ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА
науч.
область, пограничная между химией и новыми разделами физики. Возникновение
X. ф. было подготовлено многими выдающимися открытиями в физике нач. 20
в. (см.
Атомная физика, Квантовая механика). Как следствие быстрого
прогресса физики появились новые возможности теоретич. и экспериментального
решения хим. проблем, а это, в свою очередь, привело к расширению исследований
с применением физ. методов. Складывались совр. представления о строении
и электрич. свойствах атомов и молекул, природе межмолекулярных сил и элементарного
акта хим. взаимодействия. После открытия нем. учёным М. Боденштейном неразветвлённых
цепных реакций (1913) и установления В. Нернстом принципиального
хим. механизма таких реакций начался новый этап развития кинетики химической,
Механизм
хим. реакций рассматривается как сложная совокупность элементарных хим.
процессов с участием молекул, атомов, свободных радикалов, ионов, возбуждённых
частиц. Открыты и изучены ранее неизвестные типы хим. реакций, напр, цепные
разветвлённые реакции (Н. Н. Семёнов, С. Хиншелвуд),
и явления,
свойственные этому типу реакций; создана теория процессов горения и взрывов,
базирующаяся на хим. кинетике (Семёнов).
Впервые термин чХ. ф." в понимании, близком
к современному, ввёл нем. учёный А. Эйкен, опубликовав чКурс химической
физики" (1930). До этого (1927) вышла книга В. Н. Кондратьева, Н. Н. Семёнова
и Ю. Б. Харитона "Электронная химия", название к-рой в известной мере раскрывает
смысл терминачХ. ф.". В 1931 был организован Ин-т хим. физики АН СССР;
с 1933 в США издается чЖурнал химической физики" (Journal of Chemical Physics).
Уже с 20-30-х гг. к X. ф. стали относить
работы по изучению строения электронной оболочки атома; квантово-механич.
природы хим. сил; строения и свойств молекул, кристаллов и жидкостей; проблем
хим. кинетики - природы элементарных актов хим. взаимодействия, свойств
свободных радикалов, квантовом еханич. теории реакционной способности соединений,
фотохимич. реакций и реакций в разрядах, теории горения и взрывов.
Совр. этап в развитии X. ф. характеризуется
широким применением многочисленных весьма эффективных физ. методов, дающих
большой объём информации о структуре атомов и молекул и механизмах хим.
реакций. Это спект-рально-оптич. методы, масс-спектромет-ри% метод молекулярных
пучков, рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия, электромагнитные
методы определения поляризуемости, магнитной восприимчивости, электронография
в ионография, нейтронография и нейтроно-спектроскопич. методы, электронный
парамагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс, ядерный квадруполь-ный
резонанс, двойные резонансы, метод спинового эха, хим. поляризация электронов
и ядер, гамма-резонансная спектроскопия, методы установления структурных
и динамич. свойств молекул с помощью мезонов и позитронов, методы определения
импульсов электронов в молекулах, импульсные методы изучения быстрых процессов
(импульсный радио-лиз, импульсный, в т. ч. лазерный, фотолиз), ударно-волновые
и др. методы.
Растёт значение квантовой химии, применение
ЭВМ для расчёта электронного строения и свойств хим. соединений и выполнения
др. расчётов, необходимых для развития теории хим. реакций.
Большое внимание уделяется изучению механизмов
элементарных актов хим. превращения в газовой и конденсированной фазах.
Применительно к гаэофазным реакциям интенсивно исследуется кинетика неравновесных
процессов, важных в условиях высоких темп-р и глубокого вакуума, выясняется
роль колебательного возбуждения молекул. Разрабатывается теория туннельных
переходов в кинетике хим. реакций, устанавливаются критерии, характеризующие
темп-ры, ниже к-рых туннельные переходы преобладают над барьерными. Изучаются
особенности процессов при темп-pax, близких к абс. нулю. Развивается химия
низких темп-р (низкотемпературные реакции протекают направленно, с весьма
высоким выходом целевых продуктов, с большими, иногда взрывными, скоростями).
