A fisicoquímica ou química física é unha ciencia punto de encontro entre a química e a física que intenta estudar a materia desde o punto de vista físico, centrándose nas bases físicas dos sistemas e procesos químicos. De acordo co químico estadounidense de renome Gilbert Lewis, "A Química física é calquera cousa interesante", probablemente referíndose ó feito de que moitos fenómenos da natureza relacionados coa materia son de principal interese na química física. miniatura|Entre a chama e a flor atópase o aeroxel, cuxa síntese foi moi axudada pola fisicoquímica. A fisicoquímica, a diferenza da física química, é predominantemente (pero non sempre) unha ciencia supramolecular, xa que a maioría dos principios nos que se fundou refírense ao volume en lugar de á estrutura molecular ou atómica unicamente (por exemplo, o equilibrio químico e os coloides).
Algunhas das relacións que a química física esfórzase por comprender inclúen os efectos de: As forzas intermoleculares que actúan sobre as propiedades físicas dos materiais (plasticidade, resistencia á tracción, tensión superficial en líquidos). Cinética de reacción sobre a velocidade dunha reacción. A identidade dos ións e a conductividade eléctrica dos materiais. Ciencia de superficies e electroquímica das membranas celulares. Interacción dun corpo con outro en termos de cantidades de calor e traballo denominada termodinámica. Transferencia de calor entre un sistema químico e a súa contorna durante o cambio de fase ou reacción química que ten lugar denominada termoquímica Estudo das propiedades coligativas do número de especies presentes nunha solución. O número de fases, o número de compoñentes e o grao de liberdade (ou varianza) poden correlacionarse entre si coa axuda da regra das fases. Reaccións das células electroquímicas. Comportamento dos sistemas microscópicos utilizando a mecánica cuántica e dos sistemas macroscópicos utilizando a termodinámica estatística. Cálculo da enerxía do movemento dos electróns en moléculas e complexos metálicos.
A fisicoquímica representa unha póla onde hai unha mestura de diversas ciencias, como a química, a física, a termodinámica, a electroquímica e a mecánica cuántica onde as funcións matemáticas poden representar interpretacións a nivel molecular e a nivel atómico. Cambios na temperatura, presión, volume, calor e traballo nos sistemas, sólido, líquido e/ou gasoso atópanse tamén relacionados a estas interpretacións de interaccións moleculares.
O químico estadounidense do século XIX Willard Gibbs é tamén considerado o pai fundador da química física, onde a súa publicación de 1876 chamada On the Equilibrium of Heterogeneous Substances (Estudo sobre o equilibrio de substancias heteroxéneas) falou de termos como a enerxía libre, potencial químico, ou a regra das fases, que anos máis tarde serían de salientable interese dentro do estudo desta disciplina.
A fisicoquímica moderna ten os seus alicerces na física pura. Áreas de estudo moi importantes nesta inclúen a termoquímica (termodinámica química), cinética química, química cuántica, mecánica estatística, electroquímica, química do estado líquido, química coloidal, química de superficies e espectroscopia. A fisicoquímica forma parte fundamental do estudo da ciencia dos materiais.
Conceptos clave Os conceptos clave da química física son as formas en que a física pura aplícase aos problemas químicos.
Un dos conceptos clave da química clásica é que todas os compostos químicos poden describirse como grupos de átomos unidos entre si e que as reaccións químicas poden describirse como a formación e ruptura deses enlaces. Predicir as propiedades dos compostos químicos a partir dunha descrición dos átomos e de como se unen é un dos principais obxectivos da química física. Para describir os átomos e os enlaces con precisión, é necesario saber tanto onde se atopan os núcleos dos átomos e como se distribúen os electróns ao seu ao redor. Seccións da química física A química física aplica a termodinámica ao estudo dos gases, das solucións e das reaccións químicas, cuantificando os aspectos enerxéticos destas últimas e chegando a prever a eventual espontaneidade ou as condicións de espontaneidade teórica. A termodinámica consente tamén de tratar o equilibrio químico e o equilibrio entre as fases. O uso da mecánica cuántica non só permite de interpretar os espectros atómicos e moleculares, senón facendo uso do seu rigoroso formalismo matemático permite tamén de describir o enlace químico e de predicir importantes propiedades das moléculas cales son as súas estabilidades e reactividades. A espectroscopia permite determinar experimentalmente a estrutura e composición das moléculas, mentres a cinética química estuda a velocidade das reaccións e o conxunto de procesos elementais que ocorren durante unha reacción química cando a partir de reactivos obtéñense os produtos finais. A electroquímica é outra importante área da química física que se ocupa das implicacións dos fenómenos eléctricos en ámbito químico. Química coloidal A química coloidal (do grego, κόλλα) é o nome tradicional da química física de sistemas dispersos e fenómenos superficiais que se producen á interface. Estúdase a adhesión, a adsorción, a humectación, a coagulación, a electroforese e o desenvolvemento de tecnoloxías de materiais de construción, os aveños de perforación, o proceso de só-xeo. A química coloidal moderna é unha ciencia que se atopa no punto de interacción entre a química, a física e a bioloxía.
