Физикална хемија или физичка хемија је настала обједињавањем знања из физике, хемије, термодинамике и квантне механике да би се опажене макроскопске појаве описале на атомском и молекулском нивоу, дакле, физикална хемија се бави везом између микроскопских и макроскопских особина материје. Нпр., величина молекула у течности се може одредити на основу мерења њеног индекса преламања и густине, или на основу топлотног капацитета и површинског напона.[1]
Физичка хемија, за разлику од хемијске физике, је предоминантно (мада не увек) макроскопска или супра-молекуларна наука. Већина принципа на којима је физичка хемија заснована су концепти везани за масе, пре него за саме молекуларне/атомске структуре. На пример, хемијска равнотежа, и колоиди.
Неки од односа које физичка хемија настоји да реши укључују ефекте:
Кључни концепти физичке хемије се тичу начина на који се чиста физика примењује на хемијске проблеме.
Један од кључних концепата класичне хемије је да се сва хемијска једињења могу описати као групе атомавезаних заједно, а хемијске реакције се могу описати као формирање и раскидање тих веза. Предвиђање својстава хемијских једињења полазећи од описа атома и начина на који су они везани, један је од главних циљева физичке хемије. Да би се прецизно описали атоми и везе, неопходно је да се зна где су нуклеуси, и како су електрони распоређени око њих.[12]
Квантна хемија, која је потпоље физичке хемије се бави применом квантне механике на хемијске проблеме. Она пружа оруђа за одређивање јачине и облика веза,[12] начина кретања нуклеуса, и начина на који хемијска једињења апсорбују или емитују светлост.[13]Спектроскопија је сродна поддисциплина физичке хемије која се специфично бави интеракцијама електромагнетне радијације са материјом.
Још једна група важних питања у хемији се тиче врста реакција које се могу спонтано одвијати, као и могућих својстава дате хемијске смеше. Та питања су у области изучавања хемијске термодинамике, која одређује границе квантитета као што је степен до којег се реакција може одвијати, или количина енергије која се може конвертовати у рад у машини са унутрашњим сагоревањем, и која пружа везе између својстава као што су коефицијент термалне експанзије и брзина промене ентропије са притиском за гас или течност.[14] То се често може користити за процену изводивости дизајна реактора или машине, или за проверу валидности експерименталних података. У извесној мери, квази-еквилибријумска и неравнотежна термодинамика могу да опишу иреверзибилне промене.[15] Међутим, класична термодинамика се углавном бави системима у еквилибријуму и реверзибилним променама, а не тиме шта се заправо догоди, или колико брзо, далеко од еквилибријума.
Које реакције се одвијају и којом брзином је предмет хемијске кинетике, још једне гране физичке хемије. Кључна идеја у хемијској кинетици је да би реагенси реаговали и формирали продукте, већина хемијских врста мора да прође кроз прелазна стања која имају вишу енергију него било реактанти или продукти и служе као реакционе баријере.[16] У општем случају, што је виша баријера, то је спорија реакција. Друга идеја је да се већина хемијских реакција одвија као секвенца елементарних реакција,[17] свака од којих са својим сопственим прелазним стањем. Кључна питања у кинетици су како брзина хемијске реакције зависи од температуре и концентрације реактаната и катализатора у реакционој смеши, као и како се катализатори и реакциони услови могу подесити да се оптимизује брзина реакције.
Чињеница да се брзина одвијања хемијске реакције често може специфицирати са само неколико концентрација и температура, без потребе за познавањем свих позиција и брзина молекула у смеши, је специјални случај још једног кључног концепта физичке хемије. То је да у мери у којој инжињер то треба да зна, све што се догађа у смеши са великим бројем честица (можда реда величине Авогадрове константе, 6 x 1023) се често може описати са само неколико променљивих као што су притисак, температура, и концентрација. Прецизни разлози за то су описани у статистичкој механици,[18] специјализованој области физичке хемије која се такође сматра и делом физике. Статистичка механика такође пружа начине да се предвиде својства која се могу уочити у свакодневном животу полазећи од молекуларних својстава без зависности од емпиријских корелација базираних на хемијским сличностима.[15]
Према легенди, први физички хемичар је био Архимед када је мерењем густине утврдио да круна његовог владара није од чистог злата.
