Химическая физика это кратко

Обновлено: 05.07.2024

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.

Сформировалась в 1920-х гг. в связи с развитием квантовой механики и использованием ее представлений в химии. Граница между химической физикой и физической химией условна. Предмет физической химии наоборот: химический результат физического воздействия (например, смерть человека в результате удара его кирпичем по голове). Одним из достижений химической физики следует считать теорию разветвленных цепных реакций.

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.

ХИМИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, раздел химии, в котором изучаются химические свойства веществ на основе физических свойств составляющих их атомов и молекул. Современная физическая химия – широкая междисциплинарная область, граничащая с различными разделами физики, биофизики и молекулярной биологии. Она имеет множество точек соприкосновения и с такими разделами химической науки, как органическая и неорганическая химия.

Отличительная особенность химического подхода (в противоположность физическому и биологическому) заключается в том, что в его рамках, наряду с описанием макроскопических явлений, объясняется их природа исходя из свойств отдельных молекул и взаимодействий между ними.

Новые инструментальные и методологические разработки в области физической химии находят применение в других разделах химии и смежных науках, например фармакологии и медицине. В качестве примеров можно привести электрохимические методы, инфракрасную (ИК-) и ультрафиолетовую (УФ-) спектроскопию, лазерную и магниторезонансную технику, которые широко используются в терапии и для диагностики различных заболеваний.

Основными разделами физической химии традиционно считаются: 1) химическая термодинамика; 2) кинетическая теория и статистическая термодинамика; 3) вопросы строения молекул и спектроскопия; 4) химическая кинетика.

Химическая термодинамика.

Химическая термодинамика непосредственно связана с применением термодинамики – науки о теплоте и ее превращениях – к проблеме химического равновесия. Суть проблемы формулируется следующим образом: если имеется смесь реагентов (система) и известны физические условия, в которых она находится (температура, давление, объем), то какие самопроизвольные химические и физические процессы могут привести эту систему к равновесию? Первый закон термодинамики гласит, что теплота есть одна из форм энергии и что полная энергия системы (вместе с ее окружением) остается неизменной. Таким образом, этот закон является одной из форм закона сохранения энергии. Согласно второму закону, самопроизвольно протекающий процесс приводит к возрастанию общей энтропии системы и ее окружения. Энтропия – это мера того количества энергии, которое система не может потратить на совершение полезной работы. Второй закон указывает направление, по которому пойдет реакция без каких-либо внешних воздействий. Чтобы изменить характер реакции (например, ее направление), нужно затратить энергию в той или иной форме. Таким образом, он налагает строгие ограничения на величину работы, которая может быть совершена в результате преобразования теплоты или химической энергии, выделяющихся в обратимом процессе.

Важными достижениями в химической термодинамике мы обязаны Дж.Гиббсу, который заложил теоретический фундамент этой науки, позволившей объединить в единое целое результаты, полученные многими исследователями предыдущего поколения. В рамках разработанного Гиббсом подхода не делается никаких допущений о микроскопической структуре материи, а рассматриваются равновесные свойства систем на макроуровне. Вот почему можно думать, что первый и второй законы термодинамики носят универсальный характер и останутся справедливыми даже тогда, когда мы узнаем гораздо больше о свойствах молекул и атомов.

Несмотря на то что законы химической термодинамики уже установлены, на макроскопическом уровне термодинамика – активно развивающаяся область науки. Большой практический интерес представляет термодинамическое описание некоторых необычных химических реакций и систем, а также применение термодинамических концепций к решению таких жизненно важных проблем, как получение энергии, утилизация отходов, использование теплоты, выделяющейся в некоторых технологических процессах. По мере того как синтезируются новые химические соединения и на их основе создаются новые материалы, возникает необходимость в определении их термодинамических характеристик (см. также ТЕПЛОТА; ТЕРМОДИНАМИКА; ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА).

Кинетическая теория и статистическая термодинамика.

