- •Физическая химия § 1. Предмет физической химии. Её значение
- •§ 2. Краткий очерк истории развития физической химии
- •§ 3. Разделы физической химии. Методы исследования
- •Глава I. Первый закон термодинамики § 1. Энергия. Закон сохранения и превращения энергии
- •§ 2. Предмет, метод и границы термодинамики
- •§ 3. Теплота и работа
- •§ 4. Эквивалентность теплоты и работы
- •§ 5. Внутренняя энергия
- •§6. Первый закон термодинамики
- •§ 7. Уравнения состояния
- •§ 8. Работа различных процессов
- •§ 9. Теплоемкость. Вычисление теплоты различных процессов
- •§ 10. Калорические коэффициенты
- •§ 11. Применение первого закона термодинамики к идеальному газу.
- •§ 12. Адиабатические процессы в газах.
- •§ 13. Энтальпия
- •§ 14. Химическая переменная. Формулировка первого закона термодинамики для процессов, сопровождающихся химическими и фазовыми превращениями.
- •§ 15.Термохимия. Закон Гесса.
- •§ 16. Зависимость теплового эффекта от температуры. Уравнение Кирхгофа.
- •Глава II. Второй закон термодинамики § 1. Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы
- •§ 2. Второй закон термодинамики
- •§ 3. Методы расчета изменения энтропии
- •§ 4. Постулат Планка.
- •§ 5. Абсолютные значения энтропии
- •§ 6. Стандартная энтропия. Изменение энтропии при протекании химической реакции.
- •§ 7. Статистическая интерпретация энтропии.
- •Глава III. Энергия гельмгольца. Энергия гиббса. Приложения второго закона термодинамики § 1. Энергия Гельмгольца
- •§ 2. Энергия Гиббса
- •§ 3. Характеристические функции. Фундаментальные (канонические) уравнения состояния.
- •§ 4. Соотношения Максвелла.
- •§ 5. Уравнение Гиббса-Гельмгольца
- •§ 6. Энергия Гиббса смеси идеальных газов. Химический потенциал.
- •Глава IV. Применение энергии гиббса к изучению фазовых равновесий.
- •§ 1. Фазовые переходы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.
- •§ 2. Фазовые переходы первого рода. Плавление. Испарение.
- •§ 3. Фазовые переходы второго рода.
- •§ 4. Зависимость давления насыщенного пара от температуры.
- •§ 5. Общие условия фазового равновесия. Правило фаз Гиббса.
- •§ 6. Применение правила фаз Гиббса к однокомпонентным системам. Диаграммы состояния воды и серы.
- •Глава V. Учение о химическом равновесии.
- •§ 1. Закон действующих масс. Константа равновесия для газофазных реакций.
- •§ 2. Уравнение изотермы химической реакции.
- •§ 3. Представление о химическом сродстве.
- •§ 4. Использование закона действующих масс для расчета состава равновесных смесей.
- •§ 5. Гетерогенные химические равновесия.
- •§ 6. Влияние температуры на химическое равновесие. Уравнение изобары реакции.
- •§ 7. Принцип Ле Шателье – Брауна.
- •§ 8. Тепловая теорема Нернста.
- •§ 9. Химическое равновесие в неидеальных системах.
- •§ 10. Методы расчета коэффициента летучести.
- •§ 10. Зависимость энтальпии веществ и тепловых эффектов химических реакций от давления.
Физическая химия § 1. Предмет физической химии. Её значение
Взаимосвязь химических и физических явлений изучает физическая химия. Эта отрасль химии является пограничной между химией и физикой. Пользуясь теоретическими и экспериментальными методами обеих наук, а также своими собственными методами, физическая химия занимается многосторонним исследованием химических реакций и сопутствующих им физических процессов. Поскольку, однако, даже многостороннее исследование никогда не является полным и не охватывает явление исчерпывающим образом, постольку законы и закономерности физической химии, как и других естественных наук, всегда упрощают явление и не отражают его полностью.
Быстрое развитие и растущее значение физической химии связаны с её пограничным положением между физикой и химией. Основная общая задача физической химии – предсказание хода процесса и конечного результата (состояния равновесия) в различных условиях на основании данных о строении и свойствах веществ, составляющих изучаемую систему.
§ 2. Краткий очерк истории развития физической химии
Термин «физическая химия» и определение этой науки впервые были даны М.В.Ломоносовым, который в 1752-1754 гг. читал студентам Академии наук курс физической химии и оставил рукопись этого курса «Введение в истинную физическую химию» (1752). Ломоносов выполнил многие исследования, темы которых соответствуют составленному им «Плану к курсу физической химии» (1752) и программе экспериментальных работ «Опыт физической химии» (1754). Под его руководством проводился также студенческий практикум по физической химии.
Ломоносов дал следующее определение физической химии: «Физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях». Это определение близко к современному.
Для развития физической химии огромное значение имело открытие двух законов термодинамики в середине XIX века (С.Карно, Ю.Р.Майер, Г.Гельмгольц, Д.П.Джоуль, Р.Клаузиус, В.Томсон).
Количество и разнообразие исследований, лежащих в области, пограничной между физикой и химией, постоянно возрастало в XIX веке. Было развито термодинамическое учение о химическом равновесии (К.М.Гульдберг, П.Вааге, Д.У.Гиббс). Исследования Л.Ф.Вильгельми положили начало изучению скоростей химических реакций (химическая кинетика). Исследовался перенос электричества в растворах (И.В.Гитторф, Ф.В.Г.Кольрауш), изучались законы равновесия растворов с паром (Д.П.Коновалов) и развивалась теория растворов (Д.И.Менделеев).
В 1860 г. курс физической химии начал читать русский учёный Н.Н.Бекетов в Харьковском университете.
Признание физической химии как самостоятельной науки и учебной дисциплины выразилось в учреждении в Лейпцигском университете (Германия) в 1887 году первой кафедры физической химии во главе с В.Оствальдом и в основании там же первого научного журнала по физической химии. В конце XIX века Лейпцигский университет был центром развития физической химии, а ведущими физико-химиками являлись В.Оствальд, Я.Х.Вант-Гофф, С.Аррениус и В.Нернст. К этому времени определились три основных раздела физической химии – химическая термодинамика, химическая кинетика и электрохимия.
К важнейшим направлениям науки, развитие которых является необходимым условием технического прогресса, относится исследование химических процессов; физической химии принадлежит ведущая роль в развитии этой проблемы.