АЛҒЫ СӨЗ
Жоғары дәрежелі дамыған, ең жаңа қондырғылармен жабдықталған халық шаруашылығының түрлі салаларын қазіргі ғылым мен техника жетістіктерін игерген, білікті мамандармен қамтамасыз ету — бүгінгі күннің өзекті істерінің бірі. Бұл сияқты өте маңызды шараның жүзеге асуы үшін осы заманғы ғылымның соңғы жетістіктеріне негізделген, жоғары сапалы оқулықтар мен оқу құралдары өте қажет.
Орыс тілінде химия ғылымы, оның түрлі жаңа салалары бойынша көптеген зерттеу еңбектер, жоғары оқу орындарына арналған оқулықтар жарык көрген. Университеттер мен арнаулы химия-технологиялық институттардың студенттеріне арналған Я. И. Герасимов, В. А. Киреев, С. С. Воюцкий, К. С. Краснов т. б. ғалымдардың физикалық және коллоидтық химия жөнінде оқулықтары бар. Сол сияқты Р. А. Хмелыницкий, А. Г. Стромберг, В. Н. Кондратьев, А. Б. Болдырев, X. Уильямс, А. Б. Лукьянов т. б. ғалым-ұстаздардың түрлі салалық жоғары оқу орындарының студенттеріне арналған оқу құралдарын да айта кеткен орынды.
Алайда қазақ тілінде жазылған жаратылыстану-техникалық ғылымдарға қатысты оқулықтар мен оқу құралдарының әлі де тым тапшы екені, республикамызда білім алып жүрген студенттердің сұранымын толық қанағаттандыра алмай отырғаны құпия емес. Өздеріңізге усынылып отырған бұл оқу құралы осынау олқылықтың орнын аз да болса толтыру мақсатында жазылды.
Бұл оку қуралы — физикалық химия жөнінде қазақ тілінде жазылған тұңғыш еңбек. Ол техникалық, педагогикалық, ауыл шаруашылық, зоотехникалық-мал дәрігерлік, медициналык жоғары оку орындарының ықшамдалған арнаулы программаларына сәйкес жазылған.
Жоғары және арнаулы оқу орындарында физикалық және коллоидтық химия курсы мәтематика, физика, жалпы химия, органикалық химия, аналитикалық химия пәндері өтілгеннен кейін оқытылады. Сондықтан олардағы кейбір мате-риалдарды кайта баяндап жатпау мақсатымен қолдарыңыздағы оқу құралында көптеген тараулар еске тұсіру мақсатымен қысқаша баяндалды. Ал кейбір тақырыптар мүлде сөз етілмеді. Атап айтсақ, “Агрегаттық күй”, “Химиялық термодинамика негізі”, “Молекула құрылысы” тәрізді тараулар қысқа жазылса, “физикалық және химиялық анализдеу әдістері”, “Полимер ерітінділері” сияқты тараулар кітапқа енгізілген жок. Оның есесіне химиялық кинетика, адсорбция және беттік активті зат жөніндегі материалдар мүмкіндігінше толығырақ қамтылыл, егжей-тегжейлі баяндалды.
Оқу қуралы физикалық және коллоидтық химия деген екі бөлімнен турады. Кітапта аталған тараулардың өзара сабақтастықта баяндалуына баса назар аударылды. Көптеген химиялық құбылыстарды түсіндіруде графиктер мен суреттер
берілді. Негізгі анықтамалар мен заңдардың, ережелер мен қағидалардың түпкі мәнін ашып керсету, талданатын құбылыстардың ғылыми мазмұнын түсініп, игеруді жеңілдету мақсатымен курделі математикалық өрнектен бас тартып, оны мүмкіндігінше карапайым тілмен үтымды баяндауға талпыныс жасалды.
Кітаптың жазылу барысында Қазақ ССР Ғылым академиясының корреспондент-мүшесі, профессор Е. Ә. Бектұров, техника ғылымдарының докторы, профессор Қ. А. Жубанов, фармацевтика ғылымдарының докторы, профессор К. Үшбаев, доценттер Я- Рахматуллин мен К. Жумәділов және Жамбыл жеңіл және тамақ өнеркәсібі технология институтының Алматы филиалындағы орга-никалык және физикалық коллоидтық химия кафедрасындағы окытушылар орынды ақыл-кеңестер берді.
Автор.
Кіріспе
Физикалық химия зат құрылысының заңдылығын, химиялық системадагы тепе-теңдікті, тепе-теңдіктегі бір күйден екіншіге ауысу мүмкіндігін көрсететін заңдылықты және химиялық түрлену процесін зерттейді. Мұндағы екі мәселе, атап айтқанда тепе-теңдікте тұрған күй мен осы күйден екіншіге ауысу кезіндегі жалпы заңдылықты зерттеу, физикалық химияның негізгі тарауы болып саналады.
Физикалық химия бірнеше тарауға бөлінеді. Зат қурылысы — атомдар мен молекулалар арасындағы ішкі құрылыс пен олардың өзара қатынастарын, физикалық және химиялық қасиеттерін зерттейтін тарау. Мұнда молекула геометриясы, молекуланың ішкі қозғалысы мен оған әсер етуші күш табиғаты және сол сияқты молекулалар арасында күштер зерттеледі. Химиялык термодинамика — әр түрлі жағдайлардағы физикалық және химиялық өзгерістердің жылу балансын есептеп, өзгерістердің бағыты мен мүмкіндігін анықтайтын бөлім. Химиялық термодинамиканың көмегімен физикалық және химиялық тепе-теңдіктің негізгі заңдылығы анықталып, температура, қысым, концентрация сияқты өлшемдердің бірі не бірнешеуі өзгергендегі тепе-теңдік заңдылығынын құбылысы, түрленуі, қалайша алмасатыны зерттеледі. Ерітінді бөлімінде еріткіш пен еритін заттардың табиғаты, олардың қүрылысы қарастырылады, еру кезінде болатын өзгерістер мен ондағы химиялық реакциялардың ерекшелігі көрсетіледі. Физикалық жэне химиялық анализге арналган тарауда — белгілі бір системаның жағдайы және онын физикалық қасиеттерінің құрам өзгеруіне тәуелділігін геометриялық әдіспен зерттейтін көп компонентті күрделі системалардағы химиялық әрекеттесулер мен теңдік шарты қарастырылады. Электрохимия— материяның электрлік және химиялық түрдегі қозғалысының бір турден екінші түрге өту заңдылығың, құрылысы мен электролиттік ерітінділердің қасиеттерін, электролиз, процестерін, электрохимиялық элемент жұмыстарын, металдардың электрохимиялық тотығуын (коррозиясын), заттарды электр көмегімен алу әдістерін зерттейді. Химиялық кинетика мен катализ бөлімінде химиялық реакциялардың жылдамдығы мен олардың молекулалык механизміне арналған жалпы мәселелер, гетерогенді процестер мен олардын жылдамдығына температура, қысым, еріткіш, катализаторлардың әсерлері қарастырылады.
Физхимияның жоғарыдағыдай бөлімдер мен тарауларға бөлінуі шартты. Алайда дәл осылайша жіктеу көптеген өзгерістерді оларга тән ортак, қасиеттері бойынша біріктіріп, кейбір жайларды анықтауға, арнайы сипаттауға көмектеседі.
Физикалық химия кез келген физикалық не химиялық құбылыстар мен өзгерістерді анықтап, олардың жалпы заңдылығын сапалық және сандық жағынан сипаттап, зерттейді. Сондай-ақ тәжірибе нәтижесінде жинақталған нақты деректерді топшылау үшін статистикалық, термодинамикалық және квантты-механикалық әдістерге сүйенеді. Статистикалық әдіс ықтималдық теориясына сәйкес, жекеленген бөлшектердің қозғалысы мен таралуы заңдылығына бағынатын қасиеті бар, молекула қосындысынан жинақталған заттар туралы ілімге негізделген. Термодинамикалық әдіс система энергиясының түрленуі мен әр түрлі термодинамикалық қасиеттер араларындағы байланысты, ондағы процесс механизмін қарастырмай-ақ табуға арналған. Квантты-механикалық әдіс заттардың реакцияласу қабілетіне, химиялық байланысқа, атом мен молекула құрылысын кеңінен зерттеу кезіндегі энергияның күйі мен дискреттігіне, материя құрылымының молекулалық-толқынды үғымына негізделген. Физхимия — химияны, химиялық технологияны ғылыми бірлікте қарастыратын ілім. Ол диалектикалық материализм тұрғысынан алғанда іргелес ғылымдарды өзара байланыста зерттейді. Демек, физхимия химия салаларындағы заңдылықтар мен олардын ортақ қасиеттерін біріктіріп, мәңгі қозғалыстағы материяның дамуын анықтайды. Өйткені физхимия заңдылығы бейорганикалық химияда да, биологияда да, геохимияда да, агрохимияда да, биотехнологияда да және көптеген қолданбалы ғылымдарда да кеңінен пайдаланылады. Сондықтан да физхимия ғылым ретінде өндіріс технологиясымен тікелей байланысты. Ол әрбір инженер технологиялық процестің ғылыми негізін біліп, оны сауатты жүргізуге, есептеуге мүмкіндік береді. Онымен қаруланған маман өндірістегі әрбір химиялық реакцияны, ондағы процестің бағыты мен мүмкіндігін, шығымдылығын алдын ала есептей алады.
Физхимияның дамуы. Физикалық химия табиғаттану, физика және химия ғылымдары, сондай-ақ онын кеңтаралған салаларымен сабақтас. “Физикалық химия” деген сөзді алғаш рет ғылыми термин ретінде қолданған — М. В. Ломоносов. Ол әлемде бірінші болып 1752 жылы физхимиядан 4 сағаттық лекция оқыған. Ломоносовтан кейін, Харьковтегі политехникалық институттың профессоры Н. Н. Бекетов 1865 жылы физхимия лекциясын біршама молайтып, тұрақты оқи бастаса, Москва мемлекеттік университетінің профес-соры Н. Н. Любавин (1845—1918) орыс тіліндегі бірінші оқулықты құрасгырған. Оның “Физикалық химия” еңбегі 1877 жылы басылады да, толықтырылып, “Техникалық химия” деген атпен 1904—1914 жылдары 6 томдық болып шығады.
1840 жылы Петербургтегі тау-кен институтының профессоры Г. И. Гесс термохимияның негізгі заңы болып саналатын “Жылу қосындысының тұрақтылығы туралы” еңбегін жариялады. Қазан университетінің профессоры А. М. Бутлеровтың ұсынған (1865) ор-
ганикалық қосылыстар теориясының да мәні өте зор. Ғылым әлемінде, химия саласында баға жетпес төңкеріске тең құбылыс — Д. И. Менделеев ашқан химиялық элементтердін, периодтық системасы физхимия ғылымына көп үлес қосты.
Физхимияның дамуында И. А. Каблуковтың (1857—1942) ері-тінділер жайлы еңбегі ерекше орын алады. Ол Д. И. Менделеевтің гидраттық теориясына сүйеніп, оны онан әрі дамытты.
Физикалық-химиялық анализ негізін салушы Н. С. Курнаковтыңтың, органикалық катализ мектебінің негізін салушы Н. Д. Зелинскийдің, Н. А. Шиловтың және басқа да ғалымдардың еңбектерінде физхимияның негізі қаланды. Н. Н. Семеновтың тізбекті реакциялар теориясы физхимияға едәуір үлес қосты. П. А. Ребиндер, А. Н. Фрумкин, А. В. Думанский сияқты совет ғалымдары электрлік теория, капиллярлі құбылыс сияқты тиянақты тұжы-рымдар жасады. В. А. Каргин, С. М. Липатов, М. М. Дубинин, А. В. Думанский, Н. П. Песков және басқалардың коллоидтық химия жайлы зерттеулерінің де маңызы зор болды.
Шет елдік ғалымдар да физхимияның дамуына өз үлестерін қосты. Мысалы, Д. Дальтон зерттеулері атом құрылысы, М. Фарадей еңбегі электрохимия хақында болса, Д. Гиббс химиялық термодинамиканы қалыптастырушылардың бірі, В. Нерист термодинамика мен электрохимияға бірдей еңбек сіңірсе, С, Аррениус электролиттік диссоциация теориясын ұсынды, Я. Вант-Гофф ерітінділерді, химиялық кинетика мен тепе-теңдікті, В. Оствальд электрохимия мен адсорбцияны зерттеді.’ Физхимияның үлкен бір тарауы, қазір өз алдына жейе ғылым атанған коллоидтық химияның қалыптасып дамуына Т. Грэм, М. Смолуховский, А. Эйнштейн, Ж- Перрен, Г. Сведберг, Г. Кройт және орыс ғалымдары Ф. Рейс, И. Борщов, Б. Дерягин, Н. Песков т. б. зор үлес қосты.
XX ғасырда пайда болған квантты-механикалық толқынды теория жалпы табиғаттану іліміне, әсіресе, физика мен химияға жаңа ұғымдар әкелді (Н. Бор, М. Планк, Шредингер, Паули). Квантты-механикалық теорияны пайдалаңып, атом және молекула, кристалл қүрылысын ашып қана қоймай, ондағы кейбір деректерді есептеп, анықтауға, химиялық байланыс табиғатын түсіндіруге болады.
Қазақстандағы химия ғылымының дамуы С. М. Киров атындағы мемлекеттік университетіндегі химия факультеті (1934) мен республика Ғылым Академиясының Химия ғылымдары институты-ның (1940) ашылуымен байланысты. Республикамыздағы химия ғылымы көш басында қышқылдар мен негіздердің жаңа теориясын ұсынған М. И. Усанович, фосфат тыңайтқышының технологиясын зерттеген Ә. Бектұров, аналитикалық химия саласында М. Т. Козловский, жалпы химияда Б. Бірімжанов, органикалық химияда Е. Әзірбаев, катализде Д. В. Сокольский және көптеген химик-ғалым, ұстаздар болды. Б. А. Жұбанов, Е. Е. Ерғожин, Е. Ә. Бектұров, сияқты ғалымдар оны онан әрі дамытып келеді.
