Fiziksel kimya. Fiziksel kimyanın bölümleri Fiziksel kimya ve diğer kimyasal disiplinler

3. baskı, rev. - E.: Yüksek Okul, 2001 - 512 s., 319 s.

Ders kitabı fizikokimyadaki programa uygun olarak derlenmiştir.

Dersin aşağıdaki bölümleri ilk kitapta detaylandırılmıştır: kimyasal bağ teorisinin kuantum mekanik temelleri, atomların ve moleküllerin yapısı, moleküler yapıyı incelemek için spektral yöntemler, fenomenolojik ve istatistiksel termodinamik, çözeltilerin termodinamiği ve faz dengeleri.

Fizikokimya dersinin ikinci bölümünde, elektrokimya, kimyasal kinetik ve kataliz, kitabın ilk bölümünde geliştirilen fikirler temelinde sunulmaktadır - maddenin yapısı ve istatistiksel termodinamik. 'Kataliz' bölümü, heterojen ve difüzyon proseslerinin kinetiğini, adsorpsiyon termodinamiğini ve reaktivite sorularını yansıtır.

Kimya mühendisliği uzmanlık alanlarına kayıtlı üniversite öğrencileri için.

1 kitap.

Biçim: djvu

Boyut: 11,2 MB

İndirmek: drive.google

2. Kitap.

Biçim: djvu

Boyut: 7 MB

İndirmek: drive.google

İÇİNDEKİLER Kitap 1.
Önsöz. 3
Giriş 6
Bölüm Bir. Moleküler yapı ve kimyasal bağ teorisinin kuantum-mekanik doğrulaması
Bölüm 1. Atomun yapısı 9
§ 1.1. Mikropartiküllerin kuantum mekanik özellikleri 9
§ 1.2. hidrojen atomu 11
§ 1.3. Hidrojen benzeri bir atomun atomik yörüngeleri 14
§ 1.4. Elektron dönüşü 21
§ 1.5. Çok elektronlu atomlar 23
§ 1.6. Pauli ilkesi 26
§ 1.7. Atomların elektronik konfigürasyonları 28
Bölüm 2. Moleküller. Moleküllerin yapısı ve kimyasal bağ çalışmalarında kullanılan teorik yöntemler 34
§ 2.1. Molekül. potansiyel yüzey. Denge konfigürasyonu 34
§ 2.2. Kimyasal bağ teorisi ve sorunları. Moleküller için Schrödinger denklemi 39
§ 2.3. Schrödinger denklemini çözmek için varyasyon yöntemi 42
§ 2.4. Moleküllerin yapısı teorisinin iki ana yöntemi. Değerlik bağ yöntemi ve moleküler orbital yöntemi 44
§ 2.5. Moleküler yörünge yönteminin temel fikirleri 49
§ 2.6. MO LCAO 50 yönteminde moleküler orbitalin yaklaşık açıklaması
§ 2.7. MO LCAO yöntemindeki II molekülü. Varyasyon yöntemiyle enerji ve dalga fonksiyonunun hesaplanması 53
§ 2.8. MO LCAO yönteminde H molekülü. kovalent bağ 58
Bölüm 3. MO LCAO yöntemindeki iki atomlu moleküller 62
§ 3.1. Homonükleer iki atomlu moleküllerin moleküler orbitalleri 62
§ 3.2. Birinci ve ikinci periyottaki elementlerin atomlarının oluşturduğu homonükleer moleküllerin elektronik konfigürasyonları ve özellikleri 65
§ 3.3. Heteronükleer iki atomlu moleküller 73
§ 3.4. kutupsal bağlantı. Bir molekülün elektrik dipol momenti 78
§ 3.5. Bir kovalent bağın doygunluğu 81
§ 3.6. Donör-alıcı bağı 82
§ 3.7. İyonik bağ. Kimyasal bağın polarite derecesi 84
Bölüm 4. MO yönteminde çok atomlu moleküller 88
§ 4.1. Çok atomlu moleküllerde moleküler orbitaller. Yörünge simetrisi. Delokalize ve lokalize orbitaller. HgO 88 molekülü
§ 4.2. Metan molekülünün tanımı. Yerelleştirilmiş ve yerelleştirilmiş MO'lar. Yörüngelerin hibridizasyonu 95
§ 4.3. Moleküllerin denge konfigürasyonlarının tahmini üzerine 99
§ 4.4. Katı Olmayan Moleküller 101
§ 4.5. MO LCAO yönteminde çoklu bağa sahip moleküller 104
§ 4.6. Hückel yöntemi 108
§ 4.7. MOX 110 yönteminde aromatik sistemlerin açıklaması
§ 4.8. Koordinasyon bileşiklerinde kimyasal bağ. Ligand alan teorisi 117
§ 4.9. Bir kristalde iyonik bağ 126
Bölüm 5. Moleküller arası etkileşim 129
§ 5.1. Van der Waals kuvvetleri. Diğer spesifik olmayan etkileşim türleri 129
§ 5.2. hidrojen bağı 136
İkinci bölüm. Moleküllerin yapı ve enerji durumlarını incelemek için spektral yöntemler
Bölüm 6. Moleküler spektrumlar hakkında genel bilgiler. Moleküler spektrum teorisinin unsurları 141
§ 6.1. Molekül içi hareket ve elektromanyetik spektrum. 141
§ 6.2. Emisyon, absorpsiyon ve Raman saçılmasının moleküler spektrumları. EPR ve NMR spektrumları 145
§ 6.3. İki atomlu bir molekülün rotasyonel spektrumu (sert rotator yaklaşımı) 150
§ 6.4. İki atomlu bir molekülün titreşim-dönme spektrumu. Harmonik Osilatör Yaklaşımı 156
§ 6.5. Molekül bir anharmonik osilatördür. Titreşim spektrumunun yapısı 162
§ 6.6. Elektronik spektrum. İki atomlu moleküllerin ayrışma enerjisinin belirlenmesi 169
§ 6.7. Dönme spektrumları ve katı çok atomlu moleküller.... 171
§ 6.8. Çok atomlu moleküllerin titreşimleri, spektrumu ve yapısı 175
§ 6.9. Moleküllerin yapısını belirlemek için titreşim spektrumlarının kullanılması 180
§ 6.10. Ortamın moleküller arası etkileşiminin ve kümelenme durumunun titreşim spektrumu üzerindeki etkisi 183
Üçüncü bölüm. kimyasal termodinamik
Bölüm 7. Genel kavramlar. Termodinamiğin birinci yasası ve uygulaması 186
§ 7.1. Kimyasal termodinamiğin konusu ve görevleri 186
§ 7.2. Kimyasal termodinamiğin temel kavramları ve tanımları 188
§ 7.3. Termodinamiğin birinci yasası. Dairesel olmayan süreçler 199
§ 7.4. Isı kapasitesi 202
§ 7.5. Sıcaklığın ısı kapasitesi üzerindeki etkisi. Sıcaklık serisi.. 208
§ 7.6. Kristal maddenin ısı kapasitesinin kuantum teorisi 211
§ 7.7. Gaz halindeki bir maddenin ısı kapasitesinin kuantum istatistik teorisi 215
§ 7.8. termal etkiler. Hess Yasası 217
§ 7.9. Termal etkilerin hesaplanmasında Hess yasasının uygulanması 220
§ 7.10. Termal etkinin sıcaklığa bağımlılığı. Kirchhoff denklemi 227
Bölüm 8. Termodinamiğin ikinci yasası ve uygulaması 235
§ 8.1. Kendiliğinden ve kendiliğinden olmayan süreçler. Termodinamiğin İkinci Yasası 235
§ 8.2. entropi 236
§ 8.3. Statik olmayan süreçlerde entropi değişimi 239
§ 8.4. Yalıtılmış bir "sistemde yön ve denge kriteri olarak entropi değişimi 240
§ 8.5. Karakteristik fonksiyonlar. Termodinamik potansiyeller 241
§ 8.6. Kapalı sistemlerde kendiliğinden bir süreç ve denge olasılığı için kriterler 249
§ 8.7. Bazı işlemlerde entropi değişimi 251
§ 8.8. İdeal gazların bir karışımının Gibbs enerjisi. Kimyasal potansiyel 261
§ 8.9. Kimyasal dengenin genel koşulları 265
§ 8.10. Aktif kütleler yasası. Gaz fazı reaksiyonları için denge sabiti 266
§ 8.11. Reaksiyon izoterm denklemi 271
§ 8.12. Bir denge karışımının bileşimini hesaplamak için kütle hareketi yasasını kullanma 273
§ 8.13. Sıcaklığın kimyasal dengeye etkisi. Reaksiyon izobar denklemi 282
§ 8.14. Gibbs enerjisinin ve denge sabitinin sıcaklığa bağımlılığının integral formu 284
§ 8.15. Heterojen sistemlerde kimyasal denge 286
Bölüm 9. Termodinamiğin Üçüncü Yasası ve Kimyasal Dengenin Hesaplanması 289
§ 9.1. Termal Nernst teoremi. Termodinamiğin üçüncü yasası 289
§ 9.2. Temkin yöntemi ile standart Gibbs enerjisi ve denge sabitindeki değişimin hesaplanması - Schwartzman 294
§ 9.3. Standart Gibbs enerjisindeki değişimin ve denge sabitinin indirgenmiş Gibbs enerjisinin fonksiyonlarını kullanarak hesaplanması 297
§ 9.4. Adyabatik reaksiyonlar 299
Bölüm 10. Gerçek sistemlerde kimyasal denge 303
§ 10.1. Gazların fugasitesi ve fugasite katsayısı 303
§ 10.2. Yüksek basınçlarda gerçek bir gaz sisteminde kimyasal dengenin hesaplanması 312
§ 10.3. Birkaç reaksiyonun aynı anda meydana geldiği sistemlerde kimyasal dengenin hesaplanması 314
Bölüm 11. İstatistiksel termodinamiğe giriş 320
§ 11.1. İstatistiksel fizik ve istatistiksel termodinamik. Sistemin durumunun makroskopik ve mikroskobik açıklaması 320
§ 11.2. Klasik mekanik yöntemiyle durumun mikroskobik tanımı 323
§ 11.3. Kuantum mekaniği yöntemiyle durumun mikroskobik tanımı. Kuantum istatistikleri 324
§ 11.4. İki tür ortalama (mikrokanonik ve kanonik ortalamalar) 325
§ 11.5. Entropi ve istatistiksel ağırlık arasındaki ilişki. Termodinamiğin ikinci yasasının istatistiksel doğası 326
§ 11.6. Termostat sistemi. Kanonik Gibbs dağılımı. 330
§ 11.7. Sistemin durumlarının toplamı ve enerji ile bağlantısı. Helmholtz 335
§ 11.8. Parçacık durumlarının toplamı 337
§ 11.9. Termodinamik fonksiyonların sistemin durumlarının toplamı cinsinden ifadesi 340
§ 11.10. Tek boyutlu harmonik osilatörler sisteminin durumlarının toplamı. Einstein'ın teorisine göre tek atomlu bir katının termodinamik özellikleri 343
§ 11.11. Boltzmann kuantum istatistikleri. Maxwell'in moleküler hız dağılımı yasası 346
§ 11.12. Fermi - Dirac ve Bose - Einstein istatistikleri 352
§ 11.13. Moleküler verilerden termodinamik fonksiyonların hesaplanması için genel formüller 353
§ 11.14 Moleküllerin katı dönüş ve harmonik titreşimleri varsayımı altında ideal bir gazın termodinamik fonksiyonlarının hesaplanması 357
Dördüncü bölüm. Çözümler
Bölüm 12. Çözümlerin genel özellikleri 365
§ 12.1. Harçların sınıflandırılması 365
§ 12.2. Çözeltilerin konsantrasyonu 367
5 12.3. Çözümlerin özgüllüğü. Moleküller arası ve kimyasal etkileşimlerin rolü, çözünme kavramı 368
§ 12.4. Çözüm teorisinin geliştirilmesindeki ana yönler 372
§ 12.5. Çözeltilerin oluşumu için termodinamik koşullar 374
§ 12.6. Kısmi molar değerler 375
§ 12.7. Kısmi Molar Değerlerin Belirlenmesi İçin Temel Yöntemler 379
§ 12.8. Kısmi ve bağıl kısmi molar entalpiler 381
§ 12.9. Çözünme ve seyreltme ısıları 382
§ 12.10 İdeal sıvı çözeltilerin termodinamik özellikleri 386
§ 12.11.3 Raoult yasası 390
§ 12.12. İdeal bir çözümün kaynama noktası 392
§ 12.13 İdeal bir çözümün donma noktası 395
§ 12.14.0 ideal bir çözümün smotik basıncı 397
§ 12.15 İdeal olmayan çözümler 400
§ 12.16. Son derece seyreltik, düzenli ve atermal çözeltiler 402
§ 12.17. Aktivite. Aktivite katsayısı. Standart durum 404
§ 12.18.0smotik katsayısı 407
§ 12.19 Faaliyetleri belirleme yöntemleri 409
§ 12.20 Aktivite ve aktivite katsayısının çözeltinin termodinamik özellikleri ve aşırı termodinamik fonksiyonlar ile ilişkisi 412
Beşinci Bölüm Faz Dengeleri
Bölüm 13. Termodinamik faz dengesi teorisi 415
§ 13.1. Temel kavramlar 415
§ 13.2. Faz denge koşulları 418
§ 13.3. Gibbs faz kuralı 419
Bölüm 14 Tek Bileşenli Sistemler 421
§ 14.1. Gibbs faz kuralının tek bileşenli sistemlere uygulanması 421
§ 14.2. Birinci ve ikinci tür faz geçişleri 422
§ 14.3. Clapeyron Denklemi - Clausius 425
§ 14.4. Doymuş buhar basıncı 423
§ 14.5. Tek bileşenli sistemlerin durum diyagramları 429
§ 14.6. Karbondioksit durum diyagramı 431
§ 14.7. Su Durum Şeması 432
§ 14.8. Kükürt durumu şeması 433
§ 14.9. Enantiotropik ve monotropik faz geçişleri 435
Bölüm 15. İki bileşenli sistemler 436
§ 15.1. Fiziksel ve kimyasal analiz yöntemi 436
§ 15.2. Gibbs faz kuralının iki bileşenli sistemlere uygulanması 437
§ 15.3. Denge gazı - iki bileşenli sistemlerde sıvı çözelti 438
§ 15.4. Denge sıvısı - iki bileşenli sistemlerde sıvı 442
§ 15.5. Denge buharı - iki bileşenli sistemlerde sıvı çözelti 444
§ 15.6. Çözelti damıtmanın fiziksel ve kimyasal temelleri 453
§ 15.7. Denge kristalleri - iki bileşenli sistemlerde sıvı çözelti 457
§ 15.8. İki bileşenli sistemlerde sıvı - gaz ve kristaller - gaz (buhar) dengesi 476
§ 15-9. Durum Diyagramı Hesapları 476
Bölüm 16. Üç bileşenli sistemler 482
§ 16.1. Gibbs faz kuralının üç bileşenli sistemlere uygulanması 482
§ 16.2. Üç bileşenli bir sistemin bileşiminin grafiksel gösterimi 482
§ 16.3. Denge kristalleri - üç bileşenli sistemlerde sıvı çözelti 484
§ 16.4. Denge sıvısı - üç bileşenli sistemlerde sıvı 489
§ 16.5. Bir çözünenin iki sıvı faz arasında dağılımı. çıkarma 491
Ek 495
dizin 497

