Hóa học vật lý là gì?

Nghĩa đen là hàng triệu hợp chất hóa học đang tồn tại.Những cách mà các hợp chất này và các thành phần của chúng phản ứng và tương tác với nhau bị chi phối bởi các nguyên tắc vật lý nhất định giải thích hành vi của chúng.Do đó, hóa học vật lý là nền tảng mà tất cả các lĩnh vực hóa học khác nghỉ ngơi, và khoa học này cũng có liên quan đến hầu như tất cả các lĩnh vực khoa học khác.Hóa học vật lý được bao gồm bởi bốn lĩnh vực chủ đề, bao gồm nhiệt động lực học, hóa học lượng tử, động học hóa học và nhiệt động lực học thống kê.Nhiệt động lực học là nghiên cứu về việc chuyển đổi năng lượng thành nhiệt và công việc.Trong bối cảnh này, công việc được định nghĩa là năng lượng được truyền bởi một lực lượng;Ví dụ, đá một quả bóng là một hình thức công việc trong đó người đá bóng chuyển lực từ chân của họ sang bóng, khiến quả bóng di chuyển.Nhiệt động học cũng nghiên cứu các cách trong đó quá trình chuyển đổi có thể được thay đổi bằng cách thay đổi các biến như áp suất và nhiệt độ trong một hệ thống.Hóa học lượng tử là một khoa học lý thuyết mô tả cách các phân tử liên kết với nhau bằng cách áp dụng các nguyên tắc của lý thuyết trường lượng tử và cơ học lượng tử.Những nguyên tắc này mô tả cách các nguyên tử và các hạt hạ nguyên tử hoạt động trong các hệ thống khác nhau, và đến lượt nó chi phối cách các phân tử hoạt động.Về mặt lý thuyết, tất cả các hệ thống hóa học có thể được mô tả bằng cách sử dụng hóa học lượng tử, nhưng trong thực tế, chỉ có các hệ thống rất đơn giản có thể được nghiên cứu chính xác.

Động học hóa học nghiên cứu tỷ lệ của các quá trình hóa học.Tốc độ của một quá trình hóa học nhất định chỉ đơn giản là tốc độ xảy ra phản ứng hóa học.Ví dụ, tương phản với tốc độ oxy hóa sắt, là một quá trình rất chậm, với tốc độ đốt nhiên liệu, là một quá trình phân chia giây.Động học hóa học cũng nghiên cứu làm thế nào thay đổi các biến như áp suất và nhiệt độ thay đổi tốc độ xảy ra phản ứng.Ba khía cạnh của hóa học vật lý được liên kết bởi một thứ tư, được gọi là nhiệt động lực học thống kê.Lĩnh vực này liên quan đến phân phối năng lượng trong các hệ thống hóa học, và cũng liên kết thế giới siêu nhỏ và vĩ mô.Mục tiêu chính của nhiệt động lực học thống kê là giải thích các tính chất vĩ mô của các loại vật chất khác nhau liên quan đến sự tương tác giữa các phân tử và hạt hiển vi cấu thành của chúng.Thông qua nghiên cứu bốn khái niệm này, hóa học vật lý hiện đại tìm cách hiểu các vấn đề hóa học phức tạp trong bối cảnh khoa học sinh học, môi trường và vật liệu.Mặc dù đây là những lĩnh vực khác nhau, các nguyên tắc của hóa học vật lý có liên quan đến tất cả mọi người, bao gồm cả khoa học sinh học cũng như vật lý và hóa học.Trên thực tế, đây là một khoa học đa ngành cao, chính xác là vì các nguyên tắc hóa học mà nó nghiên cứu có liên quan đến tất cả các hệ thống sinh học và hóa học.