Методы описания систем и процессов

Окружающий нас материальный мир, как уже отмечалось, состоит из бесчисленного количества разновидностей объектов разного масштаба и сложной их соподчиненности. Все разновидности вещества в зависимости от условий участвуют в различных взаимодействиях, взаимных превращениях, проявляя при этом разнообразные физические и химические свойства, которые зависят от их строения, состава и структуры. Очевидно, что, изучая сущность процессов взаимопревращения веществ, изменение структуры их свойств, требуется решать широкий круг вопросов.

1. Почему происходят различные процессы?

2. Как направление процессов зависит от условий эксперимента?

3. Насколько полно идут эти процессы?

4. Какие вещества и в каких агрегатных состояниях образуют конечные продукты в результате превращений?

5. С какими реальными скоростями и по каким механизмам (в том числе химическим) реализуются превращения?

Ясно, что перечень вопросов может быть существенно расширен.

Каковы же основные методологические подходы к ответам на поставленные вопросы?

Первый метод - термодинамика. Особенностью этого метода является то, что он не рассматривает структуру, строение макрообъекта (макросистему, имеющую ~ 10²⁰ молекул) на молекулярном уровне. Термодинамический метод исследует закономерности превращения одних видов энергии в другие и носит опытный и формальный характер. Термодинамика опирается на некоторые фундаментальные законы (начала), использует простой математический аппарат, что дает возможность ее широкого применения, но имеет и некоторые ограничения.

Второй метод - статистическая механика, в основе которой лежит учение о молекулярном строении вещества Статистическая механика описывает движение коллектива частиц и получает их усредненные характеристики с помощью статистических законов, что дает возможность связать макросвойства системы с микросвойствами отдельных частиц По сравнению с термодинамикой второй метод расширяет область рассматриваемых явлений.

Стр. 47

Третий метод- квантово-механический, лежащий в основе учения о строении и свойствах отдельных атомов и молекул и взаимодействии их между собой. При этом главное внимание уделяется законам движения и распределения электронов по орбиталям. Отметим, что именно квантовая механика объясняет природу химических связей, соединяющих атомы в молекулы.

Термодинамический метод описания