Московский Институт Электронной Техники

Технический Университет.

Конспект лекций

по дисциплине Физическая химия.

Студенты: Бекетов Николай Георгиевич

Лектор: Павлова Лидия Михайловна

Москва 2001

Лекция 1.

Предмет ФХ. Краткая история развития. Основные разделы и методы.

ФХ является фундаментальной дисциплиной, которая занимает центральное место в образовании.

ФХ изучает законы, управляющие химическими процессами на основе принципов физики и с использованием экспериментальных результатов. Зная эти законы можно расчетным путем находить наиболее благоприятные пути течения технологических процессов и управлять ими. В настоящие время ФХ приобрела огромное значение как одна из базовых дисциплин, на основе которой развиваются многие технологические процессы современного производства. На основе ФХ развиваются микроэлектроника и радиоэлектроника.

Принято считать датой рождения ФХ 1887г, когда Оствальдом и Ваигофом был издан первый номер журнала ФХ. Есть сведения, что ФХ, возникла в конце XVI века – основатель Юрий Иванович Соловьев, но еще раньше Ломаносов.

Опр. ФХ по Ломоносову: ФХ есть наука, объясняющая на основании положения и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях.

В 1893г Вальтер Нернст – первый труд по ФХ «Теоретическая химия на основе правила Авогадро и термодинамики».

В XIXв. было проведено большое количество разнообразных исследований в области ФХ. Открыты адсорбция газов, адсорбция из растворов, каталитические реакции, катализ.

В исследованиях по гальваническим элементам, электролизу, прохождения тока в электролитах, был заложен новый раздел ФХ – электрохимия.

Большое значение для ФХ имеют первый и второй законы термодинамики (середина XIX века). Учение о термодинамическом равновесии – основатель Виллард Тиббс.

Разделы ФХ

1. Химическая термодинамика

2. Химическая кинетика

3. Электрохимия

В XXв. на первый план выступили исследования строения молекул и кристаллов, появился новый метод исследования - квантовая и статическая механика.

Квантовая механика: 1926 г, с ее помощью раскрыта природа ковалентной связи в веществах.

Разделы современной ФХ

Формальная кинетика – уравнения, определяющие константу скоростей в разных реакциях.

Практические реакции –катализ, цепные и фотохимические реакции.

Строение вещества – раздел, изучающий строения атомов и молекул, природу химической связи, строение и свойства веществ в различных агрегатных состояниях.

Химическая термодинамика – раздел, который на основе общих законов термодинамики изучает возможность и направление протекания химических процессов и их энергию. С помощью химической термодинамики отвечают на вопрос: “Когда и при каких условиях возможен данный химический процесс, нужна ли для его протекания энергия или она выделяется”, оценивается степень превращения веществ.

Химическая кинетика –раздел изучающий скорости химических реакций и их зависимость от различных условий.

Электрохимия – раздел, изучающий взаимосвязь физических процессов в растворе с химическими явлениями.

Адсорбция и поверхностные явления – катализ, коррозия, адсорбция и другие явления.

Основные методы ФХ.

ФХ пользуется тремя физическими методами теоретического обобщения:

1. квантово-механический

2. статическая физика

3. термодинамический

Каждый метод имеет свою область применения и самостоятельную ценность, но для полного описания явления и решения задачи они нужны все.

1. Различие поведения тел в различных условиях заложено в различии строения атомов и молекул. Законы классической физики (механики) – это приближение, они достаточны для тел с массой много больше атомной, классические законы непригодны для описания внутримолекулярных и внутриатомных процессов, движение атомов и молекул должно описываться квантовой механикой. Изучение свойств молекул выделяют в раздел - квантовая химия, она изучает структуру и свойства молекул, расчет энергии химической связи, химическое равновесие, скорости химических реакций.

2. приложение статической механики к химической термодинамики. Химические системы это сложные объекты, состоящие из большого числа частиц – атомов и молекул, двигаются хаотически, скопления частиц имеет свои специфические законы движения, которые дополняют движение каждой частицы.

Статические законы позволяют перейти от свойств отдельной частицы к описанию системы в целом.

3. Наиболее мощный метод. Охватывает все разделы ФХ. Это противопоставление второму методу. Метод построен на использовании основных постулатов термодинамики.

Применение термодинамического метода не требует знания механизма процесса, а для статической физики это необходимо. Термодинамические расчеты более просты, чем статические.