Физическая химия. 2

Муниципальное общеобразовательное  учреждение

Волховская средняя общеобразовательная  школа№5

 

 

                 Реферат

      Физическая химия

 

 

 

 

 

Выполнил:

Ученик 10 класса

Верещагин Никита Михайлович                    

Научный руководитель:

Дахова  Людмила Николаевна            

 

 

 

 

 

 

Оглавление

Введение ...…………………………………………. 3

История физической химии  ...…………………….. 4

Предмет изучения ...……………………………….. 7

Различие между физической химией

и химической физикой ...…………………………...19

Разделы физической химии ...…………………….. 20

Примечание ...……………………………………...  22

Заключение ...……………………………………....  23

Список литературы ...……………………………...  24

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Цель  реферата:

Определение и основные понятия физической химии.

 

 

Почему  выбрал эту тему:

-затрагивает  много тем физики и химии

-расширяет  круг знаний

-на  данный момент одна из самых  актуальных тем 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физическая  химия — наука об общих законах физики и химии. Исследует химические явления с помощью теоретических и экспериментальных методов химии и физики.

 

 

 

История физической химии

Начало физической химии  было положено в середине XVIII века. Термин «Физическая химия», в современном  понимании методологии науки  и вопросов теории познания, принадлежит  М. В. Ломоносову, который в 1752 впервые  читал студентам Петербургского университета «Курс истинной физической химии». В преамбуле к этим лекциям  он даёт такое определение: «Физическая  химия — наука, которая должна на основании положений и опытов физических объяснить причину того, что происходит через химические операции в сложных телах». Учёный в трудах своей корпускулярно-кинетической теории тепла касается вопросов, в  полной мере отвечающих вышеизложенным задачам и методам. Именно такой  характер носят и экспериментальные  действия, служащие подтверждению отдельных  гипотез и положений настоящей  концепции. М. В. Ломоносов следовал таким принципам во многих направлениях своих исследований: в разработке и практической реализации основанной им же «науки о стекле», в различных  опытах, посвящённых подтверждению  закона сохранения вещества и силы (движения); — в работах и экспериментах, имеющих отношение к учению о  растворах — им была разработана  обширная программа исследований настоящего физико-химического феномена, находящаяся  в процессе развития до настоящего времени.

Затем последовал более чем  столетний перерыв и одним  из первых в России физико-химические исследования в конце 1850-х годов  начал Д. И. Менделеев.

Д. И. Менделеев — автор  фундаментальных исследований по химии, физике, метрологии, метеорологии, экономике, основополагающих трудов по воздухоплаванию, сельскому хозяйству, химической технологии, народному просвещению и других работ, тесно связанных с потребностями  развития производительных сил России.

16 декабря 1860 года он  пишет из Гейдельберга попечителю  Санкт-Петербургского учебного округа  И. Д. Делянову: «…главный предмет  моих занятий есть физическая  химия»

Д. И. Менделеев является автором  первого русского учебника «Органическая  химия» (1861 год).

Следующий курс физической химии  читал уже Н. Н. Бекетов в Харьковском  университете в 1865 году.

Первая в России кафедра  физической химии была открыта в 1914 году на физико-математическом факультете Санкт-Петербургского университета — осенью приступил к чтению обязательного курса и практическим занятиям по физической химии ученик Д. П. Коновалова М. С. Вревский.

Дмитрий Петрович Коновалов  —  (10 (22) марта 1856, село Ивановцы Екатеринославской  губернии (ныне Днепропетровская область) — 6 января 1929, Ленинград) — русский, советский химик, метролог, специалист в области физической химии, термохимии и калориметрии, оказавший огромное влияние на развитие химической науки  в целом, — на становление и  развитие промышленности России, один из основоположников учения о растворах, химической термодинамики, общественный и государственный деятель, действительный член АН СССР (1923).

Михаил Степанович Вревский — (31 января (12 февраля) 1871, с. Голубово Псковской губернии — 29 мая 1929, Ленинград) — русский советский физикохимик, член-корреспондент АН СССР (1929 отделение физико-математических наук: разряд химических наук). Законы М. С. Вревского явились существенным вкладом в развитие химической термодинамики и теории растворов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предмет изучения

Физическая химия является основным теоретическим фундаментом  современной химии, использующим теоретические  методы таких важнейших разделов физики, как:

• Квантовая механика — раздел теоретической физики, описывающий квантовые системы и законы их движения.

