Klucz do zrozumienia tej dziedziny leży w określeniu „fizyczna”. Oznacza to, że nauka ta zajmuje się badaniem sił oddziałujących na właściwości fizyczne materiałów. Jednak to tylko wierzchołek góry lodowej chemii fizycznej; o tej fascynującej dziedzinie chemii można powiedzieć dużo więcej.
Podstawy chemii fizycznej
Tam uczył się chemii nieorganicznej i szybkości reakcji chemicznych.
📰 Wilhelm Ostwald opublikował pierwsze wydanie czasopisma chemicznego (Zeitschrift für Physikalische Chemie) w 1887 roku.
👨🔬 Współpracował z naukowcami o nazwiskach: Svante August Arrhenius i Jacobus Henricus van 't Hoff.
Wilhelm Ostwald jest często uznawany za ojca chemii fizycznej.
Po zakończeniu kariery akademickiej powrócił do sztuki i filozofii oraz oddał się polityce. Mimo to około 30 lat pracy w branży naukowej pozwoliło mu na dokonanie wielu pionierskich odkryć w dziedzinie chemii fizycznej.
Chemia fizyczna w świecie naukowym
1752 r.
Przedstawienie koncepcji chemii fizycznej
Koncepcję chemii fizycznej po raz pierwszy przedstawił rosyjski polimat Michaił Łomonosow podczas jednego ze swoich wykładów. Teoria ta pozostała nietknięta przez ponad wiek. Jednakże w tamtych początkowych latach nauka chemii nie miała ściśle określonego kierunku.
1871 r.
Tablica Mendelejewa
Możliwość rozwinięcia tego pomysłu pojawiła się dopiero, kiedy Dmitrij Mendelejew stworzył układ okresowy pierwiastków.
Przed 1880 r.
Wzrost zainteresowania
W tym czasie wzrosło zainteresowanie właściwościami fizycznymi reakcji chemicznych. Rozpoczęto badania nad termodynamiką chemiczną i kinetyką, a także innymi zjawiskami.
prac badawczych
Prace Ostwalda nad koncepcjami w tamtym okresie przyczyniły się w znacznym stopniu do rozwoju tej dziedziny naukowej. W ciągu swojej 30-letniej kariery akademickiej napisał ponad 500 prac badawczych i 45 lub więcej książek.
Magazyn chemii fizycznej, publikowany w tamtym okresie, ugruntował pozycję chemii fizycznej jako odrębnej poddyscypliny badań chemicznych.
Wkrótce w tej publikacji zaczęto zamieszczać artykuły o odkryciach w dziedzinie chemii, m.in. teorie chemii analitycznej. Czasopismo jest wydawane do dziś, stanowiąc forum i źródło informacji dla studentów chemii fizycznej oraz naukowców.
Koncepcje chemii fizycznej: Co obejmuje chemia fizyczna?
Tak zwana chemia „mokra”, w której do wywoływania reakcji wykorzystuje się ciecze, to rodzaj chemii, z którym jesteśmy najbardziej zaznajomieni. Reakcje te możemy określić ilościowo: na przykład roztwory zmieniają kolory i stany skupienia.
Natomiast chemia fizyczna skupia się na tym, czego nie możemy zobaczyć i co często trudno zmierzyć. Co na przykład dzieje się z wiązaniami chemicznymi, gdy są poddawane działaniu ciepła? Jak poruszają się atomy, gdy wprowadzimy katalizator – pierwiastek wywołujący reakcję?
Oto koncepcje badań chemii fizycznej. Choć trudno powiedzieć, że w tej nauce istnieją „główne” obszary, poniższe pięć koncepcji stanowi zasadnicze obszary chemii fizycznej.
Poszukaj zajęć w okolicy, wpisując np.: „korepetycje chemia Kraków” w wyszukiwarkę Superprof.
