Лекция № 1

1. Предмет, структура и методы физической химии.

1.1. Физическая химия изучает общие вопросы химического строения веще-ства, общие количественные закономерности химического равновесия и химических процессов, а также физических явлений, которые их сопро-вождают.

1.1.1. Термин физическая химия введен М. В. Ломоносовым. «Физическая химия - наука, которая должна на основе положений и опытов физических объяснить причину того, что происходит через химические операции в сложных телах.» Т.е. ФХ изучает связь между физическими и хими-ческими явлениями, физические процессы, которыми сопровождаются химические реакции.

1.1.2. Физическая химия – это теоретическая химия, которая рассматривает общие законы, определяющие химические процессы, а именно направление химических реакций, условия равновесия, протекание во времени, влияние различных факторов на химические реакции. ФХ дает математическое описание химических процессов, что позволяет перевести изучение химических явлений на компьютерную основу.

1.1.3. Физическая химия – основа химической технологии, она позволяет оптимизировать протекание химических реакций, сделать их более экологически безопасными.

1.1.4. Физическая химия изучает строение веществ, связь между структурой и физико-химическими свойствами веществ, т.е. дает основу материаловедения, науки, которая определяет технический прогресс.

5. Физическая химия - основа аналитической химии, т.к. она имеет дело с методами изучения структуры вещества, а, следовательно, его идентификации физическими методами.

2. Основные разделы физической химии

   1. Химическая термодинамика – как часть научной дисциплины общей термодинамики – исследует условия равновесия в физико-химических процессах и химических реакциях..

   2. Строение вещества – теории химической связи и расчетные и экспериментальные методы изучения строения.

   3. Химическая кинетика – протекание во времени и механизмы химических реакций

   4. Электрохимия

1.2.5. Промежуточные, объединяющие разделы:

Статистическая термодинамика

Теория реакционной способности

Термодинамика необратимых процессов

Электрохимическая кинетика

2. Основные понятия химической термодинамики

2.1. Термодинамические системы .

2.1.1. Термодинамическая система – это часть материального мира, отделенная от окружающей среды реальными или воображаемыми границами и являющаяся объектом исследования. Окружающая среда значительно больше по объему, и поэтому изменения в ней незначительны по сравнению с изменением состояния системы. В отличие от механических систем, которые состоят из одного или нескольких тел, термодинамическая система содержит очень большое число частиц, что порождает совершенно новые свойства и требует иных подходов к описанию состояния и поведения таких систем. Термодинамическая система представляет собой макроскопический объект.

2.1.2. Классификация термодинамических систем

2.1.2.1. По составу

Термодинамическая система состоит из компонентов. Компонент - это вещество, которое может быть выделено из системы и существовать вне ее, т.е. компоненты – это независимые вещества.

2.1.2.1.1. Однокомпонентные.

2.1.2.1.2. Двухкомпонентные, или бинарные.

2.1.2.1.3. Трехкомпонентные – тройные.

2.1.2.1.4. Многокомпонентные.

2.1.2.2. По фазовому составу – гомогенные и гетерогенные

2.1.2.2.1. Гомогенные системы имеют одинаковые макроскопические свойства в любой точке системы, прежде всего температуру, давление, концентрацию, а также многие другие, например, показатель преломления, диэлектрическую проницаемость, кристаллическую структуру и др. Гомогенные системы состоят из одной фазы.

Фаза – это однородная часть системы, отделенная от других фаз поверхностью раздела и характеризующаяся своим уравнением состояния. Фаза и агрегатное состояние – перекрывающиеся, но не идентичные понятия. Агрегатных состояний только 4 , фаз может быть гораздо больше.

2.1.2.2.2. Гетерогенные системы состоят минимум из двух фаз.

2.1.2.3. По типам связей с окружающей средой (по возможностям обмена с окружающей средой)

2.1.2.3.1. Изолированная система не обменивается с окружающей ни энергией, ни веществом. Это идеализированная система, которую, в принципе нельзя экспериментально изучать.

2.1.2.3.2. Закрытая система может обмениваться с окружающей средой энергией, но не обменивается веществом.

2.1.2.3.3. Открытая система обменивается и энергией, и веществом