в чем разница между физикой и химией
Физика и химия — чем отличаются эти науки?
Физика и химия являются науками, прямо способствующими технологическому прогрессу в XXI веке. Обе дисциплины изучают законы функционирования окружающего мира, изменения мельчайших частиц, из которых он состоит. Все природные явления имеют химическую или физическую основу, это касается всего: свечения, горения, кипения, плавления, любого взаимодействия чего-то с чем-то.
Каждый в школе изучал азы химии и физики, биологии и естествознания, но не каждый связал с этими науками свою жизнь, не каждый может определить грань между ними сейчас.
Чтобы понять, в чем заключаются основные отличия физической науки от химической, нужно прежде всего рассмотреть их поближе и ознакомится с основными положениями этих дисциплин.
О физике: движение и его законы
Физика занимается прямым изучением общих свойств окружающего мира, простых и сложных форм движения материи, природных явлений, которые лежат в основе всех этих процессов. Наука исследует качества разнообразных материальных объектов и проявления взаимодействий между ними. Также под прицелом физиков находятся общие закономерности для разных видов материи; эти объединяющие принципы называются физическими законами.
Физика во многом является фундаментальной дисциплиной, поскольку рассматривает материальные системы в разных масштабах наиболее широко. Она очень тесно контактирует со всеми естественными науками, законы физики определяют и биологические, и геологические явления в одинаковой степени. Присутствует сильная связь с математикой, так как все физические теории формулируются в виде чисел и математических выражений. Грубо говоря, дисциплина широко изучает абсолютно все явления окружающего мира и закономерности их протекания, основываясь на законы физики.
Химия: из чего все состоит?
Химия прежде всего занимается исследованием свойств и веществ в совокупности с разными их изменения. Химические реакции — это результаты смешивания чистых веществ и создания новых элементов.
Наука тесно взаимодействует с другими естественными дисциплинами, такими как биология, астрономия. Химия изучает внутренний состав разных видов материи, аспекты взаимодействия и превращения составляющих вещества. Также химия пользуется собственными законами и теориями, закономерностями, научными гипотезами.
В чем заключаются главные отличия между физикой и химией?
Принадлежность к естествознанию много в чем объединяет эти науки, но различного между ними намного больше, чем общего:
Вывод
Эти науки понимают и интерпретируют законы окружающего мира по-своему, через призму собственных исследований, целей, предмета и объекта изучения. Различные материальные объекты, закономерности их движения, взаимодействия на разных уровнях — это физика. Молекулярный состав веществ, из которых состоят эти материальные объекты, их внутренние изменения и результаты таких действий — это химия.
Чем химическая физика отличается от физхимии?
Химическая физика изучает электронную структуру молекул и твердых тел, молекулярные спектры, элементарные акты химических реакций, процессы горения и взрыва, то есть физические аспекты химических явлений. Термин введен немецким химиком А. Эйкеном в 1930.
Основатель Института химической физики РАН Н.Н. Семенов вел глубокие исследования цепных реакций. Они представляют собой серию самоинициируемых стадий в химической реакции, которая, однажды начавшись, продолжается до тех пор, пока не будет пройдена последняя стадия. Несмотря на то, что немецкий химик М. Боденштейн впервые предположил возможность таких реакций еще в 1913 г., теории, объясняющей стадии цепной реакции и показывающей ее скорость, не существовало. Ключом же к цепной реакции служит начальная стадия образования свободного радикала – атома или группы атомов, обладающих неспаренным электроном и вследствие этого чрезвычайно химически активных. Однажды образовавшись, он взаимодействует с молекулой таким образом, что в качестве одного из продуктов реакции образуется новый свободный радикал. Новообразованный свободный радикал может затем взаимодействовать с другой молекулой, и реакция продолжается до тех пор, пока что-либо не помешает свободным радикалам образовывать себе подобные, т.е. пока не произойдет обрыв цепи.
Особенно важной цепной реакцией является реакция разветвленной цепи, открытая в 1923 г. физиками Г.А. Крамерсом и И.А. Кристиансеном. В этой реакции свободные радикалы не только создают активные центры, но и множатся, создавая новые цепи и ускоряя реакцию. Фактический ход реакции зависит от ряда внешних ограничителей, например таких, как размеры сосуда, в котором она происходит. Если число свободных радикалов быстро растет, то реакция может привести к взрыву. В 1926 г. два студента Н.Н. Семенова впервые наблюдали это явление, изучая окисление паров фосфора водяными парами. Эта реакция шла не так, как ей следовало идти в соответствии с законами химической кинетики того времени. Семенов увидел причину этого несоответствия в том, что они имели дело с результатом разветвленной цепной реакции. Но такое объяснение было отвергнуто М. Боденштейном, в то время признанным авторитетом по химической кинетике. Еще два года продолжалось интенсивное изучение этого явления Н.Н. Семеновым и С.Н. Хиншелвудом, который проводил свои исследования в Англии независимо, и по прошествии этого срока стало очевидно, что Семенов прав.
Н.Н. Семенов опубликовал монографию (Цепные реакции. Л., ОНТИ.,1934), в которой доказал, что многие химические реакции, включая реакцию полимеризации, осуществляются с помощью механизма цепной или разветвленной цепной реакции. Позднее было установлено, что и реакция деления ядер урана-235 нейтронами также носит характер разветвленной цепной реакции.
В 1956 г. Семенову совместно с Хиншелвудом была присуждена Нобелевская премия по химии «за исследования в области механизма химических реакций». В Нобелевской лекции Семенов заявил: «Теория цепной реакции открывает возможность ближе подойти к решению главной проблемы теоретической химии – связи между реакционной способностью и структурой частиц, вступающих в реакцию… Вряд ли можно в какой бы то ни было степени обогатить химическую технологию или даже добиться решающего успеха в биологии без этих знаний…».
Работают Институт химической физики РАН (Москва), Институт проблем химической физики РАН (Черноголовка). Есть журнал «Химическая физика». Можно почитать: Бучаченко А.Л. Современная химическая физика: Цели и пути прогресса // Успехи химии. – 1987. – Т. 56. – № 11.
Содержание
Объем
Хотя фундаментальные законы, управляющие поведением материи, применимы как к химии, так и к физике, дисциплины физики и химии имеют разные направления:
Физика занимается природой от огромных масштабов (вся Вселенная) до очень малых ( субатомные частицы ). Все физические явления, которые поддаются измерению, следуют определенному поведению, которое соответствует основным принципам, изучаемым в физике. Физика связана с фундаментальными принципами физических явлений и основными силами природы, а также дает представление об аспектах пространства и времени. Физика также имеет дело с основными принципами, объясняющими материю как вещество и энергию, и может изучать аспекты атомной материи, следуя концепциям, выведенным из самых фундаментальных принципов.
Химия фокусируется на том, как вещества взаимодействуют друг с другом и с энергией (например, с теплом и светом ). Изучение изменения химических веществ ( химических реакций ) и синтеза лежит в основе химии и дает начало таким концепциям, как органические функциональные группы и законы скорости химических реакций. Химия также изучает свойства вещества в более крупном масштабе (например, астрохимия ) и реакции вещества в более крупном масштабе (например, техническая химия), но обычно объяснения и предсказания связаны с лежащей в основе атомной структурой, что дает больший упор на методы идентификации молекул и механизмов их трансформации, чем в любой другой науке.
Физическая химия и химическая физика подчеркивают связь между физикой и химией.
Подход
Тренировка
Карьера по химии и физике
Темы на стыке химии и физики
Химия и физика не являются строго разделенными науками, и химики и физики работают в междисциплинарных группах, чтобы изучить следующие темы.
didi79
didi79Я Леди.
1.3 Взаимосвязь химии с физикой
История взаимодействия химии и физики полна примеров обоюдного обмена идеями, объектами и методами исследования. На разных этапах своего развития физика «снабжала» химию понятиями и теоретическими концепциями, оказавшими сильное воздействие на развитие химии. При этом чем больше усложнялись химические исследования, тем больше аппаратуры и методов физических расчетов проникало в химию. Развитие современной науки подтвердило глубокую связь между физикой и химией. Они связаны между собой по происхождению. Связь эта носит генетический характер, т.е. образование атомов химических элементов, соединение их в молекулы вещества произошло на определенном этапе развития неорганического мира. Также эта связь основывается на общности строения конкретных видов материи, в том числе и молекул веществ, состоящих в конечном итоге из одних и тех же химических элементов, атомов и элементарных частиц. Химические процессы базируются на электромагнитном взаимодействии, изучаемом физикой. На основе периодического закона ныне осуществляется прогресс не только в химии, но и в ядерной физике, на стыке которых возникли химия изотопов и радиационная химия.
Физика и химия практически изучают одни и те же объекты, но только каждая наука видит в этих объектах свой предмет исследования. Так, молекула является объектом, изучаемым не только химией, но и молекулярной физикой. Химия изучает молекулу с точки зрения закономерностей образования, состава, химических свойств, связей, условий ее диссоциации на составляющие атомы. Молекулярная физика изучает поведение масс молекул, обусловливающее тепловые явления, различные агрегатные состояния, переходы из газообразной в жидкую и твердую фазу и обратно,– свойства, не связанные с изменением состава молекул и их внутреннего химического строения.
С возникновением теории относительности, квантовой механики и учения об элементарных частицах раскрылись еще более глубокие связи между физикой и химией. Оказалось, что ключ к объяснению свойств химических соединений, самого механизма превращения веществ лежит в строении атомов, в квантово-механических процессах его элементарных частиц и особенно электронов его внешней оболочки. Именно новейшая физика блестяще решила такие вопросы химии, как природа химической связи, особенности химического строения молекул органических и неорганических соединений и т.д.
Физика vs. химия
Отличие вижу в том, что физики по любому поводу задают вопрос: Почему?
У химиков задавать такой вопрос не принято, есть известные знания, а почему так устроено не анализируется.
Почему у одного атома одна валентность, а у другого другая?
Почему таблица элементов так устроена?
Закон Авагадро есть, а почему так не важно…и тд.
Комментировать
Все комментарии (74)
комментирует материал 03.10.2013 #
Потому что если бы электроны могли иметь любые состояния, т.е. в атоме могли бы существовать два или более электрона с одинаковыми наборами квантовых чисел, то они были бы не фермионами, а бозонами.
«Потому что если бы электроны могли иметь любые состояния»
Так электроны могут иметь любые состояния.
В свободном состоянии электроны вообще не имеют «состояний», характеризуемых квантовыми числами, а в атоме при переходе электронов с одного уровня на другой они меняют свое состояние. Тем самым могут иметь любые состояния.
Американцы, вон, рассчитали как рибосома белок синтезирует чисто исходя из уравнения Шредингера!
Спин (от англ. spin — вращаться, вертеться.), собственный момент количества движения элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого.
Что «вращается» в электроне, если электрон не имеет пространственных характеристик?
А также вопросы http://maxpark.com/community/5654/content/2235374#comment-29898212
Спин электрона имеет примерно такое же отношение к вращению, как и с-кварк к очарованию. Проблема в крайней скудности английского языка, из-за чего приходится либо навешивать к словам дополнительный смысл, либо изобретать неологизмы.
Так изложите на великом и могучем языке, что происходит в электроне, когда у него есть спин, но нет ни пространственных характеристик, ни структуры?
Учёные уже больше века спорят, исписали тысячи книг, а я сейчас всё брошу и начну излагать в комментах на МП? Делать мне больше нечего?
Вот об этом всем нам и рассказывали на первом курсе в первом семестре, да и сейчас рассказывают на первом курсе в РХТУ.
Что-то про это наверное до сих пор рассказывают в школе.
Это скучно и банально. более сложные вещи нехимики просто не поймут
Почему в первом электронном слое не может быть 3 или 4 электрона?
Потому что не может быть на одной орбитали двух электронов в одном квантовом состоянии, в данном случае с одинаковыми спинами.
Почему?
А на второй орбитали, что случилось?
Аркадий, вы настоящий химик.
Может быть и меньше, все зависит от заряда ядра
Так в этом и смысл вопроса. В свободном состоянии каждый атом электрически нейтрален вне зависимости от валентности. Тем не менее при незаполненной валентной оболочке атом «стремится» заполнить ее. Почему? «Почему» в валентной и незаполненной оболочке, например кислорода, «должно» быть именно 8 электронов? Почему атом стремиться заполнить верхнюю оболочку?
Все это расматривается на начальных этапах изучения химии на химических специальностях. Почитайте соответствующиее учебники и найдете ответы.
http://www.chem.msu.su/rus/program/program1/stroenie.html
Тут программа МГУ-шного курса строения вещества
У химиков очень много разных специализаций, связанных в основном с классами веществ, которыми они занимаются, их больше интересуют свойства вновь получаемых ими веществ, чем строение атома. Энергии связи, ионизации, валентности, все это табличные данные в свое время изученные и полученные физиками и физхимиками.
Трудно объяснять азы, тому кто не имеет даже начальных знаний по конкретному вопросу.
Вы спрашиваете, «Куда девается «спиновый заряд»» при взамодействии атомов, ежу понятно, что он нейтрализуется спиновым зарядом другого атома, происходит перекрытие орбиталей с образованием химической связи, и эти валентные электроны пренадлежат уже обоим атомам, дополняя собой каждую из имеющихся орбиталей до пары. В соответствии с принципом неопределененности Паули невозможно определить около которого атома находится конкретный электрон, образующий химическую связь.
