Физикалық химия. Физикалы химия пніфизикалы химияны негізгі блімдері
 Скачать 15.98 Kb.
|
|
Физикалық химия (М.в. Ломоносов) – физика заңдарының көмегімен химиялық денелерде оларды түрлендіру кезінде не болатынын зерттейтін, физика мен химияны біріктіретін және математикалық аппаратты қолданатын ғылым. Ломоносовтан кейінгі 100 жыл ішінде бұл ғылым оқытылмады, содан кейін оқыту қайта басталды. Ресейде-Н. Н. Бекетов, Харьков университетінде, шетелде (Германия) - в.Оствальд, Лейден университеті. Оның дамуының бірінші кезеңінде физикалық химия жүйелер мен процестердің макроскопиялық (тікелей байқалатын) сипаттамаларын зерттеумен шектелді. Қазіргі заманғы физикалық химияның негізгі міндеттері-жаңа эксперименттік және есептеу әдістерін қолдана отырып, заттың күйі мен құрылымын, химиялық байланыстарды, кинетиканы және химиялық қайта құру механизмін зерттеу. Физикалық химия пәні-физикалық химияның негізгі бөлімдері: 1) Химиялық термодинамика – негізін 3 постулат құрайды, 1 заңның авторы М.в. Ломоносов (энергияның сақталу заңы), 2 – ағылшын ғалымы Кельвин, 3 – Нернст. 2) химиялық тепе – теңдік термодинамикасы-термодинамика заңдарын қайтымды химиялық реакцияларға (Ле Шателье) қолдану, математикалық теңдеулер берілген жағдайда тепе-теңдіктің қай бағытқа ауысатынын анықтауға мүмкіндік береді (Вант-Гофф). 3) фазалық тепе-теңдік-бірнеше фазадан тұратын гетерогенді жүйелердегі тепе-теңдік. Гиббс фазалық ережесі. Клапейрон теңдеуі, физикалық – химиялық талдау, атап айтқанда термиялық талдау. 4) молекулалық ерітінділер (электролит емес ерітінділер). Менделеев - (гидраттық) ерітінділердің химиялық теориясы. Рауль, Вант-Гофф-судағы және басқа сұйықтықтардағы газдардың ерітінділері; Генри, Сеченов - заттың екі араласпайтын сұйықтық арасында таралуы (су мен хлороформ арасындағы йод), Нернст. 5) электролиттердің ерітінділерін Аррениус, Вант-Гофф, өкшелер зерттеді. Олар электролиттік диссоциация теориясын жасады. 6) Электрохимия – электролиттер ерітінділерінің электр өткізгіштігі, электродты процестер, гальваникалық элементтер (тұрақты ток көздері) және электролиз құбылыстары. Аррениус, Вант-Гофф, каблук, Фарадей-электр өткізгіштік; Нернст – электрод потенциалы; Даниэль, Вольт – гальваникалық элемент; Фарадей - электролиз Заңы. 7) Химиялық кинетика және катализ. Химиялық реакциялардың жылдамдығын және оның әртүрлі факторларға тәуелділігін зерттейді. Атомдар мен молекулалардың физикасы-атомдардың, молекулалардың және олардың неғұрлым күрделі бірлестіктерінің (кластерлерінің) ішкі құрылымы мен физикалық қасиеттерін, олардың қозған, иондалған, эксимерлі және материяның жеке микроскопиялық субьектілері ретіндегі басқа да әлсіз байланысқан нысандарын, сондай-ақ осы объектілердің бір-бірімен және элементар бөлшектермен (негізінен электрондар, протондар мен фотондар) өзара әрекеттесуінің және электр және магнит өрістерінің әсерінің төмен энергетикалық (атом ядроларының тұтастығына әсер етпейтін) Элементарлық актілеріндегі физикалық құбылыстарды зерттейтін физика саласы. Атомдар мен молекулалар физикасын зерттеуде негізгілері болып спектроскопия және масс-спектрометрия, олардың барлық түрлері, хроматографияның кейбір түрлері, резонанстық әдістер мен микроскопия, кванттық механиканың теориялық әдістері, статистикалық физика және термодинамика сияқты эксперименттік әдістер (аналитикалық мақсаттар үшін химияда кеңінен қолданылады) табылады. Атомдар мен молекулалар физикасы олардың микроскопиялық (атомдық-молекулалық) құрылымын қарастыру негізінде әртүрлі агрегаттық күйлердегі денелердің (ұжымдық) физикалық қасиеттерін зерттейтін молекулалық физикамен, сондай-ақ химияның кейбір бөлімдерімен (құрылымдық