Τι είναι η φυσική χημεία;

Κυριολεκτικά εκατομμύρια χημικών ενώσεων υπάρχουν.Οι τρόποι με τους οποίους αυτές οι ενώσεις και τα συστατικά τους αντιδρούν και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους διέπονται από ορισμένες φυσικές αρχές που εξηγούν τη συμπεριφορά τους.Επομένως, η φυσική χημεία είναι το θεμέλιο πάνω στο οποίο στηρίζεται σε όλα τα άλλα πεδία της χημείας και αυτή η επιστήμη είναι επίσης σχετική με σχεδόν όλους τους άλλους επιστημονικούς τομείς.Η φυσική χημεία περιλαμβάνεται από τέσσερις θεματικές περιοχές, συμπεριλαμβανομένης της θερμοδυναμικής, της κβαντικής χημείας, της χημικής κινητικής και της στατιστικής θερμοδυναμικής.

Η θερμοδυναμική είναι η μελέτη της μετατροπής της ενέργειας σε θερμότητα και εργασία.Στο πλαίσιο αυτό, η εργασία ορίζεται ως η ενέργεια που μεταφέρεται από μια δύναμη.Για παράδειγμα, το κλοτσιές μιας μπάλας είναι μια μορφή εργασίας στην οποία το άτομο που κλωτσάει τη μπάλα μεταφέρει δύναμη από το πόδι τους στην μπάλα, προκαλώντας την κίνηση της μπάλας.Η θερμοδυναμική μελετά επίσης τρόπους με τους οποίους η διαδικασία μετατροπής μπορεί να μεταβληθεί με μεταβαλλόμενη μεταβλητές όπως η πίεση και η θερμοκρασία μέσα σε ένα σύστημα.

Η κβαντική χημεία είναι μια θεωρητική επιστήμη που περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο τα μόρια δεσμεύονται μεταξύ τους εφαρμόζοντας τις αρχές της θεωρίας του κβαντικού πεδίου και της κβαντικής μηχανικής.Αυτές οι αρχές περιγράφουν πώς συμπεριφέρονται τα άτομα και τα υποατομικά σωματίδια σε διάφορα συστήματα και με τη σειρά τους διέπουν τον τρόπο με τον οποίο τα μόρια συμπεριφέρονται.Θεωρητικά, όλα τα χημικά συστήματα μπορούν να περιγραφούν χρησιμοποιώντας κβαντική χημεία, αλλά στην πράξη μπορούν να διερευνηθούν με ακρίβεια μόνο πολύ απλά συστήματα.

Η χημική κινητική μελετά τα ποσοστά των χημικών διεργασιών.Ο ρυθμός μιας δεδομένης χημικής διαδικασίας είναι απλά η ταχύτητα με την οποία συμβαίνει μια χημική αντίδραση.Για παράδειγμα, αντιπαραβάλλετε τον ρυθμό οξείδωσης του σιδήρου, η οποία είναι μια πολύ αργή διαδικασία, με το ρυθμό καύσης καυσίμου, η οποία είναι μια διαδικασία διάσπασης δευτερολέπτων.Η χημική κινητική μελετά επίσης πώς μεταβάλλονται μεταβλητές όπως η πίεση και η θερμοκρασία αλλάζουν τον ρυθμό με τον οποίο συμβαίνουν αντιδράσεις.

Αυτές οι τρεις πτυχές της φυσικής χημείας συνδέονται με ένα τέταρτο, που ονομάζεται στατιστική θερμοδυναμική.Αυτό το πεδίο ασχολείται με την κατανομή ενέργειας σε χημικά συστήματα και συνδέει επίσης τους μικροσκοπικούς και μακροσκοπικούς κόσμους.Ο κύριος στόχος της στατιστικής θερμοδυναμικής είναι η ερμηνεία των μακροσκοπικών ιδιοτήτων διαφόρων τύπων ύλης σε σχέση με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των συστατικών μικροσκοπικών μορίων και σωματιδίων.

Μέσα από τη μελέτη αυτών των τεσσάρων εννοιών, η σύγχρονη φυσική χημεία επιδιώκει να κατανοήσει σύνθετα χημικά προβλήματα στο πλαίσιο των βιολογικών, περιβαλλοντικών και υλικών επιστημών.Παρόλο που αυτά είναι ευρέως διαφορετικά πεδία, οι αρχές της φυσικής χημείας σχετίζονται με όλους, συμπεριλαμβανομένων των βιολογικών και φυσικών και χημικών επιστημών.Αυτό είναι στην πραγματικότητα μια εξαιρετικά πολυεπιστημονική επιστήμη, ακριβώς επειδή οι χημικές αρχές που οι μελέτες είναι σχετικές με όλα τα βιολογικά και χημικά συστήματα.