Co je to fyzikální chemie?

Doslova miliony chemických sloučenin existují.Způsoby, kterými tyto sloučeniny a jejich složky reagují a vzájemně interagují, se řídí určitými fyzickými principy, které vysvětlují jejich chování.Fyzikální chemie je proto základem, na kterém spočívají všechna ostatní oblasti chemie a tato věda je také relevantní pro prakticky všechny ostatní vědecké oblasti.Fyzikální chemie je zahrnuta čtyřmi oblastmi předmětu, včetně termodynamiky, kvantové chemie, chemické kinetiky a statistické termodynamiky.

Termodynamika je studium přeměny energie na teplo a práci.V této souvislosti je práce definována jako energie přenášená silou;Například kopání míče je forma práce, ve které osoba, která kopne míč, přenáší z nohy na míč, což způsobí, že se míč pohybuje.Termodynamika také studuje způsoby, jak lze proces konverze změnit změnou proměnných, jako je tlak a teplota v systému.

Kvantová chemie je teoretická věda, která popisuje, jak se molekuly navzájem spojí pomocí principů teorie kvantového pole a kvantové mechaniky.Tyto principy popisují, jak se atomy a subatomické částice chovají v různých systémech, a zase se řídí, jak se molekuly chovají.Teoreticky lze popsat všechny chemické systémy pomocí kvantové chemie, ale v praxi lze přesně prozkoumat pouze velmi jednoduché systémy.

Chemická kinetika studuje rychlost chemických procesů.Rychlost daného chemického procesu je jednoduše rychlost, jakou dochází k chemické reakci.Například kontrastujte rychlostí oxidace železa, což je velmi pomalý proces, s rychlostí spalování paliva, což je proces rozdělení sekundy.Chemická kinetika také studuje, jak mění měnící se proměnné, jako je tlak a teplota, rychlost, při které dochází k reakcím.

Tyto tři aspekty fyzikální chemie jsou spojeny čtvrtou, nazývanou statistickou termodynamikou.Toto pole se týká distribuce energie v chemických systémech a také spojuje mikroskopické a makroskopické světy.Hlavním cílem statistické termodynamiky je interpretovat makroskopické vlastnosti různých typů hmoty ve vztahu k interakcím mezi jejich konstitučními mikroskopickými molekulami a částicemi.

Prostřednictvím studia těchto čtyř konceptů se moderní fyzikální chemie snaží porozumět složitým chemickým problémům v souvislosti s biologickými, environmentálními a materiálovými vědami.Přestože se jedná o široce nesourodá pole, principy fyzikální chemie jsou relevantní pro všechny, včetně biologických i fyzikálních a chemických věd.Ve skutečnosti je to vysoce multidisciplinární věda, právě proto, že chemické principy, které studuje, jsou relevantní pro všechny biologické a chemické systémy.