Fizikokimya, fizikte hareket, enerji, kuvvet, zaman, termodinamik, kuantum kimyası, istatistiksel mekanik, analitik dinamik gibi ilke, uygulama ve kavramlar açısından kimyasal sistemlerde makroskopik, atomik, atomaltı ve parçacık fenomenin çalışılmasıdır. kimyasal Denge.
Fiziksel kimya, kimyasal fiziğe karşıt olarak, makroskobik ya da moleküler öncesi moleküler bir bilime ağırlık verilir (fakat her zaman değil), çünkü üzerinde kurulduğu ilkelerin çoğunluğu moleküler / atomik yapıdan ziyade toplu haldedir (örneğin , Kimyasal denge ve kolloidler).
Fizikokimya, fizik ve kimyanın kesişiminde yer alan bir bilim dalıdır. Bu disiplin, kimyasal sistemlerin fiziksel özelliklerini inceleyerek, kimyasal reaksiyonların fiziksel prensiplere nasıl bağlı olduğunu anlamayı amaçlar. Fizikokimya, moleküler seviyeden başlayarak, atomik ve moleküler düzeydeki etkileşimleri ve kimyasal reaksiyonların termodinamik, kinetik ve spektroskopik yönlerini araştırır.
Bu alanda çalışan araştırmacılar, kimyasal reaksiyonların enerji değişimlerini, hızlarını, denge durumlarını ve reaksiyon mekanizmalarını analiz ederler. Ayrıca, elektrokimya, yüzey kimyası, kolloid kimyası ve biyofizikokimya gibi alt dallar da fizikokimyanın kapsamına girer.
Alanları
Yüzey kimyası
Koloitler
Katalizler ve tepkime kinetiği
Kimyasal denge ve çözeltiler
Termodinamik
Termokimya ve ısıl özellikler
Kristalleşme ve kristal yapı
Elektrik ve magnetik özellikler
Soğurma
Salma
Fotokimya
Işıma kimyası
Elektrokimya
Nükleer kimya
Fizikokimya, geniş bir çalışma alanına sahiptir ve çeşitli endüstriyel, akademik ve araştırma alanlarında önemli bir rol oynamaktadır.
Fizikokimyanın çalışma alanları:
Malzeme Bilimi: Fizikokimya, malzemelerin özelliklerini ve davranışlarını anlamak için kullanılır. Yarı iletkenler, polimerler, seramikler ve nanomalzemeler gibi malzeme sistemlerinin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin incelenmesi, malzeme biliminde önemli bir uygulama alanıdır.
Biyoanalitik Kimya: Fizikokimya prensipleri, biyolojik sistemlerdeki kimyasal reaksiyonları ve moleküler etkileşimleri incelemek için kullanılır. Bu, biyolojik moleküllerin yapılarını ve fonksiyonlarını anlamak için önemli bir araçtır ve tıp, biyoloji ve ilaç endüstrisi gibi alanlarda büyük önem taşır.
Çevre Kimyası: Çevre kirliliği ve atık yönetimi gibi çevresel sorunların anlaşılması ve çözülmesi için fizikokimya kullanılır. Kimyasal reaksiyonların çevresel etkilerini değerlendirmek, su ve hava kalitesini izlemek ve kirletici maddelerin temizlenmesi için teknolojiler geliştirmek bu alanda önemli çalışma konularıdır.
Enerji Depolama ve Dönüşümü: Fizikokimya, enerji depolama sistemlerinin geliştirilmesi ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımıyla ilgili araştırmalarda da kullanılır. Örneğin, güneş enerjisi, yakıt hücreleri ve batarya teknolojileri üzerine çalışmalar, fizikokimyanın bir uygulama alanını oluşturur.
Gıda ve İçecek Endüstrisi: Fizikokimya prensipleri, gıda ve içecek endüstrisinde ürün kalitesi, raf ömrü ve güvenliğiyle ilgili çalışmalarda kullanılır. Bu alanda aroma kimyası, gıda paketleme teknolojileri ve gıda işleme yöntemleri gibi konular üzerinde araştırmalar yapılır.
İlaç ve Kimyasal Endüstri: Fizikokimya, ilaçların formülasyonu, etkileşimi ve dağılımı gibi konuları anlamak için ilaç endüstrisinde kullanılır. Ayrıca, kimyasal süreçlerin tasarımı, sentezi ve optimize edilmesi için de fizikokimya prensipleri kullanılır.
Bu alanlar, fizikokimyanın sadece birkaçını temsil etmektedir ve bu disiplin, birçok farklı bilim dalıyla kesişen geniş bir yelpazede uygulama alanına sahiptir.
Fiziksel kimyanın çözmeye çalıştığı bazı ilişkiler şunları içerir:
Malzemelerin fiziksel özelliklerine (plastisite, gerilme mukavemeti, sıvılarda yüzey gerilimi) etki eden moleküller arası kuvvetler.
Reaksiyon hızındaki reaksiyon kinetiği.
İyonların kimliği ve malzemelerin elektrik iletkenliği.
Hücre membranlarının yüzey kimyası ve elektrokimyası.
Termodinamik denilen ısı ve iş miktarı açısından bir cisim ile diğerinin etkileşimi.
