Що таке хімічна фізика?
Хімічна фізика вивчає електронну структуру молекул і твердих тіл, молекулярні спектри, елементарні акти хімічних реакцій, процеси горіння і вибуху, тобто фізичні аспекти хімічних явищ.
Сформувалася вона в 1920-х рр. у зв'язку з розвитком квантової механіки і використанням її уявлень в хімії. Термін введений німецьким хіміком А. Ейкен в 1930 році.
Предмет фізичної хімії - Навпаки, хімічний результат фізичного впливу (наприклад, смерть людини в результаті удару його цеглиною по голові). Кордон між хімічною фізикою і фізичною хімією умовна. Одним з досягнень хімічної фізики слід вважати теорію розгалужених ланцюгових реакцій.
Засновник Інституту хімічної фізики РАН М.М. Семенов вів глибокі дослідження ланцюгових реакцій. Вони являють собою серію самоініцііруемих стадій у хімічній реакції, яка, одного разу почавшись, продовжується до тих пір, поки не буде пройдена остання стадія. Незважаючи на те, що німецький хімік М. Боденштейн вперше припустив можливість таких реакцій ще в 1913 р, теорії, що пояснює стадії ланцюгової реакції і показує і її швидкість, не існувало.
Ключем же до ланцюгової реакції служить початкова стадія освіти вільного радикала - Атома або групи атомів, що володіють неспареним електроном і внаслідок цього надзвичайно хімічно активних. Одного разу утворившись, він взаємодіє з молекулою таким чином, що в якості одного з продуктів реакції утворюється новий вільний радикал. Новостворений вільний радикал може потім взаємодіяти з іншого молекулою, і реакція продовжується до тих пір, поки-що не завадить вільним радикалам утворювати собі подібні, тобто поки не станеться обрив ланцюга.
Особливо важливою ланцюговою реакцією є реакція розгалуженої ланцюга, відкрита в 1923 р фізиками Г.А. Крамерсом і І.А. Крістіансеном. У цій реакції вільні радикали не тільки створюють активні центри, але і множаться, створюючи нові ланцюги і прискорюючи реакцію. Фактичний хід реакції залежить від ряду зовнішніх обмежувачів, наприклад, таких як розміри посудини, в якому вона відбувається. Якщо число вільних радикалів швидко зростає, то реакція може призвести до вибуху.
У 1926 р два студента М.М. Семенова вперше спостерігали це явище, вивчаючи окислення парів фосфору водяними парами. Ця реакція йшла не так, як їй слід було йти відповідно до законів хімічної кінетики того часу. Семенов побачив причину цієї невідповідності в тому, що вони мали справу з результатом розгалуженої ланцюгової реакції. Але таке пояснення було відкинуто М. Боденштейном, в той час визнаним авторитетом по хімічній кінетиці. Ще два роки тривало інтенсивне вивчення цього явища М.М. Семеновим і С.Н. Хиншелвудом, який проводив свої дослідження в Англії незалежно, і по закінченні цього терміну стало очевидно, що Семенов прав.
М.М. Семенов опублікував монографію (Ланцюгові реакції. Л., ОНТИ., 1934), в якій довів, що багато хімічні реакції, включаючи реакцію полімеризації, здійснюються за допомогою механізму ланцюгової або розгалуженої ланцюгової реакції. Пізніше було встановлено, що і реакція поділу ядер урану-235 нейтронами також носить характер розгалуженої ланцюгової реакції.
У 1956 р Семенову спільно з Хиншелвудом була присуджена Нобелівська премія з хімії «за дослідження в області механізму хімічних реакцій». У Нобелівській лекції Семенов заявив: «Теорія ланцюгової реакції відкриває можливість ближче підійти до вирішення головної проблеми теоретичної хімії - зв'язки між реакційною здатністю і структурою частинок, що вступають у реакцію ... Навряд чи можна в якій би то не було мірі збагатити хімічну технологію або навіть домогтися вирішального успіху в біології без цих знань ... ».
Працюють Інститут хімічної фізики РАН (Москва), Інститут проблем хімічної фізики РАН (Черноголовка). Є журнал «Хімічна фізика». Можна почитати: Бучаченко А.Л. Сучасна хімічна фізика: Цілі та шляхи прогресу // Успіхи хімії. - 1987. - Т. 56. - № 11.
