الفيزياء الكيميائية

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

الفيزياء الكيميائية فرع من فروع الفيزياء يدرس العمليات الكيميائية من منظور فيزيائي. ويركز هذا الفرع على فهم الخصائص الفيزيائية وسلوك الأنظمة الكيميائية، مستخدماً مبادئ من الفيزياء والكيمياء. ويبحث هذا المجال في الظواهر الفيزيائية والكيميائية باستخدام تقنيات من الفيزياء الذرية والجزيئية وفيزياء المادة المكثفة .

تُعرّف وزارة التعليم الأمريكية الفيزياء الكيميائية بأنها "برنامج يركز على الدراسة العلمية للظواهر الهيكلية التي تجمع بين تخصصات الكيمياء الفيزيائية والفيزياء الذرية/الجزيئية. ويشمل التدريس في الهياكل غير المتجانسة، والمحاذاة وظواهر السطح، ونظرية الكم ، والفيزياء الرياضية ، والميكانيكا الإحصائية والكلاسيكية ، والحركية الكيميائية ، وفيزياء الليزر ." [ 1 ]

التمييز بين الفيزياء الكيميائية والكيمياء الفيزيائية

على الرغم من أن الفيزياء الكيميائية تقع على مفترق طرق الفيزياء والكيمياء، إلا أنها تتميز عن الكيمياء الفيزيائية بتركيزها الأكبر على استخدام النظريات الفيزيائية لفهم وتفسير الظواهر الكيميائية على المستوى المجهري، مثل ميكانيكا الكم، والميكانيكا الإحصائية، وديناميكيات الجزيئات. في المقابل، تستخدم الكيمياء الفيزيائية نطاقًا أوسع من الأساليب، مثل الديناميكا الحرارية والحركية، لدراسة الطبيعة الفيزيائية للعمليات الكيميائية. من جهة أخرى، تتناول الكيمياء الفيزيائية الخصائص الفيزيائية وسلوك المادة في التفاعلات الكيميائية، وتغطي نطاقًا أوسع من المواضيع مثل الديناميكا الحرارية ، والحركية ، والتحليل الطيفي ، وغالبًا ما تربط بين السلوك الكيميائي على المستويين العياني والمجهري. لا يزال التمييز بين هذين المجالين بحاجة إلى مزيد من التوضيح نظرًا لتشابههما في بعض الجوانب. غالبًا ما يمارس العلماء كلا المجالين خلال أبحاثهم، لوجود تداخل كبير في المواضيع والتقنيات المستخدمة. [ 2 ] تغطي مجلات مثل PCCP ( الكيمياء الفيزيائية والكيمياء الفيزيائية ) الأبحاث في كلا المجالين، مسلطة الضوء على أوجه التشابه بينهما.

تاريخ

استُخدم مصطلح "الفيزياء الكيميائية" بمعناه الحديث لأول مرة من قِبل العالم الألماني أ. أويكن، الذي نشر كتاب "مقدمة في الفيزياء الكيميائية" عام 1930. وقبل ذلك، في عام 1927، أشار كتاب "الكيمياء الإلكترونية" الذي ألفه كل من ف. ن. كوندراتيف، ون. ن. سيمينوف، وي. ب. خاريتون، إلى معنى "الفيزياء الكيميائية" من خلال عنوانه. تأسس معهد الفيزياء الكيميائية التابع لأكاديمية العلوم في الاتحاد السوفيتي عام 1931. وفي الولايات المتحدة، تُنشر " مجلة الفيزياء الكيميائية " منذ عام 1933. [ 3 ]

في عام 1964، أنشأت مؤسسة جنرال إلكتريك جائزة إيرفينغ لانغمير في الفيزياء الكيميائية لتكريم الإنجازات المتميزة في هذا المجال. سُميت الجائزة تيمناً بالعالم الحائز على جائزة نوبل إيرفينغ لانغمير ، وهي تُمنح تقديراً للمساهمات الهامة في فهم الظواهر الكيميائية من خلال مبادئ الفيزياء، مما يؤثر على مجالات مثل كيمياء الأسطح وميكانيكا الكم. [ 4 ]

