כימיה פיזיקלית עוסקת בתכונות הפיזיקליות של החומרים ובשינוי שלהם, כגון: טמפרטורה, מסיסות, ערבוב, חמצון-חיזור ועוד. נכללים בה חקר מקרוסקופי, אטומי ותת-אטומי של תופעות בכימיה, במונחים וחוקים פיזיקליים. היא מיישמת את העקרונות והרעיונות של פיזיקה כגון תנועה, אנרגיה, כח, זמן, תרמודינמיקה, כימיה קוואנטית, מכניקה סטטיסטית ועוד.
יש להבדיל בין פיזיקה כימית לכימיה פיזיקלית, כאשר פיזיקה כימית מתרכזת יותר בתאוריות פיזיות ובמאפיינים פיזיים של חומרים שונים בטבע, ואילו כימיה פיזיקלית מתרכזת בלימודי טבע הכימיה בפיזיקה. חרף שמותיהם הדומים של שני התחומים ונושאיהם הדומים לכאורה, קשרם זה לזה מעורפלים, וחוקרים רבים מעדיפים ללמוד אותם כשני מקצועות נפרדים.
עקרונות מפתח
אחד מעקרונות המפתח בכימיה קלאסית הוא שכל התרכובות הכימיות יכולות להיות מתוארות כקבוצות של אטומים הקשורים זה לזה, ותגובות כימיות יכולות להיות מתוארות כיצירה ופירוק של הקשרים הללו. צפייה מראש של התנהגותן של תרכובות כימיות על ידי תיאור של אטומים וכיצד הם מתחברים, היא אחת ממטרות-העל של כימיה פיזיקלית. על-מנת לתאר את האטומים והקשרים בדיוק, נחוץ לדעת היכן גרעיני האטום נמצאים, וכיצד אלקטרונים פזורים סביבם.
כימיה קוואנטית, תת-שדה של כימיה פיזיקלית, עוסק בעיקר בישום מכניקת הקוונטים עבור בעיות בכימיה, ומעניק כלים לקביעת כמה חזקים קשרים כימיים ומהם צורתם, כיצד גרעינים נעים, וכמה אור יכול להבלע או להפלט על ידי תרכובת כימית.
נושא נוסף שמעסיק את הכימיה הפיזיקלית היא אלו סוגים של תגובות יכולים להתרחש באפן ספונטני, ואילו תכונות קיימות עבור תערובת כימית נתונה. נושא זה נלמד בתרמודינמיקה, שקובעת עד כמה יכולה תגובה להתרחש, או כמה אנרגיה יכולה להפוך לעבודה.
אילו תגובות אכן מתרחשות וכמה מהר נוגעות לענף של קינטיקה כימית; עקרון מפתח בענף זה הוא כי על-מנת שמגיבים אכן יגיבו ויהפכו לתוצרים, מרבית החומרים הכימיים חייבים לעבור במצב מעבר, הדורש אנרגיה גבוהה יותר מאשר המגיבים או התוצרים עצמם, ומהווה ״מחסום״ לתגובה. באפן כללי, ככל שהמחסום גבוה יותר, כך התגובה איטית יותר. שאלות מפתח בקינטיקה הן כיצד קצב התגובה מושפע מהטמפרטורה ומהריכוזים של המגיבים והזרזים בתערובת התגובה, כמו גם כיצד ניתן לתכנן את תנאי הזרזים והמגיבים למצב שיביא לקצב התגובה האופטימלי.
היסטוריה
ערך מורחב – היסטוריה של הכימיה
המונח ״כימיה פיזיקלית״ נטבע בשנת 1752 על ידי מיכאיל לומונוסוב, כאשר זה הציג קורס באוניברסיטת פטרסבורג.
כימיה פיזיקלית מודרנית החלה בשנות ה-60 עד ה-80 של המאה ה-19, בעבודות של תרמודינמיקה, אלקטרוליטים בתמיסות, קינטיקה כימית ועוד. התפתחויות בעשורים לאחר-מכן כללו יישום של מכניקה סטטיסטית עבור מערכות בכימיה, ועבודות בתחום הקולואידים, לה תרם רבות אירווינג לאנגמיור. צעד חשוב נוסף היה פיתוח המכניקה הקוונטית משנות ה-30 של המאה ה-20 ואלך. התפתחויות תאורטיות הלכו יד ביד עם התפתחויות בשיטות ניסוי, אליהן נכנסו צורות שונות של ספקטרוסקופיה.
