Физическая химия

Еще в 1752 г. М.В. Ломоносов говорил: "Физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях". Сопоставим это определение с современным: "Наука, объясняющая химические явления и устанавливающая их закономерности на основе общих принципов физики". Как видно, смысл обоих определений один и тот же. Ломоносов правильно предвосхитил содержание современной физической химии, он верно понял, насколько важно использовать физические знания и методы при изучении химии.

В 1752-1753 гг. М.В. Ломоносов впервые читал для студентов курс "Введение в истинную физическую химию", определив предмет и задачи этой науки. Им был установлен один из основных законов физической химии - закон постоянства массы при химических превращениях.

Именно физика постепенно превращала химию из описательной науки в точную. Качественные характеристики вещества и их взаимных превращений все более и более дополнялись количественными.

Развитие физической химии в дальнейшем было связано с исследованиями ученых, изучавших действие тепла и электричества на протекание химических процессов. Изучение выделения или поглощения теплоты в процессе химических реакций положило начало термохимии. Русский ученый Г.И. Гесс сформулировал один из фундаментальных законов физической химии - закон постоянства сумм тепла при химических превращениях.

В 1887 г. немецкий ученый В. Оствальд основал в Лейпцигском университете первую кафедру физической химии и начал издавать первый физико-химический журнал.

В конце XIX в. физическая химия окончательно сформировалась как самостоятельная наука. Она включает в себя целый ряд научных дисциплин.

Американский ученый Дж. Гиббс разработал основы химической термодинамики. Благодаря законам термодинамики ученые получили возможность предсказывать, будет или не будет протекать та или иная химическая реакция. Здесь химия впервые стала широко использовать математический аппарат.

Взаимосвязь химических и электрических явлений установила электрохимия. Разложение воды на водород и кислород действием электрического тока дало начало изучению электролиза. Количественные законы электролиза вывел М. Фарадей. Достижения термохимии и электрохимии лежат в основе многих современных химических производств.

Эти первые направления физической химии во многом помогли исследованию растворов, правильному пониманию их природы и свойств. Предположив, что электролиты в растворах самопроизвольно распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы, С. Аррениус создал теорию электролитической диссоциации.

Химические превращения, которые происходят под действием света, изучает фотохимия. Открытие явления радиоактивности дало возможность исследовать действие радиоактивных излучений на различные вещества. Здесь возникла новая ветвь физической химии - радиационная химия.

Уже давно было замечено, что различные химические реакции протекают с разной скоростью: одни - очень медленно, другие - мгновенно. Понятие скорости химической реакции легло в основу химической кинетики. Оказалось, что скорость реакции зависит от многих факторов - концентрации реагирующих веществ, температуры и др. Существенно влияет на скорость присутствие катализаторов. Ускорение реакции под действием катализаторов составляет суть явления катализа. В наше время катализаторы применяются для множества химических реакций в лабораториях и в промышленности.

Химическая кинетика и катализ составляют основу современного учения о реакционной способности вещества - еще одного обширного раздела физической химии.

Когда была разработана электронная модель строения атома (после открытия электрона), в физической химии наступил принципиально новый этап. Раньше ученые ограничивались лишь изучением непосредственно наблюдаемых химических явлений и процессов, исследованием макроскопических объектов. Теперь же любой химический процесс можно объяснить, принимая во внимание изменение электронных конфигураций реагирующих молекул. Были разработаны электронные теории химической связи, валентности, строения и свойств молекул.

Главная особенность современной физиче-ской химии - широкое применение физических методов исследований, установление детального молекулярного механизма химических реакций. Физическая химия дает теоретическую основу для развития других отраслей химической науки, химической технологии.

Развиваются новые направления этой науки, связанные с изучением химических реакций, которые протекают под влиянием мощных энергетических воздействий (потоки частиц больших энергий, лазерное излучение и др.). Изучаются процессы, происходящие в низкотемпературной плазме (плазмохимия), химия полимеров, электрохимия газов, влияние поверхностных явлений на свойства твердых тел и т.д.