1 ma’ruza kirish. Fizikaviy kimyo fanining vazifasi, maqsadi va tekshirish obyektlarini
Download 0.57 Mb. Pdf ko'rish
|
1-маъруза
|
1 - ma’ruza KIRISH. FIZIKAVIY KIMYO FANINING VAZIFASI, MAQSADI VA TEKSHIRISH OBYEKTLARINI О‘RGANISH USULLARI REJA: 1. Fizikaviy kimyo fanining vazifasi, maqsadi va tekshirish obyektlari, rivojlanish tarixi. 2. Asosiy bо‘limlar haqida qisqacha tushunchalar. 3. O‘rta Osiyoda fizik va kolloid kimyo sohasidagi eng muhim izlanishlar va yaratilgan qonuniyatlar 4. Kimyoviy termodinamika va uning asosiy tushunchalari. Kalit tushunchalar (a) Fizikaviy kimyo – kimyoviy jarayonlar va muammolarini о‘rganishda fizikaning nazariyalari va tajriba usullaridan foydalanadigan fandir. (b) Texnologiyadagi ahamiyati Fizikaviy kimyo fani kimyoviy jarayonlarni har taraflama atroflicha
jarayonlarni ongli ravishda idora qilish, ya'ni jarayonlarni olib borishda optimal sharoitni bеlgilashga imkoniyatlar yaratadi. Fizikaviy kimyo fanining bеrgan ma'lumotlari, qonun va qonuniyatlari kimyo, nеft-gaz, qurilish matеriallari, oziq-ovqat va shu kabi turdosh sanoat texnologiyalarini yanada rivojlantirishda muhim amaliy ahamiyatga egadir 1 .
Ayrim kerakli fizik kimyoviy kattaliklar Modda – bu materianing maxsus shakli bo‘lib, molekukla yoki atomlar to‘plamidan iboratdir.
(n) – (mol soni ham deyiladi) namunada mollarda ifodalanadi: 1 mol – modda miqdori bo‘lib, unda 12g uglerod-12 izotopida nechta atom bo‘lsa, shuncha molekula atom yoki ion tutganligini ko‘rsatadi. Tajribada
1
aniqlanganda bu son 6,02∙10 23 ga teng. Agar namunada zarrachalar soni N bo‘lsa, undagi modda miqdori n=N/N A ga teng bo‘ladi. N A =6,02∙10
23 mol soni yoziladi. Ekstensiv kattalik – moddaning miqdoriga bog‘liq bo‘lgan kattaliklardir. Massa va xajm.
– modda miqdoriga bog‘liq bo‘lmagan kattaliklar. Temperatura, zichlik va bosim.
– X m namunaning ekstensiv kattaligini X namunadagi modda miqdoriga bo‘lgan nisbatga aytiladi: Xm=X/n. Mol kattalik intensiv kattalikdir. Formula birligi – birikmani kimyoviy formulasiga mos keluvchi ionlar guruhidir; NaCl ni formula birligi bitta Na + ioni va bitta Cl - ionidan iborat. Molyar konsentrasiya (molyarlik) – modda miqdorini (n) eritmaning hajmiga bo‘lgan nisbatidir. Molyar konsentrasiya bir litr eritmada erigan modda miqdorini ifodalaydi. Mol/l (mol l -1 yoki mol dm -3 ; 1 l = 1dm 3 ).
298 ,15 К RT 2,4790 kDj∙mol -1 RT/F 25,693 мV RT ln 10/F 59,160 mV kT/hc 207,23 sm -1 kT/e 25,693 meV
1 Dj = 1 kg∙m
2 ∙s -2 = 1 А∙В∙s Kuch 1 N = 1
kg∙m∙s -2
Бosim 1 Pа = 1 N∙m -2 = 1 kg∙m
- 1 ∙s -2 =
1 Dj∙m
-3 Zаryad 1 Kl = 1 А ∙s Potensiаllаr fаrqi 1 В = 1 Dj ∙Kl -1 =
1 kg∙m 2 ∙s -3 ∙А -1 О‘tish koeffitsiyentlаri 1 eВ 1,602 18 ∙ 10 -19 Dj
96,485 kDj ∙ mol -1
8065,5 sm -1
1 kаl 4,184 Dj 1 аtm 101,325 kPа 760 Torr
1,9864 ∙ 10 -23 Dj
1 D 3, 335 64 ∙ 10 -30
1 Å 10 -10 m 1 l ∙ аtm 101,325 Dj ᶿ/ 0
Fizikaviy kimyo fanining vazifasi, maqsadi va tekshirish obyektlari
Kimyoviy jarayonlar favqulodda juda xilma-xil kechadi. Lekin ularning hammasi ma’lum bir umumiy qonuniyatlarga bo‘ysunadi. Bu qonuniyatlarni fizikaviy kimyo fani o‘rganadi. Kimyoviy hodisalar fizikaviy jarayonlar bilan birga kuzatiladi.
