Qo’qon 2023 Mavzu: Fizikaviy kimyoning asoslari

Mavzu:

Fizikaviy kimyoning asoslari

• Reja:
• 1. Fizik kimyoning fizika fani bilan chambarchas bog’liqligi.
• 2. Fizik kimyoning tekshirish ob’ekti, vazifasi, vazifalarini echishdagi usullari va uning bo`limlari.
• 3. Fanning taraqqiyoti va unga olimlarning, shu jumladan O`zbekiston olimlarining qo`shgan hissalari.
• 4. Fan muammolari.

Kelajak uchun kimyo o`qituvchilarini va umuman kimyogarlarni tayyorlashda fizik kimyo fundamental ahamiyatga ega. Fizik kimyo kursi, aniq material asosida, har bir kimyogar, mutaxasisning ilmiy dunyoqarashini shakllantirish uchun katta imkoniyatlarni ocha oladi. Zero “ fizikaviy kimyo” fani zamonaviy kimyoning nazariy asosini tashkil qiladi. Bu fan kimyo predmetlari siklini tugatib, bevosita texnologik jarayonlarga olib keladi, yo`naltiradi. Amaliy mashg`ulotlarni bajarishdan maqsad kimyoning nazariy qonuniyatlaridan turli masalalarni hal qilishda uddabironlik bilan foydalanish qobiliyatini rivojlantirish, kimyoviy reaksiyalar mahsuldorligini aniq hisoblash va ularni grafik usulda qayta ishlay olish, turli hisoblash ishlarida ma`lumotlardan unumli foydalana olishdir.

• Kelajak uchun kimyo o`qituvchilarini va umuman kimyogarlarni tayyorlashda fizik kimyo fundamental ahamiyatga ega. Fizik kimyo kursi, aniq material asosida, har bir kimyogar, mutaxasisning ilmiy dunyoqarashini shakllantirish uchun katta imkoniyatlarni ocha oladi. Zero “ fizikaviy kimyo” fani zamonaviy kimyoning nazariy asosini tashkil qiladi. Bu fan kimyo predmetlari siklini tugatib, bevosita texnologik jarayonlarga olib keladi, yo`naltiradi. Amaliy mashg`ulotlarni bajarishdan maqsad kimyoning nazariy qonuniyatlaridan turli masalalarni hal qilishda uddabironlik bilan foydalanish qobiliyatini rivojlantirish, kimyoviy reaksiyalar mahsuldorligini aniq hisoblash va ularni grafik usulda qayta ishlay olish, turli hisoblash ishlarida ma`lumotlardan unumli foydalana olishdir.

• U 1752 yildan boshlab shu fandan dars bera boshladi. Lomonosov fizik kimyoni “ Kimyoviy operatsiyalar natijasida murakkab jismlarda sodir bo`ladigan o`zgarishlarning sabablarini fizik qoida va tajribalar asosida” tushintirib beradigan fan sifatida ta`riflab berdi. U “ fizikani bilmagan kimyogar, hamma narsani paypaslab qidiradigan kishiga o`xshaydi; bu ikki fan shunday bir-biriga bog`liqki, biri ikkinchisiz kamolatga yetmaydi”,-degan edi. Darhaqiqat, kimyoviy o`zgarishlar bir qator fizikaviy hodisa (issiqlik chiqarish yoki yutilish, nur chiqarish yoki yutish, elektrik va magnit holatlarni yuzaga chiqarish, shuningdek hajm va bosim o`zgarish kabi) lar bilan boradi. O`z navbatida fizikaviy jarayonlar kimyoviy reaksiyalarni keltirib chiqaradi: o`zgarmas tokni, masalan, suvli tuz eritmalaridan o`tkazganda, tuz parchalanadi yoki isitish-kimyoviy reaksiyani tezligini oshiradi, katta bosimdan foydalanish yangi moddalar sintezini keltirib chiqaradi va h.k.

• Fizikaviy kimyo fani kimyoga oid hamma fanlarning barchasida ham faol ishtirok qilishini aytib o`tish o`rinlidir. Kimyo fani tarmoqlaridan har birining o`ziga xos qonuniyatlari bor, lekin ular tekshiradigan kimyoviy jarayonlar, asosan fizikaviy kimyo usullari bilan o`rganiladi.
• Masalan, biror kompleks birikmaning puxta yoki puxta emasligi ( qarorli yoki beqarorligi) sabablarini aniqlash, analitik kimyoda cho`kmaning hosil bo`lish sharoitlari, organik kimyo jarayonlarining borish bormasligi, kimyoviy texnologiyaning asosiy masalasi-ishlab chiqarish unumini oshirish usullari va shunga o`xshash masalalarni hal qilish fizikaviy kimyoning vazifasidir. Demak, fizikaviy kimyoning vazifasi- kimyoviy reaksiyalarning (atom- molekulyar) mexanizmini va uni tabiatini aniqlash hamda ochishdan iborat. Bir so`z bilan fizik kimyo kimyoviy jarayonlarning umumlashgan qonunlari va ular orasidagi bog’lanishlarni aniqlaydigan fandir.