התפתחות נוספת בכימיה פיזיקלית מיוחסת גם לגילויים בכימיה גרעינית, ובמיוחד בהפרדת איזוטופים, גילויים חדשים באסטרוכימיה והתפתחות של אלגוריתמים חישוביים, כגון נקודת רתיחה או נקודה קריטית.
תחומים קשורים
ראו גם
קישורים חיצוניים
| כימיה
|
| מילון מונחים של נוסחאות כימיות (אנ') • רשימה של ביומולקולות (אנ') • רשימת תרכובות אי-אורגניות (אנ') • הטבלה המחזורית
|
| אנליטית
|
כימיה אינסטרומנטלית • שיטות אלקטרואנליטיות • ספקטרוסקופיה (IR, ראמאן, אולטרה סגול, NMR) • ספקטרומטר מסה (EI, ICP, MALDI) • הפרדת חומרים • כרומטוגרפיה • קריסטלוגרפיה • אפיון חומרים • טיטור • כימיה רטובה • קלורימטריה • אנליזת יסודות
|
![]()
|
| תאורטית
|
כימיה קוונטית • כימיה חישובית (כימיה מתמטית) • מידול מולקולרי • מכניקה מולקולרית • דינמיקה מולקולרית • מבנה מולקולרי (מודל VSEPR)
|
| פיזיקלית
|
אלקטרוכימיה (ספקטרואלקטרוכימיה, פוטואלקטרוכימיה) • תרמוכימיה • תרמודינמיקה כימית • מדע של פני שטח • מדע קולואידים (מיקרומטריה) • קריוכימיה • סונוכימיה • כימיה מבנית • פיזיקה כימית (פיזיקה מולקולרית) • פמטוכימיה • קינטיקה כימית • ספקטרוסקופיה • פוטוכימיה • כימיית ספין • כימיה מיקרוגלית • כימיה של שיווי משקל • מכנוכימיה
|
| אי-אורגנית
|
כימיה קואורדינטיבית • מגנטוכימיה • כימיה אורגנו-מתכתית (כימיה אורגנו-לנתנידית) • כימיה של צברים • כימיה של מצב מוצק • כימיה קרמית
|
| אורגנית
|
סטריאוכימיה • כימיה אורגנית פיזיקלית • תגובה אורגנית • סינתזה אורגנית • אנליזה רטרו-סינתטית • סינתזה אננטיוסלקטיבית • סינתזה מוחלטת/סינתזה למחצה • כימיה של פולרנים • כימיה פולימרית • פטרוכימיה • כימיה קוולנטית דינמית
|
| ביולוגית
|
ביוכימיה (ביולוגיה מולקולרית, ביולוגיה של התא) • ביולוגיה כימית (כימיה ביו-אורתוגונלית) • כימיה תרופתית (פרמקולוגיה) • כימיה קלינית • נוירוכימיה • כימיה ביו-אורגנית • כימיה ביו-אורגנו-מתכתית • כימיה ביו-אי-אורגנית • כימיה ביו-פיזיקלית
|
| בין תחומי
|
כימיה גרעינית (רדיוכימיה, כימיה של קרינה, כימיה אקטינידית) • קוסמוכימיה/אסטרוכימיה/כימיה כוכבית • גאוכימיה (ביוגאוכימיה, פוטוגאוכימיה) • כימיה סביבתית (כימיה אטמוספירית, אוקיינוגרפיה כימית) • כימיה של חימר • קרבוכימיה • כימיה של מזון (כימיה של פחמימות, כימיה פיזיקלית של מזון) • כימיה חקלאית (כימיה של קרקע)
הוראת כימיה (כימיה חובבנית, כימיה כללית) • כימיה חשאית • כימיה פורנזית (טוקסיקולוגיה פורנזית, כימיה שלאחר המוות) • ננוכימיה (כימיה סופרא מולקולרית) • סינתזה כימית (כימיה ירוקה, כימיית קליק, כימיה קומבינטורית, ביוסינתזה) • הנדסה כימית (סטויכיומטריה) • מדע החומרים (מטלורגיה, הנדסה קרמית, מדע הפולימרים)
|
| ראו גם
|
היסטוריה של הכימיה • פרס נובל לכימיה • ציר הזמן של הכימיה (של גילוי היסודות הכימיים) • "המדע המרכזי" • תגובה כימית (קטליזה) • יסוד כימי • תרכובת • אטום • מולקולה • יון • כימיקל • קשר כימי • אלכימיה • מכניקת הקוונטים
|
| פורטל כימיה
|
