МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДКГИПТ и Э (филиал) ФГБОУ ВО «Московский государственный университет

технологий и управления им. К.Г. Разумовского (Первый казачий университет)»

Кафедра химии и биологии

Э.А. Бинеев

Физическая и коллоидная химия

Конспект лекций

Ростов-на-Дону

2014

Введение

Химические реакции связаны с разнообразными физическими процессами: теплопередачей, поглощением или выделением теплоты, поглощением или выделением света, электрическими явлениями, изменением объёма и т.д. В химических реакциях тесно связаны химические и физические явления, изучение этой взаимосвязи – основная задача физической химии.

Главное внимание в физической химии уделяется исследованию законов протекания химических процессов, состояния химического равновесия, изучению строения и свойств молекул, что позволяет решать основную задачу физхимии – предсказание хода химического процесса и конечного результата и даёт возможность управлять химическим процессом, т.е. обеспечить наиболее быстрое и полное проведение реакции. Поэтому основу химической технологии (и пищевой в частности) составляет физико-химия процесса и поиски оптимальных физико-химических условий его осуществления.

К началу XX века физхимия определилась как наука, изучающая строение вещества, химическую термодинамику, включая термохимию и учение о равновесиях, растворы, химическую кинетику и электрохимию. Они и составляют основные разделы физической химии.

Строение вещества изучается с помощью методов квантовой химии, которые позволяют рассчитывать свойства молекул и энергетическую поверхность реакции и, таким образом, теоретически предвидеть свойства материалов и условия протекания химических процессов. Большие расчётные трудности позволяют пока делать такие расчёты только для простейших молекул и реакций.

Химическая термодинамика на основе сведений об изменении термодинамических функций для ограниченного числа реакций позволяет предсказывать возможность протекания многих реакций. Статистическая термодинамика на основе спектрохимических данных позволяет рассчитывать многие термодинамические функции для таких предсказаний.

Термодинамическая теория фазовых равновесий и растворов позволяет на основе опытных данных по диаграммам состояния теоретически предвидеть и рассчитать условия для получения нужных продуктов путём испарения, кристаллизации, экстракции и других фазовых переходов.

Химическая кинетика позволяет предсказывать скорость химических процессов. Для этого нужно знать механизм процесса, т.е. протекание сложных реакций по стадиям. Создание математической теории химического процесса является в настоящее время необходимым условием для проектирования химических реакторов. Отсутствие таких сведений о механизме многих сложных реакций затрудняет предсказание их скорости и условий осуществления на практике.

В электрохимии одним из реагентов является электрон, подводимый в зону реакции с помощью электрического тока, что позволяет создать ряд специфических технологий. На основе методов электрохимии – кондуктометрии и потенциометрии - создан ряд полезных методов исследования и анализа материалов.

В настоящее время физическая химия – самостоятельная дисциплина со своими методами исследования, являющаяся теоретической базой прикладных химико-технологических дисциплин. Она основывается на применении методов квантовой химии, термодинамики и химической кинетики.