ФІЗИЧНА І КОЛОЇДНА ХІМІЯ Електронний посібник
Головна Анотація Теоретичні відомості Список використаних джерел Укладачі	ВСТУП
	1. Виникнення фізичної хімії. 2. Основні етапи розвитку колоїдної хімії та її завдання. 3. Роботи М.В. Ломоносова, М.М. Бекетова, В. Оствальда. 4. Значення фізичної і колоїдної хімії в розвитку технології харчових виробництв і під час вжиття заходів із охорони довкілля. 1. Виникнення фізичної хімії Усі хімічні дисципліни вивчають хімічну форму руху матерії, пов'язану з рухом атомів, з розривом старих і виникненням нових хімічних зв'язків у процесі хімічної реакції. Однак хімічні реакції завжди супроводжуються фізичними явищами: виділенням або поглинанням теплоти, виникненням електричної або світлової енергії. Фізичні явища можуть, у свою чергу, викликати хімічні реакції, наприклад, поглинання світла фотоплівкою призводить до хімічного процесу розкладання броміду срібла. Рис. 1. Явища: а) фізичні; б) хімічні Таким чином, між хімічними і фізичними явищами існує тісний зв'язок, взаємодія. Взаємозв'язок хімічних і фізичних явищ вивчає фізична хімія. Ця наука знаходиться на стику між хімією і фізикою. Користуючись теоретичними і експериментальними методами обох наук, фізична хімія займається дослідженням реакцій і супроводжуючих їх фізичних процесів. Фізична хімія головну увагу приділяє дослідженню законів перебігу хімічних процесів у часі і законів хімічної рівноваги. Головне завдання фізичної хімії – це передбачення часового ходу хімічного процесу і кінцевого результату (стану рівноваги) у різних умовах. Рис. 2. Агрегатний стан води: 1) газоподібний: випаровування – пара; 2) рідкий: конденсація – рідина; 3) твердий – лід 2. Основні етапи розвитку колоїдної хімії та її завдання Колоїдна хімія спочатку була лише розділом фізичної хімії. Сьогодні – це самостійна наука, яка вивчає властивості колоїдних систем. Колоїдні системи – це туман, дим, колоїдні розчини металів, сульфіду миш'яку, йодиду срібла, розчини органічних барвників, молоко, порошки, піни тощо. Рис. 3. Приклади колоїдних систем Колоїдні розчини відрізняються від істинних низкою властивостей. Вони розсіюють світло, мають дуже малий осмотичний тиск, у них повільно відбувається дифузія частинок, вони здатні до діалізу (колоїдні частинки не проходять через напівпроникні мембрани, на відміну від молекул низькомолекулярних речовин). Колоїдні системи агрегативно нестійкі, в них легко виділяється (коагулює) розчинена речовина. Всі особливі властивості колоїдних розчинів пов'язані з їх гетерогенністю. Колоїдну хімію визначають як фізикохімію дисперсних систем і поверхневих явищ (П. О. Ребіндер). Рис. 4. Властивості колоїдних розчинів: а) розсіювання світла; б) дія осмотичного тиску; в) дифузія в рідинах Основними завданнями колоїдної хімії є вивчення властивостей матерії в мікрогетерогенному стані; розробка теоретичних основ процесів добування, стабілізації або руйнування колоїдних систем; дослідження закономірностей колоїдного структуроутворення, поверхневих властивостей і явищ на межі розподілу фаз, а також способів керування властивостями дисперсних матеріалів і поведінки тіл з таких матеріалів у механічному та інших полях сил, у різноманітних середовищах і за різних умов експлуатації; спрямована зміна поверхневих властивостей і ефективне застосування поверхневих явищ у практичній діяльності. Отже, колоїдна хімія – наука про отримання та властивості дисперсних систем, а також про явища, що відбуваються на міжфазній поверхні. 3. Роботи М.В. Ломоносова, М.М. Бекетова, В. Оствальда Основоположником фізичної і колоїдної хімії є М.В. Ломоносов, який увів термін «фізична хімія», дав визначення цієї науки і вперше у світі у 1752–1754 роках читав лекції з фізичної хімії студентам Академії наук, паралельно велись практичні заняття і виконувались дипломні роботи. Аналогічний практикум у Лібіха запровадили лише у 1825 році М.В. Ломоносов виконав численні дослідження з фізичної хімії, відкрив закон збереження і перетворення енергії, закон збереження матерії, розробив кінетичну теорію теплоти, вивчав властивості газів і розчинів. На жаль, дослідження М. В. Ломоносова були мало відомі і не змогли відіграти належної ролі у розвитку науки, можливо, саме тому впродовж цілого сторіччя фізична хімія не перетворилася у самостійну науку. Тільки наприкінці XVIII – на початку XIX століття у низці країн були виконані важливі дослідження, які мали важливе значення для розвитку фізичної хімії. Було відкрите явище адсорбції (Шееле, Ловіц, 1785), досліджені теплові ефекти реакцій (Лавуаз'є, Лаплас, 1779–1784), каталітичні процеси (Деві, Берцеліус, 1835), сформульовані закони електролізу (Фарадей, 1830). Російський учений Гесс відкрив основний закон термохімії (1840). У середині XIX століття в розвитку фізичної хімії важливу роль відіграло обґрунтування основних законів термодинаміки (Карно, Гельмгольц, Клаузіус, Томсон), законів рівноваги (Бекетов, Гульдберг і Вааге, Гіббс). Після М. В. Ломоносова читання лекцій з фізичної хімії було вперше відновлено М. М. Бекетовим, який з 1860 року почав читати курс фізичної хімії у Харківському університеті, а згодом (1864) відкрив у цьому університеті фізико-хімічне відділення. Для розвитку фізичної хімії виключне значення мали роботи Д.