1. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ 2012 он лекц 1
ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИЙН УНДЭС
Физик хими-физикийг ерөнхий зарчмын үндсэн дээр химийн үзэгдлийг
тайлбарлаж тэдгээрийн зүй тогтлыг тогтоодог шинжлэх ухаан.
Чухамхүү физикийн ухаан химийн нарийн зөв шинжлэх болгон хувиргасан
гэж хэлж болно. Физикийг химид хэрэглэх болсоноор бодисын чанарын талын
тодорхойлолт, тэдгээрийн харилцан хувирлыг улмаар бүр тоон талаас нь авч үзэх
болсон.
Физик хими цаашдын хөгжил химийн процессуудын явагдахад дулаан ба
цахилгааны үйлчлэлийн судалгаатай холбоотой байсан. Химийн урвалын явцад
дулаан шингээх ба ялгарах үзэгдлийн судалгаа термохимийн эх суурийг тавьж
өгсөн байна. Эрдэмтэд Физик химийн тулгуур хууль: химийн хувирлын дулааны
нийлбэр тогтмол байдаг тухай хуулийг анх томъѐолсон.
1887 онд Германы төгсгөлөөр эрдэмтэн В.Оствальд Лейпщикийн их
сургуульд физик, химийн анхны тэнхэмийг үндэслэж Физик химийн анхны
сэтгүүлийг нийтэлж эхэлжээ. 19-р зууны төгсгөлөөр Физик хими бүрэн биеэ даасан
шинжлэх ухаан болон хувирсан байна.
Физик-химийн үүсэл. Физик-хими нь 18-р зууны дундуур буюу одоогоос
200 гаруй жилийы өмнө бие даасан шинжлэх ухаан болон
үүсчээ. Физик, математикийн шинжлэх ухааныг химид
гүнзгий хэрэглэсний дүнд анх М.В.Ломоносов (1711-1765)
химийн өргөн их мэдлэгээс нэг хэсгийг ялган салгаж " Физик-
хими" гэж нэрлэн, " Физик-хими бол физикийн хууль дурэм,
туршлага дээр үндэслэн, нийлмэл биет (молекул)
дотор химийн процессоор юу үүсч, явагдаж байгаа
шалтгааныг тайлбарладаг ухаан юм." хэмээн
тодорхойлжээ. Ингэснээр физик-хими нь химийн процессын
физик шалтгааныг илчилдэг онол, туршлагын шинжлэх ухаан болохыг заасан
байна.
М.В.Ломоносов нь 1752-1754 онуудад физик-химийн
курсыг оюутнуудад уншиж "Введение в истинную
физическую химию" гэсэн уг курсыи лекцийн гарын авлагыг
үлдээжээ. "Опыт физической химии" гэсэн туршлагын
ажлын хөтөлбөр, "План к курсу физической химии'' гэсэн
түүний зохиосон төлөвлөгөөпий дагуу М.В.Ломоносов
судалгааны олон ажил гүйцэттэжээ. М.В.Ломоносов физик-
1

2. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ 2012 он лекц 1
химийн судалгааны лаборатори байгуулан, физик-химийн хэмжилт хийж,
туршилтын шинжилгээ, судалгаа явуулснаас гадна түүний удирдлагын дор
физик-химийн дипломын болон оюутны лабораторийн ажлууд хийгдэж байжээ.
М.В.Ломоносов онолын болон туршлагын чухал судалгаагаар физик-химийн
тулгуур болох хэд хэдэн нээлт хийсэн. М.В.Ломоносов химийн хувиралын үед
бодисын жин тогтмол байх тухай хуулийг нээснээс гадна матери ба хөдөлгөөний
хадгалагдах хуулийг томъѐолж, материйн кинетикийн онолыг бүрдүүлж,
молекулын хөдөлгөөний илрэлээр дулааны үзэгдлийг тайлбарласан юм.
Мөн Н.Н.Бекетов (1826-1911) нь М.В.Ломоносовын физик-химийн онол,
үзлийг цааш үргэлжлүүлж, физик-химийг биеэ даасан шинжлэх ухаан болгон
хөгжүүлэхийн төлөө өөрийн үнэтэй хувь нэмрээ оруулжээ.