İÇİNDEKİLER Kitap 2.
Önsöz 3
Altıncı bölüm. elektrokimya
Bölüm 17. Çözeltiler, elektrolitler 4
§ 17.1. Elektrokimya konu 4
§ 17.2. Elektrolit çözeltilerinin özgüllüğü 5
§ 17.3. Çözelti 6'da elektrolitik ayrışma
§ 17.4. Ortalama iyonik aktivite ve aktivite faktörü 10
§ 17.5. Güçlü elektrolitlerin elektrostatik teorisinin temel kavramları Debye ve Hückel 13
§ 17.6. İyon birlikteliği teorisinin temel kavramları 22
§ 17.7. İyonların termodinamik özellikleri 24
§ 17.8. İyonik çözünmenin termodinamiği 28
Bölüm 18. Elektrolitlerde denge dışı fenomenler. Elektrolitlerin elektriksel iletkenliği 30
§ 18.1. Temel konseptler. Faraday yasaları 30
§ 18.2. İyonların elektrik alanında hareketi. İyon taşıma numaraları. 32
§ 18.3. Elektrolitlerin elektriksel iletkenliği. Elektriksel iletkenlik 37
§ 18.4. Elektrolitlerin elektriksel iletkenliği. Molar elektrik iletkenliği 39
§ 18.5. Hidronyum ve hidroksit iyonlarının molar elektriksel iletkenliği 43
§ 18.6. Susuz çözeltilerin elektriksel iletkenliği 44
§ 18.7. Katı ve erimiş elektrolitlerin elektriksel iletkenliği 46
§ 18.8. kondüktometri 47
Bölüm 19. Denge elektrot süreçleri 49
§ 19.1. Temel kavramlar 49
§ 19.2. Bir elektrokimyasal sistemin EMF'si. Elektrot potansiyeli 51
§ 19.3. Çözelti-metal arayüzünde potansiyel bir sıçramanın meydana gelmesi 53
§ 19.4. Difüzyon potansiyeli 55
§ 19.5. Çözelti-metal ara yüzündeki elektriksel çift tabakanın yapısı 56
§ 19.6. Tersinir elektrokimyasal sistemlerin termodinamiği 60
§ 19.7. Tersinir elektrotların sınıflandırılması 64
§ 19.8. Susuz çözeltilerde elektrot potansiyelleri 74
§ 19.9. Elektrokimyasal devreler 75
§ 19.10. Elektrokimyasal sistemler teorisinin çözeltilerdeki denge çalışmasına uygulanması 82
§ 19.11. potansiyometri 85
Yedinci bölüm. Kimyasal reaksiyonların kinetiği
Bölüm 20. Kimyasal kinetik yasaları 93
§ 20.1. Genel kavramlar ve tanımlar 93
§ 20.2. Kimyasal reaksiyon hızı 95
§ 20.3. Kütle eylemi yasası ve tepkilerin bağımsızlığı ilkesi 101
Bölüm 21. Kapalı sistemlerde kimyasal reaksiyonların kinetiği. 105
§ 21.1. Tek taraflı birinci dereceden reaksiyonlar 105
§ 21.2. Tek Taraflı İkinci Derece Tepkiler 109
§ 21.3. n. dereceden tek yönlü reaksiyonlar 111
§ 21.4. Reaksiyon sırasını belirleme yöntemleri 112
§ 21.5. Birinci dereceden ikili reaksiyonlar 113
§ 21.6. İkinci dereceden ikili reaksiyonlar 116
§ 21.T. Paralel tek yönlü reaksiyonlar 117
§ 21.8. Tek taraflı ardışık reaksiyonlar 119
§ 21.9. Yarı-durağan konsantrasyon yöntemi 125
Bölüm 22. Açık sistemlerde reaksiyonların kinetiği 127
§ 22.1. Mükemmel bir şekilde karıştırılmış bir reaktörde reaksiyon kinetiği 127
§ 22.2. Tıkalı akış reaktöründe reaksiyon kinetiği 129
Bölüm 23. Temel kimyasal etkileşim eylemi teorisi 133
§ 23.1. Temel kimyasal hareket 133
§ 23.2. Aktif çarpışmalar teorisi 137
§ 23.3. Aktifleştirilmiş kompleksin teorisi 141
§ 23.4. Geçiş durumu teorisine göre Arrhenius denkleminde üstel faktör 154
§ 23.5. MO simetrisi ve kimyasal reaksiyonların aktivasyon enerjisi 159
Bölüm 24. Çözeltilerdeki reaksiyonların kinetiği, zincir ve fotokimyasal reaksiyonlar 166
§ 24.1. Çözeltilerdeki reaksiyonların kinetiğinin özellikleri 166
§ 24.2. Ortamın reaksiyon hızı sabiti üzerindeki etkisi 170
§ 24.3. Çözeltilerdeki iyonik reaksiyonların kinetiği 178
§ 24.4. Zincir reaksiyonları 181
§ 24.5. Fotokimyasal reaksiyonlar 189
Bölüm 25. Elektrot işlemlerinin kinetiği 196
§ 25.1. Bir elektrokimyasal reaksiyonun hızı. değişim akımı 196
§ 25.2. Elektrot polarizasyonu 197
§ 25.3. Difüzyon aşırı gerilimi 199
§ 25.4. Elektrokimyasal aşırı gerilim 205
§ 25.5. Diğer aşırı gerilim türleri 210
5 25.6. Elektrokimyasal işlemlerde polarizasyonun doğasını belirlemek için sıcaklık-kinetik yöntem 211
§ 25.7. Elektrolitik hidrojen oluşumu sırasında aşırı gerilim 213
§ 25.8. Elektroliz. Ayrışma gerilimi 217
§ 25.9. Elektrik akımının kimyasal kaynaklarında polarizasyon olayları 220
§ 25.10. Metallerin elektrokimyasal korozyonu. metallerin pasifliği. Korozyona karşı koruma yöntemleri 222
Sekizinci bölüm. Kataliz
Bölüm 26. Katalitik etkinin ilkeleri 228
§ 26.1. Temel kavramlar ve tanımlar 228
§ 26.2. Katalitik reaksiyonların kinetiğinin özellikleri 232
§ 26.3. Katalitik reaksiyonların aktivasyon enerjisi 237
§ 26.4. Reaktiflerin bir katalizör ile etkileşimi ve katalitik etki ilkeleri 241
Bölüm 27. Homojen kataliz 245
§ 27.1. Asit-baz katalizi 246
§ 27.2. Redoks katalizi 255
§ 27.3. Enzimatik kataliz 260
§ 27.4. Otokataliz, inhibisyon ve periyodik katalitik reaksiyonlar 266
§ 27.5. Endüstride uygulama ve homojen kataliz gelişimi için beklentiler 271
Bölüm 28. Heterojen kataliz. 273
§ 28.1. Heterojen katalizörlerin yüzey yapısı 273
§ 28.2. Heterojen katalitik reaksiyonların bir aşaması olarak adsorpsiyon 277
§ 28.3. Heterojen katalitik reaksiyonların mekanizması 282
§ 28.4. Eşit erişilebilir bir yüzey üzerinde heterojen katalitik reaksiyonların kinetiği 285
§ 28.5. Heterojen katalitik süreçlerin makrokinetiği 292
§ 28.6. Endüstride heterojen kataliz uygulaması 300
edebiyat 303
Ek 305
dizin 312
İçindekiler 316