Теоретическая физика — способ познания природы, при котором тому или иному  кругу природных явлений сопоставляется какая-либо математическая модель.

 

• Статистическая физика — это раздел теоретической физики, посвященный изучению систем с произвольным (часто — бесконечным или несчетным) числом степеней свободы. Изучаемые системы могут быть как классическими, так и квантовыми.
• Термодинамика — раздел физики, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. В отдельные дисциплины выделились химическая термодинамика, изучающая физико-химические превращения, связанные с выделением или поглощением тепла, а также теплотехника.
• Нелинейная динамика — междисциплинарная наука, в которой изучаются свойства нелинейных динамических систем.
• Теория поля и др.

Она включает учение о строении вещества, в том числе:

• Строение молекул
• Химическая термодинамика — раздел физической химии, изучающий процессы взаимодействия веществ методами термодинамики.

Основными направлениями  химической термодинамики являются:

1. Классическая химическая термодинамика, изучающая термодинамическое равновесие вообще
2. Термохимия, изучающая тепловые эффекты, сопровождающие химические реакции
3. Теория растворов, моделирующую термодинамические свойства вещества исходя из представлений о молекулярном строении и данных о межмолекулярном взаимодействии

                 Химическая термодинамика тесно  соприкасается с такими разделами  химии, как:

1. Аналитическая химия — раздел химии, изучающий химический состав и структуру веществ. Предмет её как науки — совершенствование существующих и разработка новых методов анализа, их практическое применение, исследование теоретических основ аналитических методов. Аналитическая химия подразделяется на качественный анализ, нацеленный на определение того, что или какие вещества, в какой форме находится в образце, и количественный анализ, нацеленный на определение, сколько данного вещества (элементов, ионов, молекулярных форм и др.) находится в образце. Определение элементного состава материальных объектов называют элементным анализом. Установление строения химических соединений и их смесей на молекулярном уровне называют молекулярным анализом. Одним из видов молекулярного анализа химических соединений является структурный анализ, направленный на исследование пространственного атомного строения веществ, установление эмпирических формул, молекулярных масс и др. В задачи аналитической химии входит определение характеристик органических, неорганических и биохимических объектов. Анализ органических соединений по функциональным группам называют функциональным анализом.

Классификация Методов Аналитической Химии:

• Методы элементарного анализа
• Рентгеноспектральный анализ (рентгено-флуоресцентный) — инструментальный метод элементного анализа, основанный на изучении спектра рентгеновских лучей прошедших сквозь образец или испущенных им
• Нейтронно-активационный анализ (радиоактивационный анализ) — метод анализа вещества по характеру излучения радиоактивных изотопов, образующихся при бомбардировке исследуемого вещества ядерными частицами большой энергии.
• Электронная Оже-спектрометрия (ЭОС)  (эффект Оже).
• Аналитическая атомная спектрометрия — совокупность методов, основанных на преобразовании анализируемых проб в состояние отдельных свободных атомов, концентрации которых затем измеряются спектроскопически.
• Другие методы анализа
• Титриметрический анализ (титрование) — методы количественного анализа в аналитической и фармацевтической химии, основанные на измерении объема раствора реактива известной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом.
• Кулонометрия — один из электрохимических методов анализа, применяется в аналитической химии, объединяет методы анализа, основанные на измерении количества вещества, выделяющегося на электроде в процессе электрохимической реакции в соответствии с законами Фарадея.
• Колориметрия — метод химического анализа, основанный на определении концентрации вещества по интенсивности окраски растворов (более точно — по поглощению света растворами).
• Капельный анализ — метод качественного или полуколичественного химического анализа, когда исследуемый раствор и реагенты берут в количестве нескольких капель.
• Спектрофотометрия (обычно абсорбционная) — физико-химический метод исследования растворов и твёрдых веществ, основанный на изучении спектров поглощения в ультрафиолетовой (200—400 нм), видимой (400—760 нм) и инфракрасной (>760 нм) областях спектра.
• Хроматография — динамический сорбционный метод разделения и анализа смесей веществ, а также изучения физико-химических свойств веществ.

