ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физико-химические свойства материи Общие свойства материи из "Физическая химия Том 1 Издание 4" В это издание внесен ряд исправлений и дополнений. Последних больше всего в первых двух главах. Попрежнему необходимый для студентов минимум ограничивается крупным шрифтом, а дополнительные сведения вынесены в петит таким образом, что пропуск их нигде не нарушает последовательности в чтении основного материала. Петит рассчитан, в первую очередь, на тех, кто хочет углубить свои знания за пределы обязательной программы. [c.12] Химия занимается изучением изменений свойств материи. Этн изменения в химических процессах не ограничиваются количественными признаками, а характеризуются глубокими качественными различиями, сопровождающими соединение атомов в молекулы. их перегруппировку внутри них и разложение последних. [c.13] Материю мы отнюдь не должны рассматривать как результат наших ощущений или воздействий на наши органы чувств. Наоборот, она существует объективно, независимо от наших восприятий и составляет реальную сущность мира. Свойства материи постоянно изменяются как в результате взаимодействия разных материальных окружающих тел, так и спонтанно (незз висимо от внешних воздействий), и эти изменения познаются нами через приборы и органы чувств. Правильное истолкование этих наблюдений, восприятий и изменений является одной из главных задач физической химии. Главная трудность здесь заключается в том, что ни наблюдатель или экспериментатор, ни физический прибор не представляют собой чего-то всегда одинакового, а в свою очередь подвержены воздействиям, изменение которых влечет за собой изменение формы восприятия. [c.13] Многообразные изменения свойств материи, которые сопровождают перегруппировку атомов и которые являются характерным признаком химических процессов, не носят случайного характера, а подчиняются определенным общим закономерностям. Изучение этих закономерностей в свою очередь приводит к разысканию общих свойств материи. Наука стремится не только установить эти закономерности, но и выводить их из общих свойств материи. В этом, поскольку речь идет о химических свойствах, заключается другая важнейшая задача физической химии. [c.13] Таким образом физическая химия занимается обобщением фактического материала по разным отделам химии, объединением этого материала в общие закономерности и дальнейшим развитием этих обобщений на базе физики и общих законов, управляющих материей, ее движением и превращениями. [c.13] Развитие физической химии исторически обусловилось главным образом двумя моментами. [c.13] Одновременно с этим изучение связи между свойствами и составом или строением, являющееся также одной из важнейших задач физической химии, привело к новым точным и простым методам физико-химического исследования и контроля, которые все больше и больше вытесняют господствовавшие до недавнего времени методы качественного, объемного и весового анализов. [c.14] Во-вторых, развитие физической химии поставило на очередь важнейшие теоретические проблемы, которые заставили пересмотреть самые основы физики. Несостоятельность механистической концепции нигде так резко не проявилась, как в применении к химическим процессам. Атомистика, составлявшая первоначально чисто химическую проблему, привела к развитию статистических методов в физике, которые составляют ее главное современное орудие и принципиально не укладываются в рамках механики. Применение этих статистических методов к атому и молекуле заставило пересмотреть и наши взгляды на энергию, которые, как одно время казалось, были прочно установлены термодинамикой. Это привело к одному из величайших современных обобщений — к теории квантов. В этом процессе пересмотра основ физики, который протекал под углом зрения изучения свойств и строения атомов и молекул, трудно сказать, что сыграло наибольщую роль влияние физики на химию, или наоборот. Сейчас обе науки так тесно переплелись, что трудно провести между ними определенную границу. Физическая химия как наука химическая имеет прежде всего дело с химическими свойствами атомов и их агрегатов, которые скачкообразно изменяются при переходе от одних элементов к другим по мере усложнения строения атомов и изменения расположения и взаимной связи их составных частей. Свойства эти тесно связаны со строением и многие из них могут быть предвидены и качественно и количественно в зависимости от последнего. Было бы однако ошибкой думать, что одного знания этого строения достаточно для решения всех или большинства физико-химических задач. Хотя круг вопросов, разрешаемых на основании изучения строения атомов и молекул, все расширяется и само это изучение начинает в физической химии приобретать первенствующее значение, мы все еще очень далеки от обоснования физико-химических явлений исключительно с помощью строения и вообще представляется сомнительным, чтобы это было когда-нибудь возможно, не говоря уже о том, что конечные причины, определяющие то или иное строение в основе, нам еще совершенно неизвестны. Поэтому, как ни важен метод, он в курсе физической химии еще не может играть доминирующей роли. [c.14] В отличие от термодинамики статистическая механика