ХИМИ́ЧЕСКАЯ ФИ́ЗИКА

ХИМИ́ЧЕСКАЯ ФИ́ЗИКА, нау­ка о фи­зи­ке атом­но-мо­ле­ку­ляр­ных пре­вра­ще­ний в хи­мич. про­цес­сах. Воз­ник­ла вслед за кван­то­вой ме­ха­ни­кой, ко­гда поя­ви­лось по­ни­ма­ние, что все объ­ек­ты хи­мии (элек­тро­ны, ато­мы, ио­ны, мо­ле­ку­лы) яв­ля­ют­ся кван­то­вы­ми час­ти­ца­ми и их хи­мич. свой­ст­ва и ре­ак­ции под­чи­ня­ют­ся за­ко­нам кван­то­вой ме­ха­ни­ки. Тер­мин «Х. ф.» ввёл нем. фи­зи­ко­хи­мик А. Эй­кен, из­дав кн. «Курс хи­ми­че­ской фи­зи­ки» («Lehr­buch der chemischen Physik», 1930). Од­но­вре­мен­но в Рос­сии эту нау­ку обос­но­вал и ус­пеш­но раз­ви­вал Н. Н. Се­мё­нов, со­здав­ший тео­рию цеп­ных ре­ак­ций и ос­но­вав­ший в 1931 пер­вый в ми­ре Ин-т хи­мич. фи­зи­ки (см. Хи­ми­че­ской фи­зи­ки ин­сти­тут).

Х. ф. тра­ди­ци­он­но вклю­ча­ет: тео­ре­тич. фи­зи­ку эле­мен­тар­ных хи­мич. ре­ак­ций (пе­ре­нос элек­тро­на, дис­со­циа­ция хи­мич. свя­зей, пе­ре­да­ча и при­сое­ди­не­ние ато­мов и ра­ди­ка­лов, ре­ком­би­на­ция ато­мов и ио­нов, и др.); фи­зи­ку элек­трон­ных обо­ло­чек мо­ле­кул и ио­нов; оп­ре­де­ле­ние элек­трон­ной и атом­но-мо­ле­ку­ляр­ной струк­ту­ры и свойств хи­мич. час­тиц; оп­ре­де­ле­ние фи­зич. и хи­мич. струк­ту­ры и фа­зо­вых со­стоя­ний жид­ко­стей и твёр­дых тел; фи­зи­ку и хи­мию по­верх­но­стей, удар­ных волн, го­ре­ния и взры­ва; фи­зи­ку ка­та­ли­за. В за­да­чи Х. ф. вхо­дит так­же ос­вое­ние и при­ме­не­ние в хи­мии фи­зич. ме­то­дов но­во­го по­ко­ле­ния (спек­тро­ско­пия и ме­ха­ни­ка оди­ноч­ных, т. е. ин­ди­ви­ду­аль­ных, мо­ле­кул, фем­то­се­кунд­ная спек­тро­ско­пия с раз­ре­ше­ни­ем по вре­ме­ни 10^–15 с, ме­то­ды маг­нит­ной изо­то­пии и спи­но­вой хи­мии, мо­ле­ку­ляр­но-ди­на­мич. мо­де­ли­ро­ва­ние боль­ших ан­самб­лей). Со­во­куп­ность этих на­прав­ле­ний и за­дач Х. ф. в при­ме­не­нии к био­ло­гич. сис­те­мам со­став­ля­ет пред­мет био­хи­мич. фи­зи­ки как час­ти хи­мич. фи­зи­ки.