Во-первых, соотношение неопределенности ввел Гейзенберг, а не Паули. Во-вторых, требуется объяснить, что такое спин электрона и каким образом атом создает, нейтрализует и изменяет спин электрона. В-третьих, нужно объяснить, каким образом атом определяет характеристики электрона, не имея возможности их измерить (по соотношению неопределенности Гейзенберга).
Если Вы только еще собираетесь проводить эксперименты по исследованию спина, то это красноречиво говорит, что сейчас ответов на поставленные вопросы у Вас нет.
Что и требовалось показать.
С такими рассуждениями Вы вряд ли можете рассчитывать на финансирование. У Вас нет даже понимания, что специфика современного состояния вопроса вовсе не в необходимости «углубления» понимания частных аспектов и свойств электрона (например его спина), а в нестыкуемости разных его свойств в целостную картину, в целостную систему под названием атом.
Если представления о размерах, структуре, границах, заряде, массе, спине, связях и прочих характеристиках электрона не стыкуются между собой, не образуют видения атома как целостной динамической системы, значит в чем-то имеющиеся представления неверны, их нужно исправлять и добиваться их сопрягаемости в целостную систему.
Если Вы не усматриваете самой проблемы, то и нечего напрашиваться на ее решение, тем более на финансирование «попытки» выполнить.
кто знает,кому чуждено решить проблемы.
Ваши вопросы к физикам.
Химики не занимаются электронами, разве что такой экзотикой, как раствор электронов в жидком аммиаке. 🙂
Ваша ссылка на решение уравнения Шредингера говорит о том, что электронная орбиталь это чисто математический «объект». А по субстанциональной составляющей электронной орбитали Вы что-нибудь можете сказать? Ведь математические зависимости, математические уравнения это всего лишь способ описания реальных явлений, происходящих в атоме. В атоме некому решать уравнения. И не уравнения, и не их справедливость являются сутью вопроса. ЧТО из себя представляет орбиталь физически? Что это такое, что неким образом воздействует и меняет характеристики электрона вполне определенным образом, таким, что электрон вдруг приобретает специфические характеристики в виде квантовых чисел, характерных именно для этой орбитали.
К тому же сам электрон является квантовым объектом, тем самым у него невозможно ни измерить старые характеристики ни установить новые, но они устанавливаются с завидной точностью. Поглощаются и излучаются строго определенные порции энергии.
Вы что-то поняли неправильно. 🙁
Квантовые числа вовсе не являются характеристиками электрона. Сам по себе электрон имеет массу, заряд, спин (±1/2) и т.п., но в составе атома электрон не может иметь произвольную энергию, а непременно фиксированные значения энергии. Вот эти значения и характеризуются квантовыми числами.
То же, как вы задаете вопрос, похоже на вопрос: «Что из себя представляет 220 вольт?».
Дело не в версии физиков, а в степени абстрагирования.
Во многих задачах электрон можно представлять точечным если это не влияет на решение, но упрощает его.
В других же задачах, точечная модель электрона приводит к парадоксам. В таких случаях лучше использовать классический радиус электрона, но для квантовых описаний это не имеет значения.
1. Разные степени абстракций полезны в частных случаях, хотя бывает и такое, что они категорически неприменимы и приводят к ошибкам. Именно поэтому глубокие знания и опыт необходимы любому исследователю и позволяют видеть целостную картинку в тех случаях, когда новичок тонет в противоречиях.
2. Еще Резерфорд, после просвечивании золотой фольги электронами, сделал удивительный для того времени вывод, что атом в основном состоит из пустоты. 🙂
Естественно точечный электрон не может быть облаком. Значит он не точечный, а облачный. 🙂
По поводу же целостного описания, могу сказать, что покупая в супермаркете масло, я не интересуюсь тещей водителя, который привез тот холодильник, в котором хранилось молоко для этого масла.
Рекомендую статьи Phys. Rev. Lett. 79, 4517-4521 (1997) (Stern-Gerlach Effect for Electron Beams) и Phys. Rev. A 60, 63-79 (1999) (Observing the spin of a free electron). Там обсуждается, что Бор-Паули в свое время «доказали» некоторое утверждение о ненаблюдаемости спина электрона в определенного типа экспериментах, а оно оказалось, как я понял, неверно.»
(С) Из обсуждения на форуме.