie elektronowe i jonizacja). Najprostszy proces chemiczny - elementarny akt dysocjacji termicznej cząsteczki następuje wraz ze wzrostem natężenia (amplitudy i energii) drgań w cząsteczce, zwłaszcza drgań jąder wzdłuż wiązania walencyjnego między nimi. Osiągnięcie znanej wartości krytycznej energii drgań w kierunku określonego wiązania w cząsteczce prowadzi do zerwania tego wiązania i dysocjacji cząsteczki na dwie części.

Bardziej złożone reakcje obejmujące kilka (zwykle dwie) cząsteczki można uznać za połączenie dwóch cząsteczek, gdy zderzają się one w niestabilny i krótkotrwały kompleks (tzw. kompleks aktywny) i szybkie zniszczenie tego kompleksu na nowe cząsteczki, ponieważ kompleks ten okazuje się być niestabilny podczas drgań wewnętrznych poprzez pewne połączenia.

Tak więc elementarny akt chemiczny jest szczególnym, krytycznym punktem ruchu oscylacyjnego cząsteczek. Ten ostatni sam w sobie nie może być uważany za ruch chemiczny, ale jest podstawą pierwotnych procesów chemicznych.

Do chemicznej przemiany znacznych mas materii, tj. wielu molekuł, zderzenia molekuł i wymiany energii między nimi (przeniesienie energii ruchu molekuł produktów reakcji na molekuły substancji wyjściowych za pomocą kolizji) są konieczne. Tak więc prawdziwy proces chemiczny jest ściśle związany z drugim fizyczna forma ruchu - chaotyczny ruch cząsteczek ciał makroskopowych, często nazywany ruchem termicznym.

Wzajemne relacje między chemiczną formą ruchu a dwoma fizycznymi formami ruchu zostały naszkicowane powyżej pokrótce iw najbardziej ogólnych terminach. Oczywiście istnieją te same związki procesu chemicznego z promieniowaniem ruchu pola elektromagnetycznego, z jonizacją atomów i cząsteczek (elektrochemia) itp.

Struktura materii . Ta sekcja zawiera budowę atomów, budowę cząsteczek i doktrynę stanów skupienia.

Doktryna budowy atomów ma więcej wspólnego z fizyką niż z chemią fizyczną. Ta doktryna jest podstawą do badania struktury cząsteczek.

W badaniu struktury cząsteczek badana jest geometria cząsteczek, ruchy wewnątrzcząsteczkowe i siły wiążące atomy w cząsteczce. W eksperymentalnych badaniach struktury cząsteczek największe zastosowanie znalazła metoda spektroskopii molekularnej (w tym spektroskopii radiowej), szeroko stosowane są również metody elektryczne, rentgenowskie, magnetyczne i inne.

W teorii stanów skupienia rozważane są oddziaływania cząsteczek w gazach, cieczach i kryształach, a także właściwości substancji w różnych stanach skupienia. Tę gałąź nauki, bardzo ważną dla chemii fizycznej, można uznać za część fizyki (fizyki molekularnej).

Cały rozdział dotyczący budowy materii można również uznać za część fizyki.

Termodynamika chemiczna . W tej części, na podstawie praw termodynamiki ogólnej, wyjaśnione są prawa równowagi chemicznej oraz doktryna równowag fazowych, którą zwykle nazywa się regułą faz. Częścią termodynamiki chemicznej jest termochemia, w którym brane są pod uwagę efekty termiczne reakcji chemicznych.

Doktryna rozwiązań ma na celu wyjaśnienie i przewidywanie właściwości roztworów (jednorodnych mieszanin kilku substancji) na podstawie właściwości substancji tworzących roztwór.

Rozwiązanie tego problemu wymaga skonstruowania ogólnej teorii oddziaływania cząsteczek heterogenicznych, tj. rozwiązania głównego problemu, fizyki molekularnej. W celu opracowania ogólnej teorii i szczegółowych uogólnień bada się strukturę molekularną roztworów i ich różne właściwości w zależności od składu.

Doktryna zjawisk powierzchniowych . Badane są różne właściwości warstw powierzchniowych ciał stałych i cieczy (pomiędzy fazami); jednym z głównych zjawisk badanych w warstwach powierzchniowych jest adsorpcja(nagromadzenie substancji w warstwie powierzchniowej).

W systemach, w których interfejsy między fazą ciekłą, stałą i gazową są bardzo rozwinięte (roztwory koloidalne, emulsje, mgiełki, dymy), właściwości warstw powierzchniowych nabierają pierwszorzędnego znaczenia i decydują o wielu unikalnych właściwościach całego systemu . Taki mikroheterogeniczny systemy są badane chemia koloidów, która jest główną niezależną sekcją chemii fizycznej i niezależną dyscypliną akademicką w wyższych chemicznych instytucjach edukacyjnych.

Elektrochemia. Badana jest interakcja zjawisk elektrycznych i reakcji chemicznych (elektroliza, chemiczne źródła prądu elektrycznego, teoria elektrosyntezy). Elektrochemia zwykle obejmuje badanie właściwości roztworów elektrolitów, które z równym prawem można przypisać badaniu roztworów.

Kinetyka chemiczna i kataliza . Badamy szybkość reakcji chemicznych, zależność szybkości reakcji od warunków zewnętrznych (ciśnienie, temperatura, wyładowanie elektryczne itp.), związek szybkości reakcji ze strukturą i stanami energetycznymi cząsteczek, wpływ na szybkość reakcji substancji, które nie biorą udziału w równaniu reakcji stechiometrycznej (kataliza).

Fotochemia. Badane jest oddziaływanie promieniowania i substancji biorących udział w przemianach chemicznych (reakcje zachodzące pod wpływem promieniowania, na przykład procesy fotograficzne i fotosynteza, luminescencja). Fotochemia jest ściśle związana z kinetyką chemiczną i badaniem struktury molekuł.

Powyższa lista głównych działów chemii fizycznej nie obejmuje niektórych najnowszych działów i mniejszych działów tej nauki, które można uznać za części większych działów lub jako niezależne działy chemii fizycznej. Takimi są na przykład chemia radiacyjna, fizykochemia substancji wielkocząsteczkowych, magnetochemia, elektrochemia gazów i inne gałęzie chemii fizycznej. Niektóre z nich szybko zyskują na znaczeniu.

Metody badań fizycznych i chemicznych

Podstawowymi metodami chemii fizycznej są oczywiście metody fizyki i chemii. Jest to przede wszystkim metoda eksperymentalna - badanie zależności właściwości substancji od warunków zewnętrznych oraz eksperymentalne badanie praw przepływu reakcji chemicznych w czasie i praw równowagi chemicznej.

