物理化学とは何ですか？

文字通り何百万もの化合物が存在しています。 これらの化合物とその成分が互いに反応し、相互作用する方法は、それらの挙動を説明する特定の物理的原理によって支配されています。 したがって、物理化学は他のすべての化学分野の基盤であり、この科学は事実上他のすべての科学分野にも関連しています。 物理化学は、熱力学、量子化学、化学動力学、統計熱力学を含む4つの主題分野に含まれています。

熱力学は、エネルギーの熱と仕事への変換の研究です。 この文脈では、仕事は力によって伝達されるエネルギーとして定義されます。 たとえば、ボールを蹴るという作業は、ボールを蹴った人が足からボールに力を伝え、ボールを動かす作業の一種です。 熱力学では、システム内の圧力や温度などの変数を変更することで変換プロセスを変更する方法も研究しています。

量子化学は、場の理論と量子力学の原理を適用することにより、分子が互いに結合する方法を説明する理論科学です。 これらの原則は、さまざまなシステムでの原子と素粒子の振る舞いを説明し、分子の振る舞いを決定します。 理論的にはすべての化学システムは量子化学を使用して記述できますが、実際には非常に単純なシステムのみを正確に調査できます。

化学動力学は、化学プロセスの速度を研究します。 特定の化学プロセスの速度は、単に化学反応が発生する速度です。 たとえば、非常に遅いプロセスである鉄の酸化速度と、一瞬のプロセスである燃料の燃焼速度を対比してください。 化学反応速度論では、圧力や温度などの変数の変化が反応の発生率をどのように変化させるかも研究しています。

物理化学のこれら3つの側面は、統計熱力学と呼ばれる4番目の要素によってリンクされています。 この分野は、化学システムのエネルギー分布に関係しており、微視的および巨視的世界を結び付けています。 統計熱力学の主な目標は、構成要素である微視的な分子と粒子の間の相互作用に関連して、さまざまなタイプの物質の巨視的な特性を解釈することです。

これらの4つの概念の研究を通じて、現代の物理化学は、生物科学、環境科学、および材料科学の文脈で複雑な化学問題を理解しようとしています。 これらは非常に異なる分野ですが、物理化学の原理は、生物科学、物理科学、化学科学を含むすべてに関連しています。 実際、これが研究する化学原理はすべての生物学的および化学的システムに関連しているため、これは非常に学際的な科学です。