||__~~green:شیمی فیزیک~~__ (__Physical chemistry__) بخشی از علم شیمی است که در آن ، از اصول و قوانین فیزیکی ، برای حل مسائل شیمیایی استفاده میشود. به عبارت دیگر ، هدف از شیمی فیزیک ، فراگیری اصول نظری ((فیزیک)) در توجیه پدیدههای شیمیایی است. برای آشنایی بیشتر با علم شیمی فیزیک ، باید با زیر مجموعههای این علم آشنا شویم و اهداف این علم را در دل این زیر مجموعهها بیابیم.||
{img src=img/daneshnameh_up/6/6a/entry2.jpg}
!ترمودینامیک شیمیایی
!!تعیین سمت و سوی واکنش
ترمودینامیک شیمیایی در عمل ، برقراری چهارچوبی برای تعیین امکان پذیربودن یا خود به خود انجام شدن تحولی فیزیکی یا شیمیایی معین است. به عنوان مثال ، ممکن است به حصول معیاری جهت تعیین امکان پذیر بودن تغییری از یک فاز به فاز دیگر بطور خود به خود مانند تبدیل ((گرافیت)) به ((الماس)) یا با تعیین سمت و سوی خود به خود انجام شدن واکنشی زیستی که در سلول اتفاق میافتد، نظر داشته باشیم.
در حلاجی این نوع مسائل ، چند مفهوم نظری و چند تابع ریاضی دیگر بر مبنای قوانین اول و دوم ترمودینامیک و برحسب توابع انرژی گیبس ابداع شدهاند که شیوههای توانمندی برای دستیابی به پاسخ آن مسائل ، در اختیار قرار دادهاند.
!!تعادل
پس از تعیین شدن سمت و سوی تحولی طبیعی ، ممکن است علم بر میزبان پیشرفت آن تا رسیدن به ((تعادل شیمیایی|تعادل)) نیز مورد توجه باشد. به عنوان نمونه ، ممکن است حداکثر راندمان تحولی صنعتی یا ((قابلیت انحلال مواد|قابلیت انحلال)) دیاکسید کربن موجود در هوا ، در آبهای طبیعی یا تعیین غلظت تعادلی گروهی از __متابولیتها__ ( __Metabolites__ ) در یک سلول مورد نظر باشد. روشهای ترمودینامیکی ، روابط ریاضی لازم برای محاسبه و تخمین چنین کمیتهایی را بدست میدهد.
گرچه هدف اصلی در ترمودینامیک شیمیایی ، تجزیه و تحلیل در بررسی امکان خود به خود انجام شدن یک تحول و تعادل میباشد، ولی علاوه بر آن ، روشهای ترمودینامیکی به بسیاری از مسائل دیگر نیز قابل تعمیم هستند. مطالعه ((تعادلهای فازی|تعادلهای فاز)) ، چه در سیستمهای ایده آل و چه در غیر آن ، پایه و اساس کار برای کاربرد هوشمندانه روشهای ((استخراج)) ، ((تقطیر)) و ((تبلور)) به عملیات متالوژی و درک گونههای کانیها در سیستمهای ((زمین شناسی)) میباشد.
!!تغییرات انرژی
همین طور ، تغییرات انرژی ، همراه با تحولی فیزیکی یا شیمیایی ، چه به صورت کار و چه به صورت گرما مورد توجه جدی قرار دارند؛ این تحول ممکن است احتراق یک سوخت ، شکافت هسته ((اورانیوم)) یا انتقال یک متابولیت در بستر گرادیان غلظت باشد.
مفاهیم و روشهای ترمودینامیکی ، نگرشی قوی برای درک چنان مسائلی را فراهم می آورد که در __شیمی فیزیک__ مورد بررسی قرار میگیرند.
{img src=img/daneshnameh_up/3/32/2d3d_physics1.jpg}
!الکتروشیمی
تمام واکنشهای شیمیایی ، اساسا ماهیت الکتریکی دارند؛ زیرا ((الکترون|الکترونها)) ، در تمام انواع ((پیوند شیمیایی و انواع آن|پیوندهای شیمیایی)) (به راههای گوناگون) دخالت دارد. اما __الکتروشیمی__ ، بیش ار هر چیز بررسی پدیده های ((اکسیداسیون-احیا|اکسایش- کاهش)) (__Oxidation - Reduction__) است. روابط بین تغییر شیمیایی و انرژی الکتریکی ، هم از لحاظ نظری و هم از لحاظ عملی حائز اهمیت است.
از واکنشهای شیمیایی میتوان برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد، (در سلولهایی که "__سلولها یا پیلهای ولتایی__" یا "__سلولهای گالوانی__" نامیده میشوند) و انرژی الکتریکی را میتوان برای تبادلات شیمیایی بکار برد (در سلولهای ((الکترولیت|الکترولیتی))). علاوه بر این، مطالعه فرایندهای الکتروشیمیایی منجر به فهم و تنظیم قواعد آن گونی از پدیده های اکسایش- کاهش که خارج از این گونه سلولها یا پیلها روی می دهد نیز میشود.