Termokimya denilen fazın veya kimyasal reaksiyonun değişmesi sırasında bir kimyasal sistem ile çevresi arasında ısının transferi
Çözeltide bulunan türlerin kolligatif özelliklerinin incelenmesi.
Evre sayısı, bileşen sayısı ve serbestlik derecesi (veya varyans), faz kuralı yardımıyla birbiriyle ilişkilendirilebilir.
Elektrokimyasal hücrelerin reaksiyonları.
Anahtar kavramlar
Fiziksel kimyanın temel kavramları, saf fizikin kimyasal problemlere nasıl uygulanacağıdır.
Klasik kimyadaki temel kavramlardan biri, tüm kimyasal bileşiklerin birbirine bağlı atom grupları olarak tanımlanabilmesi ve kimyasal reaksiyonların bu bağların oluşması ve kopması olarak tanımlanabilmesidir. Kimyasal bileşiklerin özelliklerini atomların tanımından ve bunların nasıl bağlandığından öngörmek, fizikokimyanın ana hedeflerinden biridir. Atomları ve bağları tam olarak tanımlamak için, atomların çekirdeklerinin nerede olduklarını ve elektronların çevrelerine nasıl dağıtıldığını bilmek gereklidir.
Kuantum kimyası, özellikle kuantum mekaniğinin kimyasal problemlere uygulanmasıyla ilgilenen bir fizikokimyası alt alanı, ne kadar kuvvetli ve ne tür bağların olduğunu, çekirdeğin nasıl hareket ettiğini ve ışığın bir kimyasal tarafından nasıl absorbe edilebileceğini veya nasıl emilebileceğini belirlemek için araçlar sağlar bileşik. Spektroskopi, özellikle elektromanyetik radyasyonun madde ile etkileşimi ile ilgili olan fizikokimyanın ilgili alt disiplini.
Tarihçesi
“Fiziksel Kimya” terimi 1752’de Mikhail Lomonosov tarafından icat edildi ve Petersburg Üniversitesi öğrencileri tarafından “Gerçek Fizikokimya’da Bir Kurs” (Rusça: “Курс истинной физической химии”) başlıklı bir ders sundu. Bu derslerin giriş bölümünde “Fiziksel kimya, fiziksel deneylerin hükümleri altında karmaşık vücutlarda kimyasal işlemlerle neler olduğunu açıklayan bilim” dir.
Modern fizikokimya, kimyasal termodinamik, elektrolitler, çözeltiler, kimyasal kinetik ve diğer konularda çalışarak 1860’lardan 1880’li yıllara dayanıyordu. Bir kilometre taşı, 1876’da Josiah Willard Gibbs tarafından yayımlanan, Heterojen Maddelerin Dengesine İlişkin Raporu’ndaki yayın idi. Bu yazıda, Gibbs enerjisi, kimyasal potansiyeller ve Gibbs’in faz kuralı gibi fiziksel kimyanın temel taşları tanıtıldı. Diğer kilometre taşları arasında Heike Kamerlingh Onnes’e ait entalpi ve macromoleküler süreçlerin isimlendirilmesi ve akreditasyonu da bulunmaktadır.
Fiziksel kimya alanındaki ilk bilimsel dergi, 1887’de Wilhelm Ostwald ve Jacobus Henricus van ‘t Hoff tarafından kurulan Alman dergisi Zeitschrift für Physikalische Chemie’dir. Svante August Arrhenius ile birlikte bunlar, 19. yüzyılın sonu ve 20. yüzyılın başlarındaki fizikokimyadaki önde gelen figürlerdi. Üçü de 1901-1909 yılları arasında Kimya’da Nobel Ödülü aldı.
Gelecek yıllarda gelişmeler, istatistiksel mekaniklerin kimyasal sistemlere uygulanmasını ve kolloidler ve yüzey kimyası üzerinde çalışılmasını içerir; burada Irving Langmuir birçok katkıda bulunur. Bir başka önemli adım da, Linus Pauling’in önde gelen isimlerden biri olduğu 1930’lardan itibaren kuantum mekaniğinin kuantum kimyasına geliştirilmesi oldu. Teorik gelişmeler, infrared spektroskopi, mikrodalga spektroskopi, EPR spektroskopi ve NMR spektroskopi gibi farklı spektroskop formlarının muhtemelen 20. yüzyılın en önemli kalkınması olduğu deneysel yöntemlerdeki gelişmelerle birlikte ele alınıyordu.
Fiziksel kimyada daha fazla gelişme, nükleer kimyada, özellikle izotop ayrımında (II. Dünya Savaşı öncesi ve sırasında), astrokimyada daha yeni keşfedilen bulgulara ve ayrıca “katkı maddesi” alanında hesaplama algoritmalarının geliştirilmesine atfedilebilir Fizikokimyasal özellikler “(kaynama noktası, kritik nokta, yüzey gerilimi, buhar basıncı, vb. Gibi hemen hemen tüm fiziko kimyasal özellikler, hepsi birden 20’den fazla) kimyasal yapıdan tek başına, hatta kimyasal molekül sentezlenmemiş halde hesaplanabilir), ve burada çağdaş fizikokimin pratik önemi yatıyor.