Bilimlerin sınıflandırılması, maddenin hareket biçimlerinin sınıflandırılmasına ve aralarındaki ilişki ve farklılıklarına dayanmaktadır. Bu nedenle, fizik ve kimyanın bir dizi dalı ile fiziksel kimyanın sınırlarını çizmek için, kimyasal ve fiziksel hareket biçimleri arasındaki bağlantı ve fark göz önünde bulundurulmalıdır.

Hareketin kimyasal formu için, yani kimyasal bir süreç için, reaksiyona giren maddelerin molekülündeki atomların sayısında ve dizilişinde bir değişiklik karakteristiktir. birçok arasında fiziksel hareket biçimleri (elektromanyetik alan, temel parçacıkların hareketi ve dönüşümü, atom çekirdeğinin fiziği, vb.) kimyasal süreçlerle özellikle yakın bir bağlantıya sahiptir. molekül içi hareket şekli (bir moleküldeki titreşimler, elektronik uyarılması ve iyonlaşması). En basit kimyasal süreç - bir molekülün temel bir termal ayrışma eylemi, bir moleküldeki titreşimlerin yoğunluğunun (genlik ve enerji), özellikle aralarındaki değerlik bağı boyunca çekirdek titreşimlerinin artmasıyla gerçekleşir. Molekülde belirli bir bağ yönünde bilinen bir kritik titreşim enerjisi değerine ulaşmak, bu bağın kopmasına ve molekülün iki parçaya ayrılmasına yol açar.

Birkaç (genellikle iki) molekülü içeren daha karmaşık reaksiyonlar, kararsız ve kısa ömürlü bir kompleks (sözde aktif kompleks) halinde çarpıştıklarında iki molekülün bir kombinasyonu ve bu kompleksin yeni moleküllere hızlı bir şekilde yok edilmesi olarak düşünülebilir. bu kompleks, belirli bağlantılar yoluyla iç titreşimler sırasında kararsız hale gelir.

Bu nedenle, temel bir kimyasal eylem, moleküllerin salınım hareketinin özel, kritik bir noktasıdır. İkincisi kendi içinde kimyasal bir hareket olarak kabul edilemez, ancak birincil kimyasal süreçlerin temelidir.

Önemli madde kütlelerinin, yani birçok molekülün kimyasal dönüşümü için, moleküllerin çarpışması ve aralarındaki enerji alışverişi (reaksiyon ürünlerinin moleküllerinin hareketinin enerjisinin, başlangıç ​​maddelerinin moleküllerine aşağıdaki yollarla aktarılması) çarpışmalar) gereklidir. Bu nedenle, gerçek kimyasal süreç, ikinci ile yakından ilişkilidir. fiziksel hareket şekli - genellikle termal hareket olarak adlandırılan makroskopik cisimlerin moleküllerinin kaotik hareketi.

Hareketin kimyasal biçiminin iki fiziksel hareket biçimiyle karşılıklı ilişkileri yukarıda kısaca ve en genel terimlerle özetlenmiştir. Açıktır ki, bir elektromanyetik alanın hareketinin radyasyonu, atomların ve moleküllerin iyonlaşması (elektrokimya) vb. ile kimyasal sürecin aynı bağlantıları vardır.

maddenin yapısı . Bu bölüm atomların yapısını, moleküllerin yapısını ve kümelenme durumları doktrinini içerir.

Atomların yapısı doktrini, fiziksel kimyadan çok fizikle ilgilidir. Bu doktrin, moleküllerin yapısını incelemek için temel oluşturur.

Moleküllerin yapısının incelenmesinde, moleküllerin geometrisi, molekül içi hareketler ve bir moleküldeki atomları bağlayan kuvvetler incelenir. Moleküllerin yapısının deneysel çalışmalarında, moleküler spektroskopi yöntemi (radyo spektroskopisi dahil) en büyük kullanımı almıştır; elektrik, X-ışını, manyetik ve diğer yöntemler de yaygın olarak kullanılmaktadır.

Agrega halleri teorisinde, gazlar, sıvılar ve kristallerdeki moleküllerin etkileşimleri ve çeşitli agrega halindeki maddelerin özellikleri göz önünde bulundurulur. Fizikokimya için oldukça önemli olan bu bilim dalı fiziğin (moleküler fizik) bir parçası olarak kabul edilebilir.

Maddenin yapısıyla ilgili bölümün tamamı da fiziğin bir parçası olarak kabul edilebilir.

kimyasal termodinamik . Bu bölümde, genel termodinamik yasaları temelinde, kimyasal denge yasaları ve genellikle faz kuralı olarak adlandırılan faz dengesi doktrini açıklanmıştır. Kimyasal termodinamiğin bir parçası termokimya, kimyasal reaksiyonların termal etkilerinin dikkate alındığı.

Çözümler doktrini, çözeltiyi oluşturan maddelerin özelliklerine dayanarak çözeltilerin özelliklerini (birkaç maddenin homojen karışımları) açıklamayı ve tahmin etmeyi amaçlar.

Bu sorunun çözümü, heterojen moleküllerin etkileşiminin genel bir teorisinin, yani ana sorunun çözümü olan moleküler fiziğin oluşturulmasını gerektirir. Genel bir teori ve özel genellemelerin geliştirilmesi için, çözeltilerin moleküler yapısı ve bileşime bağlı olarak çeşitli özellikleri incelenir.

Yüzey fenomenleri doktrini . Katıların ve sıvıların (fazlar arasındaki arayüzler) yüzey katmanlarının çeşitli özellikleri incelenir; Yüzey katmanlarında incelenen ana fenomenlerden biri, adsorpsiyon(yüzey tabakasındaki maddelerin birikmesi).

Sıvı, katı ve gaz fazları arasındaki arayüzeylerin oldukça gelişmiş olduğu sistemlerde (kolloidal çözeltiler, emülsiyonlar, sisler, dumanlar), yüzey katmanlarının özellikleri birincil öneme sahiptir ve bir bütün olarak tüm sistemin benzersiz özelliklerinin çoğunu belirler. . Çok mikroheterojen sistemler inceleniyor kolloid kimyası, Fizikokimyanın önemli bir bağımsız bölümü ve yüksek kimya eğitim kurumlarında bağımsız bir akademik disiplindir.

Elektrokimya. Elektriksel fenomenlerin ve kimyasal reaksiyonların (elektroliz, kimyasal elektrik akımı kaynakları, elektrosentez teorisi) etkileşimi incelenmiştir. Elektrokimya genellikle, elektrolit çözeltilerinin özelliklerinin incelenmesini içerir ve bu, çözeltilerin çalışmasına eşit hakla atfedilebilir.

Kimyasal kinetik ve kataliz . Kimyasal reaksiyonların hızını, reaksiyon hızının dış koşullara bağımlılığını (basınç, sıcaklık, elektrik deşarjı vb.), reaksiyon hızının moleküllerin yapısı ve enerji durumları ile ilişkisini, reaksiyon hızı üzerindeki etkisini inceliyoruz. stokiyometrik reaksiyon denkleminde yer almayan maddelerin (kataliz).

Fotokimya. Radyasyon ve kimyasal dönüşümlerde yer alan maddelerin etkileşimi (radyasyonun etkisi altında meydana gelen reaksiyonlar, örneğin fotoğrafik süreçler ve fotosentez, lüminesans) incelenmiştir. Fotokimya, kimyasal kinetik ve moleküllerin yapısının incelenmesi ile yakından ilgilidir.

Fiziksel kimyanın ana bölümlerinin yukarıdaki listesi, bu bilimin daha büyük bölümlerin veya fiziksel kimyanın bağımsız bölümleri olarak kabul edilebilecek son alanlarını ve daha küçük bölümlerini kapsamamaktadır. Örneğin radyasyon kimyası, makromoleküler maddelerin fizikokimyası, manyetokimya, gaz elektrokimyası ve fiziksel kimyanın diğer dalları böyledir. Bazıları şimdi hızla önem kazanıyor.

