Was ist physikalische Chemie?
Es gibt buchstäblich Millionen chemischer Verbindungen. Die Art und Weise, wie diese Verbindungen und ihre Bestandteile miteinander reagieren und interagieren, wird von bestimmten physikalischen Prinzipien bestimmt, die ihr Verhalten erklären. Die physikalische Chemie ist daher die Grundlage für alle anderen Bereiche der Chemie, und diese Wissenschaft ist auch für praktisch alle anderen wissenschaftlichen Bereiche relevant. Die physikalische Chemie umfasst vier Themenbereiche, darunter Thermodynamik, Quantenchemie, chemische Kinetik und statistische Thermodynamik.
Thermodynamik ist das Studium der Umwandlung von Energie in Wärme und Arbeit. Arbeit ist in diesem Zusammenhang definiert als die von einer Kraft übertragene Energie; Zum Beispiel ist das Treten eines Balls eine Form der Arbeit, bei der die Person, die den Ball tritt, die Kraft von ihrem Fuß auf den Ball überträgt, wodurch sich der Ball bewegt. Die Thermodynamik untersucht auch Möglichkeiten, wie der Umwandlungsprozess durch Ändern von Variablen wie Druck und Temperatur in einem System geändert werden kann.
Die Quantenchemie ist eine theoretische Wissenschaft, die beschreibt, wie Moleküle durch Anwendung von Prinzipien der Quantenfeldtheorie und der Quantenmechanik aneinander binden. Diese Prinzipien beschreiben das Verhalten von Atomen und subatomaren Partikeln in verschiedenen Systemen und bestimmen wiederum das Verhalten von Molekülen. Theoretisch können alle chemischen Systeme mit Hilfe der Quantenchemie beschrieben werden, aber in der Praxis können nur sehr einfache Systeme genau untersucht werden.
Die chemische Kinetik untersucht die Geschwindigkeit chemischer Prozesse. Die Geschwindigkeit eines bestimmten chemischen Prozesses ist einfach die Geschwindigkeit, mit der eine chemische Reaktion stattfindet. Vergleichen Sie zum Beispiel die Geschwindigkeit der Eisenoxidation, die ein sehr langsamer Prozess ist, mit der Geschwindigkeit der Kraftstoffverbrennung, die ein Sekundenbruchteil ist. Die chemische Kinetik untersucht auch, wie sich veränderte Variablen wie Druck und Temperatur auf die Geschwindigkeit auswirken, mit der Reaktionen ablaufen.
Diese drei Aspekte der physikalischen Chemie sind durch eine vierte, statistische Thermodynamik, verbunden. Dieses Gebiet befasst sich mit der Energieverteilung in chemischen Systemen und verbindet auch die mikroskopische und makroskopische Welt. Das Hauptziel der statistischen Thermodynamik ist die Interpretation der makroskopischen Eigenschaften verschiedener Materietypen in Bezug auf die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen mikroskopischen Molekülen und Partikeln.
Durch die Untersuchung dieser vier Konzepte versucht die moderne physikalische Chemie, komplexe chemische Probleme im Kontext der Biologie-, Umwelt- und Materialwissenschaften zu verstehen. Auch wenn es sich um sehr unterschiedliche Bereiche handelt, sind die Prinzipien der physikalischen Chemie für alle relevant, einschließlich der biologischen sowie der physikalischen und chemischen Wissenschaften. Dies ist in der Tat eine hochgradig multidisziplinäre Wissenschaft, gerade weil die von ihr untersuchten chemischen Prinzipien für alle biologischen und chemischen Systeme relevant sind.