Especialidad en Fisicoquímica

Especialidad en Fisicoquímica

Fisicoquímica

La fisicoquímica, además llamada química física, es una sub-disciplina de la química que estudia la materia usando conceptos físicos y químicos.

Según Gilbert N. Lewis, «la fisicoquímica es cualquier cosa interesante», con lo que posiblemente se refería al producido de que varios fenómenos de la naturaleza con en lo que se refiere a la materia son de primordial interés en la fisicoquímica.

La fisicoquímica representa una rama donde pasa un cambio de distintas ciencias, como la química, la física, termodinámica, electroquímica y mecánica cuántica, donde las funcionalidades matemáticas tienen la posibilidad de representar interpretaciones a grado molecular y atómico estructural. Cambios en la temperatura, presión, volumen, calor y trabajo en los sistemas, sólido, líquido y/o gaseoso se hallan además involucrados con estas interpretaciones de relaciones moleculares.

Al físico de Estados Unidos del siglo XIX Willard Gibbs además se le estima el papá fundador de la fisicoquímica, puesto que en su publicación de 1876, On the Equilibrium of Heterogeneous Substances (Estudio sobre la estabilidad de sustancias heterogéneas) acuñó términos como energía independiente, potencial químico y regla de las etapas, que años después podrían ser de primordial interés de análisis en esta disciplina.

La fisicoquímica actualizada tiene firmes bases en la física pura, superficies de análisis bastante relevantes en ella integran a la termoquímica (termodinámica química), cinética y dinámica química, química cuántica, mecánica estadística, electroquímica, magnetoquímica, energética, química del estado sólido y de zonas, y espectroscopia. La fisicoquímica forma parte importante en el análisis de la ciencia de materiales.

Historia de la fisicoquímica

No se constituyó como especialidad sin dependencia de química hasta inicios del siglo XX. Tienen la posibilidad de tomar como punto de inicio de la nueva especialidad las fechas de construcción de 2 de las primeras revistas que incorporaron este nombre a su título: la alemana Zeitschrift für physikalische Chemie, dirigida por Wolfgang Ostwald y Jacobus Henricus van t Hoff, que comenzó su publicación en 1887, y la de Estados Unidos Journal of Physical Chemistry A, dirigida por Wilder Dwight Bancroft a partir de 1896. Pese a ello, a lo largo de todo el siglo XIX se han realizado notables aportaciones a ciertos de los campos que usualmente acostumbran reunirse como parte de la fisicoquímica, como por ejemplo la electroquímica, la termoquímica o la cinética química.

La obra de Alessandro Volta, en especial la pila que lleva su nombre, ha sido el punto de inicio de varios trabajos en los cuales se estudió los efectos de la electricidad sobre los compuestos químicos. A comienzos del siglo XIX, Humphry Davy hizo pasar la corriente eléctrica por medio de sosa cáustica y potasa fundida, lo cual le permitió aprender 2 nuevos metales: el sodio y el potasio. Su primordial discípulo y su sustituto en la Royal Institution ha sido Michael Faraday, que continuó las averiguaciones de su maestro. En un artículo publicado en 1834, Faraday planteó sus 2 conocidas leyes sobre la electrólisis. La primera asegura que la proporción de sustancia que se deposita en un electrodo es proporcional a la proporción de carga eléctrica que atraviesa el circuito. En su segunda ley, Faraday confirma que la proporción de carga eléctrica que produce el desprendimiento de un gramo de hidrógeno genera el desprendimiento de una porción igual al equivalente electroquímico de otras sustancias.

Los trabajos hechos por Antoine Lavoisier y Pierre-Simon Laplace comúnmente se piensan el punto de inicio de la termoquímica. Crearon un nuevo instrumento, el calorímetro, en el cual podía hacer mediciones sobre la proporción de "calórico" desprendido a lo largo de las actitudes químicas. Laplace y Lavoisier creían que el calórico era uno de los recursos imponderables y que los gases eran compuestos de calórico y el componente que corresponde. En la primera mitad del siglo XIX, se dejó la iniciativa del calórico y empezaron a desarrollarse las averiguaciones que han permitido el establecimiento de las leyes de la termodinámica. La aplicación de estas indagaciones a los procesos químicos permitió el surgimiento de la termoquímica, debido a la obra de autores como Marcelin Berthelot o Henry Le Châtelier.