Каковы изменения энергии и энтропии в ходе химических реакций? Ответ на этот вопрос дают кинетическая теория и статистическая термодинамика. Согласно кинетической теории, все вещества, в каком бы состоянии они ни находились – жидком, твердом или газообразном, – состоят из атомов, находящихся в постоянном движении. В твердых телах и жидкостях атомы так или иначе связаны друг с другом, а в газах практически свободны. Термодинамические свойства систем – уравнения состояния (соотношения, связывающие давление, объем, температуру и число атомов), теплоемкость, энтропия и другие величины – выводятся из представления о том, что движение атомов подчиняется законам классической, ньютоновской механики. Статистическая термодинамика расширяет это представление, полагая, что молекулы – основные единицы материи – ведут себя в соответствии с законами квантовой механики, а не классической физики. Квантовая механика - это математическая теория, описывающая свойства микромира исходя из допущения об их вероятностном характере. Так, физики говорят не о точном положении частицы в пространстве, а о вероятности нахождения ее в определенной области пространства. Кинетическая теория и статистическая термодинамика трактуют понятие энтропии на молекулярном уровне как меру неупорядоченности системы; эта мера определяется уравнением Больцмана, где S – энтропия, k – постоянная Больцмана W – число микроскопических состояний системы (см. также ЖИДКОСТЕЙ ТЕОРИЯ; КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА).

Статистическая термодинамика (как и квантовая механика) позволяет предсказать положение равновесия для некоторых реакций в газовой фазе. С помощью квантовомеханического подхода удается описать поведение сложных молекул ряда веществ, находящихся в жидком и твердом состоянии. Однако существуют реакции, скорость которых не может быть рассчитана ни в рамках кинетической теории, ни с помощью статистической термодинамики.

Настоящая революция в классической статистической термодинамике произошла в 70-х годах 20 в. Новые концепции, такие, как универсальность (представление о том, что члены некоторых широких классов соединений обладают одинаковыми свойствами) и принцип подобия (оценка неизвестных величин исходя из известных критериев), позволили лучше понять поведение жидкостей вблизи критической точки, когда исчезает различие между жидкостью и газом. С помощью ЭВМ были смоделированы свойства простых (жидкий аргон) и сложных (вода и спирт) жидкостей в критическом состоянии. Сравнительно недавно свойства таких жидкостей, как жидкий гелий (поведение которых прекрасно описывается в рамках квантовой механики), и свободных электронов в молекулярных жидкостях были всесторонне исследованы с применением компьютерного моделирования (см. также ГЕЛИЙ; СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ). Это позволило лучше понять свойства обычных жидкостей. Компьютерные методы в сочетании с новейшими теоретическими разработками интенсивно используются для изучения поведения растворов, полимеров, мицелл (специфических коллоидных частиц), белков и ионных растворов. Для решения задач физической химии, в частности для описания некоторых свойств систем в критическом состоянии и исследования вопросов физики высоких энергий, все чаще применяется математический метод ренормализационной группы (см. также МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ).

Строение молекул и спектроскопия.

Химики-органики 19 в. разработали простые правила определения валентности (способности к объединению) многих химических элементов. Например, они установили, что валентность углерода равна 4 (один атом углерода может присоединить четыре атома водорода с образованием молекулы метана CH4), кислорода – 2, водорода – 1. Исходя из эмпирических представлений, основанных на опытных данных, высказывались предположения о пространственном расположении атомов в молекулах (например, молекула метана имеет тетраэдрическую структуру, при этом атом углерода находится в центре треугольной пирамиды, а водород – в четырех ее вершинах). Однако этот подход не позволял раскрыть механизм образования химических связей, а значит, оценить размеры молекул, определить точное расстояние между атомами.

