Развитие физической химии

Физическая химия

Проникновение физических теорий в химию в конце XIX в. затронуло не только вопросы структуры атомов и молекул, но и объяснение химических процессов. В это время оформилось направление, получившее название физической химии, которая (в дополнение к квантовой химии) стала своего рода теоретической базой химической науки. Поскольку большинство открытых в конце XIX – начале XX вв. физических закономерностей сохранили свое значение до настоящего времени, они составляют основу современной физической химии.

Физическая химия стала развиваться  в разных направлениях. Некоторые  работы в области физической химии  проводились уже в конце XVIII –  начале XIX вв. В 1850-е – 60-е гг. в  работах Л. Вильгельми, Р. Бертло развивалось  учение о скоростях химических реакций и о равновесии. В 1867-74 гг. австрийский физик Л. Пфаундлер изучал кинетику химических процессов. В 1889 г. шведский химик С. Аррениус развил теорию активных молекул и ввел в химию понятие энергии активации. Голландский химик Я. Вант-Гофф дал классификацию реакций по их порядку, т.е. по числу взаимодействующих молекул. К учению о кинетике примыкает и учение о катализе. В первой половине XIX в. Я. Берцелиус предложил называть «каталитической силой» способность некоторых веществ влиять на ход химической реакции. Основу современного учения о катализе создал немецкий химик В. Оствальд. Важные работы в области катализа в ХХ в. были сделаны П. Сабатье, Г. Бредигом, В. Н. Ипатьевым, Н. Д. Зелинским и др. В начале ХХ в. серьезным стимулом для изучения каталитических процессов стало их промышленное использование.

Одновременно с кинетическим развивались  термохимическое и термодинамическое  направления физической химии. Важную роль в развитии химической термодинамики  сыграли работы  1860-70-х годов Р. Клаузиуса и В. Томсона (Кельвина), которые развили динамическую теорию теплоты и сформулировали первое и второе начала термодинамики.  

Проблемы химического равновесия рассматривались в работах Д. Гиббса, Я. Вант-Гоффа, А. Ле Шателье. В 1906-1911 годах немецкий химик В. Нернст разработал концепцию, получившую название тепловой теоремы Нернста, или третьего начала термодинамики.

Важное место в физической химии  заняли разделы, связанные с электрохимией, и учение о растворах. Одним из наиболее важных и интересных в методологическом плане достижений в этих областях в конце XIX – начале XX  вв. стала теория электролитической диссоциации С. Аррениуса, к созданию которой привел целый ряд предварительно найденных закономерностей. Впоследствии под влиянием взглядов В. Оствальда было сформировано основанное на теории электролитической диссоциации важное представление о кислотах и основаниях.

В некоторых историко-химических работах  период конца XIX в., сменивший период учения о структуре веществ, называется периодом учения о реакциях. Наиболее существенный вклад в это учение внесла именно физическая химия. Изучая влияние на химические реакции физических параметров (температуры, давления, концентрации), физическая химия дала возможность исследовать механизм всякого химического изменения и позволила заранее установить наиболее благоприятные для его проведения условия (что было невозможно до возникновения соответствующего теоретического аппарата). Использование физических и математических моделей химических явлений и процессов придало химическому мышлению большую способность к абстрагированию и развило методологию мысленного эксперимента. Значительная польза была принесена промышленности, так как физико-химические теории позволили во многих случаях заранее рассчитать наиболее экономичные пути осуществления промышленных процессов (контактного способа получении серной кислоты, синтеза аммиака и др.).