загрузка...
загрузка...
На головну

Становлення фізичної хімії

Дивіться також:
  1. A) 1. Встановлення необхідного рівня якості
  2. Cпорт як компонент фізичної культури
  3. I. Основні поняття і закони хімії. Атомні і молекулярні маси. Моль.
  4. III. Становлення представницької демократії в Японії
  5. III. Становлення режиму короля Мухаммеда Захір-шаха
  6. L Становлення світу з Анаксимандру
  7. V постанову про порушення кримінальної справи
  8. А. Відновлення сільського господарства. Панщинне господарство. Остаточне закріпачення селян. Соборне укладення 1649 р
  9. Арешт майна і призупинення операцій по рахунках банку
  10. Архейський етап розвитку Землі. Формування континентальної кори і становлення Пангеї.
  11. АТОМНО - молекулярного вчення. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ЗАКОНИ ХІМІЇ.
  12. Атестація робочих місць, встановлення пільг працюють у шкідливих умовах праці.

Вступ.

Висновок.

Виникнення координаційної хімії.

У 1893 р швейцарський хімік Альфред Вернер (1866-1919) публікує статтю "Про будову неорганічних сполук". У статті викладаються положення створеної ним координаційної теорії, покликаної пояснити властивості комплексних сполук, кількість яких до кінця XIX століття стало стрімко збільшуватися. Значення теорії не тільки в тому, що вона поширила уявлення структурної хімії на неорганічні сполуки; теорія Вернера (який вже був відомий своїми роботами по стереохімії органічних сполук азоту) істотно розширила поняття хіміків про валентності елементів. Головне положення теорії полягає у визнанні за атомами здатності, поряд зі зв'язками спорідненості (головна, первинна або звичайна валентність), утворювати додаткові (координаційні) зв'язку (побічна або вторинна валентність). Вернер вводить поняття про комплексний йоні - складної комбінації атомів і молекул, що складається з центрального іона, пов'язаного з декількома молекулами або негативними іонами (лигандами), що утворюють внутрішню сферу комплексу; головною характеристикою центрального іона Вернер вважає координаційне число, яке дорівнює сумі головною метою та побічної валентностей.

Теорія Вернера наочно пояснила будову комплексних сполук, лягла в основу їх класифікації та дозволила передбачити існування великого числа нових з'єднань. Слабкою стороною теорії були положення про два типи валентності, які неможливо було обгрунтувати теоретично. Це зробило ще більш гострою головну проблему структурної хімії XIX століття (та й усієї атомно-молекулярної теорії): після відмови від електрохімічного дуалізму Берцеліуса в розпорядженні учених не було хоч скільки-небудь адекватних уявлень про природу валентних сил. Блискучі успіхи хімічної теорії, здавалося, анітрохи не наблизили натуралістів до відповіді на питання про спосіб з'єднання атомів. Як і в разі періодичного закону, відповідь виявилася за межами предмета хімії.

Тема: Період класичної хімії. Становлення фізичної хімії.

мета: Дати уявлення про формування фізичної хімії, виникненні понять «швидкість реакції», «хімічна рівновага» і інших найважливіших понять фізичної хімії.

Кордон між хімією і фізикою вже в момент появи наукової хімії була досить умовною. Протягом XVII - XVIII століть ще можна було говорити про більш-менш явних відмінностях в предметах цих наук; до предмету хімії ставилися процеси, що супроводжувалися зміною складу речовини. Однак початок XIX століття ознаменувався стрімким взаємним проникненням фізики і хімії. До середини XIX століття остаточно оформилася і почала стрімко розвиватися прикордонна область науки - фізична хімія. Предметом вивчення нової науки можна вважати хімічний процес - його швидкість, напрямок, що супроводжують його теплові явища і залежність цих характеристик від зовнішніх умов. Закони, що описують хімічний процес, можуть мати однаковий вид для абсолютно різних процесів.

3. Становлення вчення про розчини.

Найважливішою складовою частиною фізичної хімії в XIX столітті стало вчення про розчини. Початок систематичних досліджень розчинів поклали досліди, які проводили в 30-і рр. XVIII ст. Рене Антуан Реомюр (1683-1757) з водно-спиртовими розчинами і Герман Бургаве (1668-1738) з розчинами неорганічних солей.

На початку XIX століття широко поширюються два різних погляди на природу розчинів: Клод Луї Бертолле розглядає розчини як невизначені (нестехіометріческіе) з'єднання, а Йенс Якоб Берцеліус вважає їх механічними сумішами, при утворенні яких не діють сили хімічної спорідненості, оскільки розчини не підкоряються закону сталості складу . З цих уявлень розвинулися фізична и хімічна теорії розчинів.

Активним і послідовним прихильником хімічної теорії розчинів був Д. І. Менделєєв, фізична теорія розчинів в свою чергу досягає значних успіхів в кількісному описі деяких властивостей розчинів завдяки роботам Франсуа Марі Рауля (1830-1901) і Якоба Генрика Вант-Гоффа. Осмотична теорія Вант-Гоффа надала в розпорядження хіміків відразу кілька способів визначення молекулярної маси речовин, що змусило користуватися її практичними наслідками навіть тих хіміків, які негативно ставилися до фізичної теорії розчинів.

Уже в момент появи осмотическая теорія відчувала труднощі, що стосуються розчинів солей, кислот і підстав, які проводять електричний струм - електролітів. Всі аномалії осмотичної теорії стали чудовим доказом теорії електролітичноїдисоціації, творцем якої став шведський хімік Сванте Арреніус. Важливим висновком теорії електролітичноїдисоціації стало уявлення реакції нейтралізації у вигляді взаємодії іона водню з гідроксид-іоном. Цей висновок Аррениуса вдало пояснило відкритий Г. Гессом закон термонейтральності - однакові величини теплот нейтралізації сильних кислот сильними основами. До кінця XIX століття стало очевидно, що фізична і хімічна теорії розчин не взаємовиключні, як вважалося раніше, але доповнюють один одного; кожна являє собою лише крайній і односторонній підхід до розгляду проблеми.

4. Становлення термохіміі.

Вже в кінці XVIII століття з'являються перші роботи, присвячені вивченню теплових ефектів хімічних реакцій, з яких і починається становлення термохіміі. Під час виникнення термохіміі погляди на природу теплоти істотно відрізнялися від сучасних. Натуралісти виходили з припущення, що існує якась невагома матеріальна субстанція - теплород - вивільняється або поглинають в ході хімічної реакції. Після затвердження атомно-молекулярної теорії теплородная теорія теплоти в значній мірі похитнулася, однак і в першій половині XIX століття концепція теплорода розділялася більшістю вчених.

Одним з перших систематичне вивчення теплових явищ починає англійський хімік Джозеф Блек. Він формулює поняття теплоємності тіл і прихованої теплоти зміни агрегатного стану речовини, вказує на необхідність чіткого розрізнення між кількістю та інтенсивністю теплоти (температурою). За допомогою винайденого їм калориметр Блек в 1759-1763 рр. проводить перші вимірювання теплоємностей речовин і прихованої теплоти плавлення льоду і випаровування води.

Перші систематичні досліди з вимірювання теплот хімічних реакцій починають в 1780 р французькі хіміки Антуан Лоран Лавуазьє і П'єр Симон де Лаплас (1749-1827). Узагальнюючи результати своїх досліджень, Лавуазьє і Лаплас формулюють правило, відоме зараз як перший закон термохімії (закон Лавуазьє-Лапласа): "Якщо при з'єднанні або при будь-якій зміні стану системи відбувається зменшення вільної теплоти, то ця теплота в повній мірі з'явиться знову, коли речовини повернуться до свого первісного стану, і навпаки ... ".

Найважливішу роль в розвитку термохіміі зіграв російський хімік Герман Іванович Гесс (1802-1850). У період з 1830 по 1850 рр. їм був проведений ряд систематичних досліджень в області термохіміі. У 1840 р Гесс формулює фундаментальний закон термохімії - закон сталості кількості теплоти: "Яким би шляхом не здійснювалося з'єднання, - чи мала вона місце безпосередньо або відбувалося непрямим шляхом в кілька прийомів, - кількість виділилася під час його утворення теплоти завжди постійно".

У 60-ті роки XIX століття незалежно один від одного два видатних дослідника - П'єр Ежен Марселен Бертло (1827-1907) і Ханс Петер Юрген Юліус Томсен (1826-1909) висловлюють припущення про те, що тепловий ефект реакції є мірою хімічної спорідненості між реагентами . Основне положення даного підходу Бертло сформулював наступним чином: "Теплота, що виділяється при реакції, служить мірою суми фізичних і хімічних робіт, що здійснюються при цій реакції. ... Принцип максимальної роботи полягає в тому, що будь-яке самовільне хімічне перетворення ... прагне до утворення тіла або системи тіл, які виділяють найбільшу кількість тепла ".

Хоча принцип максимальної роботи не є загальним законом природи, в ряді випадків (особливо в області низьких температур) його можна було успішно використовувати для передбачення напрямку реакції.

5. Становлення термодинаміки.

Найважливішу роль в створенні уявлень про хімічну спорідненість і хімічному процесі зіграли фізичні дослідження середини XIX століття в області термодинаміки. Нікола Леонар Саді Карно (1796-1832), досліджуючи практичну задачу одержання роботи з тепла стосовно до парових машин, запропонував розглядати цей принцип в найзагальнішому сенсі, сформулювавши тим самим загальний метод рішення задачі - термодинамічний, що заклав основу термодинаміки. Карно першим розкрив зв'язок теплоти з роботою і термодинаміка стала розвиватися на основі фундаментальних принципів або початків, що є узагальненням результатів численних спостережень і експериментів.

Перший початок термодинаміки (закон збереження енергії в застосуванні до термодинамічних процесів) говорить: при повідомленні термодинамічній системі певної кількості теплоти в загальному випадку відбувається збільшення внутрішньої енергії системи і здійснення роботи проти зовнішніх сил.

Юліус Роберт Майєр (1814-1878) в 1842 р сформулював закон еквівалентності механічної роботи і теплоти і розрахував механічний еквівалент теплоти. Джеймс Прескотт Джоуль (1818-1889) експериментально підтвердив припущення про те, що теплота є формою енергії, і експериментально довів еквівалентність перетворення механічної роботи в теплоту. Герман Людвіг Фердинанд Гельмгольц (1821-1894) в 1847 р математично обгрунтував закон збереження енергії, показавши його загальний характер.

Рудольф Юліус Іммануїл Клаузиус (1822-1888) і Вільям Томсон, згодом лорд Кельвін (1824-1907) на початку 50-х років XIX століття формулюють другий початок термодинаміки, яке стверджує неможливість самовільного переходу теплоти від менш нагрітого тіла до більш нагрітого (Клаузиус) і неможливість повного перетворення теплоти в роботу (Томсон). Клаузиус починає детально розробляти механічну теорію теплоти, вводить в термодинаміку найважливіші поняття - внутрішня енергія і ентропія.

Розвиваючи погляди Клаузіуса, Людвіг Больцман (1844-1906) і Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) в 70-ті роки XIX ст. показують статистичний характер другого закону термодинаміки.

Значно пізніше - в 1906-1911 рр. - Різні формулювання пропонують Вальтер Герман Нернст (1864-1941) і розвинув його погляди Макс Карл Ернст Людвіг Планк (1858-1947) - у міру наближення до температури абсолютного нуля парниковий ефект і рушійна сила хім. реакцій все більше наближаються одна до одної, а при температурі абсолютного нуля збігаються.

6. Становлення навчань про хімічну рівновагу.

В результаті з'єднання класичної термодинаміки і термохімії народжується новий розділ фізичної хімії - хімічна термодинаміка. Однією з найважливіших задач хімічної термодинаміки стає вивчення хімічного рівноваги. У середині XIX століття з'являються експериментальні дані, що відродили інтерес до ідей Бертолле. У 1850 р Александер Вільям Вільямсон, досліджуючи складні ефіри, показує, що реакції етерифікації є оборотними і призводять до настання динамічної рівноваги, В якому присутні і вихідні речовини, і продукти реакції. У 1857 р Анрі Етьєн Сент-Клер Девіль (1818-1881) публікує дані про термічній дисоціації речовин, зокрема, про дисоціації води на водень і кисень; в 1859 р Микола Миколайович Бекетов (1827-1911) починає серію робіт з вивчення залежності від зовнішніх умов явища витіснення одним елементом іншого з його сполук ..

У 1862-1867 рр. Марселен Бертло і Анрі Дебре (1827-1888) роблять перші узагальнення про залежність межі протікання оборотних реакцій від кількостей вихідних речовин і тиску газоподібних продуктів реакції. Нарешті, в 1864-1867 рр. норвезькі вчені Като Максиміліан Гульдберг (1836-1902) і Петер Вааге (1833-1900) публікують серію робіт, в якій висловлюється закон діючих мас. Після 1880 р закон діючих мас починає розглядатися як один з основоположних законів хімії.

У 1874-1878 рр. американський фізик Джозайя Віллард Гіббс (1839-1903) публікує серію робіт, присвячених теоретичному розгляду термодинаміки хімічної рівноваги; Гіббс вводить в термодинаміку поняття вільної енергії, термодинамічної и хімічного потенціалів. Дослідження Гіббса склали фундамент сучасної хімічної термодинаміки

Величезний внесок у вивчення стану хімічної рівноваги вніс Якоб Генрік Вант-Гофф, який опублікував в 1884 р ґрунтовну наукову розвідку "Етюди хімічної динаміки", в якій, зв'язавши уявлення про хімічну рівновагу з двома началами термодинаміки, розглянув вплив температури на хімічну рівновагу.

Принцип рухомого рівноваги в 1884 р узагальнює Анрі Луї Ле Шательє (1850-1936), поширивши його не тільки на термічні, а й на будь-які інші зміни.

7. Становлення навчань про хімічної кінетики.

Паралельно з вивченням стану хімічної рівноваги почалося активне вивчення такої важливої характеристики хімічного процесу, як швидкість реакції і залежність її від зовнішніх умов.

У 1862 р Марселен Бертло і Луї Пеан де Сен Жілль (1832-1863) встановлюють залежність між станом рівноваги і швидкістю хімічної реакції, представляючи рівновагу як стан рівності швидкостей прямої і зворотної реакцій. Вони показали, що швидкість реакції етерифікації прямо пропорційна добутку кількостей вихідних речовин.

Вільгельм Оствальд (1853-1932) в 1886 р пропонує класифікувати хімічні реакції за величиною порядку кінетичного рівняння реакції (порядку реакції). Для більш точного опису залежності константи швидкості від температури Сванте Август Арреніус (1859-1927) висловлює припущення, що взаємодія відбувається тільки при зіткненні т. Н. "Активних" молекул, кількість яких різко зростає з підвищенням температури.

Кінетичні закони, запропоновані Вант-Гофф і Арреніус, стали основою для всіх наступних досліджень швидкості і механізму хімічних реакцій і їх залежності від різних факторів.

8. Становлення навчань про каталізі.

Вже на початку XIX століття були спостереження, що вказують на те, що деякі хімічні процеси не можуть бути пояснені широко поширеним поняттям хімічної спорідненості. У 90-х роках XVIII століття французькі хіміки Нікола Клеман (1779-1842) і Шарль Бернар Дезорм (1777-1862), які вивчали камерний процес отримання сірчаної кислоти окисленням сірки в присутності селітри, показали, що оксиди азоту відіграють роль "передавача" кисню сірчистої кислоті. Кількість "азотистого газу" в ході процесу не змінюється. Дослідження, виконане Клеманом і Дезорма, являє собою перший опис каталітичного процесу.

. У 1811 р російський хімік Костянтин Сигизмундович Кірхгоф (1764-1833) відкрив реакцію перетворення крохмалю в глюкозу в присутності кислоти, кількість якої в ході реакції істотно не зменшується. Ф. Фогель в 1812 р виявляє, що реакція водню і кисню може протікати при низьких температурах у присутності подрібненого деревного вугілля. Г. Деві і І. В. Деберейнер встановлюють в 1816-1821 рр., Що порошкоподібна платина (платинова чернь) багаторазово прискорює приєднання водню до кисню і органічних сполук, а також окислення органічних сполук киснем.

Берцеліус намагається дати пояснення закономірностям каталітичних процесів, наприклад, специфічності каталізаторів, висунувши припущення про існування деяких каталітичних сил. У 1839 р Лібіх висловлює свою точку зору на природу каталізу, запропонувавши гіпотезу молекулярних ударів, згідно з якою каталізатор, перебуваючи в стані "посиленого руху складових частин" передає свої коливання частинок реагентів, підвищуючи їх активність.

Адекватне пояснення каталітичним явищ вдалося запропонувати лише завдяки успіхам хімічної кінетики та хімічної термодинаміки. У 90-х роках XIX століття Вільгельм Оствальд публікує серію стали класичними робіт з каталізу, в яких визначає каталізатор як "речовина, що змінює швидкість реакції, не з'являючись в кінцевому продукті реакції".

Виникнення стереохимии. «-- попередня | наступна --» Виникнення понять про складну структуру атома.
загрузка...
© om.net.ua