Was ist die physikalische Chemie?

Es gibt buchstäblich Millionen chemischer Verbindungen.Die Art und Weise, wie diese Verbindungen und ihre Bestandteile reagieren und miteinander interagieren, unterliegt bestimmte physikalische Prinzipien, die ihr Verhalten erklären.Die physikalische Chemie ist daher die Grundlage, auf der alle anderen Chemiebereiche ruhen, und diese Wissenschaft ist auch für praktisch alle anderen wissenschaftlichen Bereiche relevant.Die physikalische Chemie wird durch vier Themenbereiche umfasst, darunter Thermodynamik, Quantenchemie, chemische Kinetik und statistische Thermodynamik.

Thermodynamik ist die Untersuchung der Umwandlung von Energie in Wärme und Arbeit.In diesem Zusammenhang wird die Arbeit als die von einer Kraft übertragene Energie definiert;Zum Beispiel ist das Treten eines Balls eine Form der Arbeit, in der die Person, die den Ball tritt, von ihrem Fuß zum Ball übertragen und den Ball bewegt.Die Thermodynamik untersucht auch Möglichkeiten, wie der Konvertierungsprozess durch Ändern von Variablen wie Druck und Temperatur innerhalb eines Systems verändert werden kann.

Quantenchemie ist eine theoretische Wissenschaft, die beschreibt, wie sich Moleküle miteinander verbinden, indem sie Prinzipien der Quantenfeldtheorie und der Quantenmechanik anwenden.Diese Prinzipien beschreiben, wie sich Atome und subatomare Partikel in verschiedenen Systemen verhalten und wiederum regeln, wie sich Moleküle verhalten.Theoretisch können alle chemischen Systeme unter Verwendung der Quantenchemie beschrieben werden, aber in der Praxis können nur sehr einfache Systeme genau untersucht werden.

Chemische Kinetik untersucht die Raten chemischer Prozesse.Die Geschwindigkeit eines bestimmten chemischen Prozesses ist einfach die Geschwindigkeit, mit der eine chemische Reaktion auftritt.Kontrastiere beispielsweise die Eisenoxidationsrate, die ein sehr langsamer Prozess ist, mit der Brennungsrate der Brennstoffverbrennung, die ein Ablaufverfahren ist.Die chemische Kinetik untersucht auch, wie sich ändernde Variablen wie Druck und Temperatur die Geschwindigkeit verändern, mit der Reaktionen auftreten.

Diese drei Aspekte der physikalischen Chemie sind durch eine vierte, als statistische Thermodynamik bezeichnet.Dieses Feld befasst sich mit der Energieverteilung in chemischen Systemen und verbindet auch die mikroskopischen und makroskopischen Welten.Das Hauptziel der statistischen Thermodynamik besteht darin, die makroskopischen Eigenschaften verschiedener Arten von Materie in Bezug auf die Wechselwirkungen zwischen ihren konstituierenden mikroskopischen Molekülen und Partikeln zu interpretieren.

Durch die Untersuchung dieser vier Konzepte versucht die moderne physikalische Chemie, komplexe chemische Probleme im Zusammenhang mit biologischen, Umwelt- und Materialwissenschaften zu verstehen.Obwohl dies weithin unterschiedliche Felder sind, sind die Prinzipien der physikalischen Chemie für alle relevant, einschließlich biologischer sowie physikalischer und chemischer Wissenschaften.Dies ist in der Tat eine sehr multidisziplinäre Wissenschaft, gerade weil die von ihr untersuchten chemischen Prinzipien für alle biologischen und chemischen Systeme relevant sind.