Fisicoquímica

A química física ou fisicoquímica^[1] é unha ciencia punto de encontro entre a química e a física que intenta estudar a materia desde o punto de vista físico,^[2] centrándose nas bases físicas dos sistemas e procesos químicos. De acordo co químico estadounidense de renome Gilbert Lewis, "A Química física é calquera cousa interesante", probablemente referíndose ó feito de que moitos fenómenos da natureza relacionados coa materia son de principal interese na química física.

A física química representa unha póla onde hai unha mestura de diversas ciencias, como a química, a física, a termodinámica, a electroquímica e a mecánica cuántica onde as funcións matemáticas poden representar interpretacións a nivel molecular e a nivel atómico. Cambios na temperatura, presión, volume, calor e traballo nos sistemas, sólido, líquido e/ou gasoso atópanse tamén relacionados a estas interpretacións de interaccións moleculares.

O químico estadounidense do século XIX Willard Gibbs é tamén considerado o pai fundador da química física, onde a súa publicación de 1876 chamada On the Equilibrium of Heterogeneous Substances (Estudo sobre o equilibrio de substancias heteroxéneas) falou de termos como a enerxía libre, potencial químico, ou a regra das fases, que anos máis tarde serían de salientable interese dentro do estudo desta disciplina.

A fisicoquímica moderna ten os seus alicerces na física pura. Áreas de estudo moi importantes nesta inclúen a termoquímica (termodinámica química), cinética química, química cuántica, mecánica estatística, electroquímica, química do estado líquido, química coloidal, química de superficies e espectroscopia. A fisicoquímica forma parte fundamental do estudo da ciencia dos materiais.

Historia

A físicoquímica non se constituíu como especialidade independente da química até finais do século XIX. O termo "química física" foi cuñado polo científico ruso Mikhaïl Lomonóssov, entre 1752 e 1756 escribiu e presentou un ciclo de conferencias sobre unha nova ciencia que titulou "Un curso de verdadeira Química Física" (en ruso: “Курс истинной физической химии”) que consideraba como unha ciencia básica para o estudo da estrutura da materia.^[3]

A química física moderna xurdiu entre as décadas de 1860 e 1880 grazas ós traballos sobre química termodinámica, electrólitos en solución e cinética química entre outras materias. Un fito clave foi a publicación en 1876 da obra On the Equilibrium of Heterogeneous Substances^[4] (Sobre o equilibrio de substancias heteroxéneas) de Josiah Willard Gibbs. Neste traballo presentáronse por vez primeira diversas das pedras angulares da química física, como os conceptos da enerxía de Gibbs, de potencial químico ou a regra das fases de Gibbs. Outros fitos importantes que cómpre salientar son a creación en 1908 do termo entalpía, atribuído ó premio Nobel de Física neerlandés Heike Kamerlingh Onnes,^[5]^[6] ou o coneixement dos procesos macromoleculares.

As primeiras revistas científicas que se dedicaron á nova disciplina foron a alemá Zeitschrift für physicalische Chemie dirixida por Wolfgang Ostwald (1853-1932) e Jacobus Henricus Van't Hoff (1852-1911), que comezou a súa publicación en 1887, e estadounidense Journal of Physical Chemistry dirixida por Wilder Dwight Bancroft (1867-1953) publicada dende 1896. Malia isto, durante todo o século XIX realizáronse notables achegas a algúns dos campos que habitualmente adoitan reunirse baixo a química física, tales como a electroquímica, a termoquímica ou a cinética química.

A obra de Alessandro Volta (1745-1827), especialmente a pila que leva o seu nome, foi o punto de partida de moitos traballos nos que se estudaron os efectos da electricidade sobre os compostos químicos. A comezos do século XIX, Humphry Davy (1778-1829) fixo pasar unha corrente eléctrica a través de solucións de sales o que lle permitiu separar e estudar dos novos metais: o sodio e o potasio. O seu principal discípulo e o seu succesor na Royal Institution foi Michael Faraday (1791-1867), que continuou as investigacións do seu mestre. Nun artigo publicado en 1834, Faraday propuxo as súas dúas leis sobre a electrólise. A primeira afirma que a cantidade de substancia que se deposita nun eléctrodo é proporcional á cantidade de carga eléctrica que atravesa o circuíto. Na segunda lei, Faraday afirma que a cantidade de carga eléctrica que provoca o desprendemento dun gramo de hidróxeno produce o desprendemento dunha cantidade igual ó equivalente electroquímico doutras substancias.