Интенсивно ведутся работы по химии высоких
энергий - области X. ф., связанной с исследованиями кинетики, механизма
и практич. приложений процессов, в к-рых энергии отд. атомов, молекул,
радикалов превышают энергию теплового движения, а зачастую и энергию хим.
связей.
Важным разделом химико-физич. исследований
является фотохимия, имеющая большое значение для теории хим. процессов,
решения проблем фотосинтеза, фоторецепции, фотографии, свето-стабилизации
полимерных материалов. С помощью современных импульсных методов исследуются
весьма быстрые фотопроцессы, что важно для установления механизма элементарных
реакций. Изучается механизм фотохромизма, знание к-рого необходимо
в связи с широким применением фотохромных материалов в технике.
Ведутся теоретич. и прикладные исследования
в области низкотемпературной плазмы, разрабатываются общие принципы неравновесной
кинетики хим. реакций в плазме и науч. основы плазмо-химич. технологии
(см. Плаэмохимия).
Сравнительно новое направление X. ф.- изучение
хим. превращений конденсированных веществ в результате их сжатия под действием
ударных волн. Изучается кинетика быстрых неизотермич. реакций в условиях
адиабатич. расширения и сжатия газов.
Возрастает роль и значение работ по ядерной
химии, к-рая занимается изучением хим. последствий ядерных процессов (ядерные
реакции, радиоактивный распад), исследованиями в области химии новых трансурановых
элементов, а также своеобразных систем (в частности, мезоатомов), возникающих
при воздействии на вещество позитронов и мезонов. Развиваются методы радиационной
химии.
Одним из фундаментальных следствий теории
цепных процессов является вывод об образовании высоких концентраций свободных
атомов и радикалов в ходе цепных разветвлённых реакций. Этот вывод лежит
в основе многочисленных теоретич. и экспериментальных работ, имеющих большое
практич. значение. Развиваются исследования цепных процессов с энергетич.
разветвлениями цепи. На основе таких процессов создаются хим. лазеры. Новым
науч. направлением становится изучение влияния магнитных полей на механизм
реакций с участием свободных радикалов. Сохраняет своё большое теоретич.
и практич. значение изучение теплового взрыва, горения и детонации.
Большое внимание уделяется изучению кинетики
и механизма хим. реакций в твёрдом теле (см. также Топохимиче-ские реакции)
и
химико-физич. аспектам катализа. В области гетерогенного катализа
X. ф. сосредоточивает внимание на изучении свойств частиц, адсорбированных
на поверхности катализатора, установлении структуры и распределения активных
центров на поверхности твёрдых тел, разработке элементарного акта гетерогенного
катализа. Перспективным объектом химико-физич. изучения становится металлокомплекс-ный
катализ, приближающийся по эффективности к ферментативному.
В области электрохимии X. ф. разрабатывает
квантовохимич. обоснование особенностей электрохимич. реакций, занимается
экспериментальным изучением механизма элементарного акта электродных реакций,
а также процессов в объёме раствора, сопровождающихся переносом электронов,
исследованием сольватированных электронов, теоретич. анализом темновой
и фотоэмиссии электронов из металла в раствор.
Химико-физич. методы и подходы становятся
эффективным инструментом науч. исследований во всех разделах хим. науки.
Совр. физическая химия также во всё возрастающей степени использует
при решении хим. проблем новейшие достижения физики и физич. методы исследования.
Лит.: Кондратьев В. Н., С е м е-н
о в Н. Н., X а р и т о н Ю. Б., Электронная химия, М. - Л., 1927; Э и к
е н А., Курс химической физики, пер. с нем., вып. 1-3, М. - Л., 1933-1935;
С е м е-н о в Н. Н., Кондратьев В. Н., Эмануэль Н. М., Химическая физика
в Академии наук СССР, " Вестник Академии наук СССР", 1974, № 2, с. 49;
С е м е н о в Н. Н., Химическая физика. (Физические основы химической кинетики),
Черноголовка, 1975. Ц- М. Эмануэль.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я