• Fizik kimyo fani bu vazifalarni yechishda, asosan uch usuldan: termodinamika, molekulyar-kinetik nazariya va kvant mexanika usulidan foydalanadi.
• Termodinamika usuli termodinamikaning uchta qonuniga (postulatlari) ga asoslangan bo`lib, unda uzoq vaqt davomida to`plangan tajriba va kuzatish natijalari umumlashtirilgan. Bu usulda termodinamikaning uchta postulatlatidan foydalanib, aniq natijalar olinadi. Termodinamika usulida sistemadagi moddalar molekulalarining tuzilishini bilish shart emas, ya’ni bu usul vositasida jarayonning mohiyati oydinlashmaydi (termodinamika usulning kamchiligi). Bu usulning yana bir xususiyati shundaki, unda sistmaning umumiy xossalari (masalan, harorat, hajm, bosim va hokazolar) bilan ish ko`riladi.
• Molekulyar-kinetik yoki sistematik usulda sistemani tashkil etuvchilarning (atomlar va molekulalar harakati) xossalari tekshirilib, jamlanadi. Bu usuldan foydalanish uchun, asosan sistemaning tuzilishini bilish kerak.

• Kvant mexanika usuli, asosan moddalarning tuzilishini o`rganishda qo`llaniladi. Bu usul energiyaning qayta o`zgarishini faqat ma’lum miqdorda ( kvantlarda) amalga oshadi deb tasavvur qiladi.
• Fizik kimyoning tajribalar asosida yaratilgan nazariyalari amaliy ishlarga yo`l ochib beradi, shu sababdan uning ishlab chiqarishdagi ahamiyati g’oyat kattadir. Ishlab chiqarishda biror kimyoviy jaroyonni amalga oshirish mazkur fansiz deyarli mumkin emas. Sanoatda yuqori harorat va bosimlarda ishlash avj olgan hozirgi vaqtda fizik kimyoning kimyoviy muvozanat va kataliz (fermentativ kataliz) haqidagi qonuniyatlari ayniqsa katta ahamiyatga ega.
• Jarayon istalgandek borishi uchun undagi eng mayda hodisalarni va ularning mexanizmini mukammal bilish lozim. Bular, yuqorida ta`kidlanganidek, fizik kimyo usullari yordamida o`rganiladi. Ma`lumki, kimyoviy jarayonlar faqat kimyo sanoatidagina emas, balki sanoatning ko`pgina boshqa tarmoqlarida, masalan, metallurgiyada, tog` kon sanoatida, mudofaa sanoatida, qishloq xo`jaligida, to`qimachilik sanoatida, kabi sanoatida, mashinasozlikda va boshqalarda ham muhim rol o`ynaydi.

• Fizikaviy kimyo, asosan quyidagi bo`limlardan iborat.
• 1. Moddalarning agregat holatlari;
• 2. Moddalarning atom-molekulyar tuzilishi;
• 3. Termodinamika asoslari ( Kimyoviy termodinamika);
• 4. Kimyoviy muvozanat
• 5. Eritmalar
• 6. Adsorbsiya
• 7. Elektrokimyo;
• 8. Kimyoviy kinetika va kataliz;
• 9. Fotokimyo

• Kimyoviy termodinamika bo`limida termodinamikaning umumiy qonunlari asoida kimyoviy muvozanat va fazaviy muvozanat haqidagi ta`lumot qonunlari bayon etiladi. Fazaviy muvozanat fazalar qoidasi deb yuritiladi. Kimyoviy termodinamikanining bir qismi termokimyodir. Unda kimyoviy reaksiyalarnig issiqlik effekti ko`riladi.
• Fizik kimyoda bayon etilgan muvozanat haqidagi ta`limot bu fanning eng muhim boblaridan biridir, chunki kimyo va kimyoviy texnoligiyada qilinadigan asosiy hisoblar, reaksiyaning maksimal ishi, hosil bo`layotgan moddaning miqdori, muvozanatning barqarorligi va boshqalar hisobi shu bobdagi qonunlarga asoslanadi. Muvozanatni bilish, ya`ni undagi moddalarni va bu moddalar miqdorini topish, kimyoviy reaksiyaning sirlarini va nozik tabiatini ochish demakdir. Shuning uchun kursda kimyoviy muvozanat batafsil ko`rib chiqiladi.

• Fizik kimyo fanining tarixi insoniyatning ulug` insonlari nomi bilan bog`liqdir.
• Eng avvalo, biz rus olimi M.V.Lomonosovning ( 1711-1765) nomini tilga olishimiz kerak. Chunki fizik kimyoning, undagi termodinamikaning asosiy qonunlarini kashf etgan, fizik kimyoni birinchi bo`lib mustaqil fanga aylantirgan, birinchi bo`lib undan ma`ruzalar o`qigan. D.I.Mendeleev ( 1834-1907) ham fizik kimyo sohasida ko`pgina ishlar qilgan. U 1861 yilda kritik temperatura ( harorat) ni ( shundan yuqori haroratda modda suyuq holda bo`la olmaydi) topdi. 1865 yilda “Suvdagi eritmalarni solishtirma og`irliklari orqali tekshirish” degan muhim asar yozdi, ideal gaz holat tenglamasini berdi. Uning davriy qonuni ham fizik kimyo uchun katta ahamiyatga egadir.