Os traballos realizados por Antoine Lavoisier (1743-1794) e Pierre Simon Laplace (1749-1827) son a miúdo considerados como o punto de partida da termoquímica. Deseñaron un novo instrumento, o calorímetro, co que podían realizar medidas sobre a cantidade de calor desprendida durante as reaccións químicas. Laplace e Lavoisier coidaban que o calórico era un dos elementos imponderables e que os gases estaban compostos por calor e o elemento correspondente. Durante a primeira metade do século XIX, a idea do calórico foi abandonada e comezaron a facerse as investigacións que permitiron o estabeleemento das leis da termodinámica. A aplicación destas investigacións nos procesos químicos permitiron o xurdimento da termoquímica, grazas á obra de autores como Marcellin Berthelot (1827-1907) ou Henry Le Chatelier (1850-1936).

Uns dos primeiros traballos dedicados ó estudo da cinética química foron as investigacións de Ludwig Ferdinand Wilhelmy (1812-1864) sobre a velocidade de cambio de configuración de determinados azucres en presenza dun ácido. A metade do século XIX, Wilhelmy chegou á conclusión de que a velocidade do cambio era proporcional á concentración de azucre e de ácido e que tamén variaba coa temperatura. A colaboración entre un químico, George Vernon Harcourt (1834-1919), e un matemático, William Esson (1838-1916), permitiu a introdución de ecuacións diferenciais no estudo da cinética química. Esson foi o introdutor de conceptos como os de reaccións de "primeira orde", a velocidade das cales é proporcional á concentración de só un reactivo, e de reaccións de "segunda orde", ás cales a velocidade é proporcional no produto de dúas concentracións. Nos últimos anos do século XIX, os treballos de Jacobus Henricus van 't Hoff (1852-1911), premio Nobel de Química de 1901, tiveron unha grande influencia neste e noutros eidos da química. Entre as súas achegas, atópase a introdución do "método diferencial" para o estudo da velocidade das reaccións químicas e a súa famosa ecuación que permite relacionar a velocidade e a temperatura dunha reacción.

O desenvolvemento da mecánica cuántica e a súa aplicación ó estudo dos fenómenos químicos foi un dos cambios máis notables que se produciron na química do século XX. Entre os científicos que máis achegas fixeron neste senso atópase Linus Pauling, autor de libros tan significativos como o seu Introduction to Quantum Mechanics, with Applications to Chemistry (1935) ou The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals (1939). Entre moitas outras achegas, Linus Pauling foi o introdutor do noso concepto moderno de electronegatividade.

Campo de estudo

A fisicoquímica moderna ten firmes bases na física pura. Entre as súas principais áreas de estudo cóntanse a termodinámica química, a cinética química, a química cuántica, a mecánica estatística, a electroquímica, a química do estado sólido e de superficies, e a espectroscopia. A fisicoquímica forma parte fundamental no estudo da ciencia dos materiais.

As principais áreas de estudo da fisicoquímica inclúen a termodinámica química, a cinética química, a química cuántica, a mecánica estatística, a electroquímica, a química de superficies, a química do estado sólido, a espectroscopia e a mecánica cuántica onde funcións matemáticas poden representar interpretacións a nivel molecular e atómico estrutural. Cambios na temperatura, presión, volume, calor e traballo nos sistemas, sólido, líquido e/ou gasoso atópanse tamén relacionados a estas interpretacións de interaccións moleculares. Ó mesmo tempo, a fisicoquímica é parte fundamental da ciencia de materiais moderna.

Segundo o afamado químico estadounidense Gilbert Lewis, "a fisicoquímica é calquera cousa interesante", referíndose ao feito que moitos fenómenos da natureza con respecto á materia son de principal interese na fisicoquímica.