: issiqlik ajralib chiqishi yoki yutilishi bilan boradigan kimyoviy reaksiyalar, ionlarning harakatlanishi tufayli elektr tokining hosil bo‘lishi va boshqalar. Boshqa tarafdan qaralsa, fizikaviy jarayonlar kimyoviy hodisalarga sabab bo‘ladi.
haroratning oshirilishi kimyoviy reaksiyalarning tez ketishiga; eritmadan elektr tokining o‘tishi elektrolizga, ya’ni oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining sodir bo‘lishiga olib keladi. Ko‘pgina reaksiyalar ultratovush yoki nur ta’siridagina sodir bo‘ladi .
bog‘lanishni o‘rganadi, moddalarning kimyoviy tarkibi va tuzilishi bilan ularning xossalari o‘rtasidagi qonuniyatlarni o‘rnatadi.
Kimyoviy reaksiyalarning tezligi, mexanizmi, ketish-ketmasligi, muvozanat sodir bo‘lish shartlarini hamda issiqlik effektlarini o‘rganadi, natijalarni, ko‘pincha matematik usulda ifodalaydi. Ma’lumki, moddiy olamning harakat qonunlarini, jumladan, kimyoviy jarayonlarni, asosan, ikki usul bilan:
va
fikrlash yo‘li bilan
o‘rganish mumkin. Kuzatish-tajriba usuli asosiy usul bo‘lsa ham, uning vositasida turli kimyoviy jarayonlarni, ulardagi umumiylik, farqni va umumlashgan qonuniyatlarni bilib bo‘lmaydi. XIX asrning o‘rtalarida buyuk rus olimi M.V. Lomonosov tabiat sirlarini, shu jumladan, kimyoviy jarayonlarni o‘rganishda
bilan bir qatorda,
ham qo‘llashni tavsiya etdi va yuqorida bayon etilgan vazifalarni hal etuvchi «Nazariy kimyo» fanining yaratilishi kerakligini, ya’ni
kimyoviy jarayonlarni o‘rganishda fizika qonunlari va usullariga asoslanish lozimligini maslahat berdi va bu yangi fanni «Fizikaviy kimyo» nomi bilan atadi. 1752 yilda M.V. Lomonosov Peterburg fanlar Akademiyasi talabalariga fizik kimyodan kurs o‘qidi. Kurslarda tajribalar ko‘rsatish, amaliy laboratoriya ishlarini olib borishni yo‘lga qo‘ydi. 1752-53 yilda birinchi darslik yozdi. Uni «Chin fizikaviy kimyoga kirish» deb atadi. Bu darslikda fizika va matematikani kimyogar uchun, kimyoni tibbiyot uchun ahamiyatini tushuntirdi. U kimyoni tibbiyotga bog‘liqligini «Kimyoni bilolmagan tibbiyotchi, u to‘liq tibbiyotchi bo‘lolmaydi», deb ta’riflasa, kimyoni fizikaga bog‘liqligini «Fizikani bilmagan kimyogar, har narsani timirskilab topuvchi odamga o‘xshaydi va bu fanlar shunday yaratilganki, ular bir-birisiz hech qachon mukammal bo‘la olmaydi» – deydi. Bu davrda kimyoviy hodisalarni tushuntirishda oddiy fizikaviy usullar qo‘llana boshlandi. Massaning saqlanish qonuni, karrali nisbatlar qonunlari (Lomonosov, Lavuaze, Dalton) ta’riflari, gazlar adsorbsiyasi (Sheyele), eritmada erigan modda adsorbsiyasi (Lovits), elektrokimyo sohasidagi birinchi izlanishlari (Volta, Faradey) olib borildi. XIX asr o‘rtalariga kelib, fizik kimyoning bir qancha yo‘nalishlariga asos solindi. 1836 yil G.I. Gess issiqlikning doimiyligi to‘g‘risidagi qonunini yaratdi. Termodinamika qonunlari ta’riflandi (Karno, Tomson va boshqalar), Gibbs tomonidan kimyoviy va fazalararo muvozanat qonuniyatlari o‘rganildi. Vant-Goff, Arreniuslarning eritmalar to‘g‘risidagi nazariyalari yaratildi. Shu bilan bir qatorda kimyoviy kinetikaning klassik nazariyasiga asos solindi. Kolraush, Nernstlarning ishlari elektro–kimyoning yadrosini tashkil qildi. Fizikaviy kimyo alohida fan bo‘lib ajralib chiqish davri qarayib 100 yil davom etdi. – 1864 yilda Xarkov universitetida N.N. Beketov fizikaviy kimyo bo‘limini tashkil etdi, 1865 yildan boshlab esa «Fizikaviy kimyo» kursidan ma’ruzalar o‘qidi.
