Fizikinė chemija tiria makroskopinius ir mikroskopinius aspektus cheminėse sistemose. Šio mokslo supratimo raktas slypi žodyje „fizika“. Tai reiškia, kad šis mokslas nagrinėja jėgas, veikiančias medžiagų fizines savybes. Tačiau tai tik fizikinės chemijos ledkalnio viršūnė; apie šią chemijos šaką verta sužinoti kur kas daugiau.
Fizikinės chemijos pagrindai
Dar būdamas vaikas, Frydrichas Vilhelmas Ostvaldas domėjosi mokslu, tačiau universitete studijavo filosofiją, meną ir humanitarinius mokslus. Studijas jis baigė 1875 m. Po studijų užėmė nemokamą laboratorijos asistento vietą, dirbdamas pas chemiką Karlą Šmitą. Ten jis mokėsi apie neorganinę chemiją ir cheminių reakcijų greičius.
Būtų galima sakyti, kad mokslas jį tiesiog burte užbūrė. Tuo pačiu metu bedirbdamas neapmokamą darbą, jis gilinosi į cheminių medžiagų afinitetą ir reaktyvumą. Jis sukūrė trimačius modelius, kad paaiškintų šiuos bei kitus cheminius reiškinius. Jis taip pat tyrinėjo elektrochemiją, cheminę dinamiką ir masės veikimą.
Frydrichas Vilhelmas Ostvaldas pirmąjį žurnalo numerį išleido 1877 m. Prie jo bendradarbiavo Svantė Augustas Arėnijus ir Jakobas Henrikas van ’t Hofas.
Frydrichas Vilhelmas Ostvaldas dažnai vadinamas fizikinės chemijos tėvu. Svarbu paminėti, kad po akademinės karjeros jis grįžo prie meno ir filosofijos bei pasižymėjo politikoje. Per 30 metų, kuriuos jis atidavė mokslui, jam pavyko įtvirtinti daugybę pirmųjų laimėjimų fizikinės chemijos srityje.
Fizikinės chemijos kelias į mokslą
Rusų polimatas Michailas Lomonosovas fizikinės chemijos koncepciją įtvirtino 1752 m. per vieną iš savo paskaitų. Ši teorija liko nepaliesta daugiau nei šimtmetį. Tuo metu chemijos studijos dar nebuvo tokios vieningos ir neturėjo aiškios krypties. Ši kryptis atsirado tik tada, kai Dmitrijus Mendelejevas 1871 m. sukūrė periodinę elementų lentelę.
Tuo metu pamažu augo susidomėjimas ir cheminių veiksmų fizikinėmis savybėmis. Iki 1880 m. buvo pradėti darbai, susiję su chemine termodinamika ir kinetika, taip pat kitais reiškiniais.
and description
Frydricho Vilhelmo Ostvaldo darbai šioje srityje tuo laikotarpiu labai prisidėjo prie šio mokslo pažangos. Per maždaug 30 metų trukusią akademinę karjerą jis paskelbė daugiau nei 500 mokslinių straipsnių ir parašė 45 ar daugiau knygų.
Laiku išleistas „Fizikinės chemijos žurnalas“ atvėrė vartus, įtvirtindamas fizikinę chemiją kaip atskirą chemijos studijų šaką.
Netrukus šis leidinys pradėjo publikuoti straipsnius apie susijusius chemijos atradimus, įskaitant analitinės chemijos teorijas. Žurnalas leidžiamas iki šiol ir pasitarnauja kaip forumas ir informacijos šaltinis fizikinės chemijos studentams bei tyrėjams.
Fizikinės chemijos koncepcijos
Vadinamoji „skystoji“ chemija, kuri naudoja skysčius įvairioms reakcijoms sukelti, yra mums labiausiai pažįstama chemijos rūšis. Šias reakcijas galime kiekybiškai įvertinti: pavyzdžiui, tirpalai keičia spalvą ar būseną.
Tačiau fizikinė chemija kaip tik domisi tuo, ko mes nematome – ir dažnai tuo, ką sunku išmatuoti.
Pavyzdžiui, kas nutinka cheminiams ryšiams veikiant šilumai? Kaip juda atomai, kai įvedamas katalizatorius – elementas, sukeliantis reakciją?
Tai yra pagrindinės fizikinės chemijos studijų koncepcijos. Nors vargu ar galima būtų pasakyti, kad šis mokslas turi tik „pagrindines“ sritis, tačiau šios penkios koncepcijos, kurias patarsime šiame straipsnyje, yra pagrindinės.
Cheminė termodinamika
Kaip užsimena ir pats pavadinimas, termodinamika nagrinėja šilumą, temperatūrą ir darbą. Tai glaudžiai susiję su entropija ir energija, taip pat su medžiagų fizinėmis savybėmis. Termodinamikos studijos turi plačias pritaikymo sritis – nuo fizikinės chemijos ir mechaninės inžinerijos iki meteorologijos.
Energijos ryšys su cheminėmis reakcijomis arba fizinės būsenos pokyčiais.
Paprastai tariant, kuomet vyksta cheminė reakcija, ji sukuria tam tikrą energijos (ir šilumos) kiekį. Tas pats nutinka, kai taikoma šiluma. Puikus to pavyzdys galėtų būti verdantis vanduo, kadangi jo temperatūra nuolat keičiasi.
Cheminė kinetika
Termodinamika nagrinėja reakcijų kryptį, tačiau nenagrinėja cheminių reakcijų greičio. Tai yra cheminės kinetikos dalis. Ši koncepcija tyrinėja, kaip eksperimentinės sąlygos veikia chemines reakcijas.
Šie tyrimai padeda suprasti pereinamąsias būsenas ir reakcijų mechanizmus. Remdamiesi šiais duomenimis, mokslininkai turi galimybę kurti matematinius modelius, aprašančius chemines reakcijas ir jų savybes.
Cheminė pusiausvyra
Cheminės pusiausvyros pasiekimas reiškia būseną, kai reaguojančios medžiagos koncentracija tampa lygi produkto koncentracijai. Šioje būsenoje jokie pokyčiai nevyks, net ir laikui bėgant. Cheminę pusiausvyrą įrodome, kai tiesioginė reakcija vyksta tuo pačiu greičiu kaip ir atvirkštinė reakcija.
1. Reaguojančių medžiagų virtimas produktais.
2. Produktų virtimas reaguojančiomis medžiagomis.
Cheminė pusiausvyra atsiranda tada, kai šios reakcijos vyksta vienu metu. Jos formulė yra:
aA + bB ⇌ cC + dD
Statistinė mechanika
Ši matematinė sistema taiko statistiką ir tikimybių teoriją sukauptiems mikroskopiniams agentams. Ši koncepcija tiesiogiai siejasi su termodinamika, kadangi kilo iš klasikinių termodinamikos studijų.
Termodinamika koncentruojasi į pusiausvyrą; statistinė mechanika sukasi apie negrįžtamų procesų, kuriuos sukelia disbalansas, greičio modeliavimą.
Įrankis, skirtas numatyti, kaip sistemos elgiasi, laikydamosi detalaus balanso principo.
Detalus balansas siejasi su kinetikos ir termodinamikos koncepcijomis. Šių tarpusavyje susijusių ryšių supratimas yra raktas į bendrųjų chemijos koncepcijų, įskaitant biochemijos studijose esančias, paaiškinimą.
Kvantinė mechanika
Ši teorija apibūdina gamtos reiškinius subatominiu lygiu. Ji sudaro kvantinės fizikos studijų pagrindą ir paaiškina tai, ko negali paaiškinti klasikinė fizika. Šio paaiškinimo pakankama, kad suprastume jos esminį ryšį su fizikinės chemijos studijomis.
Kaip fizikinė chemija susijusi su kitomis chemijos šakomis?
Chemijos studijos tam tikra prasme primena svogūno lupimą. Kiekviena subdiciplina yra susijusi su aukštesnėmis ir žemesnėmis arba yra tiesiogiai priklausoma nuo jų. Būtų galima sakyti, kad fizikinė chemija padeda paaiškinti visas kitas chemijos mokslo atšakas.
tiria organinių junginių struktūras,
savybes ir reakcijas
aiškina molekulių stabilumą, reakcijų mechanizmus ir reakcijų veiksnius
Taip pat galime apibrėžti fizikinės chemijos ryšį su kitomis chemijos rūšimis.
koncentruojasi į cheminių medžiagų identifikavimą, atskyrimą ir kiekybinį įvertinimą
pateikia technikas ir įrangą, skirtą analitinės chemijos dėmesiui apibrėžti
Neorganinė chemija yra dar viena sritis, kurioje fizikinė chemija atlieka itin svarbų vaidmenį. Ši mokslo šaka siekia suprasti neorganinių junginių elgseną ir savybes. Tai nebūtų įmanoma be išankstinio fizikinės chemijos koncepcijų supratimo.
Biochemija yra gyvų organizmų cheminių procesų tyrimas. Fizikinės chemijos koncepcijos, tokios kaip kinetika ir termodinamika, padeda apibrėžti ir paaiškinti biocheminius procesus bei reakcijas.
Fizikinė chemija chemijos studijų spektre atsirado gana vėlai. Kadangi daugelis šios atšakos aspektų yra aptinkami „paveldėtose“ arba vėliau išsivysčiusiose chemijos studijose, galima sakyti, kad fizikinė chemija egzistavo visą laiką. Tiesiog savo atskirą apibrėžimą ji įgavo gerokai vėliau.
Fizikinės chemijos pavyzdžiai
Tiems, kurie gerai išmano mokslo sritį, jos aiškinimo procesas visuomet paprastas ir dažnai net smagus procesas. Bet kaip ši mokslo šaka atrodo realiame gyvenime ir kokie jos praktinio pritaikymo pavyzdžiai? Štau keletas paprastesnių pavyzdžių:
Naujos medžiagos ir junginiai
Vaistai ir farmakologija
Nanotechnologijos
Anglies pluoštas yra puikus praktinio fizikinės chemijos pritaikymo pavyzdys. Pirmą kartą pagamintas 1860 m. naudojimui lempučių gamyboje, jis dar nebuvo pakankamai patikimas jokiam praktiniam tikslui.
Lengvas anglies pluoštas naudojamas aviacijoje ir kitose aukštos temperatūros srityse. Viskas, nuo lenktyninių automobilių iki apsauginių drabužių, turi anglies pluošto.
Tikriausiai jums yra tekę skausmo numalšinimui išgerti paracetamolio ar kitą tabletę. Chemija yra būtent ta sritis, kuriai turime būti dėkingi už tai, kad šie ir kiti vaistai yra saugūs vartoti žmonėms. Jų tyrimai apima viską – nuo vaisto biologinio prieinamumo (kiek jo organizmas pasisavina) iki jo stabilumo ir tirpimo greičio.
Pastaruoju metu žiniasklaida daug kalba apie nanotechnologijas, ypač susijusias su puslaidininkiais. Ir čia fizikinė chemija yra atradimų priešakyje. Jei nebūtume supratę nanodalelių ir jų savybių, negalėtume numatyti jų elgsenos įvairiomis sąlygomis.
Tai reikštų dirbtinio intelekto potencialo, superkompiuterių ir (beveik) bet kokių tolesnių elektronikos prietiasų pažangos pabaigą.
Ką veikia žmonės, dirbantys fizikinės chemijos srityje?
Dauguma fizikinių chemikų darbų sukasi apie mokslinius tyrimus.
Ir visai nesvarbu, ar šie dirba pramoninėje aplinkoje, ar akademinėse įstaigose, jų dėmesys sutelktas į cheminių procesų atradimą ir supratimą. Jie gali dirbti tobulindami produktus arba kurdami naujas medžiagas ir junginius.
Be galimybės tapti jos mokytoju, fizikinė chemija nėra viešai orientuota veiklos sritis. Tas pats galioja ir tiems, kurie tyrinėja organinę chemiją.
Tačiau net ir šie specialistai turi šiek tiek daugiau galimybių dirbti visuomenės sektoriuje.
Jei neskirsite savo karjeros akademiniams tyrimams, greičiausiai būsite chemijos „visų galų meistras“, o ne vienos srities specialistas.
Vis dėlto, jei norite dirbti aplinkos tyrimų, energijos gamybos ar naujų medžiagų kūrimo srityse, fizikinės chemijos studijos padės pasiekti jūsų tikslus.
Taip pat padės ir fizikos korepetitorius. Fizikinė chemija yra viena sudėtingiausių subspecialybių. Kelios pamokos su privačiu mokytoju suteiks geresnį šių ir kitų chemijos koncepcijų supratimą.
Ar jums patiko šis straipsnis? Pasižymėkite!
Loading...