Н.Н.Бекетов химийн процессын чиглэлд урвалд орж
байгаа бодисын концентрацийн үзүүлэх нөлөөг хатуу
тогтоож, металлын ангижрах чадварыг судалж, металлыг
хүдрээс гарган авах алюминотермийн аргын үндсийг
боловсруулжээ, Ийм учраас Н.Н.Бекетовыг физик-химийг
үндэслэгчдийн нэгэнд зүй ѐсоор тооцдог . Петербургийн
уулын институтын профессор Г.И.Гесс (1802-1850) химийн
урвалын дулааны эффект нь тогтмол байдаг тухай хуулийг
нээснээр термохимийг үндэслэгч гэж үздэг.
А.М.Бутлеров (1828-1886)-ын ажил нь бодисын химийн бүтцийи тухай зөв
төсөөлөл бүрэлдэн тогтоход агуу их нөлөө үзүүлж органик молекулын химийн
бүтцийн онолыг боловсруулжээ.
Д.И.Менделеев (1826-1911) элементүүдийн шинж чанар тэдгээрийн атом
жингээс зүй тогтоолтой хамаарах тухай үелэх хуулийг нээж, элементүүдийн үелэх
системийг зохиосон нь физик-химийн хөгжилтөнд том байр эзэлдэг юм.
Д.И.Менделеев ууссан бодис ба уусгагчийн молекулуудын хоорондох химийн
харилцан үйлчлэлийн мөн чанарыг тайлбарласан уусмалын гидратын онолыг
нээж, критик температур байдгийг болон хийн орших байдлыг тогтоож, хийн орших
байдлын тэгшитгэлийг бодож гарган, хийн уурын даралт, янз бүрийн
температурын үе дэх шингэний гадаргуугийн таталцлыг судлах зэрэг судалгааны
бусад ажлыг гүйцэтгэжээ.
Физик-химийн цаашдын хөгжилтөнд Оросын олон эрдэмтэд өөрсдийн
шалгарсан бүтээлээр үнэтэй хувь нэмрээ оруулсан юм. И.А.Каблуков (1857-1942)
нь физик-химийг олон жил дээд сургуулиудад уншсан физик-химийн гурван боть
"курсыг хэвлүүлснээс гадна өөрийн судалгаа шинжилгээний ажлаар усан уусмал
дахь электролитийн ионы гидротацийн үзэгдлийг тогтоож, электролит
диссоциацийн процесст химийн харилцан үйлчлэлийн чухлыг заасан юм. Физик-
химийн янз бүрийн салбарт Н.А.Шалов (1872-1930) маш сонирхолтой судалгаа
явуулсан юм. Үүнд хорт хийн багийи ажлын кинетикийг судалж, түүний дотор
2

3. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ 2012 он лекц 1
явагдаж байгаа процессын онолын үндсийг боловсруулснаас гадна химийн зарим
нийлмэл (дагалдах) урвалын кинетик болон уусмал дахь ууссан бодисын
адсорбцийн сонирхолтой судалгааг явуулжээ.
Н.С.Курнаков (1860-1941) системийн найрлагаас түүний физик-химийн
шинж чанар хамаарах хамаарлыг судалж гетероген системийн тэнцвэрт орших
байдлын нөхцлийн ерөнхий онолыг нээж, фазат тэнцвэрийн диаграммын
бүтцийн дүрмийг математикийн хувьд үндэслэсэн юм. Н.С.Курнаков орчин үеийн
физик-химийн анализын аргын үндсэн зарчмыг боловсруулсан юм.