химия, термохимия, кинетика, кванттық химия және т. б.) тығыз байланысты. Зерттеудің негізгі бағыттары арасында: Атом кластерлерінің физикасы күрделі молекулалар физикасы ридберг атомдарының физикасы-атомдардың жоғары қозған күйлері өте төмен температурадағы атомдар мен молекулалар және бозе-Эйнштейн конденсациясы Талдаудың физика-химиялық әдістері: жалпы түсінік қосылыстарды анықтаудың ұқсас әдістері қандай? Бұл заттың барлық физикалық қасиеттерінің оның құрылымдық химиялық құрамына тікелей тәуелділігіне негізделген әдістер. Бұл көрсеткіштер әр қосылыс үшін қатаң жеке болғандықтан, зерттеудің физика-химиялық әдістері өте тиімді және құрамы мен басқа көрсеткіштерді анықтауда 100% нәтиже береді. Сонымен, заттың келесі қасиеттері негіз ретінде алынуы мүмкін: Жарық сіңіру қабілеті; жылу өткізгіштік; электр өткізгіштік; қайнау температурасы; балқыту және басқа параметрлер. Зерттеудің физика-химиялық әдістері заттарды сәйкестендірудің таза химиялық әдістерінен айтарлықтай айырмашылыққа ие. Олардың жұмысының нәтижесінде реакция пайда болмайды, яғни заттың қайтымды да, қайтымсыз да өзгеруі. Әдетте, қосылыстар массасы жағынан да, құрамы жағынан да өзгеріссіз қалады. Осы зерттеу әдістерінің ерекшеліктері заттарды анықтаудың ұқсас әдістеріне тән бірнеше негізгі белгілер бар. Зерттеу үлгісін процедурадан бұрын қоспалардан тазартудың қажеті жоқ, өйткені жабдық мұны қажет етпейді. Талдаудың физика-химиялық әдістері сезімталдықтың жоғары деңгейіне, сондай-ақ селективтіліктің жоғарылауына ие. Сондықтан талдау үшін зерттелетін үлгінің өте аз мөлшері қажет, бұл әдістерді өте ыңғайлы және тиімді етеді. Жалпы шикі массада аз мөлшерде болатын элементті анықтау қажет болса да, көрсетілген әдістер үшін бұл кедергі емес. Талдау бірнеше минутты алады, сондықтан тағы бір ерекшелігі - қысқа мерзімділік немесе экспрессивтілік. Қарастырылып отырған зерттеу әдістері қымбат индикаторларды қолдануды қажет етпейді. Физика-химиялық зерттеу әдістерін қызмет саласына қарамастан барлық зерттеулерде әмбебап және сұранысқа ие ету үшін артықшылықтар мен ерекшеліктер жеткілікті екені анық. Спектроскопиялық әдістердің жіктелуі және негізгі принциптері Барлық спектроскопиялық әдістер талданатын затты құрайтын атомдардың, молекулалардың немесе иондардың электромагниттік сәулеленумен әрекеттесуіне негізделген. Бұл өзара әрекеттесу фотондардың (кванттардың) жұтылуында немесе шығарылуында көрінеді. Үлгінің электромагниттік сәулеленумен өзара әрекеттесу сипатына байланысты әдістердің екі тобы бөлінеді-эмиссия және сіңіру. Аналитикалық сигналды құрайтын бөлшектерге байланысты атомдық спектроскопия әдістері мен молекулалық спектроскопия әдістері ажыратылады. Дифракциялық әдістер-зерттелетін объект шашыратып жіберетін фотондардың, рентген, синхронды және γ-сәулеленудің, электрондардың немесе нейтрондардың интерференция және дифракция құбылысына негізделген заттың атомдық құрылысын зерттеу әдістерінің жиынтығы. Көбінесе дифракциялық әдістерде шашыраңқы сәулелену қарқындылығының бағытқа тәуелділігі зерттеледі, яғни i функциясы (φ, Θ). Дифракциялық әдістер толқын ұзындығы мен шашыраңқы атомдар арасындағы қашықтықтың қарапайым қатынасына негізделген. Олардың барлығы радиацияның серпімді шашырауына негізделген, сондықтан монохроматикалық және коллимацияланған бастапқы сәулені қажет етеді. Қазіргі уақытта сигналдың жоғары қарқындылығы мен жарықтығымен, тиімді және икемді оптикалық жүйемен (айналар, монохроматорлар, жарықтар) үйлескен үздіксіз энергетикалық спектрмен сипатталатын синхротрондық және нейтрондық көздер рентген сәулелерінің немесе нейтрондардың монохроматикалық сәулелерін жеткілікті түрде қамтамасыз етеді.энергия. |