Fiziksel ve kimyasal araştırma yöntemleri

Fiziksel kimyanın temel yöntemleri, doğal olarak fizik ve kimya yöntemleridir. Bu - her şeyden önce, deneysel bir yöntem - maddelerin özelliklerinin dış koşullara bağımlılığının incelenmesi ve zaman içinde kimyasal reaksiyonların akış yasalarının ve kimyasal denge yasalarının deneysel olarak incelenmesi.

Deney materyalinin teorik olarak anlaşılması ve maddelerin özellikleri ve kimyasal reaksiyon yasaları hakkında tutarlı bir bilgi sisteminin oluşturulması, aşağıdaki teorik fizik yöntemlerine dayanmaktadır.

kuantum mekanik yöntem (özellikle, dalga mekaniği yöntemi), tek tek atomların ve moleküllerin yapısının ve özelliklerinin ve bunların birbirleriyle etkileşimlerinin incelenmesinin temelini oluşturur. Tek tek moleküllerin özelliklerine ilişkin gerçekler, esas olarak deneysel optik yöntemlerin yardımıyla elde edilir.

istatistiksel fizik yöntemi bir maddenin özelliklerini hesaplamayı mümkün kılan; tek tek moleküllerin özelliklerinin bilgisine dayanan birçok molekülden ("makroskopik" özellikler) oluşan.

termodinamik yöntem Bu, bir maddenin çeşitli özelliklerini (“makroskopik” özellikler) nicel olarak ilişkilendirmeye ve diğer özelliklerin deneysel değerlerine dayanarak bu özelliklerden bazılarını hesaplamaya izin verir.

Herhangi bir alandaki modern fizikokimyasal araştırma, maddelerin çeşitli özelliklerini incelemek ve bunların moleküllerin yapısıyla ilişkilerini aydınlatmak için çeşitli deneysel ve teorik yöntemlerin kullanılmasıyla karakterize edilir. Tüm veri seti ve yukarıdaki teorik yöntemler, ana hedefe ulaşmak için kullanılır - kimyasal dönüşümlerin yönünün, hızının ve sınırlarının dış koşullara ve kimyasal reaksiyonlara katılan moleküllerin yapısına bağımlılığını belirlemek.

FİZİKSEL KİMYA

§ 1. Fiziksel kimyanın konusu. Anlamı

Kimyasal ve fiziksel fenomen çalışmaları arasındaki ilişki fiziksel kimya. Bu kimya dalı, kimya ve fizik arasındaki sınırdır. Her iki bilimin teorik ve deneysel yöntemlerinin yanı sıra kendi yöntemlerini kullanan fiziksel kimya, kimyasal reaksiyonlar ve bunlara eşlik eden fiziksel süreçlerin çok yönlü bir çalışmasıyla ilgilenir. Bununla birlikte, çok yönlü bir çalışma bile hiçbir zaman tamamlanmadığından ve fenomeni kapsamlı bir şekilde kapsamadığından, diğer doğa bilimlerininki gibi fiziksel kimya yasaları ve yasaları her zaman fenomeni basitleştirir ve tam olarak yansıtmaz.

Fiziksel kimyanın hızlı gelişimi ve artan önemi, fizik ve kimya arasındaki sınır konumu ile ilişkilidir. Fizikokimyanın ana genel görevi, incelenen sistemi oluşturan maddelerin yapısı ve özelliklerine ilişkin verilere dayalı olarak, çeşitli koşullar altında sürecin zaman sürecini ve nihai sonucu (denge durumu) tahmin etmektir.

§ 2. Fiziksel kimyanın gelişim tarihinin kısa özeti

"Fiziksel kimya" terimi ve bu bilimin tanımı ilk olarak 1752-1754'te M.V. Lomonosov tarafından verildi. Bilimler Akademisi öğrencilerine bir fizikokimya dersi okudu ve bu dersin "Gerçek Fiziksel Kimyaya Giriş" (1752) elyazmasını bıraktı. Lomonosov, konuları onun tarafından derlenen "Fiziksel Kimya Ders Planı" (1752) ve "Fiziksel Kimyada Deneyim" (1754) deneysel çalışma programına karşılık gelen birçok çalışma yaptı. Liderliği altında, fiziksel kimyada bir öğrenci çalıştayı da düzenlendi.

Lomonosov, fiziksel kimyanın şu tanımını yaptı: "Fiziksel kimya, fiziğin hükümlerine ve deneylerine dayanarak, kimyasal işlemler sırasında karışık cisimlerde neler olduğunu açıklayan bir bilimdir." Bu tanım moderne yakındır.

Fiziksel kimyanın gelişimi için, 19. yüzyılın ortalarında termodinamiğin iki yasasının (S. Carnot, Yu.R. Mayer, G. Helmholtz, DP Joule, R. Clausius, W. Thomson) keşfi çok önemliydi. önem.

Fizik ve kimya arasındaki sınırda yer alan araştırmaların sayısı ve çeşitliliği 19. yüzyılda sürekli arttı. Kimyasal dengenin termodinamik teorisi geliştirildi (K.M. Guldberg, P. Waage, D.W. Gibbs). L.F. Wilhelmi'nin çalışmaları, kimyasal reaksiyon oranlarının (kimyasal kinetik) incelenmesinin temelini attı. Çözeltilerde elektriğin transferi incelendi (I.V. Gittorf, F.V.G. Kolrausch), çözeltilerin buharla denge yasaları incelendi (D.P. Konovalov) ve çözümler teorisi geliştirildi (D.I. Mendeleev).

Fiziksel kimyanın bağımsız bir bilim ve akademik disiplin olarak tanınması, 1887'de Leipzig Üniversitesi'nde (Almanya) W. Ostwald başkanlığındaki ilk fiziksel kimya bölümünün kuruluşunda ve fiziksel üzerine ilk bilimsel derginin kuruluşunda ifade edildi. kimya var. 19. yüzyılın sonunda, Leipzig Üniversitesi fiziksel kimyanın gelişiminin merkeziydi ve önde gelen fiziksel kimyacılar W. Ostwald, J. H. Van't Hoff, S. Arrhenius ve W. Nernst idi. Bu zamana kadar, fiziksel kimyanın üç ana bölümü tanımlandı - kimyasal termodinamik, kimyasal kinetik ve elektrokimya.

Gelişimi teknik ilerleme için gerekli bir koşul olan bilimin en önemli alanları arasında kimyasal süreçlerin incelenmesi; fiziksel kimya bu sorunun gelişmesinde öncü bir rol oynamaktadır.

§ 3. Fiziksel kimyanın bölümleri. Araştırma Yöntemleri

Kimyasal termodinamik. Bu bölümde, genel termodinamik yasaları temelinde, kimyasal denge yasaları ve faz dengesi doktrini açıklanmıştır.

Çözümler doktrini, çözeltiyi oluşturan maddelerin özelliklerine dayanarak çözeltilerin özelliklerini (birkaç maddenin homojen karışımları) açıklamayı ve tahmin etmeyi amaçlar.

Yüzey fenomenleri doktrini. Katıların ve sıvıların (fazlar arasındaki arayüzler) yüzey katmanlarının çeşitli özellikleri incelenir; Yüzey katmanlarında üzerinde çalışılan başlıca olaylardan biri, adsorpsiyon(yüzey tabakasında madde birikimi).

Sıvı, katı ve gaz fazları arasındaki arayüzeylerin oldukça gelişmiş olduğu sistemlerde (emülsiyonlar, sisler, dumanlar, vb.), yüzey katmanlarının özellikleri birincil öneme sahip hale gelir ve bir sistem olarak tüm sistemin benzersiz özelliklerinin birçoğunu belirler. tüm. Çok dağınık, dağılmış (mikroheterojen) sistemler inceleniyor kolloid kimyası, fiziksel kimyanın önemli bir bağımsız dalıdır.

Yukarıdaki fiziksel kimya ana bölümleri listesi, bu bilimin daha büyük bölümlerin veya fiziksel kimyanın bağımsız bölümleri olarak kabul edilebilecek bazı alanlarını ve daha küçük bölümlerini kapsamamaktadır. Fiziksel kimyanın çeşitli dalları arasındaki yakın ilişki bir kez daha vurgulanmalıdır. Herhangi bir fenomeni incelerken, kimyanın birçok dalını (ve genellikle diğer bilimleri) incelemek için bir fikir, teori ve yöntem cephanesi kullanmak gerekir. Eğitim amaçlı olarak materyali belirtilen bölümlere dağıtmak yalnızca fiziksel kimya ile ilk tanışma ile mümkündür.

Fiziksel ve kimyasal araştırma yöntemleri. Fiziksel kimyanın temel yöntemleri, doğal olarak fizik ve kimya yöntemleridir. Bu, her şeyden önce, deneysel bir yöntemdir - maddelerin özelliklerinin dış koşullara bağımlılığının incelenmesi, çeşitli süreçlerin akış yasalarının deneysel çalışması ve kimyasal denge yasaları.

Deneysel verilerin teorik olarak anlaşılması ve tutarlı bir bilgi sisteminin oluşturulması, teorik fizik yöntemlerine dayanmaktadır.

Bunlardan biri olan termodinamik yöntem, bir maddenin çeşitli özelliklerini (“makroskopik” özellikler) nicel olarak ilişkilendirmeyi ve diğer özelliklerin deneysel değerlerine dayanarak bu özelliklerden bazılarını hesaplamayı mümkün kılar.

BÖLÜM I
TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ YASASI

§ 1. Enerji. Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası

Maddenin ayrılmaz bir özelliği (niteliği) harekettir; maddenin kendisi gibi yok edilemez. Maddenin hareketi, birbirinden geçebilen farklı biçimlerde kendini gösterir. Maddenin hareket ölçüsü, enerji. Kantitatif olarak, enerji belirli bir şekilde her bir hareket biçiminin karakteristik parametreleri aracılığıyla ve bu forma özgü birimlerle ifade edilir.

SI birim sisteminde, enerjinin (ısı ve iş) birimi joule'dür ( J), kuvvetin işine eşit 1 H 1 yolunda m. 1 J = 1 Nm.

