3. Методы физической химии

Кроме многочисленных химических и физических экспериментальных методов, о которых пойдёт речь в дальнейшем изложении курса, в физической химии используются и теоретические методы исследования, среди которых можно выделить:

1. квантово-механический (квантово-химический),

2. термодинамический (в том числе с применением статистической термодинамики),

3. кинетический.

Квантово-механический метод, основанный на современной теории строения атома, находит наибольшее применение в учении о строении молекул, о химической связи, о строении твёрдого тела и жидкости, в исследованиях количественной взаимосвязи “структура - свойство” и “структура - химическая и биологическая активность”

Термодинамический метод базируется на использовании наиболее общих законов природы - принципов термодинамики. Метод основан на феноменологическом подходе, который позволяет фор­му­лировать закономерности физико-химических процессов, не затрагивая их механизма и природы действующих сил. Общая и химическая термодинамика являются основой таких разделов физической химии, как учение о химическом сродстве и химическом равновесии, учение о фазовом равновесии, теория растворов, электрохимия. Статистическая термодинамика основана на применении к рассматриваемой системе, состоящей из очень большого числа частиц, законов теории вероятности. Этот метод используется главным образом в кинетической теории газов.

Достоинством термодинамического метода является то, что при его применении не обязательно знание детального строения и состава исследуемого объекта, а также механизма изучаемого процесса. Вполне достаточным оказывается знание начальных и конечных параметров состояния исследуемой системы. При этом выводы о принципиальной возможности того или иного процесса, о глубине его протекания, о параметрах системы при установившемся равновесии и т. п. могут быть рассчитаны с помощью относительно небольшого числа экспериментально определённых термодинамических данных.

Кинетический метод основан на изучении протекания химических процессов во времени. В отличие от термодинамического метода при кинетических исследованиях требуется детальное знание механизма процесса. Кинетический метод используется при изучении скорости различных химических и биохимических процессов, при выяснении числа и последовательности промежуточных стадий, а также природы образующихся на каждой стадии промежуточных продуктов.

I. Х И М И Ч Е С К А Я Т Е Р М О Д И Н А М И К А

Глава 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕРМОДИНАМИКИ. НУЛЕВОЕ

И первое начала термодинамики

В изучении большинства разделов физической химии мы будем использовать термодинамический метод.

Химическая термодинамика изучает законы, которым подчиняются энергетические превращения, сопровождающие химические процессы, Она позволяет определить возможность, направление и предел протекания химических реакций при различных условиях.

Теоретической базой химической термодинамики являются начала (законы) термодинамики и их следствия, которым придается форма, наиболее удобная для решения химических проблем. Законы термодинамики являются обобщениями многочисленных наблюдений и выполняются независимо от конкретной природы образующих систему тел. Доказательством правильности их является то, что все выводы, к которым они приводят, находят подтверждение на опыте. Поэтому закономерности и соотношения между физическими величинами, к которым приводит термодинамика, имеют универсальный характер. Чтобы подчеркнуть своеобразие законов термодинамики, заключающееся в их всеобщем характере и в том, что они являются постулатами (т. е. не могут быть математически вы­ве­де­ны из каких-либо экспериментальных данных), их принято называть принципами или началами термодинамики.