– Birinchi haqiqiy darslik 1876 yilda Rossiyada N.N. Lyubavin tomonidan yozildi. – 1887 yildan boshlab, Leypsig Universitetida V.Osvald fizik kimyo kafedrasini tashkil etdi va birinchi ilmiy “Fizik kimyo” jurnalini chiqara boshladi. Bu vaqt fizik kimyoning haqiqiy fan sifatida vujudga kelish davri bo‘ldi. Shu tariqa rivojlanib borib, hozirgi kunda fizik kimyo yer yuzining barcha o‘quv maskanlarida fan sifatida alohida o‘qitilib kelinmoqda. Demak, kimyoviy reaksiyalarning borishida fizik va kimyoviy jarayonlar chambarchas bog‘langan bo‘lib, bu esa ularni o‘rganishda yangi fanni– fizik kimyo
Fizikaviy kimyo fanida kimyoviy jarayonlarni borish qonuniyatlariga, kimyoviy muvozanat holatlariga, moddalar tuzilishi va xossalariga katta e’tibor qilinadi. Bular esa fizik kimyoning asosiy masalasini kimyoviy jarayonlarni borish yo‘llari va oxirgi natijalarini oldindan aytib berish va pirovardida kimyoviy jarayonni boshqarishga imkon yaratish masalasini yechishga yordam beradi. Shu shart-sharoitlarda ma’lum jarayon boradimi-yo‘qmi? Bu jarayon bir tomonlamami, yoki ikki tomonga (qaytar) boradimi? Qaytar bo‘lsa, unumi qanday? Unumi kam bo‘lsa, uni qanday oshirish mumkin? Mazkur fan shu savollarga javob beradi. Bu fanning yana bir yutug‘i – shu savollarga tajriba o‘tkazmasdan nazariy
Bundan tashqari, jarayonlar mobaynida moddalar agregat holatini o‘zgartiradi. Bunga misol qilib
va boshqa shunga o‘xshash xodisalarni keltirish mumkin. Fizikaviy kimyo fani moddalarni fazalar (sohalar) bo‘yicha taqsimlanishini xam o‘rganadi. Har qanday kimyoviy reaksiya ma’lum vaqt mobaynida boradi. Fizik kimyo
Fizikaviy kimyo fani kimyoviy reaksiyalar mexanizmini (borish yo‘llarini) aniqlashga imkon beradi, chunki ko‘p reaksiyalar bir necha bosqichda borib, pirovardida mahsulotlar xosil bo‘ladi. Bu fan yordamida shu bosqichlarni aniqlash mumkin bo‘ladi. Agar kimyoviy texnologiya sohasiga nazar soladigan bo‘lsak, ammiak sintezi va uni oksidlash, sulfat kislotani kontakt usulida olish, tabiiy gazdan etanol olish, neft krekkingi, domna pechlarida cho‘yan olish, alyuminiy ishlab chiqarish va yana ko‘pchilik eng muhim ishlab chiqarish jarayonlari shu jarayonlar asosida yotuvchi reaksiyalarni fizik kimyoviy tadqiqoti samaralari asosida vujudga keltirilgan. Umuman olganda, fizikaviy kimyo o‘z xarakteri bilan nazariy fan bo‘lib, kimyoviy jarayonlarning umumlashgan qonunlarini, ular orasida ichki bog‘lanishlar, ularning mohiyatini ochib beradi. Agar noorganik kimyo qonunlari- noorganik moddalarga, organik kimyo qonunlari organik moddalarga tegishli bo‘lsa, fizik kimyo qonunlari hammasi uchun birdek tegishlidir. Hozirgi kunda fizikaviy kimyo fani fizika fanining ko‘pgina usullaridan foydalansa ham o‘zining tajriba tadqiqot usullariga ega bo‘lgan va ko‘pgina amaliy kimyo-texnologiya fanlarining nazariy asosi bo‘lib xizmat qiluvchi fandir. Misol tariqasida kimyo yoki oziq-ovqat texnologiyasi sohalarida, aynan shu yerda boruvchi (noorganik moddalar, chinni, plastik, sut mahsulotlari olinishi va
