ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Краткий исторический очерк развития физической химии из "Краткий курс физической химии" Физическая химия как наука возникла около 200 лет назад. В 1752 г. М. В. Ломоносов создал первый курс физической химии, прочитанный студентам Академии наук в Петербурге. Создание такого курса было вызвано необходимостью теоретического обобщения накопленного фактического материала в области естествознания. М. В. Ломоносов писал, что а-физичестя химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях . В этот период для получения количественных закономерностей при изучении химических явлений начинают использоваться простейшие физические методы, формулируются законы сохранения веса веществ и кратных отношений (М. В. Ломоносов, Лавуазье, Дальтон). К этому времени относятся открытия адсорбции газов (Шееле), адсорбции из растворов (Ловиц), первые исследования в области электрохимии (Вольта, Фарадей, Петров). [c.5] С середины XIX в. возникают и укрепляются отдельные направления в физической химии. Гесс (1840) установил закон постоянства сумм теплот, который способствовал возникновению термохимии. Огромное значение для развития физической химии имело открытие законов термодинамики (Карио, Клаузиус, Томсон и др.). Гиббсом было создано термодинамическое учение о фазовом и химическом равновесии. Открытие Д. И. Менделеевым периодического закона, создание А. М. Бутлеровым теории химического строения оказали сильное влияние на формирование представлений о взаимосвязи химической природы веществ и их физических свойств. [c.5] Изучение процессов растворения веществ и свойств растворов завершилось созданием основ учения о растворах (Вант-Гофф, Аррениус, Оствальд, Менделеев). В это же время Вант-Гофф и Аррениус разработали классическую теорию химической кинетики, а работы Гитторфа, Кольрауша, Нернста составили ядро электрохимии. [c.5] Новый этап (начало XX в.) в развитии физической химии связан с созданием квантовой теории и волновой механики (Бор, Планк, Шредингер, Паули). Используя квантово-механический метод, физики и физико-химики добились больших успехов в изучении строения молекул, кристаллов и в познании природы химической связи. [c.6] Кобозев, С. 3. Рогинский), исследования П. Л. Лазарева, А. М. Теренина в области фотохимии, В. А. Каргина в области физико-химии высокомолекулярных соединений. [c.6] Химические процессы сводятся к превращению молекул или, говоря другими словами, к возникновению и разрушению связей между атомами и атомными группами в молекулах. Поэтому одной из важнейших проблем химии всегда была и остается проблема химического взаимодействия, тесно связанная со строением и многообразными свойствами веществ. [c.7] Современная научная трактовка вопросов химического строения и природы химической связи дается квантовой механикой — теорией движения и взаимодействия микрочастиц (электронов, ядер и т. д.). [c.7] Одним из общих свойств материи является двойственность. Частицы материи обладают одновременно и корпускулярными, и волновыми свойствами. Соотношение волна — ч а с т и ц а таково, что с уменьшением, массы частицы ее волновые свойства все более усиливаются, а корпускулярные — ослабляются. Когда же частица становится соизмеримой с атомом, наблюдаются типичные волновые явления. Одновременно оказывается невозможным описание движения и взаимодействия микрочастиц — волн законами движения тел с большой массой. [c.7] Де Бройль высказал гипотезу о том, что с каждой материальной частицей связан некоторый периодический процесс. Если частица движется, то этот процесс будет представляться в виде распространяющейся волны, которую называют волной де Бройля или фазовой волной. [c.7] Из уравнения видно, что покоящийся электрон имеет бесконечно большую длину фазовой волны и что длина волны уменьшается с увеличением скорости электрона. [c.8] Уравнение (1) относится к свободному движению частиц. Если же частица движется в силовом поле, то связанные с ней волны описываются так называемой волновой функцией. Общий вид этой функции нашел Шредингер (1926), используя некоторые аналогии между механикой и оптикой. [c.8] Будем считать, что волновое уравнение (2г) описывает движение частицы. Тогда к — есть длина фазовой волны, а р — амплитуда фазовой волны в любой произвольно взятой точке х, у, г, характеризующей местоположение частицы (например, местоположение электрона относительно ядра атома). [c.9] В этой форме волновое уравнение называется уравнением Шредин-гера. Оно является основным уравнением квантовой механики. [c.9] Решая уравнение Шредингера, находят вид 5-функций, характеризующих все возможные стационарные состояния электрона в данном силовом поле, и значения полной энергии в этих состояниях. [c.9] Ядро / вероятность нахождения электрона в эле- / ментарном объеме о. [c.10] Форму электронного облака для различных стационарных состояний электрона в атоме можно найти, решая уравнение Шредингера относительно г1)-функции. Решение представляет собой сложную математическую задачу. Приемы, используемые при решении, и особенности квантово-механического исследования стационарных состояний атома можно понять на примере простейшей задачи об атоме водорода. [c.11] В атоме водорода электростатически взаимодействуют ядро с зарядом +е и вращающийся вокруг ядра электрон с зарядом —е. [c.11] Уравнение (4й) выражает наименьший (основной) уровень энергии в атоме водорода (п=1). Знак минус означает, что для разведения электрона и протона на бесконечно большое расстояние требуется затрата энергии. [c.12] Решение этого уравнения сопряжено с большими трудностями. Для упрощения задачи функцию-ф (г, , ср) в уравнении (4г) представим в виде произведения трех функций ф (г, й, ф)=/ (г) 6 ( )Ф (ф). Функция R (г) называется радиальной, О (0) — азимутальной, Ф (ф) — широтной. [c.13] Знак частной производной здесь заменен на знак полной производной потому, что под знаком находится только одна функция. [c.13] Вернуться к основной статье