Chemia fizyczna na przestrzeni lat, stała się interdyscyplinarną gałęzią nauki, która łączy ze sobą osiągnięcia chemików, fizyków, informatyków, specjalistów inżynierii materiałowej i innych dziedzin. Wysoce zaawansowane rozwiązania obliczeniowe oraz aparatura wysokiej jakości, tłumaczą zależności występujące pomiędzy atomami, podczas reakcji chemicznych lub innych procesów, w oparciu o prawa i reguły fizyki. Badane w chemii fizycznej zależności stanowią podstawę metod instrumentalnych, analizy fizykochemicznej oraz zagadnień z zakresu inżynierii i technologii chemicznej.
W chemii fizycznej istotne jest poznanie wszelkich korelacji i przemian mających miejsce w atomach oraz związkach chemicznych. Równie ważne dla fizykochemii są aspekty dotyczące praw rządzących reakcjami oraz wszystkimi procesami chemicznymi. W porównaniu do innych gałęzi, chemia fizyczna zajmuje się zasadami fizyki, które leżą u podstaw wszystkich interakcji indywiduów chemicznych, starając się skorelować, mierzyć, a także wyjaśniać ilościowe aspekty tych zagadnień.
Odpowiedź na pytanie, czym zajmuje się chemia fizyczna, i użycie w tym celu potocznego sformułowania, że fizyką substancji chemicznych, ma w sobie wiele z prawdy. Należy pamiętać, że ta gałąź chemii jest niezwykle interdyscyplinarna. Aby poznać elementarne prawa rządzące związkami i procesami chemicznymi, chemicy korzystają z teorii, pomiarów i technik charakterystycznych dla fizyki. Szybki rozwój w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat, zarówno wiedzy, jak również sprzętu pomiarowego i technik badawczych, pozwala obecnie na prowadzenie niezwykle zaawansowanych badań z zakresu chemii fizycznej oraz precyzyjnego opisu właściwości materiałów.
Termodynamika w chemii fizycznej zajmuje się badaniem własności cieplnych ciał i ich układów oraz relacjami występującymi pomiędzy ciepłem, pracą, energią i temperaturą. W głównej mierze opisuje dynamiczny charakter ciepła, który polega na transferze energii z miejsca na miejsce i zmianę jego formy. Termodynamika zajmuje się także przekazywaniem energii w wyniku wykonania pracy mechanicznej.
Układy często są zbudowane z różnych faz, które różnią się pomiędzy sobą między innymi stanami skupienia. Powstała granica pomiędzy poszczególnymi fazami (np. cieczą i gazem, cieczą i ciałem stałym lub gazem i ciałem stałym) to miejsce gdzie obserwuje się szereg zjawisk powierzchniowych. Poznaniem ich przebiegu i charakterystyki zajmuje się właśnie chemia fizyczna. Wiedza na temat tych oddziaływań stanowi fundament do poznania takich procesów jak adsorpcja, absorpcja, destylacja czy krystalizacja. Z zagadnieniami zjawisk powierzchniowych ściśle związane są badania dotyczące koloidów, czyli układów, w których rozmiar cząsteczek jest większy niż w roztworach rzeczywistych, ale mniejszy niż w zawiesinach (rozdrobnienie w granicach od 1 do 100 nm).
Ta gałąź chemii fizycznej analizuje aspekty dotyczące szybkości reakcji i procesów chemicznych. Kinetyka chemiczna czasami jest określana również, jako kinetyka reakcji. Jej głównym obszarem badań jest obserwacja wpływu różnych warunków doświadczalnych (np. stężenie reagentów, obecność i rodzaj katalizatorów, temperatura) na procesy chemiczne. Pozwala to zrozumieć mechanizmy kierujące reakcjami chemicznymi oraz charakteryzować powstające stany przejściowe. Poznanie szybkości przemian w układzie reagentów oraz znajomość wpływu na nią czynników doświadczalnych, jest wykorzystywana w projektowaniu procesów technologicznych. Natomiast poznanie mechanizmu reakcji na poziomie molekularnym, pozwala na teoretyczne przewidzenie najkorzystniejszych warunków do przeprowadzenia całego procesu.
Elektrochemia bada i analizuje ruch elektronów w procesach chemicznych. Reakcje, w których występuje zjawisko przenoszenia elektronów (reakcje redoks) są ważne ze względu na możliwość otrzymania z nich energii elektrycznej. Powstająca energia daje podstawę do opisywania poszczególnych procesów z wykorzystaniem wielkości elektrycznych. W elektrochemii wyróżnia się dwa główne działy. Pierwszy z nich stanowi badanie procesów chemicznych (układy elektroda-elektrolit), które znajdują się w stanie równowagi termodynamicznej. Drugim działem jest kinetyka elektrochemiczna. Opisuje ona zjawiska występujące podczas przebiegu procesów elektrodowych.
Fizykochemia zajmuje się także opisem atomowych i molekularnych układów, jako zagadnień z obszaru chemii kwantowej. W tym celu korzysta z mechaniki kwantowej i kwantowej teorii pola. W chemii kwantowej, dzięki zastosowaniu teorii matematycznych, można prognozować zachowanie się molekuł w określonych warunkach. Poza tym, prowadzi się rozważania zagadnień takich jak promieniowanie ciała doskonale czarnego, dualizm korpuskularno-falowy, funkcje falowe elektronów, hybrydyzacja orbitali atomowych i in.
Znaczenie chemii fizycznej w codziennym życiu jest niebagatelne. Dzięki ciągłemu rozwojowi i prowadzonym badaniom naukowym, nie tylko lepiej możemy poznać otaczającą nas rzeczywistość, ale również mieć szansę na znalezienie nowych, efektywniejszych sposobów wytwarzania leków, tworzyw sztucznych, paliw i innych produktów. Studiowanie zagadnień chemii fizycznej jest niezwykle ważne, gdyż jako jedna z najbardziej podstawowych nauk, pomaga zrozumieć działanie natury. Badanie zjawisk występujących na granicach faz, procesów destylacji, przewodzenia ciepła, dyfuzji, adsorpcji chemicznej i fizycznej oraz wielu innych, jest niezbędne w prowadzeniu procesów technologii chemicznej, farmaceutycznej, produkcji żywności czy tekstyliów.
Znajdź swoje miejsce w Grupie PCC. Zapoznaj się z naszą ofertą i rozwijaj się razem z nami.
Program bezpłatnych praktyk letnich dla studentów i absolwentów wszystkich kierunków studiów.