As principais tendencias da química coloidal moderna son: A termodinámica dos fenómenos de superficie. Estudo da absorción do tensioactivo. Estudo da formación e a estabilidade dos sistemas dispersos, as súas propiedades cineticomolecular, ópticas e eléctricas. Mecánica físico-química de estruturas dispersas. Desenvolvemento da teoría e os mecanismos moleculares dos procesos que ocorren nos sistemas dispersos baixo a influencia dos axentes tensioactivos, as cargas eléctricas, resistencia mecánica, etc. Química do cristal A química do cristal é a ciencia das estruturas cristalinas e a súa relación coa natureza da materia. Como unha rama da química, a química do cristal está estreitamente relacionada cos estudos de cristalografía e a disposición espacial dos átomos e os enlaces químicos nos cristais, así como a dependencia das propiedades físicas e químicas das sustancias cristalinas na súa estrutura. Coa axuda da difracción de raios X, da difracción de electróns e neutróns, e da difracción cristalina estrutural, determinar os valores absolutos das distancias interatomicas e os ángulos entre as liñas de enlaces químicos (ángulos de enlace). Esta sección da química ten abundante material sobre as estruturas cristalinas de máis de 425.000 compostos, máis da metade dos cales son compostos inorgánicos.
Os obxectivos da química do cristal son: taxonomía e a descrición das estruturas cristalinas observadas nestes tipos de enlaces químicos; interpretación das estruturas cristalinas (identificación dos factores que determinan a estrutura dun material cristalino) e a predición; estudo das propiedades físicas e químicas dos vidros coa súa estrutura e a natureza do enlace químico. Radioquímica A radioquímica é a parte da química física que traballa con pequenas cantidades de sustancias, en solucións moi diluídas, de fontes de radiación ionizante.Несмеянов А. Н., Радиохимия, М., 1972. A radioactividade dos compostos estudados pode ser radioquímica e require o uso de métodos altamente sensibles e específicos para medir as súas cantidades microscópicas, con métodos de análises automatizados. Termoquímica miniatura|upright|A medida relativa do átomo de helio e o seu núcleo É unha sección da química, que ten como misión os seguintes puntos: Identificar e estudar os efectos térmicos das reaccións. O establecemento das súas relacións cos diversos parámetros fisicoquímicos. Medir o quecemento de sustancias e o establecemento da súa calor de transicións de fase. Estudo da estrutura do átomo Esta disciplina encárgase do estudo das partículas microscópicas da materia eda parte máis pequena a demasiada dun elemento químico, que é o portador das súas propiedades: o átomo. Un átomo consta dun núcleo e electróns. Se o número de protóns no núcleo dun átomo é igual ao número de electróns en xeral é eléctricamente neutro. En caso contrario, ten parte de carga positiva ou negativa. Nalgúns casos, por átomos eléctricamente neutros só se entende o sistema en que a carga do núcleo é igual á carga total dos electróns, o que contrasta cos ións cargados eléctricamente. Estudo da corrosión de metais miniatura|upright|Corrosión. Nesta parte da química física estúdase a corrosión dos metais por interacción química ou fisicoquímica co medio ambiente. A causa da corrosión é a inestabilidade termodinámica dos materiais de construción aos efectos das sustancias que están en contacto coa súa contorna. Na vida cotiá, as aliaxes de ferro (aceiro) a miúdo usan o termo "plazca". Os casos menos coñecidos da corrosión dos polímeros. En canto a eles hai o concepto do "envelecemento", similar ao termo "corrosión" para os metais. A velocidade de corrosión, así como calquera reacción química é altamente dependente da temperatura. O aumento da temperatura a 100 °C pode aumentar a velocidade de corrosión en varias ordes. Estudo das solucións Esta disciplina estuda as solucións, unha mestura homoxénea que consiste en partículas de produtos de soluto, disolvente e da súa interacción. A formación dun tipo particular de solución determínase pola intensidade da interacción intermolecular, ou outro tipo de interacción de ións de litio, é dicir, as mesmas forzas que determinan a aparición dun estado particular da agregación.
As diferenzas: a formación dunha solución depende da natureza e a intensidade da interacción entre as partículas de diferentes substancias.
As solucións son gases, líquidos e sólidos. Química cinética A cinética das reaccións químicas é a parte da química física, que se encarga do estudo das leis das reaccións químicas no tempo, en función das leis do medio ambiente externo, como tamén os mecanismos das reaccións.КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКАЯ — химическая энциклопедия Fotoquímica miniatura|upright|Luz Parte da química de altas enerxías, é a sección da química física que estuda as reaccións químicas (química dos estados excitados de moléculas, reaccións fotoquímicas) que se producen baixo a influencia da luz no rango desde o ultravioleta até o infravermello. Moitos dos procesos máis importantes do medio ambiente een nós teñen unha natureza fotoquímica. Só hai que mencionar cousas como a fotosíntese, os ollos, o ozono e a irradiación UV.
Leis da fotoquímica: Os cambios fotoquímicos prodúcense só baixo a acción da luz absorbida polo sistema. Cada fotón é absorbido no acto primario é capaz de activar unha soa molécula. A absorción dun fotón por cada molécula ten unha certa probabilidade de estabilizarse no estado simple máis baixo (con multiplicidade 1) ou no estado triplo máis baixo (con multiplicidade 3). A maioría dos procesos fotoquímicos orgánicos en solución implican o primeiro estado simple excitado ou o primeiro estado triplo excitado
Disciplinas A química cuántica, unha subdisciplina da química física que se ocupa especialmente da aplicación da mecánica cuántica aos problemas químicos, proporciona ferramentas para determinar a forza e a forma dos enlaces, como se moven os núcleos e como un composto químico pode absorber ou emitir luz. A espectroscopia é a subdisciplina relacionada da química física que se ocupa especificamente da interacción da radiación electromagnética coa materia.