Введение

Химические реакции связаны с разнообразными физическими явлениями: выделением и поглощением теплоты, изменением объема, испусканием света, электрическими явлениями и т.д. В химических реакциях всегда осуществляется тесная связь физических и химических явлений, изучение этой взаимосвязи – основная задача физической химии.

Физическая химия – это наука о взаимосвязи физических и химических явлений. Физическая химия, опираясь на фундаментальные законы физики и используя результаты физико-химических экспериментов, исследует свойства вещества и химические реакции в совокупности с сопутствующими им физическими явлениями. Она также изучает влияние внешних воздействий на свойства веществ, на химические и фазовые равновесия, скорость протекания химических реакций.

Главное внимание в физической химии уделяется установлению закономерностей протекания химических процессов: возможности их осуществления, направления, механизма, скорости и конечных результатов при различных условиях. Установление таких закономерностей в конечном итоге позволяет прогнозировать ход химического процесса и управлять им, т.е. обеспечивать наиболее полное и быстрое его проведение.

Рассмотрим пример. Синтез аммиака ведется при высоком давлении в присутствии катализатора согласно реакции:

N₂ + 3H₂ 2NH₃

Если данную реакцию проводить при давлении р = 850 атм, то содержание NH₃ в реакционной смеси составляет 30 %. Если же давление повысить до 1700 атм, то выход аммиака повышается до 50 %. Таким образом, при изменении лишь одного физического параметра выход конечного продукта повышается почти в два раза.

Температура, как известно, оказывает существенное влияние на скорость реакции (при повышении температуры на каждые 10 ºС скорость реакции увеличивается в 2 – 4 раза). Однако для некоторых процессов повышение температуры наряду с увеличением скорости может привести к уменьшению выхода продуктов реакции.

Таким образом, изменяя различные физические параметры, можно управлять процессом и подбирать оптимальные условия его проведения.

Возникновение физической химии относится к середине XVIII в. и связано с именем великого русского ученого М.В. Ломоносова. В 1752 г. он написал «Введение в истинную физическую химию», в котором дал близкое к современному определение ее предметной области: «Физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики, то, что происходит в сложных телах при химических операциях».

Физическая химия является теоретической основой современных технологий.

Раздел I. Основы химической термодинамики

Термодинамика – Наука о взаимном превращении одних видов энергии в другие.

Различают общую, техническую и химическую термодинамику.

Общая термодинамика рассматривает теоретические основы всех направлений термодинамики.

В технической термодинамике рассматриваются взаимные превращения теплоты и работы применительно, главным образом, к конструированию и эксплуатации тепловых двигателей.

Химическая термодинамика – раздел физической химии, в котором термодинамические методы применяются для анализа химических и физико-химических процессов – химических реакций, фазовых переходов, явлений в растворах и т.п.