Im Laufe der Jahre hat sich die physikalische Chemie zu einem interdisziplinären Wissenschaftszweig entwickelt, der die Leistungen von Chemikern, Physikern, Informatikern, Werkstoffingenieuren und anderen Disziplinen zusammenführt. Hochentwickelte Berechnungslösungen und Geräte von hoher Qualität erklären die Beziehungen zwischen Atomen bei chemischen Reaktionen oder anderen Prozessen auf der Grundlage der Gesetze und Regeln der Physik. Die in der physikalischen Chemie untersuchten Zusammenhänge bilden die Grundlage für die instrumentellen Methoden, die physikalisch-chemische Analyse und die Fragen des Chemie- und Technologieingenieurwesens.
In der physikalischen Chemie ist es wichtig, alle Zusammenhänge und Umwandlungen kennenzulernen, die in Atomen und chemischen Verbindungen stattfinden. Ebenso wichtig für die physikalische Chemie sind Aspekte, die die Gesetze betreffen, die Reaktionen und alle chemischen Prozesse regeln. Im Vergleich zu anderen Fachgebieten befasst sich die physikalische Chemie mit den physikalischen Prinzipien, die allen Wechselwirkungen zwischen chemischen Individuen zugrunde liegen, und versucht, die quantitativen Aspekte dieser Fragen zu korrelieren, zu messen und zu erklären.
Die Antwort auf die Frage, womit sich die physikalische Chemie beschäftigt, und die dafür verwendete umgangssprachliche Formulierung, sie sei die Physik der chemischen Stoffe, hat viel Wahres an sich. Man darf nicht vergessen, dass dieses Gebiet der Chemie sehr interdisziplinär ist. Um die elementaren Gesetze, die chemische Verbindungen und Prozesse regeln, zu verstehen, verwenden Chemiker Theorien, Messungen und Techniken, die für die Physik charakteristisch sind. Die rasante Entwicklung der letzten Jahrzehnte sowohl im Bereich des Wissens als auch der Mess- und Prüftechniken macht es heute möglich, auf dem Gebiet der physikalischen Chemie äußerst fortschrittliche Forschung zu betreiben und die Eigenschaften von Materialien präzise zu beschreiben.
Die Thermodynamik in der physikalischen Chemie befasst sich mit der Untersuchung der thermischen Eigenschaften von Körpern und ihren Systemen sowie mit den Beziehungen zwischen Wärme, Arbeit, Energie und Temperatur. Sie beschreibt vor allem die dynamische Natur der Wärme, die die Übertragung von Energie von einem Ort zum anderen und die Veränderung ihrer Form beinhaltet. Die Thermodynamik befasst sich auch mit der Übertragung von Energie durch die Verrichtung von mechanischer Arbeit.
Systeme bestehen oft aus verschiedenen Phasen, die sich untereinander in ihrem Aggregatzustand unterscheiden. An der entstandenen Grenze zwischen den Phasen (z.B. Flüssigkeit und Gas, Flüssigkeit und Feststoff oder Gas und Feststoff) lassen sich zahlreiche Oberflächenphänomene beobachten. Die physikalische Chemie befasst sich mit der Erforschung ihres Verlaufs und ihrer Charakteristik. Das Wissen über diese Wechselwirkungen ist die Grundlage für das Verständnis von solchen Prozessen wie Adsorption, Absorption, Destillation oder Kristallisation. Mit der Frage der Oberflächenphänomene eng verbunden ist die Untersuchung von Kolloiden, d.h. von Systemen, in denen die Teilchengröße größer ist als in echten Lösungen, aber kleiner als in Suspensionen (Zerkleinerung im Bereich von 1 bis 100 nm).
Dieser Bereich der physikalischen Chemie untersucht Aspekte der Reaktionsgeschwindigkeit und der chemischen Prozesse. Die chemische Kinetik wird manchmal auch als Reaktionskinetik bezeichnet. Ihr Hauptforschungsgebiet ist die Beobachtung des Einflusses verschiedener Versuchsbedingungen (z.B. Konzentration der Reaktanten, Vorhandensein und Art von Katalysatoren, Temperatur) auf chemische Prozesse. Dies ermöglicht es, die Mechanismen zu verstehen, die chemische Reaktionen steuern, und die entstehenden Übergangszustände zu charakterisieren. Die Kenntnis der Veränderungsgeschwindigkeit in einem System von Reaktanten und das Wissen darüber, wie sie durch experimentelle Faktoren beeinflusst wird, wird bei der Planung von technologischen Prozessen verwendet. Die Kenntnis des Reaktionsmechanismus auf molekularer Ebene ermöglicht hingegen die theoretische Vorhersage der günstigsten Bedingungen für die Durchführung des gesamten Prozesses.
Die Elektrochemie untersucht und analysiert die Bewegung von Elektronen in chemischen Prozessen. Reaktionen bei denen eine Elektronenübertragung stattfindet (Redoxreaktionen) sind wichtig, da man aus ihnen elektrische Energie gewinnen kann. Die erzeugte Energie bildet die Grundlage für die Beschreibung der einzelnen Prozesse durch elektrische Größen. In der Elektrochemie werden zwei Hauptbereiche unterschieden. Der erste ist die Untersuchung chemischer Prozesse (Systeme Elektroden – Elektrolyte), die sich im thermodynamischen Gleichgewicht befinden. Der zweite Bereich ist die elektrochemische Kinetik. Sie beschreibt die Phänomene, die bei Elektrodenprozessen auftreten.
Die Physikochemie befasst sich auch mit der Beschreibung atomarer und molekularer Systeme als Themen aus dem Bereich der Quantenchemie. Zu diesem Zweck bedient sie sich der Quantenmechanik und der Quantenfeldtheorie. In der Quantenchemie kann das Verhalten von Molekülen unter bestimmten Bedingungen durch Anwendung mathematischer Theorien vorhergesagt werden. Darüber hinaus werden Themen wie Schwarzkörperstrahlung, Welle-Teilchen-Dualismus, Wellenfunktionen von Elektronen, Hybridisierung von Atomorbitalen und viele andere behandelt.
Die physikalische Chemie im täglichen Leben ist nicht unbedeutend. Dank ständiger Entwicklung und wissenschaftlicher Forschung können wir nicht nur die Realität um uns herum besser verstehen, sondern auch eine Chance haben, neue, effizientere Wege zur Herstellung von Medikamenten, Kunststoffen, Kraftstoffen und anderen Produkten zu finden. Das Studieren von Fragen der physikalischen Chemie ist äußerst wichtig, da sie als eine der grundlegendsten Wissenschaften dazu beiträgt, die Funktionsweise der Natur zu verstehen. Die Untersuchung von Phänomenen an Phasengrenzen, Destillationsprozessen, Wärmeleitung, Diffusion, chemischer und physikalischer Adsorption und vielen anderen ist für die Durchführung chemischer, pharmazeutischer, lebensmitteltechnischer oder textiltechnischer Prozesse unerlässlich.
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