2. Электрохимия — раздел химической науки, в котором рассматриваются системы и межфазные границы при протекании через них электрического тока, исследуются процессы в проводниках, на электродах (из металлов или полупроводников, включая графит) и в ионных проводниках (электролитах). Электрохимия исследует процессы окисления и восстановления, протекающие на пространственно-разделённых электродах, перенос ионов и электронов. Прямой перенос заряда с молекулы на молекулу в электрохимии не рассматривается.

Советская школа электрохимиков:

• А. Н. Фрумкин
• А. И. Левин
• Л. И. Антропов
• Б. Б. Дамаскин
• А. А. Лыкасов
• А. Н. Барабошкин

                                   Разделы Электрохимии:

• Теоретическая
• Теория электролитов
• Электролитическая диссоциация — процесс распада электролита на ионы при растворении его в полярном растворителе или при плавлении.
• Диффузия — процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму.
• Расплавы  — жидкое расплавленное состояние веществ при температурах, в определённых границах удалённых от критической точки плавления и расположенных между температурами плавления и кипения.
• Электрохимия гетерогенных систем
• Адсорбция — это повышение концентрации одного вещества (газ, жидкость) у поверхности другого вещества (жидкость, твердое тело).
• Прикладная
• Химический источник тока (аббр. ХИТ) — источник ЭДС, в котором энергия протекающих в нём химических реакций непосредственно превращается в электрическую энергию.
• Гальванотехника — отдел прикладной электрохимии, который включает гальваностегию и гальванопластику. Гальванопластика — получение сравнительно толстого слоя металлических осадков на поверхности какого-либо предмета. Гальваностегия — электролитическое осаждение тонкого слоя металла на поверхности какого-либо металлического предмета для защиты его от коррозии, повышения износоустойчивости, предохранения от цементации, в декоративных целях и т. д.
3. Коллоидная химия — это наука «на стыке» химии, физики, биологии. Особое междисциплинарное положение коллоидной химии подчёркивается тем, что в зарубежной литературе часто используют название «коллоидная наука»

Основные направления современной  коллоидной химии:

• Термодинамика поверхностных явлений.
• Изучение адсорбции ПАВ. (Поверхностно-активные вещества — химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения)
• Изучение образования и устойчивости дисперсных систем, их молекулярно-кинетических, оптических и электрических свойств. (Дисперсная система — это образования из двух или более числа фаз (тел), которые совершенно или практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически)
• Физико-химическая механика дисперсных структур.
• Разработка теории и молекулярных механизмов процессов, происходящих в дисперсных системах под влиянием ПАВ, электрических зарядов, механического воздействия и т. п.

Поскольку дисперсное состояние материи универсально и объекты изучения коллоидной химии  весьма разнообразны, коллоидная химия  тесно связана с физикой, биологией, геологией, почвоведением, медициной  и др.

Существует  Институт коллоидной химии и химии  воды им. А. В. Думанского НАНУ (Киев).

Выпускается научный «Коллоидный журнал».

4. Адсорбция и Хроматография.

Адсорбция — это, в широком смысле, процесс изменения концентрации у поверхности раздела двух фаз, а в более узком и употребительном — это повышение концентрации одного вещества (газ, жидкость) у поверхности другого вещества (жидкость, твердое тело).

Основные понятия:

Поглощаемое вещество, ещё находящееся в объёме фазы, называют адсорбтив, поглощённое — адсорбат. В более узком смысле под адсорбцией часто понимают поглощение примеси из газа или жидкости твёрдым веществом (в случае газа и жидкости) или жидкостью (в случае газа) — адсорбентом. При этом, как и в общем случае адсорбции, происходит концентрирование примеси на границе раздела адсорбент-жидкость либо адсорбент-газ. Процесс, обратный адсорбции, то есть перенос вещества с поверхности раздела фаз в объём фазы, называется десорбция.

