химическая физика что изучает
Чем химическая физика отличается от физхимии?
Химическая физика изучает электронную структуру молекул и твердых тел, молекулярные спектры, элементарные акты химических реакций, процессы горения и взрыва, то есть физические аспекты химических явлений. Термин введен немецким химиком А. Эйкеном в 1930.
Основатель Института химической физики РАН Н.Н. Семенов вел глубокие исследования цепных реакций. Они представляют собой серию самоинициируемых стадий в химической реакции, которая, однажды начавшись, продолжается до тех пор, пока не будет пройдена последняя стадия. Несмотря на то, что немецкий химик М. Боденштейн впервые предположил возможность таких реакций еще в 1913 г., теории, объясняющей стадии цепной реакции и показывающей ее скорость, не существовало. Ключом же к цепной реакции служит начальная стадия образования свободного радикала – атома или группы атомов, обладающих неспаренным электроном и вследствие этого чрезвычайно химически активных. Однажды образовавшись, он взаимодействует с молекулой таким образом, что в качестве одного из продуктов реакции образуется новый свободный радикал. Новообразованный свободный радикал может затем взаимодействовать с другой молекулой, и реакция продолжается до тех пор, пока что-либо не помешает свободным радикалам образовывать себе подобные, т.е. пока не произойдет обрыв цепи.
Особенно важной цепной реакцией является реакция разветвленной цепи, открытая в 1923 г. физиками Г.А. Крамерсом и И.А. Кристиансеном. В этой реакции свободные радикалы не только создают активные центры, но и множатся, создавая новые цепи и ускоряя реакцию. Фактический ход реакции зависит от ряда внешних ограничителей, например таких, как размеры сосуда, в котором она происходит. Если число свободных радикалов быстро растет, то реакция может привести к взрыву. В 1926 г. два студента Н.Н. Семенова впервые наблюдали это явление, изучая окисление паров фосфора водяными парами. Эта реакция шла не так, как ей следовало идти в соответствии с законами химической кинетики того времени. Семенов увидел причину этого несоответствия в том, что они имели дело с результатом разветвленной цепной реакции. Но такое объяснение было отвергнуто М. Боденштейном, в то время признанным авторитетом по химической кинетике. Еще два года продолжалось интенсивное изучение этого явления Н.Н. Семеновым и С.Н. Хиншелвудом, который проводил свои исследования в Англии независимо, и по прошествии этого срока стало очевидно, что Семенов прав.
Н.Н. Семенов опубликовал монографию (Цепные реакции. Л., ОНТИ.,1934), в которой доказал, что многие химические реакции, включая реакцию полимеризации, осуществляются с помощью механизма цепной или разветвленной цепной реакции. Позднее было установлено, что и реакция деления ядер урана-235 нейтронами также носит характер разветвленной цепной реакции.
В 1956 г. Семенову совместно с Хиншелвудом была присуждена Нобелевская премия по химии «за исследования в области механизма химических реакций». В Нобелевской лекции Семенов заявил: «Теория цепной реакции открывает возможность ближе подойти к решению главной проблемы теоретической химии – связи между реакционной способностью и структурой частиц, вступающих в реакцию… Вряд ли можно в какой бы то ни было степени обогатить химическую технологию или даже добиться решающего успеха в биологии без этих знаний…».
Работают Институт химической физики РАН (Москва), Институт проблем химической физики РАН (Черноголовка). Есть журнал «Химическая физика». Можно почитать: Бучаченко А.Л. Современная химическая физика: Цели и пути прогресса // Успехи химии. – 1987. – Т. 56. – № 11.