С помощью спектроскопических методов, разработанных в 20 в., была определена структура молекул воды (H2O), этана (C2H6), а затем и гораздо более сложных молекул, таких, как белки. Методы СВЧ-спектроскопии (ЭПР, ЯМР) и электронной дифракции позволили установить длины связей, углы между ними (валентные углы) и взаимное расположение атомов в простых молекулах, а рентгеноструктурный анализ – аналогичные параметры для более крупных молекул, образующих молекулярные кристаллы. Составление каталогов молекулярных структур и использование простых представлений о валентности заложили основы структурной химии (пионером ее был Л.Полинг) и дали возможность использовать молекулярные модели для объяснения сложных явлений на молекулярном уровне. Если бы молекулы не имели определенной структуры или если бы параметры связей C–C и С–H в хромосомах сильно отличались от таковых в молекулах метана или этана, то с помощью простых геометрических моделей Дж.Уотсон и Ф.Крик не смогли бы построить в начале 1950-х годов свою знаменитую двойную спираль – модель дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Исследуя методами ИК- и УФ-спектроскопии колебания атомов в молекулах, удалось установить природу сил, удерживающих атомы в составе молекул, что, в свою очередь, навело на мысль о наличии внутримолекулярного движения и позволило исследовать термодинамические свойства молекул (см. выше). Это был первый шаг к определению скоростей химических реакций. Далее, спектроскопические исследования в УФ-области помогли установить механизм образования химической связи на электронном уровне, что позволило описывать химические реакции, основываясь на представлении о переходе реагентов в возбужденное состояние (часто под действием видимого или УФ-света). Возникла даже целая научная область – фотохимия. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) дала возможность химикам исследовать отдельные стадии сложных химических процессов и идентифицировать активные центры в молекулах ферментов. Этот метод позволил также получить трехмерные изображения интактных клеток и отдельных органов. См. также МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС; ФОТОХИМИЯ.

Теория валентности.

Используя эмпирические правила валентности, разработанные химиками-органиками, периодическую систему элементов и планетарную модель атома Резерфорда, Г.Льюис установил, что ключом к пониманию химической связи является электронная структура вещества. Льюис пришел к выводу, что ковалентная связь образуется в результате обобществления электронов, принадлежащих разным атомам; при этом он исходил из представления о том, что связывающие электроны находятся на строго определенных электронных оболочках. Квантовая теория позволяет предсказать структуру молекул и характер образующихся ковалентных связей в самом общем случае (см. также ХИМИЯ).

Наши представления о строении вещества, сформировавшиеся благодаря успехам квантовой физики в первой четверти 20 в., можно вкратце изложить следующим образом. Структура атома определяется балансом электрических сил отталкивания (между электронами) и притяжения (между электронами и положительно заряженным ядром). Почти вся масса атома сосредоточена в ядре, а его размер определяется объемом пространства, занятого электронами, которые вращаются вокруг ядер. Молекулы состоят из относительно стабильных ядер, удерживаемых вместе быстро движущимися электронами, так что все химические свойства веществ можно объяснить исходя из представления об электрическом взаимодействии элементарных частиц, из которых состоят атомы и молекулы. Таким образом, главные положения квантовой механики, касающиеся строения молекул и образования химических связей, создают основу для эмпирического описания электронной структуры вещества, природы химической связи и реакционной способности атомов и молекул (см. также АТОМ).

Химическая кинетика

занимается изучением механизма химических реакций и определением их скоростей. На макроскопическом уровне реакцию можно представить в виде последовательных превращений, в ходе которых из одних веществ образуются другие. Например, кажущееся простым превращение

на самом деле состоит из нескольких последовательных стадий:

и каждая из них характеризуется своей константой скорости k. С.Аррениус предположил, что абсолютная температура T и константа скорости реакции k связаны соотношением k = A exp( - Eакт)/RT, где А – предэкспоненциальный множитель (т.н. частотный фактор), Еакт – энергия активации, R – газовая постоянная. Для измерения k и Т нужны приборы, позволяющие отслеживать события, которые происходят за время порядка 10 –13 с, с одной стороны, и за десятилетия (и даже тысячелетия) – с другой (геологические процессы); необходимо также уметь измерять ничтожно малые концентрации чрезвычайно нестабильных реагентов. В задачу химической кинетики входит, кроме того, прогнозирование химических процессов, протекающих в сложных системах (речь идет о биологических, геологических, атмосферных процессах, о горении и химическом синтезе).

где CH3-группа ориентирована по-разному относительно приближающегося атома калия.