!سینتیک شیمیایی (__Chemical Kinetic__)
سینتیک شیمیایی عبارت از بررسی سرعت ((واکنش شیمیایی|واکنشهای شیمیایی)) است. سرعت یک واکنش شیمیایی را عوامل معدودی کنترل میکنند. بررسی این عوامل ، راههایی را نشان میدهد که در طی آنها ، مواد واکنشدهنده به محصول واکنش تبدیل میشوند. توضیح تفضیلی مسیر انجام واکنش بر مبنای رفتار ((اتم|اتمها)) ، ((مولکول|مولکولها)) و ((آنیون و کاتیون|یونها)) را "__مکانیسم واکنش__" مینامیم.
در ترمودینامیک و الکتروشیمی ، کارها پیشبینی انجام واکنش بود؛ اما مشاهدات صنعتی ، نتایج ترمودینامیک شیمیایی را به نظر تایید نمیکند. در این حالت نبایستی فکر کنیم که پیش بینی ترمودینامیک اشتباه بوده است؛ چون ترمودینامیک کاری با میزان پیشرفت واکنش و نحوه انجام فرایندها ندارد. نظر به اهمیت انجام فرایندها از نظر بهره زمانی ، لازم است که عامل زمان در بررسی فرایندها وارد شود.
به عنوان مثال ، ((کاتالیزور|کاتالیزورهای)) بخصوصی به نام "__آنزیمها__" در تعیین این که کدام واکنش در سیستمهای زیستی با سرعت قابل ملاحظه به راه بیافتد، عواملی مهم هستند. مثلا مولکول "__تری فسفات آدنوزین__" (__Adnosine triphosphate__) از لحاظ ترمودینامیکی در محلولهای آبی ناپایدار بوده و باید ((هیدرولیز)) گردیده و به "__دی فسفات آدنوزین__" و یک فسفات معدنی ((واکنش تجزیه|تجزیه)) شود. در صورتی که این واکنش در غیاب آنزیمی ویژه ، "__آدنوزین تری فسفاتاز__" ، بسیار کند میباشد.
در واقع همین کنترل ترمودینامیکی سمت و سوی واکنشها به همراه کنترل سرعت آنها توسط آنزیمهاست که موجودیت سیستمی با تعادل بسیار ظریف ، یعنی سلول زنده را مقدور میسازد. بیشتر واکنشهای شیمیایی طی مکانیسمهای چند مرحلهای صورت میگیرند. هرگز نمیتوان اطمینان داشت که یک مکانیسم پیشنهاد شده ، بیانگر واقعیت باشد. مکانیسم واکنشها تنها حدس و گمانهایی بر اساس بررسیهای سینتیکیاند.
!ارتباط شیمی فیزیک با سایر علوم
همانطور که عنوان شد و از نام __شیمی فیزیک__ پیداست، این علم ، مسائل و پدیدههای شیمیایی را با اصول و قوانین فیزیک توجیه میکند و ارتباط تنگاتنگی میان ((شیمی)) و ((فیزیک)) برقرار میکند. علاوه بر آن ، روابط بسیار پیچیده شیمیایی با زبان ریاضی ، مرتب و طبقهبندی شده و قابل فهم میگردد. بسیاری از پدیدههای زیستی مانند سوخت و ساز مواد غذایی در سلولهای بدن با علم شیمی فیزیک توجیه میشود و این ، ارتباط شیمی فیزیک را با ((زیست شناسی)) و به تبع آن پزشکی بیان میکند.
بسیاری از پدیده های طبیعی که به صورت خود به خودی انجام میگیرد، همانند تبدیل خود به خودی الماس به گرافیت ، با علم شیمی فیزیک توجیه میشود.
{img src=img/daneshnameh_up/a/ab/scin0005.gif}
!کاربردهای شیمی فیزیک
ارتباط شیمی فیزیک با سایر علوم ، کاربردهای اقتصادی و اجتماعی این علم را بیان میکند. به عنوان مثال ، با مطالعه الکتروشیمی ، به پایه و اساس پدیدههای طبیعی مانند ((خوردگی فلزات)) پی برده و میتوان از ضررهای اقتصادی و اجتماعی چنین پدیدههایی جلوگیری کرده و یا این پدیدهها را به مسیری مفید برای جامعه سوق داد. علاوه بر آن ، کاربرد ((قوانین ترمودینامیک)) مانند "__نقطه اتکیتک__" در جلوگیری از ضررهای جانی و مالی پدیدههای طبیعی مانند __یخ بندان__ بعد از بارش برف ، بسیار مفید میباشد (مخلوط کردن برف و نمک بر اساس نقطه اتکیتک).
فراموش نکنیم که تمامی __باطریها__ و __پیلهایی__ که وسایل زندگی ما با نیروی آنها بکار گرفته میشوند، براساس قوانین شیمی فیزیک ساخته شدهاند.
!مباحث مرتبط با عنوان
*((الکتروشیمی))
*((الکترولیت))
*((ترموشیمی))
*((خوردگی فلزات))
*((سینتیک شیمیایی))
*((شیمی سطح))
*((شیمی کلوئید))
*((شیمی کوانتومی))
*((شیمی محلولها))
*((پیل الکتروشیمیایی))
*((غلظت))
*((الکتروشیمی تعادل))