nazariy asosini tashkil etishini ko‘rsatish mumkin. Fizikaviy kimyo fani bu vazifalarni yechishda, asosan uch usuldan: • termodinamika, • molekulyar-kinetik nazariya va • kvant mexanika usullaridan foydalanadi. Termodinamika usuli - termodinamikaning uch qonuniga asoslangan bo‘lib, unda uzoq vaqt davomida to‘plangan tajriba va kuzatish natijalari umumlashtirilgandir. Bu usulda termodinamika qonunlaridan foydalanib, aniq natijalar olinadi. Termodinamika usulida sistemadagi modda molekulalarining tuzilishini bilish shart emas, ya’ni bu usul vositasida jarayonning mohiyati oydinlashmaydi (termodinamika usulining kamchiligi). Bu usulning yana bir xususiyagi shundaki, unda sistemaning umumiy xossalari (masalan, harorat, hajm, bosim va hokazolar) bilan ish ko‘riladi. Molekulyar-kinetik - yoki statistik usulda sistemani tashkil etuvchilarning (atomlar va molekulalar harakati) xossalari tekshirilib, jamlanadi. Bu usuldan foydalanish uchun, asosan sistemaning tuzilishini bilish kerak. Biroq, bu usulda ko‘pincha taxmin qilishga va soddalashtirishga yo‘l qo‘yiladi, bu esa natijalarning bir oz noaniq chiqishiga sabab bo‘ladi. Bu usulda jarayonning mohiyati oydinlashadi. Termodinamika va molekulyar-kinetik usullar bir-birini to‘ldiruvchi usullardir.
qo‘llaniladi. Fizikaviy kimyo «sof» nazariy fan bo‘lib, unda faqat yuqorida qayd etilgan «sof» nazariy usullardan foydalaniladi, deyish noto‘g‘ridir. Chunki, fizik kimyo fani kimyo fanining boshqa bo‘limlari kabi tajribaga tayanadi. Fizikaviy kimyo aniq fan bo‘lib, nazariy qarashlarning eksperimental usullari, fizikaning mantiq va matematik qonun va qonuniyatlaridan keng foydalanadi. Bu esa jarayonlarning qanday borishini va sodir bo‘ladigan o‘zgarishlarni oldindan aytib berish imkoniyatini beradi. XX asrda fizikaviy kimyo fani juda katta sur’at bilan rivojlandi. Bunga sabab, uning kimyo fani va kimyo sanoatining asosiy talablariga to‘la javob beradigan yo‘nalishidir.
Fizikviy kimyo fanini quyidagi bo‘limlarga bo‘lib o‘rganiladi: 1. Modda tuzulishi 2. Kimyoviy termodinamika 3. Kimyoviy muvozanat 4. Fazoviy muvozanat 5. Eritmalar 6. Elektrokimyo 7. Kinetika va kataliz 1) Modda tuzilishi. Bu bo‘limda modda (molekula) tuzilishi kvant- mexanika nazariyasi asosida tushuntiriladi. Molekulalarning hosil bo‘lishidagi bog‘lar, ularning mohiyati, bir-biridan farqlari haqida so‘z yuritiladi. Molekulalarni tadqiq qilish usullari yoritiladi. (o‘quv dasturi bo‘yicha bu bo‘lim kursda ko‘rilmaydi.)
termodinamikaning 3 qonuni (0 postulati)ni kimyoviy jaryonlarga tadbiqi o‘rganiladi. Bu yerda kimyoviy jarayonlarda yutiladigan yoki chiqadigan issiqlik miqdorini, uni haroratga qarab o‘zgarishini aniqlash; jarayonlarni borish- bormasligini, yo‘nalishini va muvozanat shartlarini aniqlash kabi masalalar ko‘riladi. 3) Kimyoviy muvozanat. Bu bo‘limda kimyoviy reaksiyalarning muvozanat holatlari, ularga ta’sir qiluvchi omillar ko‘rib o‘tiladi. 4) Fazoviy muvozanat. Bu bo‘limda ko‘p fazali sistemalardagi muvozanatga ta’sir qiluvchi omillar va bunday sistemalarni o‘rganishdagi fizikaviy kimyo usullari yoritiladi.
