Физикохимия
Физикохимията е наука за общите закони, определящи строежа и химическите превръщания на веществата при различни външни условия. Изследва химическите явления с помощта на теоретични и експериментални методи на физиката. Използва и прилага принципите, практиката и понятията за движение, енергия, сила, време, термодинамика и динамика. Някои от явленията, които изучава са пластична деформация, повърхностно напрежение и други.
Съдържание |
[редактиране] История на физикохимията
началото на физикохимияа е положено още през XVIII век. Терминът физикохимия е даден от Михаил Ломоносов, който през 1752 г. преподава в Санктпетербургския университет курс по истинска физикохимия (Курс истинной физической химии)[1]. След това следва почти стогодишно прекъсване и едва през 1850 година с физиохимични изследвания започва да се занимава Дмитрий Менделеев. Следващият курс по физикохимия чете Николай Бекетов в Харковския университет през 1865 година. Модерната физикохимия се ражда в периода между 1860 и 1880 година с понятията химична термодинамика, електролити в разтвори и други. Важна стъпка в превръщането ѝ в модерна наука е публикацията през 1876 година на Уилард Гибс „За равновесието на хетерогенни вещества“ (On the Equilibrium of Heterogeneous Substances), която въвежда понятия като свободна енергия на Гибс, химичен потенциал и правило за фазите.[2]
Първото специализирано издание за физикохимия е основано от Вилхелм Оствалд и Якоб Вант Хоф през 1887 г. Заедно със Сванте Август Арениус[3] те стават водещи имена на физикохимията в края на XIX и началото на XX век. Всички те получават Нобелови награди в периода 1901-1909 година.
Развитието през следващите десетилетия включва прилагането на статистическата механика към химични системи и работа по колоиди и химия на повърхността, където Ървинг Лангмюир прави съществени приноси. Друга важна стъпка е развитието на квантовата механика в квантовата химия от 1930-те, където Лайнъс Полинг е едно от водещите имена. Теоретичните разработки вървят ръка за ръка с развитието на експерименталните методи, където използването на различни форми на спектроскопията, като например инфрачервена спектроскопия, микровълнова спектроскопия, електронно-спинов резонанс и ЯМР спектроскопия е едно от най-важните постижения на XX век.
По-нататъшно развитие в областта на физикохимията се дължи на открития в областта на ядрената химия, особено при отделянето на изотопи (преди и по време на Втората световна война), по-скорошните открития в астрохимията[4], както и развитието на изчислителни алгоритми в областта на практически всички физико-химични свойства, като: точка на кипене, критична точка, повърхностното напрежение, налягане на парите - повече от 20, които могат да бъдат точно изчислени от химичната структура, дори ако такава химична молекула все още не съществува.
В България може да се говори за школа по физикохимия от 1925 г. Иван Странски е първият доцент в Катедрата по физикохимия към Физикоматематическия факултет на Софийския университет. Катедрата по физикохимия става водещо научно звено по проблемите на кристалния растеж и фазообразуването. Катедрата се оглавява от Алексей Шелудко през 1960-те години. Той работи в областта на колоидната химия и физикохимията на тънките течни филми и течните повърхности.
[редактиране] Основни понятия
Основните понятия на физикохимия са начините по които се прилага чистата физика за решаване на химични проблеми.
Една от ключовите концепции в областта на химията е, че всички химични съединения могат да бъдат описани като групи от атоми, свързани помежду си и химичните реакции, които могат да бъдат описани като нарушаване на тези връзки. Предсказването на свойствата на химичните съединения от описанието на техните атоми и връзките помежду им е една от основните цели на физикохимията. За да се опишат точно атомите и връзките, е необходимо да се знае както къде са ядрата на атомите, така и как са разпределени електроните около тях[5]. Квантовата химия, която е подраздел на физикохимията, се занимава с прилагането на квантовата механика към химични проблеми и предоставя инструментите за определяне на силата, формата и естеството на връзките, как ядрата се движат и как светлината може да се поглъща или излъчва от едно химично съединение[6]. Спектроскопия също е подраздел на физикохимията, която описва предимно взаимодействието на електромагнитната радиация с материята.