• N.N.Beketov 1860 yildan boshlab Xar`kov universitetida “Fizikaviy va kimyoviy hodisalar o`rtasidagi munosabat” degan kursdan, 1865 yilda esa “Fizik kimyo” kursidan ma`ruzalar o`qidi. Moddalarning kimyovuy tuzilishi haqidagi ta`limotni rivojlantirishda A.M.Butlerovning xizmatlari katta bo`ldi. U 1861 yilda organik moddalarning tuzilish nazariyasini yaratdi. Shu vaqtdan boshlab organik kimyo muayyan nazariya asosida rivojlanib kelmoqda.
• Fizik kimyo faqat XIX asr oxiridan boshlab mustaqil fan sifatida rivojlandi, chunki ana shu davrga kelib fan bilan ishlab chiqarish o`rtasida mustaqil aloqa bog`landi.
• B.Gibbs, B.Nernst va G.L.Gelmgol`s XIX asrning oxirida termodinamika prinsiplarini kimyoviy jarayonlarga tatbiq qildilar. 1885 yilda Vant Goff eritmalarning osmotik nazariyasini, 1887 yilda S.Arrenius elektrolitik dissotsilanish nazariyasini kashf etdi. Xuddi shu yili B.Ostval`d bilan Vant Goff nemis tilida “Fizik kimyo” jurnalini chiqara boshladilar.

• Fizik kimyoni rivojlantirishga XIX asr o`rtalarida ochilgan termodinamikaning 2 ta qonuni katta hissa qo`shdi ( Karno, Mayer, Joul, Klauzius, B.Tomson). Shuningdek ushbu fanni rivojlantirishga N.A.Menshutkin B.F.Alekseev, B.F.Luginin, D.P.Konovalov, B.A.Kistyakovskiy, T.E.Lovin va boshqalar ham o`z hissalarini qoshdilar.
• XX asrning boshlarida N.S. Kurnakov, I.A.Kablukov, B.A.Kistiyakovskiy, N.A.Shilov va L.B.Pisarjevskiy asarlari fizikaviy kimyoning ayrim sohalarini rivojlantirishda katta rol o`ynadi. Shu asrning o`rtalarida fizik kimyoni taraqqiy ettirishda nobel mukofati laureate N.N.Semenov, akademiklar A.N.Frumkin, B.A.Kargin kabilar xizmatlari katta bo`ldi.

Elektrokimyo sohasida dastlabki tadqiqotlar 1935 yilda boshlandi. Ko`pgina suyuq aralashmalarning elektr o`tkazuvchanligi o`lchandi va eritmalardagi elektrokapillyar hodisasi va ba`zi metallardagi elektroliz jarayonlarining kinetikasi tekshirildi. Sanoatda suvni elektrolizlab vodorod va kislorod olishda sarf bo`ladigan elektr energiyasini kamaytirish choralari o`rganildi (A.M.Murtazoev).

• Elektrokimyo sohasida dastlabki tadqiqotlar 1935 yilda boshlandi. Ko`pgina suyuq aralashmalarning elektr o`tkazuvchanligi o`lchandi va eritmalardagi elektrokapillyar hodisasi va ba`zi metallardagi elektroliz jarayonlarining kinetikasi tekshirildi. Sanoatda suvni elektrolizlab vodorod va kislorod olishda sarf bo`ladigan elektr energiyasini kamaytirish choralari o`rganildi (A.M.Murtazoev).
• Rangli va nodir metallar va ularning qotishmalarini elektrokimyoviy cho`ktirib rudadan ajratib olish, ko`p atomli srirtlardan metall oksidlarini erituvchisi sifatida foydalanish mumkinligi ko`rsatildi (Siganov).
• H.R.Rahimov raxbarligida kislota-asos katalizatorlari ishtirokida boradigan qator reaksiyalar kinetik qonuniyatlari va mexanizmi o`rganildi. Polimer ionitlar ishtirokida geterogen ravishda boradigan reaksiyalarning qonuniyatlari aniqlandi. Amaliy ahamiyatga ega bo`lgan moddalar olishning optimal sharoiti belgilandi.
• K.S.Ahmedov raxbarligida polimerlar fizik kimyosi va termokimyosi sohasida tabiiy gaz gaz kondensatlardan sirt faol moddalar, suvda eruvchan polimerlar olish, ularni o`rganish va amalda tatbiq etish, O`zbekistonda tabiiy mineral sorbentlarni o`rganish kabi va boshqa ilmiy tadqiqot ishlari olib borildi.