Один из вопросов, которым занимается физическая химия (а также химическая физика), – расчет констант скоростей реакции. Здесь широко применяется разработанная в 1930-х годах теория переходного состояния, в которой используются термодинамические и структурные параметры. Эта теория в сочетании с методами классической физики и квантовой механики позволяет моделировать ход реакции, как если бы она протекала в условиях эксперимента с молекулярными пучками. Проводятся опыты по лазерному возбуждению определенных химических связей, позволяющие проверить правильность статистических теорий деструкции молекул. Разрабатываются теории, обобщающие современные физические и математические концепции хаотических процессов (например, турбулентности). Мы уже не так далеки от того, чтобы до конца понять природу как внутри-, так и межмолекулярных взаимодействий, раскрыть механизм реакций, протекающих на поверхностях с заданными свойствами, установить структуру каталитических центров ферментов и комплексов переходных металлов. Что касается микроскопического уровня, можно отметить работы по изучению кинетики образования таких сложных структур, как снежинки или дендриты (кристаллы с древовидной структурой), которые стимулировали развитие компьютерного моделирования, основанного на простых моделях теории нелинейной динамики; это открывает перспективы создания новых подходов к описанию строения и процессов развития сложных систем. См. также БИОХИМИЯ; БИОФИЗИКА; ХИМИИ ИСТОРИЯ; КРИСТАЛЛЫ И КРИСТАЛЛОГРАФИЯ; ФИЗИКА; РАСТВОРЫ; СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ.

Даниэлс Ф., Олберти Р. Физическая химия. М., 1978
Эткин П.М. Физическая химия. М., 1980
Фролов Ю.Г., Белик В.В. Физическая химия. М., 1993
Грязнов В.М., Гульянова С.Г. Физическая химия. М., 1994

Что такое химическая физика и чем она важна? Какие задачи решает? Можно ли получить с помощью методов химической физики новые материалы и технологии? Какое отношение они имеют к мосту через Амур? Об этом и многом другом – наш разговор с Виктором Андреевичем Надточенко, директором Федерального исследовательского центра химической физики имени Н.Н. Семенова, доктором химических наук, профессором.

– Виктор Андреевич, мы находимся в святая святых – в мемориальном кабинете Николая Николаевича Семенова, основателя и первого директора этого института, которому скоро исполнится 90 лет. Академик Семенов говорил о том, что химическая физика, которую он, собственно, и основал как науку, наиважнейшая область химии. Почему он так считал, как вы думаете?

– Химическая физика – это один из краеугольных камней большого куста наук – естествознания и биологии, физики и химии. Сейчас, если мы посмотрим на общий сборник, который издает, скажем, Американское или Европейское химическое общество, то примерно 75% материала – это традиционный материал химической физики. Если мы будем говорить о фундаментальных физических законах, то все они устанавливались на относительно простых системах, однако они носят абсолютно фундаментальный характер. Химическая физика – это наука, которая работает со сложными системами, и применение, использование их с точки зрения фундаментальных законов требует очень больших интеллектуальных усилий. Та наука, которую создал Николай Николаевич Семенов, оказалась очень разносторонней. Она проникает и в современную биофизику, и в биологию, и в материаловедение. Куда ни посмотри, всюду срабатывает химическая физика.

– То есть это основа основ?

– Да, потому что, опираясь на физические законы, мы пытаемся понять природу сложных систем. А химические и биологические системы крайне сложны.

– Самые важные вещи произошли, по-видимому, где-то в 20-х годах, когда Юлий Борисович Харитон исследовал воспламенение фосфора. Именно тогда Николай Николаевич Семенов фактически заложил основу теории разветвленных цепных реакций, которая стала фундаментом для объяснения широкого круга явлений, сегодня называемых критическими. Тогда начала активно развиваться школа химической физики и кинетики. Было много фундаментальных и прикладных работ. Это были работы, связанные с энергетически богатыми материалами, топливом, взрывчаткой. До начала войны институт играл очень важную роль в становлении всей нашей промышленности.

Семенов был не только гением фундаментальной науки – он гениальный организатор. Удивительным образом он сумел собрать вокруг себя и сформировать коллектив ярчайших людей. Тогда здесь появились еще молодой Яков Борисович Зельдович и многие другие наши великие ученые, чьи портреты сегодня украшают наш конференц-зал. Уже в 1939-м году делались прикидки, как может произойти разветвленная цепная реакция, может ли произойти атомный взрыв. Но для того, чтобы достоверно это все рассчитать, тогда еще было недостаточно информации. Надо было знать конкретные константы, сечения и другие параметры, которые еще не были измерены. Хотя принцип такого устройства уже был сформулирован. Параллельно была создана теория детонации, очень много было сделано в теории горения.