Друг набор от важни въпроси в областта на химията е какви реакции могат да се случат спонтанно и кои свойства са възможни за дадена химична смес, колко може една реакция да продължи, или колко енергия може да се превърне в работа в двигател с вътрешно горене и който осигурява връзката между различни свойства, като например коефициент на топлинно разширение и промяна на скоростта на ентропията с налягането на газ или течност[7]. В ограничена степен, квази-равновесната и неравновесната термодинамика може да опише необратимите процеси и промени[8]. Класическата термодинамика се занимава със системи в равновесие и обратими промени, а не с това, което действително се случва, или колко бързо, далече от равновесие.
Какви реакции се случват и колко бързо е предмет на химичната кинетика, друг клон на физикохимията. Основната идея в химическата кинетика е, че за реагентите да реагират и формират продукти, повечето химични видове трябва да преминат през преходни състояния с по-високи енергии, отколкото на реагентите или продуктите и служат като бариера за реакцията[9]. Като цяло, колкото е по-висока бариерата, толкова по-бавна е реакцията. Втората е, че повечето химични реакции се появяват като последователност от елементарни реакции, всяка със своето преходно състояние[10]. Ключови въпроси при кинетиката включват как скоростта на реакцията зависи от температурата и концентрациите на реагентите и катализаторите, както и как може да се оптимизира скоростта на реакцията и условията на реакцията.
Друго ключово понятие в областта на физикохимията е, че всичко случващо се в смес от милиони или милиарди частици, често може да бъде описано само с няколко променливи, като например налягане, температура и концентрация. Точните причини за това са описани в статистическата механика[11], специалност в рамките на физикохимията, която се споделя и с физиката. Статистическата механика също така предлага начини да се предскажат свойствата, които виждаме във всекидневния живот от молекулярните свойства, без да се разчита на емпирични корелации, базирани на химически прилики.
[редактиране] Раздели на физикохимията
Физикохимията се явява теоретичната основа на химията и включва раздели от квантовата механика, статистическата физика и термодинамика, нелинейната динамика, теорията на полето и др. За раздели на физикохимията се считат електрохимията, квантовата химия и фотохимията, колоидната химия, физикохимия на полимерите и др.
[редактиране] Външни препратки
[редактиране] Източници
- ↑ Alexander Vucinich. Science in Russian culture. Stanford University Press, 1963. ISBN 0804707383. с. 388.
- ↑ Josiah Willard Gibbs, 1876, "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances", Transactions of the Connecticut Academy of Sciences
- ↑ Laidler, Keith. The World of Physical Chemistry. Oxford, Oxford University Press, 1993. ISBN 0198559194. с. 48.
- ↑ Herbst, Eric. Chemistry of Star-Forming Regions. // Journal of Physical Chemistry A 109. May 12, 2005. DOI:10.1021/jp050461c. с. 4017–4029.
- ↑ Atkins, Peter and Friedman, Ronald (2005). Molecular Quantum Mechanics, p. 249. Oxford University Press, New York. ISBN 0199274983.
- ↑ Atkins, Peter and Friedman, Ronald (2005). Molecular Quantum Mechanics, p. 342. Oxford University Press, New York. ISBN 0199274983.
- ↑ Landau, L. D. and Lifshitz, E. M. (1980). Statistical Physics, 3rd Ed. p. 52. Elsevier Butterworth Heinemann, New York. ISBN 0750633727.
- ↑ Hill, Terrell L. (1986). Introduction to Statistical Thermodynamics, p. 1. Dover Publications, New York. ISBN 0486652424.
- ↑ Schmidt, Lanny D. (2005). The Engineering of Chemical Reactions, 2nd Ed. p. 30. Oxford University Press, New York. ISBN 0195169255.
- ↑ Schmidt, Lanny D. (2005). The Engineering of Chemical Reactions, 2nd Ed. p. 25, 32. Oxford University Press, New York. ISBN 0195169255.
- ↑ Chandler, David (1987). Introduction to Modern Statistical Mechanics, p. 54. Oxford University Press, New York. ISBN 9780195042771.
 |
Портал Физика съдържа още много статии |
|
||||||||||||||
