Предмет физической химии

Лекция 1

1. Предмет физической химии.

2. Химическая термодинамика. Основные понятия и определения.

3. Первый закон термодинамики, его приложение к термодинамическим процессам.

Химические реакции связаны с разнообразными физическими явлениями: выделением или поглощением теплоты, изменением объема, испусканием света, электрическими явлениями и т.д. В химических реакциях всегда осуществляется тесная связь физических и химических явлений, изучение этой взаимосвязи – основная задача физической химии.

Физическая химия – это наука, объясняющая химические явления и устанавливающая их закономерности на основе общих принципов физики (Большой энциклопедический словарь).

Главное внимание в физической химии уделяется установлению закономерностей протекания химических процессов: возможности их осуществления, направления, механизма, скорости и конечных результатов при различных условиях. Установление таких закономерностей в конечном итоге позволяет прогнозировать ход химического процесса и управлять им, т.е. обеспечивать наиболее полное и быстрое его проведение.

Пример 1. Синтез аммиака ведется при высоком давлении в присутствии катализатора согласно реакции:

N₂ + 3H₂ 2NH₃

Если эту реакцию проводить при давлении р = 850 атм, содержание NH₃ в реакционной смеси составит 30 %. Если же давление повысить до 1700 атм, выход аммиака увеличится до 50 %. Таким образом, изменяя лишь один физический параметр – давление, – можно почти вдвое увеличить выход конечного продукта.

Пример 2. Температура, как известно, оказывает существенное влияние на скорость реакции (при повышении температуры на каждые 10 ºС скорость реакции увеличивается в 2 – 4 раза). Но не всегда для увеличения скорости протекания реакции целесообразно повышать температуру реакционной смеси, поскольку при этом может сократиться выход продуктов реакции.

Таким образом, изменяя различные физические параметры, можно управлять процессом и подбирать оптимальные условия его проведения.

Название науки «Физическая химия» введено М.В. Ломоносовым, который впервые сформулировал ее предмет и задачи. В 1752 г. он написал «Введение в истинную физическую химию», в котором дал близкое к современному определение ее предметной области: «Физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики, то, что происходит в сложных телах при химических операциях».