Yaygın olarak kullanılan enerji (ısı) birimi olan kalori, şu anda kullanımına izin verilen sistem dışı bir birimdir. Halihazırda kullanılan kalori, tanım gereği, belirli bir joule sayısına eşittir: 1 dışkı 4.1868 joule eşittir. Bu birim ısı mühendisliğinde kullanılır ve şu şekilde adlandırılabilir: termal kalori Kimyasal termodinamikte, biraz farklı bir birim kullanılır, 4.1840 joule eşittir ve termokimyasal kalori. Uygulamasının uygunluğu, referans kitaplarında toplanan ve bu birimlerde ifade edilen kapsamlı deneysel termokimyasal materyali kullanmanın rahatlığı ile bağlantılıdır.

Bir hareket biçimi diğerine dönüştürüldüğünde, farklı birimlerde ifade edilen kaybolan ve görünen hareketin enerjileri birbirine eşittir, yani kaybolan hareketin enerjisi, hareketin enerjisiyle sabit bir nicel ilişki içindedir. ortaya çıkan (enerjinin eşdeğer dönüşümleri yasası). Bu oran, iki hareket biçiminin enerjilerine ve bir hareket biçiminden diğerine geçişin gerçekleştiği özel koşullara bağlı değildir. Böylece, bir elektrik akımının enerjisi kaotik moleküler hareketin enerjisine dönüştürüldüğünde, bir joule elektrik enerjisi her zaman 0.239'a dönüşür. dışkı moleküler hareket enerjisi.

Böylece, maddenin hareketinin bir ölçüsü olarak enerji, her zaman belirli bir hareket biçimine karşılık gelen niteliksel olarak orijinal bir biçimde kendini gösterir ve uygun ölçü birimlerinde ifade edilir. Öte yandan, tüm hareket biçimlerinin birliğini, karşılıklı dönüştürülebilirliğini ve hareketin yok edilemezliğini nicel olarak yansıtır.

Yukarıdaki eşdeğer enerji dönüşümleri yasası, fiziksel bir deneysel yasadır. Eşdeğer enerji dönüşümleri yasasışeklinde, yani farklı şekilde ifade edilebilir. enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası: enerji ne yaratılır ne de yok edilir; tüm süreçlerde ve olaylarda, bu sürece katılan yalıtılmış bir malzeme sisteminin tüm parçalarının toplam enerjisi sabit kalırken artmaz veya azalmaz.

Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası, çok sayıda molekülün bir toplamını temsil eden keyfi olarak büyük cisimlerde meydana gelen olaylara ve bir veya birkaç molekülün katılımıyla meydana gelen olaylara uygulanabilir olması anlamında evrenseldir.

Çeşitli mekanik hareket biçimleri için, enerjinin korunumu yasası uzun zamandır nitel bir biçimde (Descartes - 1640) ve nicel bir biçimde (Leibniz - 1697) ifade edilmiştir.

Isı ve işin karşılıklı dönüşümleri için (aşağıya bakınız), enerjinin korunumu yasasının, kırklı yıllarda gerçekleştirilen Yu. R. Mayer, G. Helmholtz ve DP Joule'nin çalışmaları ile bir doğa bilimi yasası olduğu kanıtlanmıştır. XIX yüzyıl.

Eşdeğer dönüşümler yasasını kullanarak, çeşitli hareket biçimlerinin enerjilerini, bir tür enerjinin (bir hareket biçimi) karakteristik birimlerinde ifade etmek ve ardından toplama, çıkarma vb. işlemleri gerçekleştirmek mümkündür.

§ 2. Termodinamiğin konusu, yöntemi ve sınırları

Termodinamik, teorik fiziğin ana dallarından biridir. Termodinamik, cisimler arasında ısı ve iş şeklinde enerji aktarımıyla ilişkili çeşitli enerji türlerinin karşılıklı dönüşüm yasalarını inceler. Dikkatini çeşitli süreçlerde enerji transfer biçimleri olarak ısı ve işe odaklayan termodinamik, çok sayıda enerji bağlantısını ve bir maddenin kendi değerlendirme döngüsündeki çeşitli özellikleri arasındaki bağımlılıkları içerir ve çok geniş çapta uygulanabilir genellemeler verir. termodinamik yasaları.

Temel termodinamik yasaları oluştururken, vücutta meydana gelen enerji dönüşümleri (genellikle çok karmaşık) genellikle ayrıntılı değildir. Belirli bir durumda bedende bulunan enerji türleri de farklılaşmaz; tüm bu enerji türlerinin toplamı tek bir enerji olarak kabul edilir. sistemin iç enerjisi .

Yukarıda özetlenen termodinamiğin konusu, bu bilimin yöntemini ve sınırlarını tanımlar. Termodinamik tarafından bir başlangıç ​​noktası olarak alınan ısı ve iş arasındaki ayrım ve ısının işe karşıtlığı, yalnızca birçok molekülden oluşan cisimler için anlamlıdır, çünkü bir molekül veya az sayıda molekül kümesi için şu kavramlar geçerlidir: ısı ve iş anlamını yitirir. Bu nedenle, termodinamik yalnızca çok sayıda molekülden oluşan cisimleri dikkate alır. makroskopik sistemler dahası, klasik biçimindeki termodinamik, tek tek moleküllerin davranışını ve özelliklerini hesaba katmaz.

Termodinamik yöntem ayrıca, çalışma nesnesinin maddi dünyadan izole edilmiş bir cisim veya bir grup cisim olduğu gerçeğiyle de karakterize edilir. termodinamik sistem (bundan böyle kısaca anılacaktır) sistem).

Sistemi dış dünyadan (çevreden) ayıran belirli sınırları vardır.

sistem homojen , parametrelerinin her biri sistemin tüm bölümlerinde aynı değere sahipse veya noktadan noktaya sürekli değişiyorsa.

sistem heterojen , Görünür arayüzlerle birbirinden ayrılmış birkaç makroskopik (sırasıyla birçok molekülden oluşan) parçalardan oluşuyorsa. Bu yüzeylerde bazı parametreler aniden değişir. Örneğin, "katı tuz - doymuş sulu tuz çözeltisi - doymuş su buharı" sistemidir. Burada, tuz - çözelti ve çözelti - buhar sınırlarında, bileşim ve yoğunluk aniden değişir.

Görünür arayüzlerle diğer parçalardan ayrılan sistemin homojen bölümlerine denir. aşamalar . Bu durumda, sistemin aynı fiziksel ve termodinamik özelliklere sahip olan tek tek homojen parçalarının seti tek faz olarak kabul edilir (örneğin, bir maddenin kristalleri seti veya bir gaz içinde asılı duran ve şekil veren sıvı damlacıkları seti). sis). Sistemin her aşaması, kendi durum denklemi ile karakterize edilir.

Çevre ile madde ve enerji alışverişi yapamayan (ısı veya iş şeklinde) sisteme denir. yalıtılmış .

Çevre ile madde ve enerji alışverişi yapabilen (ısı veya iş şeklinde) sisteme denir. açık.

Çevre ile madde alışverişi yapamayan, ancak enerji alışverişi yapabilen (ısı veya iş şeklinde) sisteme denir. kapalı .

Termodinamik, bir bütün olarak bir malzeme sisteminin bu tür ölçülebilir özellikleri ile sistemdeki sıcaklık, basınç, kütle, yoğunluk ve kimyasal bileşim gibi makroskopik parçaları (fazlar) arasındaki ilişkiyi ve sistemdeki diğer bazı özellikleri inceler. Bu özelliklerdeki değişiklikler arasındaki ilişki olarak.

Termodinamik tarafından incelenen özellikler kümesi (sözde sistemin termodinamik parametreleri) tanımlar sistemin termodinamik durumu. Herhangi bir termodinamik özellikteki bir değişiklik (sadece bir tane bile olsa), sistemin termodinamik durumunda bir değişikliğe yol açar.

Doğada meydana gelen tüm süreçler kendiliğinden (doğal) ve kendiliğinden olmayan olarak ayrılabilir.

spontan süreçler Bunlar harici enerji girdisi gerektirmeyen süreçlerdir. Örneğin, sıcaklığı yüksek bir cisimden daha düşük sıcaklıktaki bir cisme ısı transferi, tuzun suda çözünmesi vb. kendiliğinden gerçekleşir.

Kendiliğinden olmayan süreçler akışları için dışarıdan enerji gerektirir, örneğin havanın nitrojen ve oksijene ayrılması.

Termodinamik esas olarak, parametrelerinin (sıcaklık, basınç, elektrostatik potansiyel vb.) zamanla kendiliğinden değişmediği ve tek tek fazların hacmindeki tüm noktalarda aynı değere sahip olduğu bir sistemin bu tür durumlarını dikkate alır. Bu tür devletler denir dengeli.

Termodinamiğin temel varsayımlarından biri şudur: Herhangi bir kendiliğinden sürecin gidişatı, nihai olarak, izole edilmiş sistemi, özellikleri artık değişmeyeceği, yani sistemde denge kurulacağı zaman bir denge durumuna getirir.

Fazlar içinde sıcaklık, basınç ve bileşimin düzensiz ve zamanla değişen dağılımları ile karakterize edilen durumlar şunlardır: dengesizlik. Temel termodinamik yasalara ek olarak ek varsayımların kullanıldığı denge dışı (tersinir olmayan) süreçlerin termodinamiği tarafından dikkate alınırlar.

Deneyimin bir genellemesi olarak kabul edilen termodinamiğin temel yasaları temelinde inşa edilen termodinamik, çoğu zaman olarak adlandırılır. klasik veya fenomenolojik termodinamik. Termodinamik, ısı makineleri teorisinin teorik temellerini sağlar; bu bölüm denir teknik termodinamik. Kimyasal süreçlerin termodinamik bir bakış açısıyla incelenmesi, kimyasal termodinamik, fiziksel kimyanın ana dallarından biridir.

§ 3. Isı ve iş

Bir bedenden diğerine geçişi sırasında hareket formlarındaki değişiklikler ve buna karşılık gelen enerji dönüşümleri çok çeşitlidir. Hareketin kendisinin geçiş biçimleri ve onunla bağlantılı enerji geçişleri iki gruba ayrılabilir.