Значение:

Адсорбция — всеобщее и повсеместное явление, имеющее место всегда и везде, где есть поверхность раздела между фазами. Наибольшее практическое значение имеет адсорбция поверхностно-активных веществ и адсорбция примесей из газа либо жидкости специальными высокоэффективными адсорбентами. В качестве адсорбентов могут выступать разнообразные материалы с высокой удельной поверхностью: пористый углерод (наиболее распространённая форма — активированный уголь), силикагели, цеолиты, а также некоторые другие группы природных минералов и синтетических веществ.

Хроматография — динамический сорбционный метод разделения и анализа смесей веществ, а также изучения физико-химических свойств веществ. Основан на распределении веществ между двумя фазами — неподвижной (твердая фаза или жидкость, связанная на инертном носителе) и подвижной (газовая или жидкая фаза, элюент). Название метода связано с первыми экспериментами по хроматографии, в ходе которых разработчик метода Михаил Цвет разделял ярко окрашенные растительные пигменты.

Михаил  Семёнович Цвет (1872—1919) — русский  ботаник-физиолог и биохимик растений.

 

 

Терминология

Основные  термины и понятия, относящиеся  к хроматографии, а также области  их применения были систематизированы  и унифицированы специальной  комиссией ИЮПАК (Международный  союз теоретической и прикладной химии — международная неправительственная  организация, способствующая прогрессу  в области химии. Состоит из национальных организаций-участниц. Это авторитетная международная структура, занимающаяся разработкой и распространением стандартов в области наименований химических соединений через межрегиональную  комиссию по номенклатуре и обозначениям. Является членом Международного совета по науке). Согласно рекомендациям ИЮПАК, термин «хроматография» имеет три  значения и используется для обозначения  специального раздела химической науки, процесса, а также метода.

• Хроматография — наука о межмолекулярных взаимодействиях и переносе молекул или частиц в системе несмешивающихся и движущихся относительно друг друга фаз.
• Хроматография — процесс дифференцированного многократного перераспределения веществ или частиц между несмешивающимися и движущимися относительно друг друга фазами, приводящий к обособлению и концентрационных зон индивидуальных компонентов исходных смесей этих веществ или частиц.
• Хроматография — метод разделения смесей веществ или частиц основанный на различиях в скоростях их перемещения в системе несмешивающихся и движущихся относительно друг друга фаз.

Классификация видов хроматографии

• По агрегатному состоянию фаз
• По механизму взаимодействия
• По цели проведения
• По способу ввода пробы

Развитие химической термодинамики  шло одновременно двумя путями: термохимическим  и термодинамическим.

Возникновением термохимии как самостоятельной науки следует  считать открытие Германом Ивановичем Гессом, профессором Петербургского университета, взаимосвязи между  тепловыми эффектами химических реакций  (законы Гесса).

Герман Иванович Гесс (26 июля (7 августа) 1802, Женева — 30 ноября (12 декабря) 1850, Санкт-Петербург) — русский химик, академик Петербургской Академии наук (1834).

    

В 1867 г. на основе термохимии Марселен Бертло предложил одну из первых теорий химического сродства, объясняющую направление течения  химических реакций.

Пьер Эжен Марселен Бертло (25 октября 1827, Париж — 18 марта 1907, Париж) — французский физикохимик и  общественный деятель.

 

Общие достижения термодинамики, как раздела теоретической химии, отразившиеся в учении об энтропии, привели к возникновению другого  метода исследований, не связанному с  отрицательно зарекомендовавшей себя теорией химического сродства.

Основы классической химической термодинамики были заложены в работе Джозайи Уилларда Гиббса «О равновесии гетерогенных веществ» (1878), в которой  был разработаны графический  метод изображения состояний  вещества, метод термодинамических  потенциалов и установлено правило  фаз.

Методы Гиббса, разрабатывавшиеся  также Пьером Дюэмом, дали большой  толчок в развитии приложений термодинамики, поскольку были значительно проще  метода круговых процессов, требовавших  придумывать гипотетические процессы, замыкавшие некоторый исследуемый  процесс в круговой.

• Химическая кинетика или кинетика химических реакций — раздел физической химии, изучающий закономерности протекания химических реакций во времени, зависимости этих закономерностей от внешних условий, а также механизмы химических превращений.