Читать онлайн «Химическая физика на пороге XXI века»

ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА НА ПОРОГЕ XXI века К 100-летию академика Я Я СЕМЕНОВА ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА Н. Н. СЕМЕНОВ Химия представляет собой науку о химическом превращении и о свойствах индивидуальных химических соединений. В основе химических превращений лежат физические процессы перемещения атомов и изменения состояний электронных оболочек атомов и молекул. Химия с помощью своих экспериментальных методов на основе обобщения огромного опытного материала открыла много закономерностей этих превращений. Менделеевым был открыт периодический закон элементов. Появились структурные формулы для органических соединений и заложены основы теории строения, созданием которой мы особенно обязаны Бутлерову. Были открыты правила валентности, закономерности пространственного расположения атомов и связей в молекуле, кратные связи и их сопряжение, координационные связи, правила реакционной способности и многое другое. Однако до появления квантовой механики эти закономерности оставались чисто эмпирическими и возникшие понятия не были до конца осмыслены. Казалось, что химические закономерности представляют собой специфическую обособленную область, не имеющую отношения к физике. Первым шагом, открывшим путь проникновения физики в химию, была теория строения атома Бора. Под ее влиянием стали развиваться первые теории химической связи. Появилась теория гомеополярной связи Льюиса и теория ионной связи-Косселя. Уже на этом этапе стало ясно, что в основе строения как атома, так и молекулы лежат общие законы, которые имеют прямое отношение к физике. Однако только после того, как Шредингер открыл квантовую механику, получили объяснение основные химические закономерности и были осмыслены введенные химиками понятия. Пионерской работой Гейтлера и Лондона был дан мощный толчок развитию теории химической связи. Зародилась квантовая химия, первым шагом которой было решение основной задачи химии — задачи о природе химических сил. Было объяснено, почему, например, два атома водорода притягиваются один к другому, если спины их электронов антипараллельны, в то время как два атома гелия взаимно отталкиваются. Получили объяснение важнейшие свойства химических связей: их насыщаемость, направленность, полярность, кратность. Квантовая химия объяснила форму молекул, раскрыла природу сопряжения связей, механизм взаимного влияния атомов, природу межмолекулярного взаимодействия. Одновременно с внедрением в химию квантовой механики шло интенсивное развитие химических методов исследования строения вещества. В 20- и 30-х годах главная роль здесь принадлежала атомной и молекулярной спектроскопии и диф- X&itt* t*ff н>*ег<*^**<~0* гт*^ &~b~f-pг~л^п^й<Я y7j****f?<**s'-f' jf^f V- 9W> # /f ft> ,-j~ p^s^jf^rft » tt*T*ff ^ ~*r ■■?**>. 1? 4£с^-ъ, ?<_^ь*^у pr-c . i^>f '•** y-iZfrt Факсимиле первой страницы одной из статей Н. Н. Семенова, посвященных химической физике ракционным методам исследования, которые внесли существенный вклад в развитие химии. Началось изучение электронного строения атомов, молекул и радикалов, изучение геометрической структуры молекул, внутримолекулярных колебаний электрических и магнитных свойств молекул и др. В интерпретации экспериментальных результатов решающая роль принадлежала квантовой механике.