Как нау­ка Х. ф. не име­ет чёт­ко очер­чен­ных гра­ниц; её сле­ду­ет рас­смат­ри­вать как уни­вер­саль­ную атом­но-мо­ле­ку­ляр­ную на­уч. куль­ту­ру на сты­ке фи­зи­ки, хи­мии и био­ло­гии. Все её за­да­чи мож­но рас­пре­де­лить по трём груп­пам: строе­ние и свой­ст­ва хи­мич. час­тиц и ма­те­риа­лов, хи­мич. ки­не­ти­ка и хи­мич. ди­на­ми­ка. Пер­вая ис­поль­зу­ет экс­пе­рим. ме­то­ды фи­зи­ки и хи­мии, а так­же ши­ро­ко при­ме­ня­ет ме­то­ды кван­то­вой ме­ха­ни­ки, до­ве­дён­ные в рам­ках кван­то­вой хи­мии до ре­цеп­тур­но­го уров­ня рас­чёт­ных про­грамм.

Хи­мич. ки­не­ти­ка – нау­ка о ско­ро­стях хи­мич. про­цес­сов – уни­вер­саль­на и при­год­на для опи­са­ния всех хи­мич. ре­ак­ций: от об­ра­зо­ва­ния руд в гео­хи­мич. про­цес­сах с дли­тель­но­стью в мил­лио­ны лет до взры­ва, про­ис­хо­дя­ще­го за мил­ли­он­ные до­ли се­кун­ды. Хи­мич. ки­не­ти­ка со­став­ля­ет зна­чи­мую часть Х. ф., во­шла во все раз­де­лы хи­мии, под­ня­лась на уро­вень хи­мич. куль­ту­ры и ста­ла ча­стью хи­мич. мыш­ле­ния. Хи­мич. ки­не­ти­ка яв­ля­ет­ся са­мым на­дёж­ным сред­ст­вом ус­та­нов­ле­ния ме­ха­низ­ма ре­ак­ций; толь­ко зна­ние ме­ха­низ­ма от­кры­ва­ет спо­со­бы кон­тро­ля и управ­ле­ния ре­ак­ция­ми в це­лях соз­да­ния со­вер­шен­ных тех­но­ло­гий и ма­те­риа­лов.

Из­ме­ряя ско­рость, ки­не­ти­ка счи­та­ет чис­ло реа­ги­рую­щих мо­ле­кул – чис­ло ак­тов ре­ак­ции, т. е. ко­ли­че­ст­во хи­мич. со­бы­тий, про­ис­хо­дя­щих за еди­нич­ное вре­мя. Фак­ти­че­ски она из­ме­ря­ет ин­тер­вал вре­ме­ни ме­ж­ду эти­ми со­бы­тия­ми, но ни­че­го не го­во­рит о са­мом со­бы­тии, т. е. о том, что про­ис­хо­дит на пу­ти реа­ги­рую­щей сис­те­мы по энер­ге­тич. по­верх­но­сти ре­ак­ции при её дви­же­нии от реа­ген­тов до про­дук­тов. Вре­мя са­мо­го это­го со­бы­тия из­ме­ря­ет хи­мич. ди­на­ми­ка; она сле­дит за дви­же­ни­ем ато­мов в мо­мент пре­об­ра­зо­ва­ния реа­ген­тов в про­дук­ты. И ес­ли хи­мич. ре­ак­ция – цен­траль­ное со­бы­тие в хи­мии, её «серд­це», то хи­мич. ди­на­ми­ка есть «кар­дио­грам­ма это­го серд­ца». Хи­мич. ди­на­ми­ка де­тек­ти­ру­ет вре­ме­на, ко­то­рые ко­ро­че пе­рио­дов ко­ле­ба­ний ато­мов в мо­ле­ку­лах, ис­поль­зуя ла­зер­ные им­пуль­сы дли­тель­но­стью 10^–12– 10^–15 с и осу­ще­ст­в­ляя не­пре­рыв­ный энер­ге­тич. и про­стран­ст­вен­ный мо­ни­то­ринг дви­же­ния реа­ги­рую­щей сис­те­мы на энер­ге­тич. про­фи­ле (по­верх­но­сти по­тен­ци­аль­ной энер­гии) ре­ак­ции. Хи­мич. ки­нети­ка и хи­мич. ди­на­ми­ка со­став­ля­ют цен­траль­ную, ха­рак­те­ри­сти­че­скую часть хи­мич. фи­зи­ки.