Teoretyczne zrozumienie materiału doświadczalnego i stworzenie spójnego systemu wiedzy o właściwościach substancji i prawach reakcji chemicznych opiera się na następujących metodach fizyki teoretycznej.

Metoda mechaniki kwantowej (w szczególności metoda mechaniki falowej), która leży u podstaw badania struktury i właściwości poszczególnych atomów i cząsteczek oraz ich wzajemnego oddziaływania. Fakty dotyczące właściwości poszczególnych cząsteczek uzyskuje się głównie za pomocą eksperymentalnych metod optycznych.

Metoda fizyki statystycznej , który umożliwia obliczenie właściwości substancji; składający się z wielu cząsteczek (właściwości „makroskopowych”), w oparciu o znajomość właściwości poszczególnych cząsteczek.

Metoda termodynamiczna , który pozwala ilościowo powiązać różne właściwości substancji (właściwości „makroskopowe”) i obliczyć niektóre z tych właściwości na podstawie eksperymentalnych wartości innych właściwości.

Współczesne badania fizykochemiczne w dowolnej określonej dziedzinie charakteryzują się wykorzystaniem różnorodnych metod doświadczalnych i teoretycznych do badania różnych właściwości substancji i wyjaśnienia ich związku ze strukturą cząsteczek. Cały zestaw danych oraz powyższe metody teoretyczne służą do osiągnięcia głównego celu - określenia zależności kierunku, szybkości i granic przemian chemicznych od warunków zewnętrznych oraz od budowy cząsteczek biorących udział w reakcjach chemicznych.

CHEMIA FIZYCZNA

§ 1. Przedmiot chemii fizycznej. Znaczenie tego

Związek badań zjawisk chemicznych i fizycznych Chemia fizyczna. Ta gałąź chemii to granica między chemią a fizyką. Wykorzystując teoretyczne i doświadczalne metody obu nauk, a także własne metody, chemia fizyczna zajmuje się wieloaspektowym badaniem reakcji chemicznych i towarzyszących im procesów fizycznych. Ponieważ jednak nawet wieloaspektowe badanie nigdy nie jest kompletne i nie obejmuje zjawiska w sposób wyczerpujący, prawa i prawa chemii fizycznej, podobnie jak inne nauki przyrodnicze, zawsze upraszczają zjawisko i nie odzwierciedlają go w pełni.

Szybki rozwój i rosnące znaczenie chemii fizycznej wiąże się z jej położeniem granicznym między fizyką a chemią. Głównym zadaniem ogólnym chemii fizycznej jest przewidywanie przebiegu czasowego procesu i wyniku końcowego (stanu równowagi) w różnych warunkach na podstawie danych o strukturze i właściwościach substancji tworzących badany układ.

§ 2. Krótki zarys historii rozwoju chemii fizycznej

Termin „chemia fizyczna” i definicja tej nauki po raz pierwszy podał M.V. Łomonosow, który w latach 1752-1754. przeczytał kurs chemii fizycznej studentom Akademii Nauk i pozostawił rękopis tego kursu „Wprowadzenie do prawdziwej chemii fizycznej” (1752). Łomonosow przeprowadził wiele badań, których tematyka odpowiada opracowanemu przez niego „Planowi kursu chemii fizycznej” (1752) oraz programowi prac eksperymentalnych „Doświadczenie w chemii fizycznej” (1754). Pod jego kierownictwem odbyły się również warsztaty studenckie z chemii fizycznej.

Łomonosow podał następującą definicję chemii fizycznej: „Chemia fizyczna jest nauką, która na podstawie przepisów i eksperymentów fizycznych wyjaśnia, co dzieje się w ciałach mieszanych podczas operacji chemicznych”. Ta definicja jest bliska nowoczesności.

Dla rozwoju chemii fizycznej odkrycie dwóch praw termodynamiki w połowie XIX wieku (S. Carnot, Yu.R. Mayer, G. Helmholtz, DP Joule, R. Clausius, W. Thomson) było bardzo ważne znaczenie.

W XIX wieku stale rosła liczba i różnorodność badań z dziedziny z pogranicza fizyki i chemii. Opracowano termodynamiczną teorię równowagi chemicznej (K.M. Guldberg, P. Waage, DW Gibbs). Badania L.F. Wilhelmiego położyły podwaliny pod badanie szybkości reakcji chemicznych (kinetyki chemicznej). Zbadano transfer energii elektrycznej w roztworach (I.V. Gittorf, F.V.G. Kolrausch), zbadano prawa równowagi roztworów z parą (D.P. Konovalov) i opracowano teorię rozwiązań (D.I. Mendelejew).

Uznanie chemii fizycznej za samodzielną naukę i dyscyplinę akademicką zostało wyrażone w utworzeniu na Uniwersytecie w Lipsku (Niemcy) w 1887 roku pierwszego wydziału chemii fizycznej kierowanego przez W. Ostwalda oraz w założeniu pierwszego czasopisma naukowego o tematyce fizycznej chemia tam. Pod koniec XIX wieku Uniwersytet w Lipsku był ośrodkiem rozwoju chemii fizycznej, a czołowymi fizykochemikami byli W. Ostwald, JH Van't Hoff, S. Arrhenius i W. Nernst. Do tego czasu zostały zdefiniowane trzy główne działy chemii fizycznej - termodynamika chemiczna, kinetyka chemiczna i elektrochemia.

Do najważniejszych dziedzin nauki, których rozwój jest niezbędnym warunkiem postępu technicznego, należą badanie procesów chemicznych; chemia fizyczna odgrywa wiodącą rolę w rozwoju tego problemu.

§ 3. Działy chemii fizycznej. Metody badawcze

Termodynamika chemiczna. W tej części, na podstawie praw termodynamiki ogólnej, wyjaśnione są prawa równowagi chemicznej i doktryna równowag fazowych.

Doktryna rozwiązań ma na celu wyjaśnienie i przewidywanie właściwości roztworów (jednorodnych mieszanin kilku substancji) na podstawie właściwości substancji tworzących roztwór.

Doktryna zjawisk powierzchniowych. Badane są różne właściwości warstw powierzchniowych ciał stałych i cieczy (pomiędzy fazami); jednym z głównych badanych zjawisk w warstwach powierzchniowych jest adsorpcja(nagromadzenie materii w warstwie powierzchniowej).

W systemach, w których interfejsy między fazami ciekłą, stałą i gazową są bardzo rozwinięte (emulsje, mgiełki, dymy itp.), właściwości warstw powierzchniowych stają się pierwszorzędne i decydują o wielu unikalnych właściwościach całego systemu jako cały. Taki rozproszony (mikroheterogeniczny) systemy są badane chemia koloidów, która jest główną niezależną gałęzią chemii fizycznej.

