Озникновение физической химии.

Возникновение физической химии относится к середине XVIIIв.— к тому периоду, когда знания, накопленные в области физики и химии, создали основу для выделения физической химии как самостоятельной научной дисциплины и дальнейшего ее развития. Первый в мире курс физической химии был создай нашим великим соотечественником Михаилом Васильевичем Ломоносовым (1711 — 1765).

В годичном отчете Академии наук М. В. Ломоносов (1751) указывал, что он «диктовал студентам первые основания физической химии и читал по ним лекции по 4 часа в неделю». Эти лекции сопровождались демонстрацией опытов. В следующем" году Ломоносовым было написано «Введение в истинную физическую химию», в котором он дал ясное определение содержания и задач этой новой дисциплины: «Физическая химия — наука, объясняющая на основании положений и опытов физических причину того, что происходит через химические операции в сложных телах».

Ломоносов ввел представление о молекулах, установив четкое различие между молекулами и атомами (он называл их соответственно корпускулами и элементами).

Атомистические воззрения Ломоносова привели его к выводу о кинетической природе теплоты. Вместо господствовавшего в то время идеалистического представления о существовании особой тепловой субстанции (теплорода) Ломоносов в своей диссертации «Размышления о причине теплоты и холода» показал, что теплота распространяется коловратным (т. е. вращательным) движением частиц.

Идеи кинетической природы теплоты в свою очередь позволили Ломоносову доказать необходимость существования «наибольшей и последней степени холода» (т. е. предельно низкой температуры, которую мы называем теперь ее абсолютным нулем), отвечающей полному прекращению вращательного движения частиц. Эти же идеи дали ему основание установить невозможность самопроизвольного перехода теплоты от более холодного тела к более теплому, что в наше время является одной из формулировок второго начала термодинамики.

Основные направления развития физической химии. К концу XVIII века относится ряд исследований, результаты которых имели большое значение для дальнейшего развития физической химии. Лавуазье и Лаплас (1780) проводят опытное изучение теплоемкостей и тепловых эффектов реакций. В 1789 г. осуществляется электролитическое разложение воды. Вскоре следуют известные открытия Гальвани (1789) и Вольта (1800). Бертолле (1801) публикует результаты изучения химического сродства, причем вводит понятие о химическом равновесии и устанавливает в качественной форме значение концентрации реагирующих веществ.

В первой половине XIX века атомистические представления получают в химии широкое распространение главным образом .благодаря работам Дальтона, Гей-Люссака, Авогадро. В то же время в результате исследований Дэви, Фарадея, Берцелиуса и др. было открыто значение электрических сил в образовании химических соединений. Позднее были найдены, количественные законы электролиза — законы Фарадея (1830).

К тому же периоду относится развитие термохимии, одним из основателей которой был Г. И. Гесс (1802—1850), профессор Горного института в Петербурге. В результате обширных экспериментальных исследований он в 1840 г. опубликовал основной закон термохимии (названный впоследствии его именем), который можно рассматривать как одно из выражений открытого позднее первого закона термодинамики применительно к химическим процессам.

Преподавание курса физической химии впервые после Ломоносова снова ввел Н. Н. Бекетов (1826—1911), который с 1860 г. начал читать в Харьковском университете курс «Отношение физических и химических явлений между собой» и с 1865 г. — курс, названный им физико-химией. С этого времени курс физической химии постепенно начинает входить как самостоятельная дисциплина в систему преподавания в высших учебных заведениях.

Предмет физической химии. В настоящее время физическая химия представляет самостоятельную дисциплину со своими методами исследования; она имеет весьма большое значение и для ряда смежных как теоретических, так и прикладных научных дисциплин.

Физическая химия занимается рассмотрением главным образом двух групп вопросов:

1) изучением свойств и строения различных веществ (а также частиц, из которых они состоят — молекул, атомов и ионов) в зависимости от их химического состава и химического строения и от условий существования;

2) изучением химических реакций и других форм взаимодействия между веществами или частицами (направление, скорость, молекулярный механизм и термодинамические параметры процесса) в зависимости от их химического состава и строения и от условий, в которых происходит процесс, а также от внешних воздействий — электрических, световых и других.

Содержание курса физической химии обычно делят на несколько основных разделов, характеризующих направления этой науки и определяющих ее предмет.

Строение вещества. В этот раздел входит учение о строении атомов и молекул и учение об агрегатных состояниях вещества. Учение о строении атома, относящееся в большей степени к физике, в курсах физической химии необходимо для выяснения вопросов образования молекул из атомов, природы химической связи, внутренней структуры молекул.

В учении об агрегатных состояниях рассматривается зависимость строения и важнейших свойств веществ, находящихся в газообразном, кристаллическом и жидком состояниях, от их состава.

Химическая термодинамика. В этом разделе физической химии рассматриваются основные соотношения, вытекающие из первого закона термодинамики, которые позволяют рассчитать количество выделяемой или поглощаемой теплоты и определить, как будет влиять на него изменение внешних условий. На основе второго закона термодинамики определяется возможность самопроизвольного течения процесса в интересующем нас направлении, а также условия и положение равновесия и его смещения под влиянием изменения внешних условий.

Учение о растворах рассматривает природу растворов, их внутреннюю структуру и важнейшие свойства, зависимость свойств растворов от концентрации и химической природы компонентов и вопросы растворимости.

Электрохимия изучает некоторые особенности свойств растворов электролитов, электропроводность растворов, процессы электролиза, работу гальванических элементов и электрохимическую коррозию металлов.

Химическая кинетика изучает скорость и молекулярный механизм химических реакций как в гомогенной, так и в гетерогенной среде, включая и явления катализа.

Учение о коллоидном состоянии веществ и поверхностных явлениях выделено в самостоятельный раздел.

Такое деление всегда, в известном смысле, условно, так как реальный процесс обычно связан с несколькими явлениями. Ни одно явление в природе не может быть понято, если взять его в изолированном виде, вне связи с окружающими явлениями. Наоборот, любое Явление может быть понято и обосновано, если оно рассматривается в его неразрывной связи с окружающими явлениями.