eruvchanlik muammolari haqida so‘z yuritiladi. 6) Elektrokimyo. Bu bo‘limni o‘zi 2 qismdan iborat. Birinchi qismda elektrolit eritmalar, ularning xossalari, ionlararo muvozanat va bu eritmalarning elektr o‘tkazuvchanligi va unga ta’sir qiluvchi omillar o‘rgaNilsa, ikkinchi qismda elektrokimyoviy jarayonlar - elektrod potensiallari, potensiallar farqining vujudga kelishi, elektrod turlari, galvanik elementlar, ularning turlari haqida fikr yuritiladi. Elektroliz va uning borish qonunlari ham shu bo‘limda ko‘riladi. 7) Kimyoviy kinetika va kataliz bo‘limida turli kimyoviy reaksiyalar tezliklari, ularga tasir qiluvchi omillar, kimyoviy reaksiya borish mexanizmlari haqida; katalitik jarayonlar, ularning turlariga ta’sir qiluvchi omillar haqida so‘z yuritiladi. Yuqorida aytilganlardan yakun qilib shuni aytish mumkinki, hozirgi kunda
Fizikaviy kimyo fanining oxirgi 30 yil ichidagi yutuqlarini quyidagi Nobel mukofoti lauriatlari ro‘yxatidan ham ko‘rish mumkin: • qisqa impulsli energiya yordamida muvozanatni siljitish orqali o‘ta tezkor kimyoviy reaksiyalarni tadqiq qilish (M.Eygen va R.Norrin 1967); • qaytmas jarayonlar tadqiqotlari (L. Onsager 1968 yil); • mikromolekulalar fizik kimyosi sohasida eksperimental va nazariy izlanishlar (P.Florn 1970 y); • borovodorolar strukturalarini o‘rganish (U.Lipiskob 1976 y); • qaytmas jarayonlar termodinamikasiga qo‘shgan xissasi uchun (I.Prikojin1977); • biologik energiya ko‘chishining molekulyar asoslarini tadqiqoti uchun (P.Mitchell 1978 y); • kimyoviy reaksiyalar mexanizmlari nazariyalarini rivojlantirgani uchun (K.Fukin, Ryu Xofmon 1981 y),; • elektron tashish bilan boradigan reaksiyalar mexanizmlari haqidagi ishlari uchun (G.Taube 1983) mukofotlanganligi fizikaviy kimyoning ahamiyatini yanada oshiradi va namoyon qiladi. Kimyo va oziq-ovqat sanoati korxonalarida ishlaydigan texnika fanlari bakalavrlari ham kimyo fanlari ichida alohida va umumlashtiruvchi o‘rin egalagan fizikaviy kimyo fanini mukammal o‘zlashtirishlari va bu bilimlarini ishlab chiqarishda qo‘llay olishlari zarur.
yaratilgan qonuniyatlar
O‘zbekistonda fizikaviy kimyo Beruniy, Ibn-Sino, Amir Temur, Ulug‘bek davrlarida taraqqiy etgan deyish mumkin. Xorazmlik Abu Rayhon Muhammad ibn Ahmad al-Beruniy (973- 1048yy) «Qimmatbaho toshlarni bilib olish bo‘yicha ma’lumotlar» («Mineralogiya») kitobida yoqut, la’l, olmos, zumrad, aqiq, marvarid, lojuvard, billur, feruza, marjon, zabarjad kabi minerallar hamda oltin, kumush, simob, temir, mis, qalay, qo‘rg‘oshin kabi metallar to‘g‘risida ma’lumotlar berdi. U dunyoda birinchi bo‘lib toshlarning solishtirma og‘irliklarini o‘lchadi (aniqladi); minerallarni, metallarni qanday vujudga kelishini, ranglari, xossalari, xususiyatlari, metallarni rudadan ajratish yo‘llarini (texnologiyasini) ilmiy asoslab berdi. Minerallarni turlarga ajratdi, toshlarning qattiqligi, tiniqligi, og‘irlik va magnitga tortilish xususiyatlari haqida fikr yuritdi. Buxorolik Abu Ali ibn Sino (980 – 1037yy) birinchi bo‘lib distillangan suv oldi; siydik (peshob)ni rangi, hidi, tiniqligi bo‘yicha tahlil qildi; 1200ta mineral dorilar ustida ishladi. U tabiatda mutloqlik yo‘q, har qanday jism harakatda bo‘ladi degan fikrni olg‘a surdi. «Ma’dan va oliy jinslar» nomli risolasida minerallarni – toshlar, oltingugurtli ma’danlar, yonar toshlar va tuzlar guruhiga bo‘ldi. (1956 yilda uning sharafiga yangi topilgan mineralga «Avitsenit» deb nom qo‘yildi). Suvni zararsizlantirish uchun filtrlash, haydash, qaynatish kabi fizik- Download 0.57 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|