Powyższa lista głównych działów chemii fizycznej nie obejmuje niektórych obszarów i mniejszych działów tej nauki, które można uznać za części większych działów lub jako niezależne działy chemii fizycznej. Należy jeszcze raz podkreślić ścisłe powiązania między różnymi gałęziami chemii fizycznej. W badaniu dowolnego zjawiska trzeba korzystać z arsenału idei, teorii i metod badania wielu gałęzi chemii (a często i innych nauk). Dopiero po wstępnej znajomości chemii fizycznej możliwe jest w celach edukacyjnych rozprowadzenie materiału we wskazanych sekcjach.

Metody badań fizycznych i chemicznych. Podstawowymi metodami chemii fizycznej są oczywiście metody fizyki i chemii. Jest to przede wszystkim metoda eksperymentalna - badanie zależności właściwości substancji od warunków zewnętrznych, eksperymentalne badanie praw przepływu różnych procesów i praw równowagi chemicznej.

Teoretyczne rozumienie danych doświadczalnych i tworzenie spójnego systemu wiedzy opiera się na metodach fizyki teoretycznej.

Metoda termodynamiczna, która jest jedną z nich, umożliwia ilościowe powiązanie różnych właściwości substancji (właściwości „makroskopowych”) i obliczenie niektórych z tych właściwości na podstawie eksperymentalnych wartości innych właściwości.

ROZDZIAŁ I
PIERWSZE PRAWO TERMODYNAMIKI

§ 1. Energia. Prawo zachowania i przemiany energii

Integralną własnością (atrybutem) materii jest ruch; jest niezniszczalny, jak sama materia. Ruch materii przejawia się w różnych formach, które mogą przechodzić jedna w drugą. Miarą ruchu materii jest energia. Ilościowo energia wyraża się w określony sposób poprzez parametry charakterystyczne dla każdej konkretnej formy ruchu oraz w jednostkach charakterystycznych dla tej formy.

W układzie miar SI jednostką energii (ciepło i praca) jest dżul ( J), równa pracy siły w 1 h w drodze do 1 m. 1 J = 1 Nm.

Szeroko stosowana jednostka energii (ciepło), kaloria, jest obecnie dozwoloną jednostką poza systemem. Obecnie stosowana kaloria z definicji odpowiada pewnej liczbie dżuli: 1 kał równa się 4,1868 dżuli. Ta jednostka jest stosowana w ciepłownictwie i może być nazywana kalorie termiczne. W termodynamice chemicznej stosuje się nieco inną jednostkę, równą 4,1840 dżuli i nazywaną kaloria termochemiczna. Celowość jego stosowania wiąże się z wygodą korzystania z obszernego doświadczalnego materiału termochemicznego zebranego w księgach referencyjnych i wyrażonego w tych jednostkach.

Kiedy jedna forma ruchu jest przekształcana w inną, energie ruchu zaniku i ruchu, wyrażone w różnych jednostkach, są sobie równoważne, tzn. energia ruchu zaniku pozostaje w stałej ilościowej relacji do energii ruchu które powstało (prawo równoważnych przemian energii). Stosunek ten nie zależy od energii obu form ruchu i od specyficznych warunków, w jakich zachodziło przejście od jednej formy ruchu do drugiej. Tak więc, gdy energia prądu elektrycznego zostanie zamieniona na energię chaotycznego ruchu molekularnego, jeden dżul energii elektrycznej zawsze zamienia się w 0,239 kał energia ruchu molekularnego.

Zatem energia jako miara ruchu materii zawsze przejawia się w postaci jakościowo oryginalnej, odpowiadającej danej postaci ruchu i wyrażana jest w odpowiednich jednostkach miary. Z drugiej strony ilościowo odzwierciedla jedność wszystkich form ruchu, ich wzajemną wymienialność i niezniszczalność ruchu.

Powyższe prawo równoważnych przemian energii jest fizycznym prawem doświadczalnym. Prawo równoważnych przemian energii można wyrazić inaczej, mianowicie w formie prawo zachowania i przemiany energii: energia nie jest tworzona ani niszczona; we wszystkich procesach i zjawiskach całkowita energia wszystkich części izolowanego systemu materialnego biorących udział w tym procesie nie wzrasta ani nie maleje, pozostając na stałym poziomie.

Prawo zachowania i przemiany energii jest uniwersalne w tym sensie, że ma zastosowanie do zjawisk zachodzących w dowolnie dużych ciałach, stanowiących agregat ogromnej liczby cząsteczek, oraz do zjawisk zachodzących z udziałem jednej lub kilku cząsteczek.

W przypadku różnych form ruchu mechanicznego prawo zachowania energii od dawna wyrażane jest w formie jakościowej (Descartes - 1640) i ilościowej (Leibniz - 1697).

W przypadku wzajemnych przemian ciepła i pracy (patrz niżej) prawo zachowania energii zostało udowodnione jako prawo przyrodnicze w badaniach Yu.R. Mayera, G. Helmholtza i DP Joule'a, przeprowadzonych w latach czterdziestych XX wieku. XIX wiek.

Wykorzystując prawo przekształceń równoważnych można wyrazić energie różnych form ruchu w jednostkach charakterystycznych dla jednego rodzaju energii (jednej formy ruchu), a następnie wykonać operacje dodawania, odejmowania itp.

§ 2. Przedmiot, metoda i granice termodynamiki

Termodynamika jest jedną z głównych gałęzi fizyki teoretycznej. Termodynamika bada prawa wzajemnych przemian różnych rodzajów energii związanych z przenoszeniem energii między ciałami w postaci ciepła i pracy. Koncentrując swoją uwagę na cieple i pracy jako formach przenoszenia energii w różnych procesach, termodynamika obejmuje liczne powiązania energetyczne i zależności między różnymi właściwościami substancji w jej kręgu rozważań i daje bardzo szeroko stosowane uogólnienia zwane prawa termodynamiki.

Przy ustalaniu podstawowych praw termodynamicznych przemiany energetyczne (często bardzo złożone) zachodzące wewnątrz ciała zwykle nie są szczegółowo określane. Rodzaje energii tkwiące w ciele w danym stanie również nie są zróżnicowane; całość wszystkich tych rodzajów energii jest traktowana jako pojedyncza energia wewnętrzna układu .

Zarysowana powyżej tematyka termodynamiki określa metodę i granice tej nauki. Rozróżnienie między ciepłem a pracą, przyjmowanym jako punkt wyjścia przez termodynamikę, oraz przeciwstawieniem ciepła i pracy, ma sens tylko dla ciał składających się z wielu cząsteczek, ponieważ dla jednej cząsteczki lub zestawu małej liczby cząsteczek, koncepcje ciepło i praca tracą sens. Dlatego termodynamika uwzględnia tylko ciała składające się z dużej liczby cząsteczek, tzw systemy makroskopowe ponadto termodynamika w swojej klasycznej postaci nie uwzględnia zachowania i właściwości poszczególnych cząsteczek.

Metoda termodynamiczna charakteryzuje się również tym, że przedmiotem badań jest ciało lub zespół ciał wyizolowanych ze świata materialnego na układ termodynamiczny (zwane dalej po prostu system).

System posiada pewne granice oddzielające go od świata zewnętrznego (środowiska).

System jest jednorodny , czy każdy z jego parametrów ma taką samą wartość we wszystkich częściach systemu lub zmienia się w sposób ciągły od punktu do punktu.

System jest heterogeniczny , jeśli składa się z kilku makroskopowych (składających się z kolei z wielu cząsteczek) części, oddzielonych od siebie widocznymi interfejsami. Na tych powierzchniach niektóre parametry zmieniają się gwałtownie. Taki jest na przykład system „sól stała – wodny roztwór soli nasycony – para wodna nasycona”. Tutaj, na granicach soli - roztworu i roztworu - pary, skład i gęstość zmieniają się gwałtownie.

Jednorodne części systemu, oddzielone od innych części widocznymi interfejsami, nazywane są fazy . W tym przypadku za jedną fazę uważa się zbiór poszczególnych jednorodnych części układu, które mają te same właściwości fizyczne i termodynamiczne (np. zbiór kryształów jednej substancji lub zbiór kropel cieczy zawieszonych w gazie i tworzących mgła). Każda faza systemu charakteryzuje się własnym równaniem stanu.

System, który nie może wymieniać materii i energii z otoczeniem (w postaci ciepła lub pracy) nazywa się odosobniony .

System, który może wymieniać materię i energię z otoczeniem (w postaci ciepła lub pracy) nazywa się otwarty.

System, który nie może wymieniać materii z otoczeniem, ale może wymieniać energię (w postaci ciepła lub pracy) nazywa się Zamknięte .

Termodynamika bada zależność między takimi mierzalnymi właściwościami układu materiałowego jako całości a jego makroskopowymi częściami (fazami), takimi jak temperatura, ciśnienie, masa, gęstość i skład chemiczny faz wchodzących w skład układu, a także niektórymi innymi właściwościami jako związek między zmianami tych właściwości.

Zbiór właściwości badanych przez termodynamikę (tzw parametry termodynamiczne układu) definiuje stan termodynamiczny układu. Zmiana dowolnych właściwości termodynamicznych (nawet tylko jednej) prowadzi do zmiany stanu termodynamicznego układu.

Wszystkie procesy zachodzące w przyrodzie można podzielić na spontaniczne (naturalne) i niespontaniczne.

Procesy spontaniczne Są to procesy, które nie wymagają zewnętrznego wkładu energii. Na przykład przenoszenie ciepła z ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze, rozpuszczanie soli w wodzie itp. zachodzą samoistnie.

Procesy niespontaniczne wymagają energii z zewnątrz do ich przepływu, np. rozdziału powietrza na azot i tlen.

Termodynamika dotyczy głównie takich stanów układu, w których jego parametry (temperatura, ciśnienie, potencjał elektrostatyczny itp.) nie zmieniają się samoistnie w czasie i mają jednakową wartość we wszystkich punktach objętości poszczególnych faz. Takie stany nazywają się zrównoważony.

Jednym z podstawowych postulatów termodynamiki jest stwierdzenie, że: przebieg dowolnego spontanicznego procesu ostatecznie doprowadza izolowany układ do stanu równowagi, kiedy jego właściwości nie ulegną już zmianie, tj. równowaga zostanie ustanowiona w układzie.

Stany charakteryzujące się nierównomiernym i zmiennym w czasie rozkładem temperatury, ciśnienia i składu w fazach są brak równowagi. Rozpatruje je termodynamika procesów nierównowagowych (nieodwracalnych), w których oprócz podstawowych praw termodynamicznych stosuje się dodatkowe założenia.

Termodynamika, zbudowana w oparciu o podstawowe prawa termodynamiki, które uważane są za uogólnienie doświadczenia, jest często nazywana klasyczny lub termodynamika fenomenologiczna. Termodynamika zapewnia teoretyczne podstawy teorii silników cieplnych; ta sekcja nazywa się termodynamika techniczna. Zajmuje się badaniem procesów chemicznych z termodynamicznego punktu widzenia termodynamika chemiczna, która jest jedną z głównych gałęzi chemii fizycznej.

§ 3. Ciepło i praca

Zmiany form ruchu podczas jego przejścia z jednego ciała do drugiego i odpowiadające im przemiany energii są bardzo zróżnicowane. Formy samego przejścia ruchu i związanych z nim przejść energii można podzielić na dwie grupy.

Pierwsza grupa obejmuje tylko jedną formę przejścia ruchu przez chaotyczne zderzenia cząsteczek dwóch sąsiednich ciał, tj. przez przewodzenie (i jednocześnie przez promieniowanie). Miarą ruchu przekazywanego w ten sposób jest ciepło .

Druga grupa obejmuje różne formy przejść ruchowych, których wspólną cechą jest ruch mas makroskopowych pod działaniem wszelkich sił zewnętrznych o charakterze ukierunkowanym. Takie są unoszenie się ciał w polu grawitacyjnym, przejście pewnej ilości elektryczności z większego potencjału elektrostatycznego na mniejszy, rozszerzanie się gazu pod ciśnieniem itp. Ogólną miarą ruchu przekazywanego przez takie środki jest: Stanowisko .

Ciepło i praca charakteryzują jakościowo i ilościowo dwie różne formy przekazywania ruchu z jednej części świata materialnego do drugiej.

Przekazywanie ruchu to rodzaj złożonego ruchu materii, którego dwie główne formy wyróżniamy. Ciepło i praca są miarami tych dwóch złożonych form ruchu materii i należy je traktować jako rodzaje energii.

Wspólną właściwością ciepła i pracy jest to, że mają one znaczenie tylko w przedziałach czasowych, w których te procesy zachodzą. W trakcie tych procesów w niektórych ciałach ruch w takiej czy innej formie zmniejsza się i odpowiednia energia maleje, podczas gdy w innych ciałach ruch w tej lub innej formie wzrasta i wzrasta odpowiedni rodzaj energii.

Nie mówimy tu o zapasie ciepła lub pracy w jakimkolwiek ciele, ale tylko o cieple i pracy znanego procesu. Po jego zakończeniu nie ma potrzeby mówić o obecności ciepła czy pracy w ciałach.

§ 4. Równoważność ciepła i pracy

W klasycznych eksperymentach D.P. Joule'a (1842-1867) ustalono stały stosunek równoważnikowy ciepła i pracy podczas ich wzajemnych przejść. Typowy eksperyment Joule'a jest następujący.

Urządzenie Joule do określania mechanicznego równoważnika ciepła.

Odważniki spadające ze znanej wysokości obracają mieszadło zanurzone w wodzie w kalorymetrze (odważnik i kalorymetr z wodą stanowią układ termodynamiczny). Obrót łopatek mieszadła w wodzie powoduje nagrzewanie się wody w kalorymetrze; odpowiedni wzrost temperatury jest określany ilościowo.

Po zakończeniu określonego procesu system musi zostać doprowadzony do pierwotnego stanu. Można to zrobić poprzez doświadczenie mentalne. Ciężarki podnoszą się do swojej pierwotnej wysokości, podczas gdy praca zewnętrzna jest wydatkowana, co zwiększa energię systemu. Dodatkowo ciepło jest usuwane z kalorymetru (oddawane do otoczenia) poprzez schłodzenie go do temperatury początkowej. Operacje te przywracają system do stanu pierwotnego, tj. wszystkie mierzalne właściwości systemu uzyskują te same wartości, które miały w stanie początkowym. Proces, podczas którego zmieniły się właściwości systemu i na końcu powrócił on do stanu pierwotnego, nazywa się cykliczny (cykliczny) proces lub cykl .

Jedynym skutkiem opisanego cyklu jest usunięcie pracy z otoczenia układu i przekazanie do tego środowiska ciepła pobranego z kalorymetru.

Porównanie tych dwóch wielkości, mierzonych w odpowiednich jednostkach, pokazuje stałą zależność między nimi, niezależnie od wielkości ładunku, wielkości kalorymetru oraz określonych ilości ciepła i pracy w różnych eksperymentach.

Wskazane jest zapisanie ciepła i pracy w procesie cyklicznym jako sumę (całkę) nieskończenie małych (elementarnych) ciepła  Q i nieskończenie małe (podstawowe) prace  W, a początkowe i końcowe granice integracji pokrywają się (cykl).

Wówczas równoważność ciepła i pracy w procesie cyklicznym można zapisać w następujący sposób:

(I, 1)

W równaniu (I, 1) znak oznacza integrację w cyklu. Stałość współczynnika k odzwierciedla równoważność ciepła i pracy ( k jest mechanicznym odpowiednikiem ciepła). Równanie (I, 1) wyraża prawo zachowania energii dla szczególnego, bardzo ważnego przypadku przemiany pracy w ciepło.

W badaniach Joule'a, Rowlanda (1880), Miculescu (1892) i innych stosowano metody tarcia w metalach, uderzenia, bezpośredniej konwersji pracy prądu elektrycznego na ciepło, rozciągania ciał stałych itp. k zawsze stały w granicach błędu eksperymentalnego.

W dalszej części zawsze zakłada się, że praca i ciepło za pomocą współczynnika k wyrażony w tych samych jednostkach (nie ważne co) i współczynnik k idzie w dół.

§ 5. Energia wewnętrzna

W przypadku procesu niekołowego równość (I, 1) nie jest przestrzegana, ponieważ system nie powraca do swojego pierwotnego stanu. Zamiast tego można zapisać równości dla procesu niekołowego (pomijając współczynnik k):

≠

Ponieważ granice całkowania są na ogół arbitralne, to dla wielkości elementarnych  W I  Q:

Q   W,

W konsekwencji:

Q – W  0

Oznacz różnicę  Q –  W dla dowolnego elementarnego procesu termodynamicznego poprzez du:

du   Q – W (I, 2)

lub dla procesu końcowego:

–
(I, 2a)

Wracając do procesu okrężnego, otrzymujemy (z równania I, 1):

=
–
= 0 (I, 3)

Tak więc wartość du jest całkowitą różniczką pewnej funkcji stanu systemu. Gdy system powraca do swojego pierwotnego stanu (po cyklicznej zmianie), wartość tej funkcji przybiera swoją pierwotną wartość.

Funkcja stanu systemuU , zdefiniowane przez równości (i, 2) lub (i, 2a) nazywa sięenergia wewnętrzna systemy .

Oczywiście wyrażenie (I, 2a) można zapisać w następujący sposób:

= U 2 – U 1 = ∆ U = – (I, 2b)

U 2 – U 1 = ∆U = Q – W

Rozumowanie to potwierdza empirycznie obecność pewnej funkcji stanu systemu, która ma znaczenie całkowitej miary wszystkich ruchów, jakie posiada system.

Innymi słowy, energia wewnętrzna obejmuje energię translacyjną i obrotową molekuł, energię drgań atomów i grup atomów w cząsteczce, energię ruchu elektronów, energię wewnątrzjądrową i inne rodzaje, czyli całość wszystkich rodzajów energii cząstek w układzie, z wyjątkiem energii potencjalnej i kinetycznej samego układu.

Załóżmy, że proces cykliczny został przeprowadzony w taki sposób, że po powrocie układu do stanu wyjściowego energia wewnętrzna układu nie przybrała wartości początkowej, lecz wzrosła. W takim przypadku powtarzanie się procesów okrężnych spowodowałoby akumulację energii w układzie. Możliwe byłoby zamienienie tej energii na pracę i uzyskanie w ten sposób pracy nie kosztem ciepła, ale „z niczego”, gdyż w procesie kołowym praca i ciepło są sobie równoważne, co pokazują bezpośrednie eksperymenty .

Niemożność ukończenia określonego cyklu kompilacji perpetuum mobile (perpetuum mobile) pierwszego rodzaju, dający pracę bez wydawania ekwiwalentnej ilości innego rodzaju energii, świadczy o negatywnym wyniku tysięcy lat ludzkiego doświadczenia. Ten wynik prowadzi do tego samego wniosku, który otrzymaliśmy w szczególnej, ale bardziej rygorystycznej formie, analizując eksperymenty Joule'a.

Sformułujmy ponownie uzyskany wynik. Energia całkowita układu (jego energia wewnętrzna) w wyniku procesu cyklicznego powraca do swojej pierwotnej wartości, tzn. energia wewnętrzna układu w danym stanie ma jedną określoną wartość i nie zależy od tego, jakie zmiany przeszedł układ przed dojściem do tego stanu.

Innymi słowy, energia wewnętrzna systemu jest jednowartościową, ciągłą i skończoną funkcją stanu układu.