Birinci grup, iki bitişik cismin moleküllerinin kaotik çarpışmaları ile hareket geçişinin yalnızca bir biçimini içerir, yani. iletimle (ve aynı zamanda radyasyonla). Bu şekilde iletilen hareketin ölçüsü, sıcaklık .

İkinci grup, ortak özelliği, yönlendirilmiş bir karaktere sahip herhangi bir dış kuvvetlerin etkisi altında makroskopik kütlelerin hareketi olan çeşitli hareket geçişi biçimlerini içerir. Yerçekimi alanındaki cisimlerin yükselişi, belirli bir miktarda elektriğin daha büyük bir elektrostatik potansiyelden daha küçük bir potansiyele geçişi, bir gazın basınç altında genişlemesi vb. Bu tür araçlarla iletilen hareketin genel ölçüsü, İş .

Isı ve iş, maddi dünyanın bir bölümünden diğerine hareketin iki farklı iletim biçimini niteliksel ve niceliksel olarak karakterize eder.

Hareketin iletimi, iki ana biçimini ayırt ettiğimiz, maddenin bir tür karmaşık hareketidir. Isı ve iş, maddenin bu iki karmaşık hareket biçiminin ölçüleridir ve bunlar enerji türleri olarak düşünülmelidir.

Isı ve işin ortak özelliği, yalnızca bu işlemlerin gerçekleştiği zaman aralıklarında önemli olmalarıdır. Bu tür süreçler sırasında, bazı cisimlerde şu veya bu biçimdeki hareket azalır ve buna karşılık gelen enerji azalırken, diğer cisimlerde aynı veya başka biçimlerdeki hareket artar ve karşılık gelen enerji türleri artar.

Herhangi bir cisimdeki ısı veya iş stokundan değil, sadece bilinen bir işlemin ısısı ve çalışmasından bahsediyoruz. Tamamlandıktan sonra vücutlarda ısı veya iş varlığından bahsetmeye gerek yoktur.

§ 4. Isı ve işin denkliği

D.P. Joule'nin (1842-1867) klasik deneylerinde, karşılıklı geçişleri sırasında ısı ve iş arasında sabit bir eşdeğer oran oluşturulmuştur. Tipik bir Joule deneyi aşağıdaki gibidir.

Isının mekanik eşdeğerini belirlemek için Joule cihazı.

Bilinen bir yükseklikten düşen ağırlıklar, bir kalorimetre içinde suya batırılmış bir karıştırıcıyı döndürür (bir ağırlık ve su ile bir kalorimetre termodinamik bir sistem oluşturur.) Karıştırıcı kanatlarının su içinde dönmesi, kalorimetre içindeki suyun ısınmasına neden olur; karşılık gelen sıcaklıktaki artış nicelleştirilir.

Belirtilen işlem tamamlandıktan sonra sistem orijinal haline getirilmelidir. Bu zihinsel deneyim yoluyla yapılabilir. Ağırlıklar orijinal yüksekliklerine yükselirken, sistemin enerjisini artıran harici iş harcanır. Ayrıca kalorimetreden ısı uzaklaştırılarak (ortama aktarılır) başlangıç ​​sıcaklığına soğutulur. Bu işlemler, sistemi orijinal durumuna döndürür, yani sistemin tüm ölçülebilir özellikleri, ilk durumda sahip oldukları değerlerin aynısını alır. Sistemin özelliklerinin değiştiği ve sonunda eski haline döndüğü sürece ne ad verilir? dairesel (döngüsel) süreç veya Çevrim .

Tarif edilen çevrimin tek sonucu, sistemi çevreleyen ortamdan işin çıkarılması ve kalorimetreden alınan ısının bu ortama aktarılmasıdır.

Karşılık gelen birimlerde ölçülen bu iki niceliğin karşılaştırılması, yükün boyutundan, kalorimetrenin boyutundan ve farklı deneylerdeki belirli ısı ve iş miktarlarından bağımsız olarak aralarında sabit bir ilişki olduğunu gösterir.

Isı ve çalışmanın sonsuz küçük (temel) ısıların toplamı (integrali) olarak döngüsel bir süreçte yazılması tavsiye edilir  Q ve sonsuz küçük (temel) işler  W, ve entegrasyonun ilk ve son limitleri çakışır (döngü).

Daha sonra döngüsel bir süreçte ısı ve işin denkliği aşağıdaki gibi yazılabilir:

(ben, 1)

(I, 1) denkleminde, işaret bir döngü üzerinden entegrasyonu ifade eder. katsayı sabitliği k ısı ve işin denkliğini yansıtır ( kısının mekanik eşdeğeridir). Denklem (I, 1), işin ısıya dönüşmesinin belirli, çok önemli bir durumu için enerjinin korunumu yasasını ifade eder.

Joule, Rowland (1880), Miculescu (1892) ve diğerlerinin çalışmalarında metallerde sürtünme, çarpma, elektrik akımının çalışmasının doğrudan ısıya dönüştürülmesi, katıların gerilmesi vb. Yöntemler kullanıldı. k deneysel hata içinde daima sabittir.

Aşağıda, katsayı yardımıyla her zaman iş ve ısının olduğu varsayılır. k aynı birimlerde (ne olursa olsun) ifade edilir ve katsayı k iner.

§ 5. İç enerji

Dairesel olmayan bir süreç için, sistem orijinal durumuna dönmediğinden eşitlik (I, 1) gözlenmez. Bunun yerine, dairesel olmayan bir süreç için eşitlikler yazılabilir (katsayı atlanarak). k):

≠

İntegrasyon sınırları genellikle keyfi olduğundan, temel nicelikler için  W Ve  Q:

Q   W,

Sonuç olarak:

Q – W  0

Farkı belirtin  Q –  W aracılığıyla herhangi bir temel termodinamik süreç için dU:

dU   Q – W (I, 2)

veya son işlem için:

–
(I, 2a)

Döngüsel sürece dönersek, şunu elde ederiz (Denklem I, 1'den):

=
–
= 0 (I, 3)

Böylece, değer dU bazı sistem durumu işlevlerinin toplam diferansiyeli. Sistem orijinal durumuna döndüğünde (döngüsel bir değişiklikten sonra), bu fonksiyonun değeri orijinal değerini alır.

Sistem durumu işlevisen , eşitliklerle tanımlanır (i, 2) veya (i, 2a) deniriçsel enerji sistemler .

Açıkçası, (I, 2a) ifadesi aşağıdaki gibi yazılabilir:

= sen 2 – sen 1 = ∆ sen = – (ben, 2b)

sen 2 – sen 1 = ∆U = Q – W

Bu akıl yürütme, sistemin sahip olduğu tüm hareketlerin toplam ölçüsü anlamına gelen sistemin durumunun belirli bir işlevinin varlığını ampirik olarak doğrular.

Başka bir deyişle, iç enerji, moleküllerin öteleme ve dönme enerjisini, bir moleküldeki atomların ve atom gruplarının titreşim enerjisini, elektron hareketinin enerjisini, çekirdek içi ve diğer enerji türlerini, yani her tür parçacık enerjisinin toplamını içerir. bir sistemde, sistemin kendisinin potansiyel ve kinetik enerjisi hariç.

Döngüsel sürecin, sistem ilk durumuna döndükten sonra sistemin iç enerjisinin başlangıç ​​değerini almadığı, ancak arttığı şekilde gerçekleştirildiğini varsayalım. Bu durumda dairesel süreçlerin tekrarı sistemde enerji birikmesine neden olacaktır. Bu enerjiyi işe dönüştürmek ve bu şekilde ısı pahasına değil, "hiç yoktan" iş elde etmek mümkün olacaktır, çünkü dairesel bir süreçte iş ve ısı doğrudan deneylerle gösterildiği gibi birbirine eşittir. .

Belirtilen derleme döngüsünü tamamlayamama birinci türden perpetuum mobile (perpetuum mobile), eşdeğer miktarda başka bir enerji harcamadan iş verdiği, binlerce yıllık insan deneyiminin olumsuz sonucuyla kanıtlanmıştır. Bu sonuç, Joule'ün deneylerini analiz ederek belirli ama daha kesin bir biçimde elde ettiğimiz sonuca götürür.

Elde edilen sonucu bir kez daha formüle edelim. Döngüsel bir sürecin bir sonucu olarak sistemin toplam enerjisi (iç enerjisi) orijinal değerine döner, yani belirli bir durumdaki bir sistemin iç enerjisi belirli bir değere sahiptir ve sistemin hangi değişikliklerden geçtiğine bağlı değildir. bu duruma gelmeden önce.

Başka bir deyişle, sistemin iç enerjisi sistemin durumunun tek değerli, sürekli ve sonlu bir fonksiyonudur.

Sistemin iç enerjisindeki değişim (I, 2b) ifadesiyle belirlenir; (I, 3) ifadesi dairesel bir işlem için geçerlidir. Sistemin bazı özelliklerinde (parametrelerinde) sonsuz küçük bir değişiklikle, sistemin iç enerjisi de sonsuz derecede değişir. Bu, sürekli bir fonksiyonun bir özelliğidir.

Termodinamik içinde, iç enerji kavramının genel bir tanımını kullanmaya gerek yoktur. (I, 2) veya (I, 2a) ifadeleri aracılığıyla resmi bir nicel tanım, tüm diğer termodinamik muhakeme ve sonuçlar için yeterlidir.

Sistemin iç enerjisi, durumunun bir fonksiyonu olduğundan, daha önce de belirtildiği gibi, sistem durumlarının parametrelerinde sonsuz küçük değişikliklerle iç enerjideki artış, durum fonksiyonunun toplam diferansiyeli olur. (I, 3) denklemindeki integrali, durumdan yolun bölümleri üzerinde iki integrale bölme 1 devlete kadar 2 (yol "a") (bkz. Şekil I) ve tam tersi - durumdan 2

ileri düzey kurs fiziksel Kimya 6. sınav "İleri Düzey" disiplininde ustalaşmadan önce fiziksel Kimya"olmalı... tarafından fiziksel Kimya. / Düzenleyen V.V. Budanova, N.K. Vorobyov. – L.: Kimya, 1986. - 352 s. pratik çalışma fiziksel Kimya ...

makalenin içeriği

KİMYA FİZİKSEL, Maddelerin kimyasal özelliklerini, kendilerini oluşturan atom ve moleküllerin fiziksel özelliklerine dayalı olarak inceleyen kimya dalı. Modern fiziksel kimya, fizik, biyofizik ve moleküler biyolojinin çeşitli dalları ile sınır komşusu olan geniş bir disiplinler arası alandır. Organik ve inorganik kimya gibi kimya biliminin bu tür dallarıyla birçok temas noktasına sahiptir.