А на более позднем этапе институт подключился к работе над атомным проектом. Для иллюстрации скажу, что на площадке первого атомного взрыва присутствовало 11 научных сотрудников, из них 9 – сотрудники Института химической физики.

– Показательно.

Здесь интересно его предвидение. Тогда он cформулировал, что нам необходимо использовать принципы живой природы в постановке решений химических проблем. Эта идея воплотилась в попытке реализовать несколько проектов. Это проект по созданию искусственного фотосинтеза, где брались за основу самые глобальные процессы, которые происходят на Земле. Это фотосинтез, это фиксация азота, второй по глобальности процесс, который обеспечивает, собственно говоря, жизнь на Земле. И была идея взять процесс активации СН-связи. Это целый ряд ферментативных процессов, которые проходят в живых организмах. Суть их заключается в том, что происходит окисление углеводорода органических молекул кислородом практически без образования свободных радикалов. Получаются либо какие-то целевые продукты, либо это используется в биоэнергетических цепях, когда вырабатывается энергия для функционирования живой клетки.

– Виктор Андреевич, давайте поговорим о современной жизни вашего института, расскажем о самых интересных, самых актуальных направлениях, в которых вы сейчас работаете.

– После смерти Николая Николаевича институт разделился на несколько институтов. В последнее время мы предприняли усилия для того, чтобы объединить те наши старые осколки, и таким образом мы преобразовались в Федеральный исследовательский центр. Что важного и интересного оставалось? Во-первых, у нас осталась традиционная тематика, которая начиналась с 30-х годов, – это тематика горения и взрыва. Руководит этим направлением профессор Сергей Михайлович Фролов. У них есть очень остроумные решения инженерного толка тех идей, которые закладывались еще Яковом Борисовичем Зельдовичем. Еще в 30-х годах было понятно, что можно создать некие двигатели, которые бы использовали не столько знаменитые циклы, которые используются в современных двигателях внутреннего сгорания, сколько детонацию. Это сложно из-за того, что детонация – это нелинейный процесс, очень неустойчивый, и он все время куда-то убегает. Но группе Фролова удалось получить устойчивость этого процесса, реализовать прототипы таких двигателей. Это действительно огромные успехи и важные решения.

У нас остались традиционные работы, связанные с катализом, с исследованием строения вещества. Очень большой след оставили усилия Николая Николаевича, которые были связаны с биологическими системами. Самая интересная работа в этом направлении, в которую я активно вовлечен, – это исследование самых первичных процессов природного фотосинтеза. Это быстрые процессы разделения зарядов в фотосистеме. Для этого используется фемтосекундная лазерная спектроскопия. Существенные результаты с исследования первичных процессов в зрительных пигментах получены в совместных исследованиях с М.А. Островским. Мы развиваем новые методы фемтосекундной лазерной спектроскопии, с помощью которых можно получать химическую карту биологического объекта и даже наблюдать динамику изменения этой химической карты. Это важно для того, чтобы понимать, что происходит в живой клетке.

Новое направление, которое у нас развивается в последние годы, – это фемтосекундная лазерная нанохирургия. Смысл этой методики заключается в том, чтобы с помощью специальных лазерных устройств можно было с помощью очень деликатно сформулированного светового пятнышка залезть внутрь клетки, не разрушая внешней мембраны, и там провести определенные хирургические операции. Минимальный набор для хирургической операции – это скальпель и пинцет, а здесь обе функции выполняет специальным образом организованный световой пучок лазера.

– Это применяется в офтальмологии?

– Это, скорее, связано с проблематикой генетического редактирования, когда вы можете порезать хромосому, разрушить ту или иную органеллу, слить две выбранные вами клетки и создать некую гибридную клетку. Эта технология представляет интересы для широкого круга задач, начиная с ЭКО и заканчивая генетическим редактированием при разного рода патологиях.