Zmianę energii wewnętrznej układu określa wyrażenie (I, 2b); wyrażenie (I, 3) obowiązuje dla procesu okrężnego. Przy nieskończenie małej zmianie niektórych właściwości (parametrów) systemu, energia wewnętrzna systemu również zmienia się nieskończenie nieznacznie. Jest to właściwość funkcji ciągłej.

W termodynamice nie ma potrzeby posługiwania się ogólną definicją pojęcia energii wewnętrznej. Formalna definicja ilościowa za pomocą wyrażeń (I, 2) lub (I, 2a) jest wystarczająca dla wszystkich dalszych rozumowań i wniosków termodynamicznych.

Skoro energia wewnętrzna układu jest funkcją jego stanu, to, jak już wspomniano, przyrost energii wewnętrznej przy nieskończenie małych zmianach parametrów stanów układu jest różniczką zupełną funkcji stanu. Rozbicie całki w równaniu (I, 3) na dwie całki po odcinkach ścieżki ze stanu 1 do stanu 2 (ścieżka „a”) (patrz rys. I) i odwrotnie - ze stanu 2

zaawansowany kurs fizyczny chemia 6 egzamin Przed opanowaniem dyscypliny „Zaawansowane fizyczny chemia"powinno być... do fizyczny chemia. / Pod redakcją V.V. Budanova, N.K. Worobiow. – L.: Chemia, 1986. - 352 s. Praktyczna praca nad fizyczny chemia ...

Treść artykułu

CHEMIA FIZYCZNA, gałąź chemii, która bada właściwości chemiczne substancji w oparciu o fizyczne właściwości ich składowych atomów i cząsteczek. Współczesna chemia fizyczna to szeroka interdyscyplinarna dziedzina z pogranicza różnych gałęzi fizyki, biofizyki i biologii molekularnej. Ma wiele punktów styku z takimi dziedzinami nauk chemicznych jak chemia organiczna i nieorganiczna.

Charakterystyczną cechą podejścia chemicznego (w przeciwieństwie do fizycznego i biologicznego) jest to, że wraz z opisem zjawisk makroskopowych wyjaśnia się ich naturę na podstawie właściwości poszczególnych cząsteczek i interakcji między nimi.

Nowe osiągnięcia instrumentalne i metodologiczne w dziedzinie chemii fizycznej są wykorzystywane w innych gałęziach chemii i naukach pokrewnych, takich jak farmakologia i medycyna. Przykłady obejmują metody elektrochemiczne, spektroskopię w podczerwieni (IR) i ultrafiolecie (UV), techniki laserowe i rezonansu magnetycznego, które są szeroko stosowane w terapii i diagnostyce różnych chorób.

Tradycyjnie rozważane są główne działy chemii fizycznej: 1) termodynamika chemiczna; 2) teoria kinetyczna i termodynamika statystyczna; 3) pytania dotyczące budowy cząsteczek i spektroskopii; 4) kinetyka chemiczna.

Termodynamika chemiczna.

Termodynamika chemiczna jest bezpośrednio związana z zastosowaniem termodynamiki - nauki o cieple i jego przemianach - do zagadnienia równowagi chemicznej. Istota problemu jest sformułowana w następujący sposób: jeśli istnieje mieszanina odczynników (układ) i znane są warunki fizyczne, w których się znajduje (temperatura, ciśnienie, objętość), to jakie spontaniczne procesy chemiczne i fizyczne mogą przynieść ten układ do równowagi? Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że ciepło jest formą energii i że całkowita energia układu (wraz z jego otoczeniem) pozostaje niezmieniona. Zatem to prawo jest jedną z form prawa zachowania energii. Zgodnie z drugim prawem zachodzący spontanicznie proces prowadzi do wzrostu całkowitej entropii układu i jego otoczenia. Entropia jest miarą ilości energii, której system nie może wykorzystać do wykonania użytecznej pracy. Drugie prawo wskazuje kierunek, w którym reakcja będzie przebiegać bez jakichkolwiek wpływów zewnętrznych. Aby zmienić charakter reakcji (na przykład jej kierunek), musisz wydać energię w takiej czy innej formie. Tym samym nakłada ścisłe ograniczenia na ilość pracy, jaką można wykonać w wyniku konwersji energii cieplnej lub chemicznej uwolnionej w procesie odwracalnym.

Ważne osiągnięcia w termodynamice chemicznej zawdzięczamy J. Gibbsowi, który położył teoretyczne podstawy tej nauki, co pozwoliło połączyć w jedną całość wyniki uzyskane przez wielu badaczy poprzedniego pokolenia. Podejście opracowane przez Gibbsa nie zawiera żadnych założeń dotyczących mikroskopowej struktury materii, ale uwzględnia właściwości równowagi układów na poziomie makro. Dlatego można sądzić, że pierwsza i druga zasada termodynamiki jest uniwersalna i pozostanie aktualna nawet wtedy, gdy dowiemy się znacznie więcej o właściwościach cząsteczek i atomów.

Teoria kinetyczna i termodynamika statystyczna.

Termodynamika statystyczna (a także mechanika kwantowa) umożliwia przewidywanie położenia równowagi dla niektórych reakcji w fazie gazowej. Za pomocą podejścia mechaniki kwantowej można opisać zachowanie złożonych cząsteczek szeregu substancji znajdujących się w stanie ciekłym i stałym. Istnieją jednak reakcje, których szybkości nie można obliczyć ani w ramach teorii kinetycznej, ani za pomocą termodynamiki statystycznej.

Prawdziwa rewolucja w klasycznej termodynamice statystycznej miała miejsce w latach siedemdziesiątych. Nowe koncepcje, takie jak uniwersalność (pojęcie, że członkowie niektórych szerokich klas związków mają te same właściwości) i zasada podobieństwa (oszacowanie nieznanych ilości na podstawie znanych kryteriów) doprowadziły do ​​lepszego zrozumienia zachowania cieczy w pobliżu krytycznego punkt, kiedy rozróżnienie między cieczą a gazem. Za pomocą komputera symulowano właściwości cieczy prostych (ciekły argon) i złożonych (woda i alkohol) w stanie krytycznym. Niedawno właściwości cieczy, takich jak ciekły hel (którego zachowanie jest doskonale opisane w ramach mechaniki kwantowej) i swobodnych elektronów w cieczach molekularnych, zostały wszechstronnie zbadane za pomocą symulacji komputerowych (SUPERCONDUCTIVITY). Pozwoliło to na lepsze zrozumienie właściwości zwykłych płynów. Metody komputerowe w połączeniu z najnowszymi osiągnięciami teoretycznymi są intensywnie wykorzystywane do badania zachowania roztworów, polimerów, miceli (specyficznych cząstek koloidalnych), białek i roztworów jonowych. Do rozwiązywania problemów chemii fizycznej, w szczególności do opisu niektórych właściwości układów w stanie krytycznym oraz do badania zagadnień fizyki wysokich energii, coraz częściej stosuje się metodę matematyczną grupy renormalizacji.