Kimyasal yaklaşımın (fiziksel ve biyolojik olanın aksine) ayırt edici bir özelliği, makroskopik fenomenlerin tanımıyla birlikte, bunların doğasının tek tek moleküllerin özelliklerine ve aralarındaki etkileşimlere dayalı olarak açıklanmasıdır.

Fiziksel kimya alanındaki yeni araçsal ve metodolojik gelişmeler, kimyanın diğer dallarında ve farmakoloji ve tıp gibi ilgili bilimlerde kullanılmaktadır. Örnekler, terapide ve çeşitli hastalıkların teşhisinde yaygın olarak kullanılan elektrokimyasal yöntemler, kızılötesi (IR) ve ultraviyole (UV) spektroskopisi, lazer ve manyetik rezonans teknikleridir.

Fiziksel kimyanın ana bölümleri geleneksel olarak kabul edilir: 1) kimyasal termodinamik; 2) kinetik teori ve istatistiksel termodinamik; 3) moleküllerin yapısı ve spektroskopi soruları; 4) kimyasal kinetik.

Kimyasal termodinamik.

Kimyasal termodinamik, termodinamiğin - ısı bilimi ve dönüşümleri - kimyasal denge sorununa uygulanmasıyla doğrudan ilgilidir. Problemin özü şu şekilde formüle edilmiştir: Bir reaktifler (sistem) karışımı varsa ve içinde bulunduğu fiziksel koşullar (sıcaklık, basınç, hacim) biliniyorsa, o zaman bu sistemi hangi kendiliğinden kimyasal ve fiziksel süreçler getirebilir? dengeye? Termodinamiğin birinci yasası, ısının bir enerji biçimi olduğunu ve bir sistemin (çevresiyle birlikte) toplam enerjisinin değişmeden kaldığını belirtir. Dolayısıyla, bu yasa, enerjinin korunumu yasasının biçimlerinden biridir. İkinci yasaya göre, kendiliğinden meydana gelen bir süreç, sistemin ve çevresinin toplam entropisinde bir artışa yol açar. Entropi, bir sistemin faydalı işler yapmak için kullanamadığı enerji miktarının bir ölçüsüdür. İkinci yasa, reaksiyonun herhangi bir dış etki olmaksızın gideceği yönü gösterir. Reaksiyonun doğasını (örneğin yönünü) değiştirmek için, bir biçimde veya başka bir şekilde enerji harcamanız gerekir. Bu nedenle, tersinir bir süreçte açığa çıkan ısı veya kimyasal enerjinin dönüştürülmesi sonucunda yapılabilecek iş miktarına katı sınırlar getirir.

Kimyasal termodinamikteki önemli başarıları, önceki neslin birçok araştırmacısının elde ettiği sonuçları tek bir bütün halinde birleştirmeyi mümkün kılan bu bilimin teorik temelini atan J. Gibbs'e borçluyuz. Gibbs tarafından geliştirilen yaklaşım, maddenin mikroskobik yapısı hakkında herhangi bir varsayımda bulunmaz, ancak sistemlerin denge özelliklerini makro düzeyde dikkate alır. Bu nedenle termodinamiğin birinci ve ikinci yasalarının evrensel olduğu ve moleküllerin ve atomların özellikleri hakkında çok daha fazla şey öğrendiğimizde bile geçerli kalacağı düşünülebilir.

Kinetik teori ve istatistiksel termodinamik.

İstatistiksel termodinamik (aynı zamanda kuantum mekaniği), gaz fazındaki bazı reaksiyonlar için denge konumunun tahmin edilmesini sağlar. Kuantum mekaniği yaklaşımının yardımıyla, sıvı ve katı halde bulunan bir dizi maddenin karmaşık moleküllerinin davranışını tanımlamak mümkündür. Ancak, ne kinetik teori çerçevesinde ne de istatistiksel termodinamik yardımıyla hızları hesaplanamayan reaksiyonlar vardır.

Klasik istatistiksel termodinamikte gerçek bir devrim 1970'lerde gerçekleşti. Evrensellik (bazı geniş bileşik sınıflarının üyelerinin aynı özelliklere sahip olduğu fikri) ve benzerlik ilkesi (bilinen kriterlere dayalı olarak bilinmeyen miktarların tahmini) gibi yeni kavramlar, sıvıların kritik değere yakın davranışlarının daha iyi anlaşılmasına yol açmıştır. nokta, sıvı ve gaz arasındaki ayrım. Bir bilgisayar kullanılarak, kritik durumdaki basit (sıvı argon) ve karmaşık (su ve alkol) sıvıların özellikleri simüle edildi. Daha yakın zamanlarda, sıvı helyum (davranışı kuantum mekaniği çerçevesinde mükemmel bir şekilde tanımlanmıştır) ve moleküler sıvılardaki serbest elektronlar gibi sıvıların özellikleri, bilgisayar simülasyonları (SÜPERİLETKENLİK) kullanılarak kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır. Bu, sıradan sıvıların özelliklerinin daha iyi anlaşılmasını sağladı. En son teorik gelişmelerle birleştirilen bilgisayar yöntemleri, çözeltilerin, polimerlerin, misellerin (spesifik kolloidal parçacıklar), proteinlerin ve iyonik çözeltilerin davranışlarını incelemek için yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Fiziksel kimya problemlerini çözmek, özellikle kritik durumdaki sistemlerin bazı özelliklerini tanımlamak ve yüksek enerji fiziği konularını incelemek için, renormalizasyon grubunun matematiksel yöntemi giderek daha fazla kullanılmaktadır.

Moleküllerin yapısı ve spektroskopi.

19. yüzyılın organik kimyagerleri. birçok kimyasal elementin değerliliğini (birleşme yeteneği) belirlemek için basit kurallar geliştirdi. Örneğin, karbonun değerinin 4 (bir karbon atomu, bir metan molekülü CH 4 oluşturmak için dört hidrojen atomu bağlayabilir), oksijen - 2, hidrojen - 1 olduğunu buldular. Deneysel verilere dayanan ampirik fikirlere dayanarak, varsayımlar yapıldı. moleküllerdeki atomların uzaysal düzenlemesi hakkında (örneğin, metan molekülü tetrahedral bir yapıya sahipken, karbon atomu üçgen bir piramidin merkezinde ve hidrojen dört köşesindedir). Bununla birlikte, bu yaklaşım, kimyasal bağların oluşum mekanizmasının ortaya çıkarılmasına ve dolayısıyla moleküllerin boyutunun tahmin edilmesine, atomlar arasındaki tam mesafenin belirlenmesine izin vermedi.

20. yüzyılda geliştirilen spektroskopik yöntemler kullanılarak su moleküllerinin (H 2 O), etanın (C 2 H 6) ve ardından proteinler gibi çok daha karmaşık moleküllerin yapısı belirlendi. Mikrodalga spektroskopisi (EPR, NMR) ve elektron kırınımı yöntemleri, bağ uzunluklarını, aralarındaki açıları (değerlik açıları) ve basit moleküllerdeki atomların karşılıklı düzenini ve X-ışını kırınım analizini - benzer parametreler için - oluşturmayı mümkün kıldı. moleküler kristaller oluşturan daha büyük moleküller. Moleküler yapıların kataloglarının derlenmesi ve basit değerlik kavramlarının kullanılması, yapısal kimyanın temellerini attı (L. Pauling öncüydü) ve moleküler düzeyde karmaşık olayları açıklamak için moleküler modellerin kullanılmasını mümkün kıldı. Moleküllerin belirli bir yapısı yoksa veya kromozomlardaki C–C ve C–H bağlarının parametreleri metan veya etan moleküllerindekinden çok farklıysa, o zaman basit geometrik modellerin yardımıyla, J. Watson ve F. Crick 1950'lerin başında ünlü çift sarmal deoksiribonükleik asit (DNA) modelini inşa edemezdi. IR ve UV spektroskopisi kullanarak moleküllerdeki atomların titreşimlerini inceleyerek, moleküllerin bileşiminde atomları tutan kuvvetlerin doğasını belirlemek mümkün oldu ve bu da molekül içi hareketin varlığı fikrine yol açtı. ve moleküllerin termodinamik özelliklerini incelemeyi mümkün kıldı ( yukarıyı görmek). Bu, kimyasal reaksiyonların hızlarını belirlemeye yönelik ilk adımdı. Ayrıca, UV bölgesindeki spektroskopik çalışmalar, elektronik düzeyde kimyasal bağ oluşum mekanizmasının kurulmasına yardımcı oldu ve bu, reaktanların uyarılmış bir duruma (genellikle eylem altında) geçişi fikrine dayanarak kimyasal reaksiyonları tanımlamayı mümkün kıldı. görünür veya UV ışığı). Bütün bir bilimsel alan bile vardı - fotokimya. Nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi, kimyagerlerin karmaşık kimyasal süreçlerin bireysel aşamalarını incelemesini ve enzim moleküllerindeki aktif merkezleri tanımlamasını mümkün kılmıştır. Bu yöntem aynı zamanda sağlam hücrelerin ve tek tek organların üç boyutlu görüntülerini elde etmeyi mümkün kıldı. FOTOKİMYA.

Değerlik teorisi.

Organik kimyacılar tarafından geliştirilen deneysel değerlik kurallarını, periyodik elementler sistemini ve Rutherford'un atomun gezegensel modelini kullanan G. Lewis, kimyasal bağı anlamanın anahtarının maddenin elektronik yapısı olduğunu buldu. Lewis, farklı atomlara ait elektronların sosyalleşmesi sonucu bir kovalent bağ oluştuğu sonucuna varmıştır; Bunu yaparken, bağlayıcı elektronların kesin olarak tanımlanmış elektron kabukları üzerinde bulunduğu fikrinden yola çıktı. Kuantum teorisi, en genel durumda moleküllerin yapısını ve oluşan kovalent bağların doğasını tahmin etmeyi mümkün kılar.

