1. Предмет, задачи физической и коллоидной химии. Роль отечественных ученых в развитии физической и коллоидной химии. Её значение в биологических и с/х науках

Физическая химия – наука о закономерностях химических процессов и химичесих явлений.

Объясняет эти явления на основе фундаментальных положений – физика, и стремится к количественному описанию химических процессов.

Задачи:

- строение и свойство вещества, и составляющих его частиц;

- изучение процессов взаимодействия веществ;

- установление связи между строением вещества и его реакционной способностью.

Основоположник – М.В.Ломоносов(1711-1765гг), он предложил название, цели и задачи, создал 1й учебник и практикум, сформулировал основные законы физической химии.

Т. Грэм и И. Г. Борщов – основатели коллоидной химии.

Особое значение физ.химии – формирование у студентов диалектико-материалистического мировоззрения, которое обеспечит наиболее правильное понимание новых научных фактов и помогает естествоиспытателю выработать правильный взгляд в новой, еще мало исследованной области зрения.

Изучение физической и коллоидной химии дает возможность получить более глубокие знания об окружающем мире и, в частности, позволяет на более высоком уровне решать проблемы, связанные с развитием научных основ ведения сельского хозяйства. Физико-химический подход позволяет понимать процессы, идущие в такой сложной системе, как почва, улучшать производство новых удобрений, внедрять более эффективные методы разработки и вводить химические средства борьбы с вредителями и болезнями растений. Исследования фотохимических реакций, столь блестяще начатые К. А. Тимирязевым, позволяют глубже понять сущность сложных процессов фотосинтеза.

2. Агрегатные состояния вещества. Характеристика твердого, жидкого и газообразного состояния. Законы идеальных газов. Понятие о плазме.

Агрега́тное состоя́ние вещества — состояние одного и того же вещества в определённом интервале температур и давлений, характеризующееся определёнными, неизменными в пределах указанных интервалов, качественными свойствами:

-способностью (твёрдое тело) или неспособностью (жидкость, газ, плазма) сохранять объём и форму,

-наличием или отсутствием дальнего (твёрдое тело) и ближнего порядка(жидкость), и другими свойствами.

Изменение состояния может изменением свободной энергии, энтропии,  плотности и других физических величин.

Твердое состояние. В твёрдом состоянии вещество сохраняет как форму, так и объём. При низких температурах все вещества замерзают — превращаются в твёрдые тела. Температура затвердевания может быть несколько повышена при увеличении давления. Твёрдые тела делятся на кристаллические и аморфные.

В кристаллах средние положения атомов или молекул строго упорядочены. Кристаллы характеризуются пространственной периодичностью в расположении равновесных положений атомов, которая достигается наличием дальнего порядка и носит название кристаллической решётки. Естественная форма кристаллов — правильные многогранники.

В аморфных телах атомы колеблются вокруг хаотически расположенных точек, у них отсутствует дальний порядок, но сохраняется ближний, при котором молекулы расположены согласованно на расстоянии, сравнимом с их размерами. Аморфное тело находится в метастабильном состоянии и с течением времени должно перейти в кристаллическое состояние, однако время кристаллизации часто столь велико, что метастабильность вовсе не проявляется. Аморфное тело можно рассматривать как жидкость с очень большой (часто бесконечно большой) вязкостью.

Жидкое состояние — одно из агрегатных состояний вещества. Основным свойством жидкости, отличающим её от других агрегатных состояний, является способность неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём.

Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом: газ не сохраняет ни объём, ни форму, а твёрдое тело сохраняет и то, и другое.

При температурах, близких к температурам кипения, свойства жидкостей приближаются к свойствам газов; при температурах, близких к температурам плавления, свойства жидкостей приближаются к свойствам твер­дых веществ.

Форма жидких тел может полностью или отчасти определяться тем, что их поверхность ведёт себя как упругая мембрана. Так, вода может собираться в капли. Но жидкость способна течь даже под своей неподвижной поверхностью, и это тоже означает несохранение формы (внутренних частей жидкого тела).

Молекулы жидкости не имеют определённого положения, но в то же время им недоступна полная свобода перемещений. Между ними существует притяжение, достаточно сильное, чтобы удержать их на близком расстоянии.

Вещество в жидком состоянии существует в определённом интервале температур, ниже которого переходит в твердое состояние (происходит кристаллизация либо превращение в твердотельное аморфное состояние — стекло), выше — в газообразное (происходит испарение). Границы этого интервала зависят от давления.

Газообразное состояние характерно тем, что оно не сохраняет ни форму, ни объём. Газ заполняет всё доступное пространство и проникает в любые его закоулки. Это состояние, свойственное веществам с малой плотностью.

Переход из жидкого в газообразное состояние называют испарением, а противоположный ему переход из газообразного состояния в жидкое — конденсацией. Переход из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкое, называют сублимацией или возгонкой.

С микроскопической точки зрения газ — это состояние вещества, в котором его отдельные молекулы взаимодействуют слабо и движутся хаотически. Взаимодействие между ними сводится к спорадическим столкновениям. Кинетическая энергия молекул превышает потенциальную.

Подобно жидкостям, газы обладают текучестью и сопротивляются деформации. В отличие от жидкостей, газы не имеют фиксированного объёма и не образуют свободной поверхности, а стремятся заполнить весь доступный объём (например, сосуда). По химическим свойствам газы и их смеси весьма разнообразны — от малоактивных инертных газов до взрывчатых газовых смесей. Понятие «газ» иногда распространяют не только на совокупности атомов и молекул, но и на совокупности других частиц — фотонов, электронов, броуновских частиц, а также плазму. Не существует различных газообразных термодинамических фаз одного вещества.

Газам свойственна изотропия, то есть независимость характеристик от направления. Газообразное состояние вещества в условиях, когда возможно существование устойчивой жидкой или твёрдой фазы этого же вещества, обычно называется паром.

Четвёртым агрегатным состоянием вещества часто называют плазму. Плазма является частично или полностью ионизированным газом и в равновесном состоянии обычно возникает при высокой температуре, от нескольких тысяч кельвинов и выше. В земных условиях плазма образуется в газовых разрядах. В общем, её свойства напоминают свойства газообразного состояния вещества, за исключением того факта, что для плазмы принципиальную роль играет электродинамика, то есть равноправным с ионами и электронами составляющей плазмы является электромагнитное поле.

Плазма — самое распространённое во Вселенной агрегатное состояние вещества. В этом состоянии находится вещество звёзд и вещество, наполняющее межпланетное, межзвёздноеи межгалактическое пространство. Большая часть барионного вещества (по массе около 99,9 %) во Вселенной находится в состоянии плазмы.