Темеље модерној физичкој хемији поставили су Аренијус, ван Хоф, Оствалд и Нернст 1890. године. У енглеском говорном подручју пионирским радовима истакао се Гибс који је 1867. објавио чувени чланак „О равнотежи хетерогених супстанци“ ("On the Equilibrium of Heterogeneous Substances") у којем је увео појмове слободне енергије, хемијског потенцијала, правила фаза, основне концепте модерне физичке хемије.[19]
Термин „физичка хемија“ је сковао Михаил Ломоносов 1752. године кад је дао предавање на курсу са насловом "Курс истинске физичке хемије" (руски: „Курс истинной физической химии“) студентима на Петроградском универзитету.[20] У предговору ових предавања он је дао дефиницију: "Физичка хемија је наука која мора да објасни уз помоћ физичких експеримената разлог за оно што се догађа у комплексним телима путем хемијских операција".
Даљи развој у физичкој хемији се може приписати открићима у нуклеарној хемији, посебно у сепарацији изотопа (пре и током Другог светског рата), недавним открићима у астрохемији,[23] као и развојем алгоритама за прорачуне у пољу „адитивних физикохемијских особина“ (практично свих физикохемијских особина, као што су тачка кључања, критична тачка, површински напон, водени напон, итд. - више од 20 особина - може се прецизно израчунати из саме хемијске структуре, независно од тога да ли је молекул синтетисан), и у тој области је концентрисан практични значај савремене физичке хемије.
Феноменолошка кинетика
Феноменолошка кинетика је експериментално изучавање брзина реакција.[24][25] Термодинамика даје увид у спонтаност реакције под датим условима, али не пружа информације о брзини којом се реакција одвија. У многим областима примене, реакциона брзина је важан фактор, а не равнотежна својства система. Један интересантан пример је:
Cдијамант Cграфит
На собној температури и атмосферском притиску ова реакција је спонтана, јер је Δμ је негативно. Међутим, брзина реакције на датој температури и притиску је изузетно мала, тако да се реакција практично не одвија.
Један од старијих журнала који су се бавио хемијом и физиком је Annales de chimie et de physique. Он је започет 1789. године, и објављиван је под тим именом током периода 1815–1914.
^R. Hill, The Mathematical Theory of Plasticity, . Oxford University Press. 1998.
Jacob Lubliner, Plasticity Theory, Macmillan Publishing, New York (1990)
L. M. Kachanov, Fundamentals of the Theory of Plasticity, Dover Books
A.S. Khan and S. Huang, Continuum Theory of Plasticity, Wiley (1995)
J. C. Simo, T. J. Hughes, Computational Inelasticity, Sprinɡ
^[1]Архивирано на сајту Wayback Machine (28. фебруар 2017) "Konstrukcijski elementi I", Tehnički fakultet Rijeka, Božidar Križan i Saša Zelenika, 2011.
^Dragojević, Milosav; Popović, M.; S. Stević; Šćepanović, V. (1999). Opšta hemija (2. изд.). Beograd: Univerzitet u Beogradu, Tehnološko-metalurški fakultet. COBISS.SR76815884.
^Steinfeld, Jeffrey I.; Francisco, Joseph S.; Hase, William L. (20. 8. 1998). Chemical Kinetics and Dynamics (2nd изд.). Prentice Hall. ISBN978-0-13-737123-5.
^Herrmann, R.; Onkelinx, C. (1986). „Quantities and units in clinical chemistry: Nebulizer and flame properties in flame emission and absorption spectrometry (Recommendations 1986)”. Pure and Applied Chemistry. 58 (12): 1737—1742. S2CID96002955. doi:10.1351/pac198658121737.
^Ashby, Michael; Shercliff, Hugh; Cebon, David (2007). Materials: engineering, science, processing and design (1st изд.). Butterworth-Heinemann. ISBN978-0-7506-8391-3.