І. Менделєєва і перш за все відкриття періодичного закону (1869), який став основою для вивчення будови атома, атомних спектрів, систематизації властивостей хімічних елементів і їх сполук. Д.І. Менделєєв створив гідратну теорію розчинів, увів універсальну газову сталу, встановив існування критичної температури (абсолютної температури кипіння рідини). Наприкінці XIX століття фізична хімія бурхливо розвивається і остаточно формується у самостійну дисципліну. Цьому сприяли видатні роботи Гіббса (термодинаміка рівноваги), Вант-Гоффа (фізична теорія розчинів), Арреніуса (теорія електролітичної дисоціації), Нернста (електрохімія). У 1887 році в Лейпцігському університеті було створену першу кафедру фізичної хімії на чолі з Оствальдом, на якій працювали Вант-Гофф, Арреніус, Нернст. У XX столітті фізична хімія швидко розвивається завдяки створенню нових експериментальних методів, одержанню глибокого вакууму, високих тисків і низьких температур, застосуванню електроніки, радіотехніки і автоматики. Рис. 5 а) скляна посудина із насосом для демонстрації вакууму; б) застосування електроніки На початку XX століття створені ядерна модель атома (Резерфорд, 1911), кількісна теорія атома водню (Бор, 1913), сформульована теплова теорема (Нернст, 1906). До значних досягнень XX століття належить теорія розчинів сильних електролітів (Дебай і Гюккель, 1923), теорія ланцюгових реакцій (М. М. Семенов, 1934). В останні роки інтенсивно розвиваються методи дослідження будови і властивостей молекул (електронний парамагнітний резонанс, ядерний магнітний резонанс, масспектрометрія та ін.). 4. Значення фізичної і колоїдної хімії в розвитку технології харчових виробництв і вжиття заходів з охорони довкілля Закони і методи фізичної хімії мають важливе значення для багатьох галузей науки і техніки, наприклад, медицини, біології, фармації, геології, металургії, сільського господарства, харчової і текстильної промисловості та ін. Рис. 6. Застосування фізичної хімії в різних галузях науки і техніки Ранні дослідження колоїдних систем були проведені ученим Ф. Сольмі (1845). Він досліджував колоїдні розчини хлориду срібла, сірки, берлінської лазурі і висловив думку про те, що в цих розчинах існують агрегати молекул, які К. Кегелі назвав міцелами (від лат. mica – частинка), а міцелярні системи – золями. Важливе значення для розвитку колоїдної хімії мали роботи М.П. Пєскова. Він досліджував стійкість колоїдних систем, ним введене уявлення про два види стійкості – агрегативну і кінетичну. Нині проблема стійкості колоїдних систем – одна з головних у науці про колоїди. В її розв'язання значний внесок зробили П.О. Ребіндер (структурно-механічні властивості колоїдних систем), Б.В. Дерягін (теорія стійкості колоїдних систем). Колоїдна хімія надає теоретичне пояснення процесам, що використовуються в технології продуктів харчування: драглеутворення, зміна в’язкості, піноутворення, емульгування, очищення питної води. Рис. 7. Застосування колоїдної хімії в харчовій промисловості Установлення зв'язку між цими властивостями й технологічними параметрами дозволяє технологам правильно використовувати вихідні матеріали, грамотно будувати технологічний процес, розробляти науково обґрунтовані методи створення продукції із заданими властивостями. Колоїдна хімія має важливе значення для розуміння властивостей харчової сировини, для побудови раціональної технології його переробки, для об'єктивної оцінки якості одержуваної продукції. Використовувана в харчовій промисловості сировина, переважно є колоїдними й високомолекулярними системами. Технологічний процес переробки такої сировини може бути зрозумілий і раціонально побудований значною мірою на основі колоїдної хімії. Контроль якості продукції – найважливіша ланка кожного виробництва. Колоїдна хімія дозволяє розробити ефективну систему технологічного контролю. Тому головною метою курсу є вивчення основ фізичної і колоїдної хімії, щоб у майбутньому фахівці-технологи могли керувати процесами, що відбуваються в продуктах харчування, розробляти нові харчові технології, виготовляти продукти з високими смаковими, іншими органолептичними властивостями, потрібної консистенції за максимального збереження їх споживчої якості. Колоїдна хімія є базовою дисципліною, яка визначає становлення висококваліфікованого фахівця з охорони навколишнього середовища, тому що знання властивостей дисперсних систем і поверхневих явищ сприяє виникненню безвідходних технологій, раціональному використанню сировини, одержанню матеріалів із заданими властивостями. Все це поліпшує екологічний стан довкілля. Питання для самоконтролю 1. Що вивчає фізична хімія? 2. Які технологічні процеси пояснює колоїдна хімія? 3. Основні відкриття М.В. Ломоносова. 4. Виникнення колоїдної хімії, її основні завдання. 5. Значення колоїдної хімії для технологічного процесу харчової промисловості.
	Попередня тема	На початок	Наступна тема