Struktura cząsteczek i spektroskopia.

Chemicy organiczni XIX wieku. opracował proste zasady określania wartościowości (zdolności łączenia) wielu pierwiastków chemicznych. Na przykład odkryli, że wartościowość węgla wynosi 4 (jeden atom węgla może dołączyć cztery atomy wodoru, tworząc cząsteczkę metanu CH 4), tlen - 2, wodór - 1. Na podstawie pomysłów empirycznych opartych na danych eksperymentalnych przyjęto założenia o przestrzennym rozmieszczeniu atomów w cząsteczkach (np. cząsteczka metanu ma budowę czworościenną, podczas gdy atom węgla znajduje się w środku trójkątnej piramidy, a wodór w jej czterech wierzchołkach). Podejście to nie pozwoliło jednak na ujawnienie mechanizmu powstawania wiązań chemicznych, a tym samym na oszacowanie wielkości cząsteczek, określenie dokładnej odległości między atomami.

Za pomocą opracowanych w XX wieku metod spektroskopowych określono strukturę cząsteczek wody (H 2 O), etanu (C 2 H 6), a następnie znacznie bardziej złożonych cząsteczek, np. białek. Metody spektroskopii mikrofalowej (EPR, NMR) i dyfrakcji elektronów umożliwiły określenie długości wiązań, kątów między nimi (kątów walencyjnych) i wzajemnego ułożenia atomów w prostych cząsteczkach oraz analizy dyfrakcji rentgenowskiej - podobne parametry dla większe cząsteczki, które tworzą kryształy molekularne. Kompilacja katalogów struktur molekularnych i wykorzystanie prostych pojęć walencji położyło podwaliny pod chemię strukturalną (jej pionierem był L. Pauling) i umożliwiło wykorzystanie modeli molekularnych do wyjaśnienia złożonych zjawisk na poziomie molekularnym. Jeśli cząsteczki nie miały określonej struktury lub jeśli parametry wiązań C–C i C–H w chromosomach bardzo różniły się od tych w cząsteczkach metanu lub etanu, to za pomocą prostych modeli geometrycznych J. Watson i F. Crick nie byli w stanie zbudować na początku lat pięćdziesiątych swojego słynnego modelu podwójnej helisy kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA). Badając drgania atomów w molekułach za pomocą spektroskopii IR i UV, udało się ustalić charakter sił, które trzymają atomy w składzie molekuł, co z kolei doprowadziło do idei obecności ruchu wewnątrzcząsteczkowego i umożliwiły badanie właściwości termodynamicznych cząsteczek ( patrz wyżej). Był to pierwszy krok w kierunku określenia szybkości reakcji chemicznych. Ponadto badania spektroskopowe w obszarze UV ​​pomogły ustalić mechanizm powstawania wiązań chemicznych na poziomie elektronowym, co umożliwiło opisanie reakcji chemicznych w oparciu o ideę przejścia reagentów w stan wzbudzony (często pod wpływem działania światła widzialnego lub UV). Była nawet cała dziedzina naukowa - fotochemia. Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) umożliwiła chemikom badanie poszczególnych etapów złożonych procesów chemicznych oraz identyfikację centrów aktywnych w cząsteczkach enzymu. Metoda ta umożliwiła również uzyskanie trójwymiarowych obrazów nienaruszonych komórek i poszczególnych narządów. FOTOCHEMIA.

Teoria walencji.

Korzystając z empirycznych reguł wartościowości opracowanych przez chemików organicznych, układu okresowego pierwiastków i planetarnego modelu atomu Rutherforda, G. Lewis odkrył, że kluczem do zrozumienia wiązania chemicznego jest elektronowa struktura materii. Lewis doszedł do wniosku, że wiązanie kowalencyjne powstaje w wyniku socjalizacji elektronów należących do różnych atomów; wyszedł przy tym z założenia, że ​​elektrony wiążące znajdują się na ściśle określonych powłokach elektronowych. Teoria kwantów umożliwia przewidywanie budowy cząsteczek i charakteru powstających wiązań kowalencyjnych w najogólniejszym przypadku.

Nasze wyobrażenia o budowie materii, które powstały dzięki sukcesom fizyki kwantowej w pierwszej ćwierci XX wieku, można podsumować następująco. Strukturę atomu określa bilans sił elektrycznych odpychania (między elektronami) i przyciągania (między elektronami a dodatnio naładowanym jądrem). Prawie cała masa atomu jest skoncentrowana w jądrze, a jego rozmiar zależy od ilości miejsca zajmowanego przez elektrony krążące wokół jądra. Cząsteczki składają się ze stosunkowo stabilnych jąder utrzymywanych razem przez szybko poruszające się elektrony, dzięki czemu wszystkie właściwości chemiczne substancji można wyjaśnić w kategoriach elektrycznych interakcji cząstek elementarnych, z których składają się atomy i molekuły. Tak więc główne przepisy mechaniki kwantowej, dotyczące budowy cząsteczek i tworzenia wiązań chemicznych, stanowią podstawę do empirycznego opisu struktury elektronowej materii, natury wiązania chemicznego oraz reaktywności atomów i cząsteczek.

Wraz z pojawieniem się szybkich komputerów można było obliczyć (z małą, ale wystarczającą dokładnością) siły działające między atomami w małych cząsteczkach wieloatomowych. Teoria walencji, oparta na symulacji komputerowej, jest obecnie narzędziem roboczym do badania struktur, charakteru sił chemicznych i reakcji w przypadkach, gdy eksperymenty są trudne lub czasochłonne. Odnosi się to do badania wolnych rodników obecnych w atmosferze i płomieniach lub powstających jako produkty pośrednie reakcji. Jest nadzieja, że ​​kiedyś teoria oparta na obliczeniach komputerowych będzie w stanie odpowiedzieć na pytanie: w jaki sposób struktury chemiczne „obliczają” swój najbardziej stabilny stan w czasie rzędu pikosekund, uzyskując odpowiednie szacunki, przynajmniej w pewnym przybliżeniu , wymaga ogromnej ilości czasu maszyny.