Uno de los primeros trabajos dedicados al análisis de la cinética química ha sido el llevado a cabo por Ludwig Ferdinand Wilhelmy sobre la rapidez de cambio de configuración de determinados azúcares en presencia de un ácido. Al rededor del siglo XIX, Wilhelmy alcanzó la conclusión de que la rapidez del cambio era proporcional a la concentración de la sacarosa y del ácido y que además variaba con la temperatura. La participación entre un químico, George Vernon Harcourt, y un matemático, William Esson, permitió la introducción de ecuaciones diferenciales en el análisis de la cinética química. Esson ha sido el introductor de los conceptos de actitudes de "primer orden", cuya rapidez es proporcional a la concentración de un solo reactivo, y de actitudes de "segundo orden", en las cuales la rapidez es proporcional al producto de 2 concentraciones. En los últimos años del siglo XIX, los trabajos de Jacobus Henricus vant Hoff han tenido una gigantesca predominación en este y otros campos de la química. Entre sus aportaciones, está la introducción del procedimiento diferencial para el análisis de la rapidez de las actitudes químicas y su exitosa ecuación que posibilita relacionar la rapidez y la temperatura de la actitud.

El desarrollo de la mecánica cuántica y su aplicación al análisis de los fenómenos químicos fue uno de los cambios más notables que se han producido en la química del siglo XX. Entre los científicos que más aportaciones realizaron en este sentido está Linus Pauling, creador de libros tan significativos como su Introduction to Quantum Mechanics, With Applications to Chemistry (1935) o The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals (1939). Entre otras muchas aportaciones, Linus Pauling ha sido el introductor del nuevo criterio de electronegatividad.

¿Qué hacen los físicos químicos?

Generalmente, los físicos químicos investigan la mica de iones, radicales libres, clústeres, moléculas y polímeros. Las zonas de análisis integran la conducta cuántica de las actitudes químicas, el proceso de solvatación, el flujo de energía inter- e intra-molecular, y entidades primordiales como los aspectos cuánticos. Los físicos químicos experimentales utilizan una diversidad de técnicas espectroscópicas para comprender mejor el enlace de hidrógeno, la transferencia de electrones, la formación y desintegración de enlaces químicos, las actitudes químicas y la formación de nanopartículas. Los físicos químicos teóricos inventan simulaciones de los procesos moleculares investigados en dichos experimentos como para describir los resultados como para dirigir averiguaciones futuras. Las metas de la indagación física química integran la comprensión de las construcciones y actitudes al grado de mecánica cuántica, el esclarecimiento de la composición y reactividad de los iones y radicales en etapa gaseosa, y el hallazgo de aproximaciones precisas para hacer computacionalmente accesible la física de los fenómenos químicos.

Los físicos químicos están buscando respuestas para preguntas como:

• ¿Se pueden probar experimentalmente las predicciones de la mecánica cuántica respecto a la vibración y rotación de moléculas sencillas?
• ¿Se pueden desarrollar métodos más exactos para calcular la estructura electrónica y las propiedades de las moléculas?
• ¿Podemos entender las reacciones químicas a partir de principios fundamentales?
• ¿Por qué los puntos cuánticos parpadean (en un patrón que sugiere cinético fractal) después de absorber fotones de luz?
• ¿Cómo tienen lugar realmente las reacciones químicas?
• ¿Cuál es el proceso paso a paso que ocurre cuando una molécula aislada se solvata?
• ¿Pueden usarse las propiedades de iones negativos para determinar estructuras moleculares, comprender la dinámica de las reacciones químicas, o explicar la fotodisociación?
• ¿Por qué una corriente de rayos X blandos arranca suficientes electrones de los átomos de un clúster de xenón para causar que dicho clúster explote?