Termodynamika
Jak sama nazwa wskazuje, termodynamika zajmuje się: oddziaływaniem ciepła i temperatury. Szczególnie w odniesieniu do entropii i energii, a także właściwości fizycznych materii. Termodynamika ma szerokie zastosowanie, począwszy od chemii fizycznej i inżynierii mechanicznej, aż po meteorologię.
Związek energii z reakcjami chemicznymi lub fizyczną zmianą stanu skupienia.
Mówiąc prościej, gdy zachodzi reakcja chemiczna, wytwarza się pewna ilość energii (i ciepła). To samo dzieje się, gdy stosuje się ciepło. Wyobraź sobie na przykład wrzącą wodę, która zmienia swój stan skupienia ze stanu ciekłego w gazowy. Naukowcy badają spontaniczność tych transformacji w różnych warunkach.
Kinetyka chemiczna
Termodynamika zajmuje się kierunkiem zachodzenia reakcji chemicznych, nie zajmuje się natomiast ich szybkością. To domena kinetyki chemicznej. Koncepcja ta bada wpływ warunków eksperymentalnych na reakcje chemiczne.
Badania te prowadzą do zrozumienia stanów przejściowych i mechanizmów reakcji. Na podstawie tych danych naukowcy mogą budować modele matematyczne opisujące reakcje chemiczne i ich charakterystykę.
Równowaga chemiczna
Osiągnięcie równowagi chemicznej oznacza osiągnięcie stanu, w którym stężenie substratu jest równe stężeniu produktu. W tym stanie nie nastąpią już żadne dalsze zmiany, nawet z upływem czasu. Udowadniamy równowagę chemiczną, gdy reakcja prosta z taką samą szybkością, jak reakcja odwrotna.
1️⃣ Przekształcenie substratów w produkty.
2️⃣ Konwersja produktów w substraty.
Równowaga chemiczna ma miejsce, gdy te reakcje zachodzą w tym samym czasie. Jego wzór jest następujący:
aA + bB ⇌ cC + dD
Mechanika statystyczna
Te ramy matematyczne stosują statystykę i teorię prawdopodobieństwa do skumulowanych mikroskopijnych czynników. Koncepcja ta ma bezpośredni związek z termodynamiką, ponieważ wyłoniła się z klasycznych badań termodynamicznych.
Termodynamika skupia się na równowadze; mechanika statystyczna koncentruje się na modelowaniu szybkości nieodwracalnych procesów, które wywołuje nierównowaga.
Narzędzie pozwalające przewidywać zachowanie systemów, które podlegają zasadzie szczegółowej równowagi.
Szczegółowa równowaga opiera się na koncepcjach kinetycznych i termodynamicznych. Zrozumienie tych powiązań jest kluczem do wyjaśnienia ogólnych pojęć z zakresu chemii, w tym tych występujących w badaniach biochemicznych.
Mechanika kwantowa
Teoria ta opisuje zjawiska naturalne występujące na poziomie subatomowym. Stanowi podstawę badań fizyki kwantowej i wyjaśnia to, czego nie potrafi wyjaśnić fizyka klasyczna. To wyjaśnienie wystarczy, aby dostrzec związek z badaniami chemii fizycznej.
Nauczyciel chemii wyjaśni wszystkie zagadnienia dziedziny.
Jaki jest związek chemii fizycznej z innymi dziedzinami chemii?
Studiowanie chemii jest bardzo podobne do obierania cebuli. Każda poddyscyplina wiąże się z kolejnymi poddyscyplinami lub jest od nich zależna. Można powiedzieć, że chemia fizyczna pomaga wyjaśnić wszystkie inne badania chemiczne.
bada strukturę, właściwości i reakcje związków organicznych.
wyjaśnia stabilność molekularną, mechanizmy reakcji, czynniki reakcji.
Możemy również określić związek chemii fizycznej z innymi rodzajami chemii.
koncentruje się na identyfikacji, separacji i kwantyfikacji substancji chemicznych.
dostarcza techniki i sprzęt do definiowania celów analitycznych.
⚗️ Ta dziedzina nauki zajmuje się zrozumieniem zachowania i właściwości związków nieorganicznych.