построена не на одном лишь обобщении внешних проявлений процессов и отчасти на абстрактных представлениях, но логически вытекает из атомистической сущности материи, в виде коллектива движущихся частиц атомов, молекул и составных частей атома. Свойства этих коллективов резко отличаются от свойств отдельных атомов, молекул или упорядоченно движущихся физических тел, и для их описания базой являются не столько ньютоновы законы движения, сколько закономерности, свойственные коллективам, которыми занимаются статистика и исчисление вероятностей. Это резко отличает статистическую механику от обычной, для которой понятие коллектива и его специфических свойств совершенно чуждо. [c.15] В принципе статистический метод может дать все те выводы, которые дает нам термодинамика, и даже гораздо больше, но математический аппарат его довольно сложен, и замена им термодинамики без необходимости повела бы к большим осложнениям и трудностям. Поэтому значительная часть физической химии строится на термодинамике, но самые основания последней должны быть обоснованы статистически, на что читателю этого курса рекомендуется обратить особое внимание. [c.15] До недавнего времени классическая физическая химия оперировала преимущественно с суммарными представлениями энергии и теплоты реакции, температуры, термодинамических функций, результирующих скоростей реакции и т. д. Эти величины, подчиняются многим важным закономерностям, которые позволяют подробно описывать химические явления. На самом деле однако все эти величины являются проявлением элементарных свойств и процессов совокупности из большого числа отдельных атомов, молекул и их составных частей. Упомянутые суммарные представления были необходимым и очень плодотворным этапом развития физики и физической химии, но сейчас они недостаточны и дальнейшее увлечение ими может оказаться тормозом для развития этих наук. [c.15] Физическая химия сейчас все больше переходит от изучения таких суммарных явлений к изучению тех элементарных процессов, которые лежат в основе их. Однако было бы преждевременным и неправильным отказаться от суммарных представлений, которые во многих случаях являются достаточно хорошими и правильными приближениями. Это тем более правильно, что изучение элементарных процессов не достигло еще достаточной полноты. Более того, именно наиболее современный и плодотворный метод в физических науках — квантовая механика— также исходит из применения статистики к элементарным процессам и ограничивается получаемыми при этом средними результатами. [c.16] Для того чтобы ясно разбираться в химических процессах, нужно прежде всего знать, с каким материалом имеешь в них дело. Поэтому первая часть книги посвящена изучению свойств веществ в их взаимной связи и отчасти в связи со строением. После этого рассматривается течение химических реакций сточки зрения их скоростей. В этом разделе применяется главным образом статистический метод. Дальнейшие разделы книги посвящены энергетическим явлениям, сопутствующим химическим процессам, и одной из важнейших задач физической химии — подробному рассмотрению стационарного состояния химического равновесия, чему предшествует изложение основ химической термодинамики. Химическое равновесие не представляет собой, как могло бы казаться при одном лишь термодинамическом рассмотрении, обособленного состоянии, а оказывается на самом деле суммарным результатом двух взаимно противоположных процессов. Для фотохимических процессов термодинамический метод слишком груб, последние для своего изучения требуют пять-таки той же статистики с широким использованием квантовых представлений о лучистой энергии. [c.16] Из закона сохранения энергии непосредственно следует, что одно и то же количество энергии одного вида может быть превращено лишь в строго определенное количество энергии другого вида независимо от способа превращения (закон эквивалентности). Например, каким путем и в каком приборе мк ни превращали бы тепловую энергию в механическую, из каждой малой калории теплоты мы всегда получим ровно 0,4269 кгм. работы. Последняя величина называется механическим эквивалентом одной малой калории или, короче, механическим эквивалентом теплоты. Такие эквиваленты можно установить между любыми формами энергии. Постоянство их может служить одним нз наиболее прямых и убедительных доказательств справедливости закона сохранения энергии. В табл. 1 даны наиболее употребительные из этих эквивалентов согласно новым данным. [c.18] В отличие от закона сохранения энергии последний закон точен лишь в пределах обычной точности наших взвешиваний с помощью весов. Эти пределы достаточны для того, чтобы его практически считать в большинстве случаев совершенно точным. Можно однако наблюдать случаи его неприменимости, как будет дальше показано, причем отклонения от него сыграли большую роль в развитии некоторых отделов науки. [c.18] Ландольт (1899—1910) предпринял обширную экспериментальную проверку закона сохранения массы, запаивая реагирующую смесь в стеклянные баллоны и наблюдая изменение массы по мере хода реакции. В 45 случаях это изменение не превышало точности взвешивания (около 0,03 мг, или 3 10 % от общего веса). [c.18] Вернуться к основной статье