Kinetyka chemiczna

zajmuje się badaniem mechanizmu reakcji chemicznych oraz wyznaczaniem ich szybkości. Na poziomie makroskopowym reakcję można przedstawić jako kolejne przemiany, podczas których z jednej substancji powstają inne. Na przykład pozornie prosta transformacja

H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O

faktycznie składa się z kilku następujących po sobie etapów:

H + O2 → OH + O

O + H2 → HO + H

H + O 2 → O 2

H2 + H2 → H2O + OH

a każdy z nich charakteryzuje się własną stałą szybkości k. S. Arrhenius zasugerował, że temperatura bezwzględna T i stała szybkości reakcji k powiązane stosunkiem k = A do potęgi(- mi Działać)/ RT, gdzie ALE– współczynnik przedwykładniczy (tzw. współczynnik częstotliwości), mi akt - energia aktywacji, r jest stałą gazową. Do pomiaru k I T potrzebne są instrumenty do śledzenia zdarzeń zachodzących z jednej strony przez około 10–13 s, az drugiej przez dziesięciolecia (a nawet tysiąclecia) (procesy geologiczne); konieczna jest również możliwość pomiaru pomijalnych stężeń skrajnie niestabilnych odczynników. Zadanie kinetyki chemicznej obejmuje również przewidywanie procesów chemicznych zachodzących w układach złożonych (mowa tu o procesach biologicznych, geologicznych, atmosferycznych, spalaniu i syntezie chemicznej).

Do badania reakcji w fazie gazowej „w czystej postaci” stosuje się metodę wiązek molekularnych; w tym przypadku cząsteczki o ściśle określonych stanach kwantowych reagują z powstawaniem produktów, które również znajdują się w określonych stanach kwantowych. Takie eksperymenty dostarczają informacji o siłach powodujących określone reakcje. Na przykład w układzie z wiązką molekularną nawet tak małe cząsteczki jak CH 3 I można zorientować w określony sposób i zmierzyć współczynniki zderzeń w dwóch „różnych” reakcjach:

K + ICH 3 → KI + CH 3

K + CH 3 I → KI + CH 3

gdzie grupa CH3 jest zorientowana inaczej w stosunku do zbliżającego się atomu potasu.

Jednym z zagadnień, którymi zajmuje się chemia fizyczna (a także fizyka chemiczna) jest obliczanie stałych szybkości reakcji. Tutaj szeroko stosowana jest rozwinięta w latach 30. teoria stanów przejściowych, która wykorzystuje parametry termodynamiczne i strukturalne. Teoria ta, w połączeniu z metodami fizyki klasycznej i mechaniki kwantowej, umożliwia symulację przebiegu reakcji tak, jakby zachodziła w warunkach eksperymentu z wiązkami molekularnymi. Prowadzone są eksperymenty na wzbudzaniu laserowym określonych wiązań chemicznych, które umożliwiają testowanie poprawności statystycznych teorii destrukcji molekuł. Powstają teorie, które uogólniają współczesne fizyczne i matematyczne koncepcje procesów chaotycznych (na przykład turbulencja). Nie jesteśmy tak daleko od pełnego zrozumienia natury oddziaływań zarówno wewnątrz-, jak i międzycząsteczkowych, ujawnienia mechanizmu reakcji zachodzących na powierzchniach o pożądanych właściwościach oraz ustalenia struktury centrów katalitycznych enzymów i kompleksów metali przejściowych. Na poziomie mikroskopowym można odnotować prace nad kinetykami powstawania tak złożonych struktur, jak płatki śniegu czy dendryty (kryształy o strukturze drzewiastej), co pobudziło rozwój symulacji komputerowych opartych na prostych modelach teorii dynamiki nieliniowej; otwiera to perspektywy tworzenia nowych podejść do opisu struktury i rozwoju złożonych systemów.

Początki chemii fizycznej założono w połowie XVIII wieku. Termin „chemia fizyczna”, we współczesnym rozumieniu metodologii nauki i zagadnień teorii wiedzy, należy do MV Łomonosowa, który po raz pierwszy przeczytał „Kurs prawdziwej chemii fizycznej” studentom Uniwersytetu w Petersburgu . W preambule do tych wykładów podaje następującą definicję: „Chemia fizyczna jest nauką, która musi, na podstawie przepisów i eksperymentów fizyków, wyjaśnić przyczynę tego, co dzieje się poprzez operacje chemiczne w złożonych ciałach”. Naukowiec w pracach swojej korpuskularno-kinetycznej teorii ciepła zajmuje się zagadnieniami, które w pełni spełniają powyższe zadania i metody. Taki właśnie charakter mają działania eksperymentalne, które służą potwierdzeniu poszczególnych hipotez i zapisów tej koncepcji. M. V. Łomonosow kierował się tymi zasadami w wielu obszarach swoich badań: w rozwoju i praktycznej realizacji założonej przez niego „nauki o szkle”, w różnych eksperymentach poświęconych potwierdzaniu prawa zachowania materii i siły (ruchu); - w pracach i eksperymentach związanych z doktryną rozwiązań - opracował obszerny program badań nad tym zjawiskiem fizycznym i chemicznym, które jest w trakcie rozwoju do dnia dzisiejszego.

Po tym nastąpiła ponad stuletnia przerwa, a jedno z pierwszych badań fizykochemicznych w Rosji pod koniec lat 50. XIX wieku rozpoczął DI Mendelejew.

Kolejny kurs chemii fizycznej prowadził N. N. Beketov na Uniwersytecie w Charkowie w 1865 roku.

Pierwszy wydział chemii fizycznej w Rosji został otwarty w 1914 roku na Wydziale Fizyki i Matematyki Uniwersytetu w Petersburgu, jesienią uczeń DP Konowałowa, MS Vrevsky, zaczął czytać obowiązkowy kurs i zajęcia praktyczne z chemii fizycznej .

Pierwsze czasopismo naukowe, które miało publikować artykuły z chemii fizycznej, zostało założone w 1887 r. przez W. Ostwalda i J. van't Hoffa.

Przedmiot chemii fizycznej

Chemia fizyczna jest główną podstawą teoretyczną współczesnej chemii, wykorzystującą metody teoretyczne tak ważnych działów fizyki, jak mechanika kwantowa, fizyka statystyczna i termodynamika, dynamika nieliniowa, teoria pola itp. Obejmuje doktrynę budowy materii, w tym: budowa cząsteczek, termodynamika chemiczna, kinetyka chemiczna i kataliza. Jako oddzielne działy wyróżnia się również chemię fizyczną, elektrochemię, fotochemię, fizykochemię zjawisk powierzchniowych (w tym adsorpcję), chemię radiacyjną, teorię korozji metali, fizykochemię związków wielkocząsteczkowych (patrz fizyka polimerów) itp. Bardzo blisko siebie chemii fizycznej i są czasami uważane za niezależne działy chemii koloidów, analizy fizykochemicznej i chemii kwantowej. Większość działów chemii fizycznej ma dość wyraźne granice pod względem przedmiotów i metod badawczych, pod względem cech metodologicznych i używanej aparatury.

Różnica między chemią fizyczną a fizyką chemiczną