⚗️ Tego typu wysiłki byłyby niemożliwe bez wcześniejszego zrozumienia pojęć z zakresu chemii fizycznej.
⚗️ Pojęcia chemii fizycznej, takie jak kinetyka i termodynamika, pomagają definiować i wyjaśniać procesy i reakcje biochemiczne.
Zastanówmy się przez chwilę nad stosunkowo późnym pojawieniem się chemii fizycznej w spektrum studiów chemicznych.
Ponieważ tak wiele aspektów tej dziedziny pojawia się w „tradycyjnych” badaniach chemicznych, można powiedzieć, że chemia fizyczna istniała od zawsze.
Po prostu definicję tę przyjęto znacznie później.
Jakie są przykłady chemii fizycznej?
Wyjaśnianie nauk ścisłych sprawia dużo frajdy umysłom o takim nastawieniu. Jednak co to wszystko oznacza w praktyce? Oto najbardziej oczywiste rezultaty stosowania tych zasad:
Nowe materiały i substancje
Leki i farmakologia
Nanotechnologia
Włókno węglowe jest doskonałym przykładem chemii fizycznej w praktyce. Po raz pierwszy wyprodukowano je w 1860 roku do zastosowania w żarówkach, jednak okazały się zbyt zawodne, by można je było wykorzystać w praktyce.
Wpisz w wyszukiwarkę Superprof np.: „korepetycje chemia Szczecin” i znajdź nauczyciela w okolicy.
🛫 Lekkie materiały z włókna węglowego znajdują zastosowanie w lotnictwie i innych zastosowaniach wymagających wysokich temperatur.
🚗 Wszystko, od samochodów wyścigowych po odzież ochronną, zawiera włókna węglowe.
Jeśli kiedykolwiek zażyłeś tabletkę paracetamolu lub inny lek, podziękuj chemii fizycznej za jego bezpieczeństwo. Ich badania obejmują wszystko, biodostępność w medycynie (ile organizm wchłonie), jak są stabilne i jak szybko się rozpuszczają.
Dużo mówi się o nanotechnologii, szczególnie jeśli chodzi o półprzewodniki. Również w tym przypadku chemia fizyczna ma swój wkład. Gdyby nie nasza wiedza o nanocząsteczkach i ich właściwościach, nie bylibyśmy w stanie przewidzieć ich zachowania w różnych warunkach.
Oznaczałoby to koniec potencjału sztucznej inteligencji, superkomputerów i (w zasadzie) wszelkich dalszych postępów w dziedzinie elektroniki.
Wpisz w wyszukiwarkę Superprof np.: „korepetycje chemia Lublin” i znajdź nauczyciela w okolicy.
Czym zajmują się fizykochemicy?
Niezależnie od tego, czy pracują w środowisku przemysłowym, czy w placówkach akademickich, ich celem jest odkrywanie i zrozumienie procesów chemicznych. Mogą pracować nad udoskonalaniem produktów lub tworzeniem nowych materiałów i substancji.
Chemia fizyczna nie jest dziedziną dostępną publicznie, chyba że ktoś zostanie nauczycielem. To samo dotyczy badań nad chemią organiczną.
Jeśli nie poświęcisz swojej kariery badaniom naukowym, prawdopodobnie zostaniesz chemikiem ogólnym, a nie specjalistą w swojej dziedzinie.
Jeśli jednak interesuje Cię praca w badaniach środowiskowych, wytwarzaniu energii lub opracowywaniu nowych materiałów, studia z zakresu chemii fizycznej pomogą Ci osiągnąć Twoje cele.
Chemia fizyczna jest jedną z najtrudniejszych podspecjalizacji. Kilka sesji z prywatnym nauczycielem pozwoli Ci lepiej zrozumieć te i inne zagadnienia z zakresu chemii. Dla tych, którzy preferują naukę zdalną, dostępne są korepetycje online chemia rozszerzona.
Lubisz ten artykuł? Oceń nas!
Loading...
