Qu'est-ce que la chimie physique?
Des millions de composés chimiques existent littéralement. La manière dont ces composés et leurs constituants réagissent et interagissent est régie par certains principes physiques expliquant leur comportement. La chimie physique est donc le fondement de tous les autres domaines de la chimie, et cette science est également pertinente pour pratiquement tous les autres domaines scientifiques. La chimie physique englobe quatre domaines, dont la thermodynamique, la chimie quantique, la cinétique chimique et la thermodynamique statistique.
La thermodynamique est l'étude de la conversion de l'énergie en chaleur et en travail. Dans ce contexte, le travail est défini comme l’énergie transférée par une force; Par exemple, taper dans un ballon est une forme de travail dans laquelle la personne qui frappe le ballon transfère la force du pied au ballon, ce qui provoque le déplacement du ballon. La thermodynamique étudie également les moyens de modifier le processus de conversion en modifiant des variables telles que la pression et la température dans un système.
La chimie quantique est une science théorique qui décrit comment les molécules se lient les unes aux autres en appliquant les principes de la théorie quantique des champs et de la mécanique quantique. Ces principes décrivent le comportement des atomes et des particules subatomiques dans divers systèmes et régissent à leur tour le comportement des molécules. Théoriquement, tous les systèmes chimiques peuvent être décrits à l'aide de la chimie quantique, mais en pratique, seuls des systèmes très simples peuvent être étudiés avec précision.
La cinétique chimique étudie les vitesses des processus chimiques. La vitesse d'un processus chimique donné est simplement la vitesse à laquelle une réaction chimique se produit. Par exemple, comparez le taux d'oxydation du fer, qui est un processus très lent, au taux de combustion du carburant, qui est un processus en une fraction de seconde. La cinétique chimique étudie également comment des variables changeantes telles que la pression et la température modifient le taux de réaction.
Ces trois aspects de la chimie physique sont liés par un quatrième, appelé thermodynamique statistique. Ce domaine concerne la distribution de l'énergie dans les systèmes chimiques et relie également les mondes microscopique et macroscopique. La thermodynamique statistique a pour objectif principal d'interpréter les propriétés macroscopiques de divers types de matières en relation avec les interactions entre leurs molécules microscopiques et leurs particules.
À travers l’étude de ces quatre concepts, la chimie physique moderne cherche à comprendre des problèmes chimiques complexes dans le contexte des sciences biologiques, environnementales et des matériaux. Même s’il s’agit de domaines très disparates, les principes de la chimie physique s’appliquent à tous, y compris aux sciences biologiques ainsi qu’aux sciences physiques et chimiques. C’est en fait une science hautement multidisciplinaire, précisément parce que les principes chimiques qu’il étudie sont pertinents pour tous les systèmes biologiques et chimiques.