Д.П.Коновалов (1856-1929) холимог шингэний буцлах онолыг боловсруулж
контактийн үзэгдэл /гетероген катализ/-ийг судалсан юм. Мөн салбарласан гинжин
урвалын онол (Н.Н.Семенов) гетероген катализын онол (А.А.Баландин)-ыг
боловсруулсан зэрэг томоохон судалгаа нь физик-химийн хөгжилд чухал байр
эзэлдэг юм. Физик-химийн цаашдын хөгжилтөнд бусад орны эрдэмтэд
томоохон гавъяа байгуулсан юм. Жишээ нь: Я.Вант-Гофф, В.Оствальд нар
уусмалын онолын зүй тогтоолыг боловсруулсан. С.Аррениус электролит
диссоциацийн тооны онолыг нээж, химийн урвалын хурдад температурын үзүүлэх
нөлөөг судалжээ. М.К.Гульдберг, П.Вааге нар урвалд орж байгаа бодисын
концентрацаас химийн урвалын хурд тооны хувьд хамаарах хамаарлыг
илрүүлэх хуулийг нээжээ. Бодисын бүтцийн тухай сургаалаар XIX, XX зууны үед
атомын бүтцийн нарийн болохыг хүлээн зөвшөөрөхөд эарчмын ач холбогдол
бүхий хэд хэдэн чухал нээлтүүд хийгдсэн юм. Үүнд электроныг нээсэн (Б.Перрон
У.Томсон) цахилгааны атомын төрх байдал, болон гэрлийн цахилгаан соронзон
чанарыг (Дж.Максвелл), гэрлийн квант чанар (М.Планк), гэрлийн даралт
(Н.П.Лебедев)-ыг нээсэн зэрэг нээлтүүд хамаарагдана.
Мөн цацраг идэвхит чанарыг нээж судалсан (Л.Беккерель) нь онцгой
ач холбогдолтой бөгөөд П.Кюри, М.Складовский-Кюри нарын цацраг идэвхит
чанарын судалгаа нь нэг элементийн атомыг нөгөө элементийн атомд хувиргаж
болохыг харуулсан юм.
Эдгээр бүх нээлтүүд нь атом энгийн эгэл хэсэг биш, нилээд энгийн жижиг
хэсгүүдээс бүрддэгийг харуулж байна. Үүний үндсэн дээр атомын цөмийн бүтцийн
загварыг (Э.Резерфорд) боловсруулж үүнийг квант механикийн онолын үүднээс
тайлбарласан таамаглал (Н.Бор) гарлаа. Мөн атомын цөмийн бүтцийн протон
нейтроны онол (Е.Н.Гапон, Д.Д.Иваненко), зохиомол цацраг, идэвхит чанар
(Фредерик-Жалио-Кюри, Ирен Жолио Кюри)-ын үзэгдлүүд нээгдэж бодисын
бүтцийг тайлбарлаж өгсөн.
Ийм маягаар 20-р зууны эхэнд бодисын бүтэц, янз бүрийн төлөв байдал дахь
түүний шинж чанар, термохими, химийн термодинамик, уусмал, тэнцвэрийн тухай
сургаал, коллоид хими, электрохими, химийн урвалын кинетик зэрэг
салбаруудыг судалсан физик-химийн үндсэн чиглэлүүд бүрэлджээ. Орчин үед
3

4. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ 2012 он лекц 1
физик-хими нь судалгааны өөрийн аргуудтай, химитэй холбоо бүхий бусад хавсарга
ухааны онолын суурь болсон бие даасан шинжлэх ухаан болтлоо хөгжжээ.
Физик-химийн судлах зүйл. Орчин үед физик-хими нь судалгааны өөрийн
аргуудтай шинжлэх ухааны биеэ даасан маш том салбар болжээ. Ерөнхий хими,
органик хими, биохими зэрэг химийн салбар ухаанууд материйн тодорхой
хэлбэр, бодит материалыг судлаж байхад, физик-хими нь химийн үзэгдлийн
ерөнхий зүй тогтол түүнд хэрэглэгддэг физикийн хуулиуд болон шинжилгээний
аргуудыг судалдаг. Физик-химийн судлах зүйлийг хэд хэдэн үндсэн бүлгүүдэд
хувааж болно.
Амеркийн эрдэмтэн Дж.Гиббс химийн термодинамикийн үндсийг
боловсруулсан. Химийн термодинамикийн хуулийн ачаар эрдэмтэд тухайн ямар
нэг химийн урвал явагдах эсэхийг урьдчилан хэлж чадах боломжтой болсон. Энэ
үед хими математикийн аппаратыг анх өргөн хэрэглэх болов. Химийн процесс
дахь энергийн хувирал, химийн энерги, дулааны энерги гэх мэт энергүүдийн
хэлбэрүүдийн хоорондох холбоо, энергийн балансын үндсэн харьцааг судлах
бөгөөд ингэснээр шингээж байгаа ба ялгаруулж байгаа дулааны тоо хэмжээг
бодож гаргадаг. Мөн үүнд гадаад нөхцөл хэрхэн нөлөөлөх, уг процесс хэрхэн
явагдах, түүний тэнцвэр, тэнцвэрийг эвдэх нөхцлүүдийг судалдаг. Химийн
термодинамик нь ерөнхий термодинамикийн хууль, зүй тогтоол, аргыг химийн
янз бүрийн асуудлыг судлахад хэрэглэгддэг. Үүнд химийн урвалын дулааны
эффектийн тухай сургаал электродын процессын онол, гадаргуугийн үзэгдлийн
термодинамик гэх мэт бусад асуудлуудыг судлахад өргөн хэрэглэгддэг.
Цахилгаан хими химийн ба цахилгаан үзэгдлийн уялдаа холбоог тогтоож
өгсөн байна. Цахилгаан гүйдлийн үйлчлэлээр усыг устөрөгч ба хүчилтөрөгч болгон
задалсанаар электролизийн үзэгдлийг судалж эхэлсэн. М.Фараейн электролизын
тоон хуулийг нээсэн. Термохими ба цахилгаан химийн ололт амжилт орчин үеийн
химийн олон үйлдвэрлэлийн үндэс нь болж эхлэв. Сул ба хүчтэй электролитийн
шинж чанар, орших байдал, түүний онол, зүй тогтолыг судлана. Химийн урвал ба
цахилгааны үзэгдлийн харилцан үйлчлэлийг (электролиз, тогтмол гүйдэл
үүсгэгчид, электросинтез) судалдаг. Металл, уусмал, хийн цахилгаан дамжуулах
чанар, түүнд нөлөөлөх хүчин зүйлс, электролитийн уусмалын шинж чанар,
электродын тэнцвэрийн ба тэнцвэрийн биш процессийн механизм, кинетикийг
судална.
Физик химийн эдгээр анхны чиглэл уусмалын шинж чанар түүний мөн
чанарыг зөвөөр ойлгоход олон талаар тус болсон байна. С.Аррениус
электролитууд уусмал дотор аяндаа нэмэх ба хасах цэнэгтэй ионууд болон
задардаг гэсэн урьдчилсан таамаг гаргаж электролитийн диссоциацийн
онолыг гаргасан. Янз бүрийн уусмалын төрх байдал, тэдгээрийн
термодинамикийн шинж чанар, уусмалын шинж, найрлагын хоорондох
холбооны ерөнхий зүй тогтол, уусмалын дотоод молекул бүтцийг судлана.
4

5. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ 2012 он лекц 1
Гэрлийн үйлчлэлээр явагддаг химийг фотохими судалдаг. Цацраг идэвхт
үзэгдлийг нээсэн явдал янз бүрийн цацраг туяаны үйлчлэлийг судлах бололцоо
олгосон. Эндээс Физик химийн шинэ салбар цацрагын хими үүсч хөгжив.
Эрдэмтэд химийн урвалын зарим нь хоромхон зуур түргэсэн өөрөөр хэлбэл,
харилцан хурдтай явагддаг болохыг аль эрт ажиглаж мэдсэн бөгөөд химийн
урвалын хурдын тухай ухагдахуун химийн кинетикийн үндэс нь болж өгөв.
Урвалын хурд урвалд орж буй бодисуудын концентраци, температур зэрэг олон
хүчин зүйлүүдээс тодорхой болсон. Урвалын хурдад катализатор нэн чухал нөлөө
үзүүлдэг. Катализатор нөлөөгөөр урвалыг хурдсах явдал катализын үзэгдлийн
мөн чанар нь юм.
Химийн кинетик ба катализ нь бодисууд химийн урвалд орох чадварын
тухай орчин үеийн сургаалийн үндэс болдог бөгөөд энэ нь физик химийн бас нэг
өргөн салбар юм. Гомоген ба гетероген орчин дахь химийн урвалын хурдны үндсэн
зүй тогтоол, механизм, урвалын хурдны гадаад нөхцлөөс хамаарах хамаарал,
молекулын энергийн төлөв байдал ба бүтэцтэй химийн урвалын хурдын
хоорондох холбоо болон катализийн үзэгдэл, түүний механизмыг судлана.
Атомын бүтцийн электрон загвар боловсрогдохын хамт физик химид
зарчмын шинэ үе эхэлсэн. Урьд эрдэмтэд шууд ажиглагдах химийн үзэгдэл,
процесс, микро объектуудыг судлалаар хязгаарлагдаж байсан бол одоо ямарваа
химийн процессийг урвалд оролцож буй молекулуудын электроны орон зайн
байрлалын үүднээс тайлбарлах болов. Химийн холбоо, валент чанар
молекулын бүтэц шинж чанарын электрон онол боловсрогдов. Атом, молекулын
бүтэц, бодисын агрегат төлөв байдал, болон тэдгээрийн шинж чанарыг судална.
Атомаас молекул үүсэх, химийн холбооны шинж чанар, молекулын дотоод бүтэц,
мөн хий шингэн хатуу бодисын чухал шинж чанар, бүтцийг судалдаг.
Орчин үеийн физик химийн гол онцлог нь судалгааны физик аргуудыг өргөн
хэрэгдэх, химийн урвалыг молекул механизмыг тогтооход оршиж байна. Физик
хими химийн шинжлэх ухааны бусад салбар, химийн технологийн хөгжлийн
онолын үндсийг гаргаж өгч байна.
Коллоид хими. Бодисын коллоид төлөв байдлын шинж чанар, батжил,
адсорбци ба гадаргуугийн үзэгдлүүд, том молекулт нэгдлийн уусмалын
термодинамик шинж чанарыг судлах ба энэ нь биеэ даасан томоохон салбар ухаан
болон хөгжиж байна. Физик-химийн судлах зүйлийг ийнхүү ялгах боловч өөр
хоорондоо нягт холбоотой бөгөөд аль нэгийг нь нөгөө салбаргүйгээр судалж
болохгүй юм.
Физик-химийн судалгааны аргууд: Химийн үзэгдлийн ерөнхий зүй
тогтоолыг танин мэдэхийн тулд физик ба химийн онолын болон туршлагын аргыг
5

6. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ 2012 он лекц 1
өргөн хэрэглэдэг. Физик-химид бодисын шинж чанарын гадаад нөхцлөөс
хамаарах хамаарлыг болон химийн тэнцвэрийн ба өгөгдсөн хугацаанд химийн
урвалын явагдах хуулийг судлахад туршлагын аргыг өргөн хэ рэглэдэг.
Бодисын шинж чанарын тухай мэдээллийг ерөнхийлж дүгнэх, туршлагын
материалыг онолын хувьд задлан шинжлэх нь онолын физикийн гурван
аргаар гол төлөв гүйцэтгэгдэнэ. Эдгээр арга бүхэн өөрийн хууль, ойлголт болон
туршлагын аргатай байдаг.
Термодинамикийн арга нь бодисын хувирлын үе дэх энергийн янз бүрийн
тооцоо ба химийн тэнцвэрийн тооцоо хийхэд хэрэглэгдэх бөгөөд бодисын янз
бүрийн шинж чанарыг тооны хувьд холбох, эдгээр шинж чанараас аль нэгийг
нь бусад шинж чанарын туршлагын хэмжигдэхүүн дээр тулгуурлан тооцоолох
боломжийг өгдөг. Энэ нь энергийн янз бүрийн хэлбэрийн хувирал ба харилцан
холбооны талаархи туршлагын асар их материалыг нэгтгэн дүгнэх
термодинамикийн хоѐр хууль дээр тулгуурлах бөгөөд процессын молекулын
механизмын тухай дүгнэлт зүй тогтоол хэрэглэдэггүйгээрээ онцлог юм. Энэ
арга нь ямар нэг процессын явагдах боломж, чиглэл, төгсгөлийн тухай асуудлыг
шийдэж өгдөг юм.
