Общая характеристика и классификация физико-химических методов исследования веществ в химии

Строгого разграничения физических и химических методов исследования нет. Методы анализа (или исследования) называют физическими, химическими или физико-химическими в зависимости от того, в какой мере определение состава, структуры, количества вещества или других свойств данным методом основано на использовании химических реакций, физико-химических или химических процессах. Деление методов на физические, физико-химические и химические весьма условно.

Как правило, под физическими или физико-химическими методами обычно понимают методы, преимущественно инструментальные, требующие применения каких-либо приборов или измерительных инструментов. Вне зависимости от метода принцип исследования вещества один – состав и строение вещества определяется по его свойствам.

Классифицировать физико-химические методы можно различным образом, в зависимости от того, что положено в основу классификации и какова цель этой классификации. Например, считается, что при анализе физическими методами наблюдение и измерения выполняют непосредственно с анализируемым материалом, причем химические реакции вообще не проводят, либо они играют вспомогательную роль. При этом, как правило, к чисто физическим методам не относят такие, как разделение перегонкой, перекристаллизацией, взвешивание, определение температур плавления и кипения, чисто термохимические и электрохимические методы и т. п.

В химических методах главное внимание уделяют правильному выполнению химической реакции, а в физических – определению физического свойства, т.е. используемому аппаратурному оформлению.

Помимо такого деления используют классификацию методов исследования по определяемому свойству или используемому аппаратурному оформлению, например, оптические методы, резонансные методы, и т.д. В основе многих методов лежит взаимодействие падающего излучения, потока частиц или какого-либо поля с веществом и измерение результата этого взаимодействия. Но исследователя интересует и обратная задача: по результату взаимодействия найти некоторое свойство вещества. В определенном смысле это две разные задачи и не обязательно решение прямой задачи дает решение обратной задачи. Определяемое физическое свойство может иметь различную природу: межатомные расстояния или координаты атомов, наборы частот колебаний атомов в молекуле или наборы частот электронных переходов, характеристики удерживания в хроматографии и т. п.

Некоторые физические свойства могут быть рассчитаны теоретически на основе классической физики или квантовой механики. Поскольку любая физическая теория опирается на определенную модель молекулы или вещества, то сравнение теории и эксперимента позволяет проверить модель, то есть теоретические построения.

В связи с тем, что на основе физического свойства можно оценить некоторые химические свойства, как, например, по длине связи углерод-углерод определить ее кратность, то соответственно, зная химическое строение, возможно предсказать некоторые физические свойства.

В силу особенностей физических взаимодействий с веществом нет единого метода, который позволял бы определять все или очень большое число физических величин.

Классификация методов не может быть абсолютно строгой, поскольку не всегда удается выделить специфические свойства, определяемые данным методом, но возможно оценить наиболее важные характеристики.