📖 Основы общей и физической химии. Учебное пособие

Книга создается на основе годичного курса "Общая и физическая химия" для студентов 2-го курса физического факультета МГУ. Выбирая уровень изложения, мы исходили из того, что читать ее будут люди естественно-научного склада, имеющие полное или неполное высшее физико-математическое образование, но имеющие о химии отдаленное представление или не имеющие вообще никакого представления. Основные задачи книги: 1. Доказать физикам необходимость и плодотворность химического подхода к изучению мира. Показать области применения хи-мии в физике. 2. Сформировать у физиков представление о языке и законах химии, химическом способе мышления и познания окружающего мира. 3. Продемонстрировать применение физических теорий к химическим процессам. 4. Объяснить, почему и как протекают химические реакции. Тот взгляд на химию, который мы хотим донести до читателя, состоит в следующем. Химия - одна из наук, изучающих природу. Все многообразие проблем, которые решает химия, можно свести к следующим основным вопросам: o Какие бывают вещества? o Как они устроены? o Как связано строение веществ с их свойствами? o Как из одних веществ получить другие, более полезные или интересные? Химия как наука и как способ познания природы обладает необычными свойствами. У нее нет собственных законов. Все законы химии, включая Периодический закон, служат лишь частными проявлениями общих законов, которыми занимается физика. Поэтому недалекие научные работники считают химию частью физики. Разумеется, это глубоко ошибочная точка зрения. А что же есть в химии своего? В первую очередь, колоссальное многообразие изучаемых объектов. Одних только чистых индивидуальных веществ в химии охарактеризовано около 20 миллионов, не считая многочисленных смесей. А ведь есть еще и химические реакции между веществами. Из всех известных химии веществ лишь очень небольшая доля - всего несколько процентов - имеется в природе, остальные вещества - продукт деятельности человека. По мнению выдающего американского химика Роальда Хоффмана (род. 1937), химики отличаются от любых других ученых тем, что собственноручно творят те объекты, которые потом вос-принимают и изучают. В точности то же самое делают писатели, художники и композиторы. Это роднит химию с искусством. Другие естественные науки - физика и биология - изучают то, что создано природой, а химия - главным образом то, что сделала сама. Химия сродни не только искусству, но и волшебству. Многие химические опыты, сопровождающиеся неожиданным изменением цвета, объема или агрегатного состояния, производят на непосвященных людей магическое впечатление. Во все времена химики отличались большим искусством трансформации веществ. Именно поэтому специалистов по какому-нибудь делу, ловких людей и даже мошенников на Руси шутливо называли "химиками". Д.И.Менделеев вспоминал о таком случае: "Еду я в Москве как-то на извозчике, а навстречу нам полицейские ведут кучку каких-то жуликов. Извозчик мой поворачивается и говорит: "Ишь, химиков повели". Химикам присущ уникальный, характерный только для них, взгляд на окружающий мир. Нобелевский лауреат, один из первооткрывателей фуллеренов Гарольд Крото (род. 1939) писал: "Химики, по-моему, страдают особой формой "шизофрении". В самом деле, их мышление - это причудливая смесь самых абстрактных и совсем наглядных представлений. Они знают о тонких квантово-механических закономерностях, определяющих свойства молекул, которые, в свою очередь, ответственны за все многообразие окружающего нас мира. Эта взаимосвязь микро- и макромира остается скрытой от ученых других специальностей. Кроме того, никто не сделал так много для улучшения условий жизни людей, как химики, но их заслуги в должной мере не оценены". Настоящий химик всегда "чувствует вещество". Это проявляется и в лаборатории, где создаются рецепты синтеза новых веществ, и в быту, где, например, бывает нужно подобрать подходящий клей или растворитель. Современные химики умеют работать не только с большими количествами веществ, но и с отдельными атомами и молекулами. Техника манипулирования атомами достигла такой высокой степени развития, что химики могут синтезировать любую наперед заданную молекулу или надмолекулярную структуру со сложной архитектурой. Теперь главное - понять, что именно надо синтезировать. На первый план в химии выходит прикладной аспект: основная задача состоит в поиске новых веществ, обладающих полезными свойствами - катализаторов, лекарственных средств, строительных материалов, аккумуляторов энергии. Книга состоит из 4 основных разделов, один из которых - "Общая химия" - имеет описательный характер, а три других - "Строение вещества", "Химическая термодинамика", "Химическая кинетика" - демонстрируют логику теоретической химии и показывают применение физических теорий и методов к химическим процессам, описанным в разделе "Общая химия".