А второе направление, тоже очень интересное, связано с сельским хозяйством. Это получение новых сортов, работа с растительными клетками.

Появились и новые направления. Например, связанные с сенсорикой. Его развивает Леонид Израилевич Трахтенберг. Развивается химия полимеров. Это направление ведет научный руководитель института, академик Александр Александрович Берлин. Здесь работали выдающиеся люди, такие как Сергей Николаевич Ениколопов, Леонид Исаакович Маневич. Это разработка материалов с новыми свойствами. Необходимы полимеры, которые быстро утилизируются и деградируют. Есть другого типа задачи – это создание полимерных материалов, которые бы удерживали экстремальные температуры. Есть у нас и суперприкладные работы. Например, самая большая инновация 2019 года – это мост через Амур, покрытый асфальтом, наполненным резиновым порошком, который получают из покрышек автомобилей. Наши порошки оказались суперпорошками по одной простой причине: Вадим Геннадьевич Никольский, один из старейших сотрудников нашего института, развил очень интересную технологию утилизации старой резины, когда при ее перемалывании получаются частицы наноразмеров. Такой материал не трескается и не повреждается. Это важно и потому, что там большие перепады температур, и потому, что высокая влажность. Игра на этих нанозазорах оказалась принципиальной, и физико-химические свойства здесь чудо как хороши.

– Расскажите, пожалуйста, какие планы, перспективы у института?

– Мы уделяем большое внимание работе с молодежью, и с этим я связываю наши перспективы. Сейчас, например, развивается очень интересное направление, связанное с масс-спектрометрией, протеомикой. Я возлагаю большие надежды на развитие направления, связанного с лазерной хирургией. Безусловно, большие надежды на то, что делает отдел горения и взрыва. Надеюсь, их работы приобретут промышленное воплощение. Конечно, есть объективные проблемы Центра как живого организма, мы с ними по мере сил справляемся, пока держимся. Вдохновляет и дает сил то, что работы, которые здесь ведутся, действительно крайне важны и нужны и стране, и людям.

Ключевые слова конспекта: Физические явления, химические явления, химические реакции, признаки химических реакций, значение физических и химических явлений.

Физические явления — это явления, при которых обычно изменяется только агрегатное состояние веществ. Примеры физических явлений — плавление стекла, испарение или замерзание воды.

Химические явления — это явления, в результате которых из данных веществ образуются другие вещества. При химических явлениях исходные вещества превращаются в другие вещества, обладающие другими свойствами. Примеры химических явлений — сгорание топлива, гниение органических веществ, ржавление железа, скисание молока.

Химические явления иначе называют химическими реакциями.

Условия возникновения химических реакций

О том, что при химических реакциях одни вещества превращаются в другие, можно судить по внешним признакам: выделению теплоты (иногда света), изменению окраски, появлению запаха, образованию осадка, выделению газа.

Для начала многих химических реакций необходимо привести в тесное соприкосновение реагирующие вещества. Для этого их измельчают и перемешивают; площадь соприкосновения реагирующих веществ при этом увеличивается. Наиболее тонкое дробление веществ происходит при их растворении, поэтому многие реакции проводят в растворах.

Измельчение и перемешивание веществ — только одно из условий возникновения химической реакции. Например. при соприкосновении древесных опилок с воздухом при обычной температуре опилки не загораются. Для того чтобы началась химическая реакция, во многих случаях необходимо нагревание веществ до определённой температуры.

Важнейшие условия возникновения химических реакций — это:

  • тщательное измельчение и перемешивание веществ;
  • предварительное нагревание веществ до определённой температуры.

Значение физических и химических явлений

Большое значение имеют химические реакции. Они используются для получения металлов, пластмасс, минеральных удобрений, медикаментов и т. д., а также служат источником различных видов энергии. Так, при сгорании топлива выделяется теплота, которую используют в быту и в промышленности.

Все процессы жизнедеятельности (дыхание, пищеварение, фотосинтез и др.), протекающие в живых организмах, также связаны с различными химическими превращениями. Например, химические превращения веществ, содержащихся в пище (белков, жиров, углеводов), протекают с выделением энергии, которая используется организмом для обеспечения процессов жизнедеятельности.

Читайте также: