Hvad er fysisk kemi?
Der findes bogstaveligt talt millioner af kemiske forbindelser. Måderne, hvorpå disse forbindelser og deres bestanddele reagerer og interagerer med hinanden, styres af visse fysiske principper, der forklarer deres opførsel. Fysisk kemi er derfor det fundament, hvorpå alle andre kemiområder hviler, og denne videnskab er også relevant for stort set alle andre videnskabelige områder. Fysisk kemi er omfattet af fire fagområder, herunder termodynamik, kvantekemi, kemisk kinetik og statistisk termodynamik.
Termodynamik er studiet af konvertering af energi til varme og arbejde. I denne sammenhæng defineres arbejde som den energi, der overføres af en kraft; for eksempel at sparke en bold er en form for arbejde, hvor den person, der sparker bolden overfører kraft fra deres fod til bolden, får bolden til at bevæge sig. Termodynamik studerer også måder, hvorpå konverteringsprocessen kan ændres ved at ændre variabler som tryk og temperatur i et system.
Kvantekemi er en teoretisk videnskab, der beskriver, hvordan molekyler binder til hinanden ved at anvende principper for kvantefeltteori og kvantemekanik. Disse principper beskriver, hvordan atomer og subatomære partikler opfører sig i forskellige systemer, og styrer igen, hvordan molekyler opfører sig. Teoretisk kan alle kemiske systemer beskrives ved hjælp af kvantekemi, men i praksis kan kun meget enkle systemer undersøges nøjagtigt.
Kemisk kinetik undersøger graden af kemiske processer. Hastigheden for en given kemisk proces er simpelthen den hastighed, hvormed en kemisk reaktion finder sted. Kontraster for eksempel hastigheden for jernoxidation, som er en meget langsom proces, med hastigheden for brændstofforbrænding, som er en split-sekund proces. Kemisk kinetik undersøger også, hvordan ændrede variabler, såsom tryk og temperatur, ændrer hastigheden, hvormed reaktioner opstår.
Disse tre aspekter af fysisk kemi er forbundet med en fjerde, kaldet statistisk termodynamik. Dette felt vedrører energifordeling i kemiske systemer og forbinder også de mikroskopiske og makroskopiske verdener. Hovedmålet med statistisk termodynamik er at fortolke makroskopiske egenskaber af forskellige typer stof i relation til interaktioner mellem deres bestanddelende mikroskopiske molekyler og partikler.
Gennem studiet af disse fire koncepter søger moderne fysisk kemi at forstå komplekse kemiske problemer i sammenhæng med biologisk, miljø- og materialevidenskab. Selvom disse er vidt forskellige områder, er principperne for fysisk kemi relevante for alle, herunder biologiske såvel som fysiske og kemiske videnskaber. Dette er faktisk en meget tværfaglig videnskab, netop fordi de kemiske principper, den studerer, er relevante for alle biologiske og kemiske systemer.