Химическая физика
Полезное
Смотреть что такое «Химическая физика» в других словарях:
Химическая физика — ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА, изучает электронную структуру молекул и твёрдых тел, элементарные акты химических реакций, процессы горения, взрыва и др. с использованием методов теоретической и экспериментальной физики. Сформировалась в конце 20 х начале 30… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА — раздел науки, пограничный между химией и физикой. Изучает электронную структуру молекул и твердых тел, молекулярные спектры, элементарные акты химических реакций, процессы горения и взрыва и др., с использованием методов теоретической и… … Большой Энциклопедический словарь
ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА — раздел науки, пограничный между (см.) и современной (см.); изучает теоретические и экспериментальные методы применения современной физики к исследованию строения и превращения веществ (напр. квантово механическую природу хим. связи, строение и… … Большая политехническая энциклопедия
Химическая физика — Эта статья или раздел описывает ситуацию применительно лишь к одному региону. Вы можете помочь Википедии, добавив информацию для других стран и регионов … Википедия
химическая физика — раздел науки, пограничный между химией и физикой. Изучает электронную структуру молекул и твердых тел, молекулярные спектры, элементарные акты химических реакций, процессы горения и взрыва и др. с использованием методов теоретической и… … Энциклопедический словарь
химическая физика — cheminė fizika statusas T sritis chemija apibrėžtis Mokslas, aiškinantis fizikos dėsnių ryšį su medžiagų sandara, savybėmis ir kitimais. atitikmenys: angl. chemical physics rus. химическая физика … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
химическая физика — cheminė fizika statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. chemical physics vok. chemische Physik, f rus. химическая физика, f pranc. physique chimique, f … Fizikos terminų žodynas
«Химическая физика» — ежемесячный научный журнал РАН, с 1982. Москва. Учредители (1998) Отделение общей и технической химии РАН, Институт химической физики РАН … Энциклопедический словарь
ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА — раздел науки, пограничный между химией и физикой. X. ф. изучает строение в в и их превращения, в частности электронную структуру молекул и твёрдых тел, молекулярные спектры, элементарные атомно молекулярные процессы (в т. ч. элементарные акты хим … Большой энциклопедический политехнический словарь
ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА — раздел науки, пограничный между химией и физикой. Изучает электронную структуру молекул и тв. тел, мол. спектры, элементарные акты хим. реакций, процессы горения и взрыва и др. с использованием методов теоретич. и эксперим. физики (оптич. и… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Химическая физика
Хими́ческая фи́зика — наука о физических законах, управляющих строением и превращением химических веществ.
Рождение химической физики как самостоятельной науки обусловлено появлением в начале XX века квантовой механики, законы которой стали базой теории химической связи, межмолекулярных взаимодействий и реакционной способности молекул. Термин «Химическая физика» ввел Арнольд Эйкен в 1930, озаглавив изданное им ранее руководство по физической химии как «Учебник химической физики».
Крупный вклад в становление и развитие химической физики внесли Н. Н. Семёнов, создавший в 1920-30-х гг. одновременно с Сирилом Хиншелвудом теорию цепных реакций; Генри Эйринг, Майкл Поляни и М. Эванс, разработавшие в 1935 теорию абсолютных скоростей реакций; Лайнус Полинг, Джон Слэтер (Слэйтер), Роберт Малликен, Джон Эдвард Леннард-Джонс и Фридрих Хунд, развившие в начале 1930-х годов методы квантовой химии.
Одним из достижений химической физики следует считать теорию разветвленных цепных реакций.
В современной химической физике выделяют два главных направления: определение электронной и атомно-молекулярной структуры химических частиц и образованных ими веществ и исследования, связанные с решением проблем химической динамики, то есть изменений во времени энергетических и структурных характеристик частиц.
См. также
| Геометрическая оптика • Физическая оптика • Волновая оптика • Квантовая оптика • Нелинейная оптика • Теория испускания света • Теория взаимодействия света с веществом • Спектроскопия • Лазерная оптика • Фотометрия • Физиологическая оптика • Оптоэлектроника • Оптические приборы | |
| Смежные направления | Акустооптика • Кристаллооптика |
|---|---|
| Общая (физическая) акустика • Геометрическая акустика • Психоакустика • Биоакустика • Электроакустика • Гидроакустика • Ультразвуковая акустика • Квантовая акустика (акустоэлектроника) • Акустическая фонетика (Акустика речи) | |
| Прикладная акустика | Архитектурная акустика (Строительная акустика) • Аэроакустика • Музыкальная акустика • Акустика транспорта • Медицинская акустика • Цифровая акустика |
|---|---|
| Смежные направления | Акустооптика |
Полезное
Смотреть что такое «Химическая физика» в других словарях:
Химическая физика — ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА, изучает электронную структуру молекул и твёрдых тел, элементарные акты химических реакций, процессы горения, взрыва и др. с использованием методов теоретической и экспериментальной физики. Сформировалась в конце 20 х начале 30… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА — раздел науки, пограничный между химией и физикой. Изучает электронную структуру молекул и твердых тел, молекулярные спектры, элементарные акты химических реакций, процессы горения и взрыва и др., с использованием методов теоретической и… … Большой Энциклопедический словарь
ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА — раздел науки, пограничный между (см.) и современной (см.); изучает теоретические и экспериментальные методы применения современной физики к исследованию строения и превращения веществ (напр. квантово механическую природу хим. связи, строение и… … Большая политехническая энциклопедия
Химическая физика — научная область, пограничная между химией и новыми разделами физики. Возникновение Х. ф. было подготовлено многими выдающимися открытиями в физике начала 20 в. (см. Атомная физика, Квантовая механика). Как следствие быстрого прогресса… … Большая советская энциклопедия
химическая физика — раздел науки, пограничный между химией и физикой. Изучает электронную структуру молекул и твердых тел, молекулярные спектры, элементарные акты химических реакций, процессы горения и взрыва и др. с использованием методов теоретической и… … Энциклопедический словарь
химическая физика — cheminė fizika statusas T sritis chemija apibrėžtis Mokslas, aiškinantis fizikos dėsnių ryšį su medžiagų sandara, savybėmis ir kitimais. atitikmenys: angl. chemical physics rus. химическая физика … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
химическая физика — cheminė fizika statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. chemical physics vok. chemische Physik, f rus. химическая физика, f pranc. physique chimique, f … Fizikos terminų žodynas
«Химическая физика» — ежемесячный научный журнал РАН, с 1982. Москва. Учредители (1998) Отделение общей и технической химии РАН, Институт химической физики РАН … Энциклопедический словарь
ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА — раздел науки, пограничный между химией и физикой. X. ф. изучает строение в в и их превращения, в частности электронную структуру молекул и твёрдых тел, молекулярные спектры, элементарные атомно молекулярные процессы (в т. ч. элементарные акты хим … Большой энциклопедический политехнический словарь
ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА — раздел науки, пограничный между химией и физикой. Изучает электронную структуру молекул и тв. тел, мол. спектры, элементарные акты хим. реакций, процессы горения и взрыва и др. с использованием методов теоретич. и эксперим. физики (оптич. и… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Химическая физика
Категории Химическая физика | Под редакцией сообщества: Физика
Содержание
↑Исторический обзор
↑Основные области исследования
Основные направления исследований в современной химической физике – это определение электронной и атомно-молекулярной структуры молекул и химических соединений, а также решение проблем химической динамики – изучение кинетики изменений структурных и энергетических параметров химических частиц со временем.
Среди проблем, которыми занимается химическая физика, следует отметить теоретический расчет скоростей реакции в гомогенных фазах и на границах раздела фаз. Уже в 30-х годах 20-го века русским ученым Н.Н. Семеновым был сделан выдающийся вклад в теорию химических реакций – разработана теория цепных реакций, за что в 1956 году он был удостоен Нобелевской премии (совместно с английским ученым С. Хиншелвудом). Особое место в химической физике занимают исследования механизмов каталитических реакций, понимание которых чрезвычайно важно для решения прикладных задач химической технологии. Как известно, процессы, использующиеся в химической промышленности, в основном являются каталитическими. В области гетерогенного катализа исследуются свойства частиц, адсорбированных на поверхности катализатора, устанавливаются структура активных центров на поверхности твёрдых тел и их расположение на поверхности, разрабатываются представления о механизмах элементарного акта гетерогенного катализа. Перспективным объектом химико-физического изучения является металлокомплексный катализ, приближающийся по эффективности к ферментативному и характеризующийся весьма высокой селективностью, низкими энергозатратами и малым загрязнением окружающей среды.
Возрастает значение работ по радиационной и ядерной химии, в которых исследуются химические последствия ионизирующих воздействий, в частности, радиоактивного распада и ядерных реакций. Существенно, что ионизирующие излучения могут применяться целенаправленно, для стимулирования нужных химических реакций. Проводятся систематические исследования влияния ионизирующих излучений на различные радиационно-химические процессы, выясняются закономерности и особенности таких процессов. Ведутся научные изыскания в области химии новых трансурановых элементов, а также частиц, возникающих при воздействии на вещество позитронов и мезонов (в частности, мезоатомов – атомов, в которых один или несколько электронов атомной оболочки замещены отрицательно заряженными мюонами или адронами).
Бурное развитие лазерной техники обеспечило также появление новой области химии – «фемтохимии». Методами «фемтохимии» химические реакции можно детально отслеживать в масштабе ультракоротких времён (1-100 фемтосекунд) и с высоким пространственным разрешением (на уровне атомного). Это позволяет изучать сверхбыстрые химические реакции, фиксируя при этом промежуточные стадии химических процессов. Обычно в таких экспериментах используются два лазерных импульса: импульс накачки возбуждает исследуемую систему до необходимого уровня, а зондирующий импульс используется для регистрации состояния системы через определенное время после накачки (например, с помощью зондирующего импульса снимается спектр поглощения исследуемой системы).
Новым научным направлением стало изучение влияния магнитных полей на механизм реакций с участием парамагнитных частиц. Развивается «спиновая» химия, базирующаяся на фундаментальном законе сохранения спина в химических реакциях: в адиабатических условиях разрешены только такие реакции, в которых полный спин продуктов равен спину реагентов. В спиновой химии магнитные взаимодействия часто играют определяющую роль. Будучи пренебрежимо малыми по энергетике, такие взаимодействия, тем не менее, могут направлять химическую реакцию в нужном направлении. Это используется в спиновом катализе, когда чисто «физическое» воздействие со стороны парамагнитной частицы – спинового катализатора – приводит к ускорению определенных химических реакций.
В последние годы в связи с бурным развитием нанотехнологий возникло новое перспективное научное направление – физическая химия наноматериалов как раздел нанохимии. Непрерывно возрастает роль исследований в такой актуальной области науки, как физическая химия поверхности твердого тела, поскольку с уменьшением размеров отдельных наночастиц роль поверхностных эффектов в формировании физико-химических свойств наноматериала становится определяющей. Особый интерес представляет установление корреляций между физико-химическими параметрами наноматериалов, размерами и структурой составляющих эти материалы наночастиц. Яркий пример плодотворного взаимодействия физики и химии – разработка и исследование физико-химических свойств углеродных нанотрубок и графена. В частности, легирование углеродных нанотрубок церием позволяет кардинально изменять их электронные свойства от полупроводниковых до металлических, что очень важно с точки зрения перспектив использования углеродных трубок в наноэлектронике. С другой стороны, из-за высокой электронной чувствительности легированных нанотрубок становится возможной регистрация протекающих в них «нанохимических» реакций между двумя индивидуальными молекулами.
Методы химической физики успешно применяются при изучении биологических объектов и процессов, происходящих в живой природе. Исследуются элементарные процессы и молекулярные механизмы функционирования биосистем различного уровня организации (белков, ферментов, мембран, генетического аппарата клетки и др.). Большое внимание уделяется процессам переноса электрических зарядов в биологических наноструктурах. Изучаются физико-химические механизмы действия биологически-активных соединений на биологические структуры, в том числе: ферменты, биологические мембраны и генетический аппарат клетки. Эти исследования позволяют находить оптимальные решения при разработке новых лекарственных препаратов. Развивается новое прикладное направление химической физики и биологии – нанобиотехнология, которая занимается изучением воздействия различных наночастиц на биологические объекты и их использованием для создания нанолекарств, разработкой медицинских нанороботов и созданием медицинских наноматериалов.
↑Экспериментальные методы
В последние годы все более широкое применение для исследования поверхностных процессов находит методика сканирующей туннельной спектроскопии, позволяющая наблюдать отдельные адсорбированные на поверхности твердого тела молекулы. Более того, с помощью сканирующего туннельного микроскопа можно из отдельных атомов или молекул собирать на поверхности твердого тела различные нано- и субнаномасштабные поверхностные кластеры с уникальными физическими и химическими свойствами. Разрабатываются методы локальной «диагностики» адсорбированных на поверхности твердого тела молекул. В частности, зависимость электрического тока, протекающего между иглой туннельного микроскопа и поверхностью, на которой адсорбирована молекула, содержит уникальную информацию об электронно-колебательном спектре этой молекулы. Туннельная спектроскопия открывает новые границы в химии одиночных молекул, ионов, кластеров; она предоставляет также возможность детектирования одиночных парамагнитных частиц (туннельная спектроскопия одиночных электронных спинов). Реальной становится перспектива спектроскопии электронного парамагнитного резонанса индивидуальных парамагнитных молекул или радикалов.
↑Вычислительные методы в химической физике
В настоящее время для решения ряда задач физической химии успешно используются методы компьютерного моделирования (квантово-химические методы, методы молекулярной динамики, Монте-Карло и др.). Стремительный прогресс в области вычислительной техники обусловил успешное применение численных методов для решения задач химической кинетики, выяснения механизма химических реакций, определения путей транспорта ионов через мембраны, установления структуры поверхности раздела фаз и макромолекул, сорбции и транспорта молекул в пористых структурах, микроструктуры поверхностных слоев жидкостей, динамики сетки водородных связей, микродинамики процессов гидратации ионов и др. Можно выделить основные направления моделирования свойств и динамики молекул, результаты которого достигают высокого уровня точности, достаточного для количественного сопоставления с экспериментальными данными, полученными с помощью современной аппаратуры. Прежде всего, это расчеты строения и спектров отдельных молекул и межмолекулярных комплексов методами квантовой химии и теоретической молекулярной спектроскопии. Разработанные методики расчета позволяют делать достаточно надежные вычисления для молекулярных систем с числом атомов до 100 и даже больше. В квантовой химии компьютерное моделирование в значительной мере заменило традиционные аналитические расчеты, а в ряде ситуаций и сложный эксперимент. Вычислительные методы химической физики обеспечивают не только надежную интерпретацию экспериментальных результатов, но в некоторых случаях даже позволяют предсказать пути протекания химических процессов.
↑Рекомендуемая литература
А.Л. Бучаченко. Химия на рубеже веков: свершения и прогнозы. Успехи химии, 1999, т.68, с.99.
Н.Ф. Степанов. Квантовая механика и квантовая химия. М.: Мир, 2007.
П.Ю. Бутягин. Химическая физика твердого тела. М.: Изд. МГУ, 2006.
Д.Г. Кнорре, Н.М. Эммануэль. Курс химической кинетики. М.: Высшая школа, 1984.
Г. Эйринг, С.Г. Лин, С.М.Лин. Основы химической кинетики. М.: Мир, 1983.
Ф. Даниэльс, Р. Олберти. Физическая химия. М.: Мир, 1978.
Л.С. Полак, М.Я. Гольденберг, А.А. Левицкий. Вычислительные методы в химической кинетике. М.: Наука, 1984.
М.Г. Веселов. Элементарная квантовая теория атомов и молекул. М.: Физматгиз, 1962.
Г.К. Боресков. Гетерогенный катализ. М.: Наука, 1986.
Эта статья еще не написана, но вы можете сделать это.
ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА
Смотреть что такое «ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА» в других словарях:
Химическая физика — ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА, изучает электронную структуру молекул и твёрдых тел, элементарные акты химических реакций, процессы горения, взрыва и др. с использованием методов теоретической и экспериментальной физики. Сформировалась в конце 20 х начале 30… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА — раздел науки, пограничный между химией и физикой. Изучает электронную структуру молекул и твердых тел, молекулярные спектры, элементарные акты химических реакций, процессы горения и взрыва и др., с использованием методов теоретической и… … Большой Энциклопедический словарь
ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА — раздел науки, пограничный между (см.) и современной (см.); изучает теоретические и экспериментальные методы применения современной физики к исследованию строения и превращения веществ (напр. квантово механическую природу хим. связи, строение и… … Большая политехническая энциклопедия
Химическая физика — Эта статья или раздел описывает ситуацию применительно лишь к одному региону. Вы можете помочь Википедии, добавив информацию для других стран и регионов … Википедия
Химическая физика — научная область, пограничная между химией и новыми разделами физики. Возникновение Х. ф. было подготовлено многими выдающимися открытиями в физике начала 20 в. (см. Атомная физика, Квантовая механика). Как следствие быстрого прогресса… … Большая советская энциклопедия
химическая физика — раздел науки, пограничный между химией и физикой. Изучает электронную структуру молекул и твердых тел, молекулярные спектры, элементарные акты химических реакций, процессы горения и взрыва и др. с использованием методов теоретической и… … Энциклопедический словарь
химическая физика — cheminė fizika statusas T sritis chemija apibrėžtis Mokslas, aiškinantis fizikos dėsnių ryšį su medžiagų sandara, savybėmis ir kitimais. atitikmenys: angl. chemical physics rus. химическая физика … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
химическая физика — cheminė fizika statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. chemical physics vok. chemische Physik, f rus. химическая физика, f pranc. physique chimique, f … Fizikos terminų žodynas
«Химическая физика» — ежемесячный научный журнал РАН, с 1982. Москва. Учредители (1998) Отделение общей и технической химии РАН, Институт химической физики РАН … Энциклопедический словарь
ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА — раздел науки, пограничный между химией и физикой. X. ф. изучает строение в в и их превращения, в частности электронную структуру молекул и твёрдых тел, молекулярные спектры, элементарные атомно молекулярные процессы (в т. ч. элементарные акты хим … Большой энциклопедический политехнический словарь