Che cos'è la chimica fisica?
Esistono letteralmente milioni di composti chimici. Il modo in cui questi composti e i loro componenti reagiscono e interagiscono tra loro è governato da alcuni principi fisici che spiegano il loro comportamento. La chimica fisica è quindi il fondamento su cui poggiano tutti gli altri campi della chimica e questa scienza è rilevante anche praticamente per tutti gli altri campi scientifici. La chimica fisica è racchiusa in quattro aree tematiche, tra cui la termodinamica, la chimica quantistica, la cinetica chimica e la termodinamica statistica.
La termodinamica è lo studio della conversione dell'energia in calore e lavoro. In questo contesto, il lavoro è definito come l'energia trasferita da una forza; per esempio, calciare una palla è una forma di lavoro in cui la persona che calcia la palla trasferisce la forza dal suo piede alla palla, facendo muovere la palla. La termodinamica studia anche i modi in cui il processo di conversione può essere modificato cambiando variabili come la pressione e la temperatura all'interno di un sistema.
La chimica quantistica è una scienza teorica che descrive come le molecole si legano tra loro applicando i principi della teoria dei campi e della meccanica quantistica. Questi principi descrivono come gli atomi e le particelle subatomiche si comportano in vari sistemi e, a loro volta, governano il comportamento delle molecole. Teoricamente tutti i sistemi chimici possono essere descritti usando la chimica quantistica, ma in pratica solo i sistemi molto semplici possono essere investigati accuratamente.
La cinetica chimica studia i tassi dei processi chimici. La velocità di un determinato processo chimico è semplicemente la velocità con cui si verifica una reazione chimica. Ad esempio, contrastare il tasso di ossidazione del ferro, che è un processo molto lento, con il tasso di combustione del combustibile, che è un processo in una frazione di secondo. La cinetica chimica studia anche il modo in cui variabili variabili come la pressione e la temperatura cambiano la velocità con cui si verificano le reazioni.
Questi tre aspetti della chimica fisica sono collegati da un quarto, chiamato termodinamica statistica. Questo campo riguarda la distribuzione di energia nei sistemi chimici e collega anche i mondi microscopici e macroscopici. L'obiettivo principale della termodinamica statistica è interpretare le proprietà macroscopiche di vari tipi di materia in relazione alle interazioni tra le loro molecole e particelle microscopiche costituenti.
Attraverso lo studio di questi quattro concetti, la chimica fisica moderna cerca di comprendere complessi problemi chimici nel contesto delle scienze biologiche, ambientali e dei materiali. Anche se questi sono campi ampiamente disparati, i principi della chimica fisica sono rilevanti per tutti, comprese le scienze biologiche e fisiche e chimiche. Questa è in realtà una scienza altamente multidisciplinare, proprio perché i principi chimici che studia sono rilevanti per tutti i sistemi biologici e chimici.