ما يفعله الفيزيائيون الكيميائيون

يدرس علماء الفيزياء الكيميائية بنية وديناميكيات الأيونات والجذور الحرة والبوليمرات والتجمعات والجزيئات . تشمل أبحاثهم دراسة الجوانب الكمومية للتفاعلات الكيميائية، وعمليات الذوبان، وتدفق الطاقة داخل الجزيئات وبينها، بالإضافة إلى المواد النانوية مثل النقاط الكمومية. تتضمن التجارب في الفيزياء الكيميائية عادةً استخدام طرق التحليل الطيفي لفهم الروابط الهيدروجينية ، وانتقال الإلكترونات ، وتكوين الروابط الكيميائية وانحلالها ، والتفاعلات الكيميائية، وتكوين الجسيمات النانوية .

تهدف الأبحاث في الجانب النظري للفيزياء الكيميائية إلى فهم كيفية عمل البنى والتفاعلات الكيميائية على المستوى الكمي. كما يهدف هذا المجال إلى توضيح سلوك الأيونات والجذور الحرة وتفاعلها في الحالة الغازية، وتطوير تقريبات دقيقة تُسهّل حساب فيزياء الظواهر الكيميائية.

يبحث علماء الفيزياء الكيميائية عن إجابات لأسئلة مثل:

  • هل يمكننا اختبار تنبؤات ميكانيكا الكم تجريبياً فيما يتعلق باهتزازات ودوران الجزيئات البسيطة؟ أو حتى تلك الخاصة بالجزيئات المعقدة (مثل البروتينات )؟
  • هل يمكننا تطوير طرق أكثر دقة لحساب البنية الإلكترونية وخصائص الجزيئات؟
  • هل يمكننا فهم التفاعلات الكيميائية انطلاقاً من المبادئ الأساسية؟
  • لماذا تبدأ النقاط الكمومية بالوميض (بنمط يشير إلى حركية كسورية [ 5 ] ) بعد امتصاص الفوتونات ؟
  • كيف تحدث التفاعلات الكيميائية في الواقع؟
  • ما هي العملية خطوة بخطوة التي تحدث عندما يصبح جزيء معزول مذابًا؟ أو عندما تصبح مجموعة كاملة من الجزيئات مذابة؟
  • هل يمكننا استخدام خصائص الأيونات السالبة لتحديد الهياكل الجزيئية، أو فهم ديناميكيات التفاعلات الكيميائية، أو شرح التفكك الضوئي ؟
  • لماذا يؤدي تدفق الأشعة السينية اللينة إلى إخراج عدد كافٍ من الإلكترونات من الذرات في عنقود الزينون مما يتسبب في انفجار العنقود؟

المجلات

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ تفاصيل رمز CIP 40.0508
  2. ↑ «مقدمة في الفيزياء الكيميائية. بقلم جيه سي سلاتر. 521 صفحة + 14 صفحة تمهيدية. لندن: شركة ماكجرو هيل للنشر المحدودة، 1939. 33 شلنًا» . مجلة جمعية الصناعات الكيميائية . 59 (11): 187. 16 مارس 1940. doi : 10.1002/jctb.5000591106 . ISSN 0368-4075 . 
  3. ↑ "الفيزياء الكيميائية" . TheFreeDictionary.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 31-03-2024 .
  4. ↑ "جائزة إيرفينغ لانغمير في الفيزياء الكيميائية" . الجمعية الكيميائية الأمريكية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 أبريل 2024 .
  5. ↑ روتزان، آرون ل.؛ جاين، براشانت ك. (2015-04-08). "وميض التلألؤ لنقطة كمومية متفاعلة" . رسائل نانو . 15 (4): 2504-2509 . doi : 10.1021/acs.nanolett.5b00068 . ISSN 1530-6984 . PMID 25730168 .