Статистик арга нь нэг биетийн макро шинж чанарыг молекулын микро
шинж чанартай холбох боломж бүхий, биетийн молекул төрх байдлын тухай
сургаал дээр тулгуурладаг. Олон тооны жижиг хэсгээс тогтож байгаа системийг
магадлалын онолын үүднээс судлахад энэ аргыг өргөн хэрэглэдэг. Жишээ нь:
хийн молекулын эмх замбараагүй хөдөлгөөнийг авч үзэхдээ молекул тус бүрийн
хөдөлгөөнийг судлах бус тэдгээрээс аль нэг бололцоот хөдөлгөөнийг тодорхойлох
замаар тогтооно. Энэ арга нь XVIII зууны II хагаст нээгдэж одоо маш эрчимтэй
хөгжсөн бөгөөд хөгжих тутам нарийн төвөгтэй болжээ.
Квант-механикийн арга нь атом, молекулын бүтцийн тухай, болон
тусгайлан авсан атом, молекулын шинж чанар, тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийп
тухай сургаал дээр тулгуурлах бөгөөд зарим тохиолдолд долгионы механикийн
арга гэж нэрлэдэг. Энэ арга нь квантын-механикийн хуулиудыг ашиглах бөгөөд
энэ арга ѐсоор химийн үзэгдэл нь атом молекулын дотоод хөдөлгөөн юм. Энэхүү
атом молекулын дотоод хөдөлгөөн нь квантын механикийн судлах үндсэн зүйл юм.
Дээр дурьдсан онолын аргуудыг химийн хувирлын явагдах хурд, чиглэл,
хязгаарын гадаад нөхцөл ба химийн урвалд оролцогч молекулын бүтцээс
хамаарах хамаарлыг тайлбарлахад ашигладаг.
Физик-химийн ач холбогдол. Физик-хими нь хөдөлгөөнт материйн
хөгжлийн үндсэн дээрх ерөнхий хуулиудыг танин мэдэх шинжлэх ухааны нийтлэг
ач холбогдолтой. Физик-химийн хуулиуд, зүй тогтолыг химийн шинжлэх ухаан болон
түүнтэй холбоотой бусад шинжлэх ухаануудад өргөн хэрэглэж байна. Физик-химийн
6

7. ФИЗИК КОЛЛОИД ХИМИ 2012 он лекц 1
хууль зүй тогтол дээр бусад холбоо бүхий шинжлэх ухаан, түүний судлах зүйл,
судалгааны арга үндэслэж байна.
Энэ бүхнээс аваад үзэхэд янз бүрийн процессын үүсэл, хөгжил, түүнд нөлөөлөх
зүйл, орших байдлыг гүнзгий ойлгох, эдгээр процессын механизм, чухал үйлчлэлийг
тайлбарлах ба судлахад физик-химийн онолын ач холбогдол оршино. Физик-хими
зөвхөн онолын төдийгүй практикийн ач холбогдолтой. Үүний зэрэгцээгээр физик-
химийн хууль зүй тогтол, түүний ололтыг зөв тусган хэрэглэснээр эх орны
баялагийг бүрэн ашиглах үйлдвэрийн аргыг өөрчлөх бүрэн боломжтой
юм. Физик-химийн зарим нэг салбар, чиглэл нь биеэ даасан шинжлэх ухаан болон
хөгжиж байна. Үүнд физик-химийн шинжлэх ухааны олон тооны салбар нь техникийн
шинжлэх ухааны биеэ даасан бүлэг болсон байна. Жишээ нь: металл боловсруулах
процесс, металлын зэврэл, түүнээс хамгаалах тухай асуудал зэргийг нэрлэж болно.
Химийн технологийн бүх салбарууд дахь процессын онолын үндэс нь физик-
хими болж байна. Химийн технологийн янз бүрийн салбарын хөгжилд физик-
химийн шинжилгээний арга онцгой ач холбогдолтой юм. Энэ бүгдээс аваад үзэхэд
физик-хими нь үйлдвэрлэлийн асар их ач холбогдолтой. Мөн хөдөө аж ахуйн
үйлдвэр зэрэг улс ардын аж ахуй голлон анагаах ухаан, биологи, геологи, агрохими
зэрэг бусад шинжлэх ухаанд онол ба практикийн ач холбогдолтой юм.
7