^Hammett, Louis P (1940). Physical Organic Chemistry. New York: McGraw Hill..
^Hammond, George S. (1997). „Physical organic chemistry after 50 years: It has changed, but is it still there?”. Pure and Applied Chemistry. 69 (9): 1919—22. S2CID53723796. doi:10.1351/pac199769091919.
Atkins, P.W. (2001). Physical Chemistry. Oxford University Press. ISBN978-0-19-879285-7.
Dragojević, Milosav; Popović, M.; S. Stević; Šćepanović, V. (1999). Opšta hemija (2. изд.). Beograd: Univerzitet u Beogradu, Tehnološko-metalurški fakultet. COBISS.SR76815884.
Mirskiy, Anton G. (2009). Thermochemistry and Advances in Chemistry Research. Nova Science Pub Inc. ISBN978-1606923764.
Dondur, dr. Vera (1982). Hemijska kinetika. Beograd: Univerzitet u Beogradu, Prirodnomatematički fakulteti, Fakultet za fizičku hemiju. ISBN86-87139-04-9 Проверите вредност параметра |isbn=: checksum (помоћ).
Atkins, P.; Paula, J. de (2013). Physikalische Chemie. 5. Weinheim: Wiley-VCH. ISBN978-3-527-33247-2.
Gerd Wedler (2004). Lehrbuch der Physikalischen Chemie. Wiley-VCH. ISBN978-3-527-31066-1.
T. Engel, P. Reid (2006). Physikalische Chemie. Pearson Studium. ISBN978-3-8273-7200-0.
W. Bechmann, J. Schmidt (2005). Einstieg in die physikalische Chemie für Nebenfächler. Teubner. ISBN978-3-8351-0035-0.
W. J. Moore, D. O. Hummel, G. Trafara, K. Holland-Moritz (1999). Physikalische Chemie. Walter de Gruyter. ISBN978-3-11-010979-5.CS1 одржавање: Вишеструка имена: списак аутора (веза)
Kurt Schwabe. Physikalische Chemie.. Band 1. Akademie Verlag|Akademie-Verlag, Berlin 1973.
Gavroglu, Kostas; Simões, Ana (2011). Neither Physics Nor Chemistry .A History of Quantum Chemistry. MIT Press. ISBN978-0-262-01618-6.
Karplus, M.; Porter R.N. (1971). Atoms and Molecules. An introduction for students of physical chemistry. Benjamin–Cummings Publishing Company. ISBN978-0-8053-5218-4.
Pullman, Bernard; Pullman, Alberte (1963). Quantum Biochemistry. New York and London: Academic Press. ISBN978-90-277-1830-3.
Askeland, Donald R.; Phulé, Pradeep P. (2005). The Science & Engineering of Materials (5th изд.). Thomson-Engineering. ISBN978-0-534-55396-8.
Ralph H. Fowler, Edward A. Guggenheim (1939). Statistical Thermodynamics, Cambridge University Press, Cambridge UK.
Josiah Willard Gibbs (1875). „On the equilibrium of heterogeneous substances”. Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences. 3: 108—248..
Edward A. Guggenheim (1949/1967). Thermodynamics. An Advanced Treatment for Chemists and Physicists, (1st edition 1949) 5th edition 1967, North-Holland, Amsterdam.
Haase, R. (1971). Survey of Fundamental Laws, chapter 1 of Thermodynamics, pages 1–97 of volume 1, ed. W. Jost, of Physical Chemistry. An Advanced Treatise, ed. H. Eyring, D. Henderson, W. Jost, Academic Press, New York, lcn 73–117081.
House, James E. (2007). Principles of Chemical Kinetics (Second изд.). Academic Press. ISBN978-0-12-356787-1.
J. R. Partington (1949). An Advanced Treatise on Physical Chemistry, volume 1, Fundamental Principles. The Properties of Gases, Longmans, Green and Co., London.
Brian Pippard (1957). The Elements of Classical Thermodynamics. Cambridge University Press.
Max Planck (1923/1926). Treatise on Thermodynamics, third English edition translated by A. Ogg from the seventh German edition, Longmans, Green & Co., London.