IV. Современные методы исследования в химии

С сер. 20 в. происходят коренные изменения в методах хим. исследований, в к-рые вовлекается широкий арсенал средств физики и математики. Классич. задачи X.- установление состава и строения веществ - всё успешнее решаются с использованием новейших физ. методов. Неотъемлемой чертой теоретич. и экспериментальной X. стало применение новейшей быстродействующей вычислит, техники для квантовохимич. расчётов, выявления кинетич. закономерностей, обработки спектроскопич, данных, расчёта структуры и свойств сложных молекул.

Из числа чисто хим. методов, разработанных в 20 в., следует отметить микрохимический анализ, позволяющий производить аналитич. операции с количествами веществ, в сотни раз меньшими, чем в методе обычного хим. анализа. Большое значение приобрела хроматография, служащая не только для аналитич. целей, но и для разделения весьма близких по хим. свойствам веществ в лабораторных и пром. масштабах. Важную роль играет физико-химич. анализ (ФХА) как один из методов определения хим. состава и характера взаимодействия компонентов в растворах, расплавах и др. системах. В ФХА широко используются графические методы (диаграммы состояния и диаграммы состав-свойство). Классификация последних позволила уточнить понятие хим. индивида, состав к-рого может быть постоянным и переменным (см. Далътониды и бертоллиды). Предсказанный Курнаковым класс несте-хиометрических соединений приобрёл большое значение в материаловедении и новой области - X. твёрдого тела.

Люминесцентный анализ, метод меченых атомов (см. Изотопные индикаторы), рентгеновский структурный анализ, электронография, полярография и др. физико-химич. методы анализа находят широкое применение в аналитич. X. Использование радиохимич. методик позволяет обнаружить присутствие всего нескольких атомов радиоактивного изотопа (напр., при синтезе трансурановых элементов).

Для установления строения хим. соединений важное значение имеет молекулярная спектроскопия (см. Молекулярные спектры), с помощью к-рой определяются расстояния между атомами, симметрия, наличие функциональных групп и др. характеристики молекулы, а также изучается механизм хим. реакций. Электронная энергетич. структура атомов и молекул, величина эффективных зарядов выясняются посредством эмиссионной и абсорбционной рентгеновской спектроскопии. Геометрия молекул исследуется методами рентгеновского структурного анализа.

Обнаружение взаимодействия между электронами и ядрами атомов (обусловливающего сверхтонкую структуру их спектров), а также между внеш. и внутр. электронами позволило создать такие методы установления строения молекул, как ядерный магнитный резонанс (ЯМР), электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), ядерный квадруполъный резонанс (ЯКР), гамма-резонансная спектроскопия (см. Мёссбауэра эффект). Особую роль по широте применения приобрела ЯМР-спектроскопия. Для выяснения пространств. характеристик молекул возрастающее значение приобретают оптич. методы: спектрополяриметрия, круговой дихроизм, дисперсия оптич. вращения. Разрушение молекул в вакууме под влиянием электронного удара с идентификацией осколков применяется для установления их строения методом масс-спектроскопии. Арсенал кинетич. методов пополнился средствами, связанными с использованием ЭПР- и ЯМР-спектроскопии (химическая поляризация ядер), метода импульсного фотолиза и радиолиза. Это позволяет изучать сверхбыстрые процессы, протекающие за время 10^-9 сек и меньше.

Для исследования космич. объектов с успехом применяются методы спектрального анализа в различных диапазонах электромагнитного спектра. В частности, методами радиоастрономии в межзвёздном пространстве были обнаружены облака хим. соединений, включающие такие относительно сложные молекулы, как формальдегид, тиомочевину, метиламин, цианацетилен и др. С развитием космич. полётов методы экспериментальной X. стали применяться на внеземных объектах (Луна, Венера, Марс).