Fisicoquímicos destacados

Notas

↑ Definicións no Dicionario da Real Academia Galega e no Portal das Palabras para fisicoquímica.
↑ Grup Enciclopèdia Catalana (ed.). "Física química". Gran Enciclopèdia Catalana. Arquivado dende o orixinal o 29 de maio de 2020. Consultado o 4 de febreiro de 2012.
↑ Vucinich, Alexander (1970). "Science in the age of crisis, 1884-1917. Modern Physics and Chemistry". Science in Russian Culture: 1861-1917 (en inglés). Stanford University Press. pp. páx. 388. ISBN 0804707383. Consultado o 4 de febreiro de 2012. In the 1880's Russia already had a long but tenuous tradition in physical chemistry. In 1752-56, Lomonosov wrote and lectured on a new science, which he named “physical chemistry” and identified as the primary science for studying the structure of matter.
↑ Gibbs, Josiah Willard (1876). Massachusetts Institute of Technology, ed. "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" (PDF) (en inglés). Arquivado dende o orixinal (PDF) o 26 de outubro de 2012. Consultado o 4 de febreiro de 2012.
↑ Helrich, Carl S. (2009). Modern thermodynamics with statistical mechanics (en inglés). Springer. pp. páx. 64. ISBN 3540854177. Consultado o 4 de febreiro de 2012. The Dutch physicist ans discoverer of superconductivity, Heike Kamerlingh Onnes, initially introduces the term enthalpy at the first meeting of the institute of Refrigeration in Paris in 1908. He had derived the name enthalpy from Greek word “enthalpos” (ἔνθαλπος).
↑ Trsic, Milan; Evelyn Jeniffer De Lima Toledo (2010). "Chemical Transformations and Reactions: Velocity and energy Balance". A Serious Glance at Chemistry: Basic Notions Explained (en inglés). World Scientific. pp. páx. 109. ISBN 1848165307. Consultado o 4 de febreiro de 2012. Josiah Willard Gibbs (America, 1839-1903) introduced the “head function at constant pressure” in 1875. Other scientists defined the modern term enthalpy later. The thermodynamic potential (enthalpy) was defined by the Dutch physicist Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) in the early 20th century.

Véxase tamén

Bibliografía

Peter W. Atkins (1978). Physical Chemistry. Oxford University Press. ISBN 0-7167-3539-3.
R.J. Hunter (1993). Introduction to Modern Colloid Science. Oxford University Press. ISBN 0-19-855386-2.
M. Diaz Peña, A. Roig Muntaner (1984). Química Física. Alhambra. Madrid. ISBN 84-205-0569-2.
J. Bertran Rusca, J. Núñez Delgado (2002). Química Física. Ariel, Barcelona. ISBN 84-344-8050-6.

[1] Definicións no Dicionario da Real Academia Galega e no Portal das Palabras para fisicoquímica.

[2] Grup Enciclopèdia Catalana (ed.). "Física química". Gran Enciclopèdia Catalana. Arquivado dende o orixinal o 29 de maio de 2020. Consultado o 4 de febreiro de 2012.

[3] Vucinich, Alexander (1970). "Science in the age of crisis, 1884-1917. Modern Physics and Chemistry". Science in Russian Culture: 1861-1917 (en inglés). Stanford University Press. pp. páx. 388. ISBN 0804707383. Consultado o 4 de febreiro de 2012. In the 1880's Russia already had a long but tenuous tradition in physical chemistry. In 1752-56, Lomonosov wrote and lectured on a new science, which he named “physical chemistry” and identified as the primary science for studying the structure of matter.

[4] Gibbs, Josiah Willard (1876). Massachusetts Institute of Technology, ed. "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" (PDF) (en inglés). Arquivado dende o orixinal (PDF) o 26 de outubro de 2012. Consultado o 4 de febreiro de 2012.

[5] Helrich, Carl S. (2009). Modern thermodynamics with statistical mechanics (en inglés). Springer. pp. páx. 64. ISBN 3540854177. Consultado o 4 de febreiro de 2012. The Dutch physicist ans discoverer of superconductivity, Heike Kamerlingh Onnes, initially introduces the term enthalpy at the first meeting of the institute of Refrigeration in Paris in 1908. He had derived the name enthalpy from Greek word “enthalpos” (ἔνθαλπος).

[6] Trsic, Milan; Evelyn Jeniffer De Lima Toledo (2010). "Chemical Transformations and Reactions: Velocity and energy Balance". A Serious Glance at Chemistry: Basic Notions Explained (en inglés). World Scientific. pp. páx. 109. ISBN 1848165307. Consultado o 4 de febreiro de 2012. Josiah Willard Gibbs (America, 1839-1903) introduced the “head function at constant pressure” in 1875. Other scientists defined the modern term enthalpy later. The thermodynamic potential (enthalpy) was defined by the Dutch physicist Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) in the early 20th century.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]