Kuantum fiziğinin 20. yüzyılın ilk çeyreğinde elde ettiği başarılarla şekillenen maddenin yapısı hakkındaki fikirlerimiz şu şekilde özetlenebilir. Bir atomun yapısı, elektriksel itme (elektronlar arasındaki) ve çekim (elektronlar ve pozitif yüklü bir çekirdek arasındaki) kuvvetlerinin dengesi ile belirlenir. Bir atomun kütlesinin neredeyse tamamı çekirdekte yoğunlaşmıştır ve boyutu, çekirdeğin etrafında dönen elektronların kapladığı alan miktarına göre belirlenir. Moleküller, hızlı hareket eden elektronlar tarafından bir arada tutulan nispeten kararlı çekirdeklerden oluşur, böylece maddelerin tüm kimyasal özellikleri, atomları ve molekülleri oluşturan temel parçacıkların elektriksel etkileşimi açısından açıklanabilir. Böylece, moleküllerin yapısı ve kimyasal bağların oluşumu ile ilgili kuantum mekaniğinin ana hükümleri, maddenin elektronik yapısının, kimyasal bağın doğasının ve atomların ve moleküllerin reaktivitesinin ampirik bir açıklaması için temel oluşturur.

Yüksek hızlı bilgisayarların ortaya çıkmasıyla, küçük çok atomlu moleküllerdeki atomlar arasında etki eden kuvvetleri (düşük ama yeterli bir doğrulukla) hesaplamak mümkün oldu. Bilgisayar simülasyonuna dayanan değerlik teorisi, şu anda deneylerin zor veya zaman alıcı olduğu durumlarda yapıları, kimyasal kuvvetlerin doğasını ve reaksiyonları incelemek için çalışan bir araçtır. Bu, atmosferde ve alevlerde bulunan veya reaksiyon ara ürünleri olarak oluşan serbest radikallerin incelenmesini ifade eder. Bir gün, bilgisayar hesaplamalarına dayalı bir teorinin şu soruyu cevaplayabileceğine dair umut var: kimyasal yapılar, en azından bir yaklaşık olarak, karşılık gelen tahminleri elde ederken, pikosaniye mertebesinde bir zamanda en kararlı durumlarını nasıl "hesaplıyor"? , büyük miktarda makine zamanı gerektirir.

Kimyasal kinetik

kimyasal reaksiyonların mekanizmasının incelenmesi ve hızlarının belirlenmesi ile ilgilenir. Makroskopik düzeyde, reaksiyon, diğerlerinin bir maddeden oluştuğu ardışık dönüşümler olarak temsil edilebilir. Örneğin, görünüşte basit dönüşüm

H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O

aslında birkaç ardışık aşamadan oluşur:

H + O 2 → OH + O

O + H 2 → H O + H

H + O 2 → H O 2

HO 2 + H 2 → H 2 O + OH

ve her biri kendi hız sabiti ile karakterize edilir. k. S. Arrhenius mutlak sıcaklığı önerdi T ve reaksiyon hızı sabiti k oran ile ilgili k = A tecrübe(- E Davranmak)/ RT, nerede FAKAT– üstel faktör (sözde frekans faktörü), E hareket - aktivasyon enerjisi, r gaz sabitidir. ölçmek için k Ve T bir yanda yaklaşık 10-13 saniyelik bir zaman içinde ve diğer yanda on yıllar (hatta bin yıl) boyunca (jeolojik süreçler) meydana gelen olayları izlemek için araçlara ihtiyaç vardır; ayrıca aşırı derecede kararsız reaktiflerin ihmal edilebilir konsantrasyonlarını ölçebilmek de gereklidir. Kimyasal kinetiğin görevi, karmaşık sistemlerde meydana gelen kimyasal süreçlerin tahminini de içerir (biyolojik, jeolojik, atmosferik süreçler, yanma ve kimyasal sentezden bahsediyoruz).

Gaz fazı reaksiyonlarını "saf biçimde" incelemek için moleküler ışınlar yöntemi kullanılır; bu durumda, kesin olarak tanımlanmış kuantum durumlarına sahip moleküller, yine belirli kuantum durumlarında olan ürünlerin oluşumuyla reaksiyona girer. Bu tür deneyler, belirli reaksiyonların gerçekleşmesine neden olan kuvvetler hakkında bilgi sağlar. Örneğin, bir moleküler demet düzeneğinde, CH3I gibi küçük moleküller bile belirli bir şekilde yönlendirilebilir ve iki “farklı” reaksiyondaki çarpışma oranları ölçülebilir:

K + ICH 3 → KI + CH 3

K + CH 3 I → KI + CH 3

burada CH3 grubu, yaklaşan potasyum atomuna göre farklı yönlendirilir.

Fiziksel kimyanın (kimyasal fiziğin yanı sıra) ilgilendiği konulardan biri de reaksiyon hızı sabitlerinin hesaplanmasıdır. Burada 1930'larda geliştirilen, termodinamik ve yapısal parametreleri kullanan geçiş durumu teorisi yaygın olarak kullanılmaktadır. Klasik fizik ve kuantum mekaniği yöntemleriyle birleştirilen bu teori, bir reaksiyonun seyrini, moleküler ışınlarla bir deney koşulları altında meydana geliyormuş gibi simüle etmeyi mümkün kılar. Moleküllerin yok edilmesine ilişkin istatistiksel teorilerin doğruluğunu test etmeyi mümkün kılan belirli kimyasal bağların lazerle uyarılması üzerinde deneyler yapılmaktadır. Kaotik süreçlerin (örneğin türbülans) modern fiziksel ve matematiksel kavramlarını genelleştiren teoriler geliştirilmektedir. Hem molekül içi hem de moleküller arası etkileşimlerin doğasını tam olarak anlamaktan, istenen özelliklere sahip yüzeylerde meydana gelen reaksiyonların mekanizmasını ortaya çıkarmaktan ve katalitik enzim merkezlerinin ve geçiş metal komplekslerinin yapısını oluşturmaktan çok uzak değiliz. Mikroskobik düzeyde, kar taneleri veya dendritler (ağaç yapılı kristaller) gibi karmaşık yapıların oluşum kinetiği üzerinde yapılan çalışmalar not edilebilir, bu da doğrusal olmayan dinamik teorisinin basit modellerine dayanan bilgisayar simülasyonlarının gelişimini teşvik eder; bu, karmaşık sistemlerin yapısını ve gelişimini tanımlamaya yönelik yeni yaklaşımlar yaratmak için umutlar açar.

Fiziksel kimyanın başlangıcı 18. yüzyılın ortalarında atıldı. "Fiziksel kimya" terimi, bilim metodolojisinin modern anlayışında ve bilgi teorisi sorularında, ilk kez St. Petersburg Üniversitesi öğrencilerine "Gerçek Fiziksel Kimya Kursu" nu okuyan MV Lomonosov'a aittir. . Bu derslerin önsözünde şu tanımı veriyor: "Fiziksel kimya, fizik bilimcilerin hükümlerine ve deneylerine dayanarak, karmaşık cisimlerdeki kimyasal işlemler yoluyla olanların nedenini açıklaması gereken bir bilimdir." Parçacık-kinetik ısı teorisinin çalışmalarında bilim adamı, yukarıdaki görevleri ve yöntemleri tam olarak karşılayan konularla ilgilenir. Bu, bu kavramın bireysel hipotezlerini ve hükümlerini doğrulamaya hizmet eden deneysel eylemlerin doğasıdır. M. V. Lomonosov, araştırmasının birçok alanında bu ilkeleri izledi: kendisi tarafından kurulan “cam biliminin” geliştirilmesinde ve pratik uygulamasında, maddenin ve kuvvetin (hareket) korunumu yasasını doğrulamaya yönelik çeşitli deneylerde; - çözüm doktrini ile ilgili çalışmalarda ve deneylerde - günümüze kadar gelişme sürecinde olan bu fiziksel ve kimyasal fenomen hakkında kapsamlı bir araştırma programı geliştirdi.

Bunu yüz yıldan fazla bir ara izledi ve 1850'lerin sonlarında Rusya'daki ilk fizikokimyasal çalışmalardan biri D. I. Mendeleev tarafından başlatıldı.

Fiziksel kimyadaki bir sonraki ders, 1865'te Kharkov Üniversitesi'nde N. N. Beketov tarafından verildi.

Rusya'daki ilk fizikokimya bölümü 1914'te St. Petersburg Üniversitesi Fizik ve Matematik Fakültesi'nde açıldı, sonbaharda DP Konovalov, MS Vrevsky'nin bir öğrencisi, fiziksel kimyada zorunlu ders ve pratik dersleri okumaya başladı. .

Fiziksel kimya üzerine makaleler yayınlamayı amaçlayan ilk bilimsel dergi 1887'de W. Ostwald ve J. van't Hoff tarafından kuruldu.

Fizikokimyanın konusu

Fizikokimya, kuantum mekaniği, istatistiksel fizik ve termodinamik, doğrusal olmayan dinamikler, alan teorisi vb. gibi fiziğin önemli bölümlerinin teorik yöntemlerini kullanan modern kimyanın ana teorik temelidir. Aşağıdakiler dahil, maddenin yapısı doktrinini içerir: moleküllerin yapısı, kimyasal termodinamik, kimyasal kinetik ve kataliz. Fiziksel kimyada ayrı bölümler olarak, elektrokimya, fotokimya, yüzey olaylarının fiziksel kimyası (adsorpsiyon dahil), radyasyon kimyası, metal korozyon teorisi, makromoleküler bileşiklerin fiziksel kimyası (polimer fiziğine bakınız), vb. fiziksel kimyaya bağlıdır ve bazen kolloid kimyası, fiziko-kimyasal analiz ve kuantum kimyasının bağımsız bölümleri olarak kabul edilir. Fizikokimyanın çoğu bölümü, metodolojik özellikler ve kullanılan aygıtlar açısından nesneler ve araştırma yöntemleri açısından oldukça net sınırlara sahiptir.

Fiziksel kimya ve kimyasal fizik arasındaki fark