Фізика і хімія мікросвіту
Сторінка 30 з 35
Історія взаємодії хімії та фізики повна прикладів обопільного обміну ідеями, об'єктами і методами дослідження. На різних етапах свого розвитку фізика «постачала» хімію поняттями і теоретичними концепціями, що зробили сильний вплив на розвиток хімії. При цьому чим більше ускладнювалися хімічні дослідження, тим більше апаратури і методів фізичних розрахунків проникало в хімію. Розвиток сучасної науки підтвердило глибокий зв'язок між фізикою і хімією. Вони пов'язані між собою за походженням. Зв'язок цей носить генетичний характер, тобто освіту атомів хімічних елементів, з'єднання їх в молекули речовини сталося на певному етапі розвитку неорганічного світу. Також цей зв'язок ґрунтується на спільності будови конкретних видів матерії, в тому числі і молекул речовин, що складаються в кінцевому підсумку з одних і тих же хімічних елементів, атомів і елементарних частинок. Хімічні процеси базуються на електромагнітній взаємодії, що вивчається фізикою. На основі періодичного закону нині здійснюється прогрес не тільки в хімії, але і в ядерній фізиці, на стику яких виникли хімія ізотопів і радіаційна хімія.
Фізика і хімія практично вивчають одні й ті ж об'єкти, але тільки кожна наука бачить в цих об'єктах свій предмет дослідження. Так, молекула є об'єктом, що вивчається не тільки хімією, але і молекулярної фізикою. Хімія вивчає її з точки зору закономірностей освіти, складу, хімічних властивостей, зв'язків, умов її дисоціації на складові атоми. Молекулярна фізика вивчає поведінку мас молекул, що обумовлює теплові явища, різні агрегатні стани, переходи з газоподібної в рідку і тверду фазу і назад, - властивості, які пов'язані зі зміною складу молекул і їх внутрішнього хімічної будови.
Супровід кожної хімічної реакції механічним переміщенням мас молекул реагентів, виділення або поглинання тепла за рахунок розриву або утворення зв'язків в нових молекулах також переконливо свідчить про тісний зв'язок хімічних і фізичних явищ. Так, енергетика хімічних процесів тісно пов'язана з законами термодинаміки. Хімічні реакції, що протікають з виділенням енергії (зазвичай у вигляді тепла і світла), називаються екзотермічні реакціями. Існують також ендотермічні реакції, що протікають з поглинанням енергії. Все сказане не суперечить законам термодинаміки: в разі горіння енергія вивільняється одночасно зі зменшенням внутрішньої енергії системи.
У ендотермічних реакціях йде підвищення внутрішньої енергії системи за рахунок припливу тепла. Вимірюючи кількість енергії, що виділяється при реакції (тепловий ефект хімічної реакції), можна судити про зміну внутрішньої енергії системи. Він вимірюється в килоджоулях на моль (кДж / моль). Окремим випадком першого початку термодинаміки є закон Гесса. Він говорить, що тепловий ефект реакції залежить тільки від початкового і кінцевого стану речовини і не залежить від проміжних стадій процесу. Закон Гесса дозволяє обчислити тепловий ефект реакції в тих випадках, коли його безпосереднє вимірювання чомусь нездійсненно.
З виникненням теорії відносності, квантової механіки і вчення про елементарні частинки розкрилися ще більш глибокі зв'язки між фізикою і хімією. Виявилося, що ключ до пояснення властивостей хімічних сполук, самого механізму перетворення речовин лежить в будові атомів, в квантово-механічних процесах його елементарних частинок і особливо електронів його зовнішньої оболонки. Саме новітня фізика блискуче вирішила такі питання хімії, як природа хімічного зв'язку, особливості хімічної будови молекул органічних і неорганічних сполук і т.д.
На стику фізики і хімії виникла і успішно розвивається фізична хімія - порівняно молодий напрямок, яке оформилася в кінці XIX в. в результаті успішних спроб коли-кількісний вивчення фізичних властивостей хімічних речовин і сумішей, теоретичного пояснення молекулярних структур. Експериментальної і теоретичної базою для цього послужили роботи Д.І. Менделєєва (відкриття періодичного закону), Я. Вант-Гоффа (Термодім-Наміка хімічних процесів), С. Арреніуса (теорія електролітичноїдисоціації) і т.д. Предметом її вивчення стали загальнотеоретичні питання, що стосуються будови і властивостей молекул хімічних сполук, процесів перетворення речовини в зв'язку з взаємної обумовлюються лінню їх фізичними властивостями, умови протікання хімічних реакцій та скоїв-ються при цьому фізичні явища.
У першій половині XX в. на стику хімії та нових розділів фізики (квантової механіки, електронної теорії атомів і молекул) виникає прикордонна наука, яку стали називати хімічної фізикою. Вона широко застосувала теоретичні та експериментальні методи новітньої фізики до дослідження будови хімічних елементів і сполук, а також до вивчення механізму хімічних реакцій. Хімічна фізика вивчає взаємозв'язок і взаємо-перехід хімічної і субатомной форм руху матерії.
Усередині фізичної хімії до теперішнього часу виділилися і цілком склалися в якості самостійних розділів, які мають своїми особливими методами і об'єктами дослідження, електрохімія, вчення про розчини, фотохимия, кристаллохимия. На початку XX ст. в самостійно-тільну науку виділилася також виросла в надрах фізичної хімії колоїдна хімія. З другої половини XX в. в зв'язку з інтенсивною розробкою проблем ядерної енергетики виникла і отримала великий розвиток новітня галузь фізичної хімії - хімія високих енергій: радіаційна хімія, що вивчає реакції, які відбуваються під дією іонізуючого випромінювання, і хімія ізотопів.
Взагалі фізична хімія зараз розглядається як найбільш широкий загальнотеоретичний фундамент всієї хімічної науки. Багато її теорії мають велике значення для розвитку як неорганічної, так і органічної хімії. З виникненням фізичної хімії вивчення речовини стало здійснюватися не тільки традиційними хімічними методами дослідження, не тільки з точки зору його складу та властивостей, а й з боку структури, термодинаміки і кінетики хімічного процесу. Також до уваги стали братися зв'язки і залежності хімічного процесу від впливу явищ, властивих іншим формам руху матерії (світлового та радіаційного опромінення, світлового і теплового впливів і т.д.).
Таким чином, хімія XX в. постає перед нами як вельми різноманітна і розгалужена система знань, яка знаходиться в процесі інтенсивного розвитку.