شيمي فيزيک

لينک کوتاه اين مقاله :
http://www.niazemarkazi.com/article/pdf/10011455.html

135

شيمي فيزيک

شيمي فيزيک (Physical chemistry) بخشي از علم شيمي است که در آن ، از اصول و قوانين فيزيکي ، براي حل مسائل شيميايي استفاده مي‌شود. به عبارت ديگر ، هدف از شيمي فيزيک ، فراگيري اصول نظري فيزيک در توجيه پديده‌هاي شيميايي است. براي آشنايي بيشتر با علم شيمي فيزيک ، بايد با زير مجموعه‌هاي اين علم آشنا شويم و اهداف اين علم را در دل اين زير مجموعه‌ها بيابيم.



ترموديناميک شيميايي
تعيين سمت و سوي واکنش
ترموديناميک شيميايي در عمل ، برقراري چهارچوبي براي تعيين امکان پذيربودن يا خود به خود انجام شدن تحولي فيزيکي يا شيميايي معين است. به عنوان مثال ، ممکن است به حصول معياري جهت تعيين امکان پذير بودن تغييري از يک فاز به فاز ديگر بطور خود به خود مانند تبديل گرافيت به الماس يا با تعيين سمت و سوي خود به خود انجام شدن واکنشي زيستي که در سلول اتفاق مي‌افتد، نظر داشته باشيم.

در حلاجي اين نوع مسائل ، چند مفهوم نظري و چند تابع رياضي ديگر بر مبناي قوانين اول و دوم ترموديناميک و برحسب توابع انرژي گيبس ابداع شده‌اند که شيوه‌هاي توانمندي براي دستيابي به پاسخ آن مسائل ، در اختيار قرار داده‌اند.
تعادل
پس از تعيين شدن سمت و سوي تحولي طبيعي ، ممکن است علم بر ميزبان پيشرفت آن تا رسيدن به تعادل نيز مورد توجه باشد. به عنوان نمونه ، ممکن است حداکثر راندمان تحولي صنعتي يا قابليت انحلال دي‌اکسيد کربن موجود در هوا ، در آبهاي طبيعي يا تعيين غلظت تعادلي گروهي از متابوليتها ( Metabolites ) در يک سلول مورد نظر باشد. روشهاي ترموديناميکي ، روابط رياضي لازم براي محاسبه و تخمين چنين کميت‌هايي را بدست مي‌دهد.

گرچه هدف اصلي در ترموديناميک شيميايي ، تجزيه و تحليل در بررسي امکان خود به خود انجام شدن يک تحول و تعادل مي‌باشد، ولي علاوه بر آن ، روشهاي ترموديناميکي به بسياري از مسائل ديگر نيز قابل تعميم هستند. مطالعه تعادلهاي فاز ، چه در سيستم‌هاي ايده آل و چه در غير آن ، پايه و اساس کار براي کاربرد هوشمندانه روشهاي استخراج ، تقطير و تبلور به عمليات متالوژي و درک گونه‌هاي کاني‌ها در سيستم‌هاي زمين‌ شناسي مي‌باشد.
تغييرات انرژي
همين طور ، تغييرات انرژي ، همراه با تحولي فيزيکي يا شيميايي ، چه به صورت کار و چه به صورت گرما مورد توجه جدي قرار دارند؛ اين تحول ممکن است احتراق يک سوخت ، شکافت هسته اورانيوم يا انتقال يک متابوليت در بستر گراديان غلظت باشد.

مفاهيم و روشهاي ترموديناميکي ، نگرشي قوي براي درک چنان مسائلي را فراهم مي آورد که در شيمي فيزيک مورد بررسي قرار مي‌گيرند.


الکتروشيمي
تمام واکنش‌هاي شيميايي ، اساسا ماهيت الکتريکي دارند؛ زيرا الکترونها ، در تمام انواع پيوندهاي شيميايي (به راههاي گوناگون) دخالت دارد. اما الکتروشيمي ، بيش ار هر چيز بررسي پديده هاي اکسايش- کاهش (Oxidation - Reduction) است. روابط بين تغيير شيميايي و انرژي الکتريکي ، هم از لحاظ نظري و هم از لحاظ عملي حائز اهميت است.

از واکنش‌هاي شيميايي مي‌توان براي توليد انرژي الکتريکي استفاده کرد، (در سلولهايي که \"سلولها يا پيلهاي ولتايي\" يا \"سلولهاي گالواني\" ناميده مي‌شوند) و انرژي الکتريکي را مي‌توان براي تبادلات شيميايي بکار برد (در سلولهاي الکتروليتي). علاوه بر اين، مطالعه فرايندهاي الکتروشيميايي منجر به فهم و تنظيم قواعد آن گوني از پديده هاي اکسايش- کاهش که خارج از اين گونه سلولها يا پيلها روي مي دهد نيز مي‌شود.
سينتيک شيميايي (Chemical Kinetic)
سينتيک شيميايي عبارت از بررسي سرعت واکنش‌هاي شيميايي است. سرعت يک واکنش شيميايي را عوامل معدودي کنترل مي‌کنند. بررسي اين عوامل ، راههايي را نشان مي‌دهد که در طي آنها ، مواد واکنش‌دهنده به محصول واکنش تبديل مي‌شوند. توضيح تفضيلي مسير انجام واکنش بر مبناي رفتار اتم‌ها ، مولکول‌ها و يون‌ها را \"مکانيسم واکنش\" مي‌ناميم.

در ترموديناميک و الکتروشيمي ، کارها پيش‌بيني انجام واکنش بود؛ اما مشاهدات صنعتي ، نتايج ترموديناميک شيميايي را به نظر تاييد نمي‌کند. در اين حالت نبايستي فکر کنيم که پيش بيني ترموديناميک اشتباه بوده است؛ چون ترموديناميک کاري با ميزان پيشرفت واکنش و نحوه انجام فرايندها ندارد. نظر به اهميت انجام فرايندها از نظر بهره زماني ، لازم است که عامل زمان در بررسي فرايندها وارد شود.

به عنوان مثال ، کاتاليزورهاي بخصوصي به نام \"آنزيم‌ها\" در تعيين اين که کدام واکنش در سيستمهاي زيستي با سرعت قابل ملاحظه به راه بيافتد، عواملي مهم هستند. مثلا مولکول \"تري فسفات آدنوزين\" (Adnosine triphosphate) از لحاظ ترموديناميکي در محلولهاي آبي ناپايدار بوده و بايد هيدروليز گرديده و به \"دي فسفات آدنوزين\" و يک فسفات معدني تجزيه شود. در صورتي که اين واکنش در غياب آنزيمي ويژه ، \"آدنوزين تري فسفاتاز\" ، بسيار کند مي‌باشد.

در واقع همين کنترل ترموديناميکي سمت و سوي واکنش‌ها به همراه کنترل سرعت آنها توسط آنزيمهاست که موجوديت سيستمي با تعادل بسيار ظريف ، يعني سلول زنده را مقدور مي‌سازد. بيشتر واکنش‌هاي شيميايي طي مکانيسمهاي چند مرحله‌اي صورت مي‌گيرند. هرگز نمي‌توان اطمينان داشت که يک مکانيسم پيشنهاد شده ، بيانگر واقعيت باشد. مکانيسم واکنشها تنها حدس و گمانهايي بر اساس بررسيهاي سينتيکي‌اند.
ارتباط شيمي فيزيک با ساير علوم
همانطور که عنوان شد و از نام شيمي فيزيک پيداست، اين علم ، مسائل و پديده‌هاي شيميايي را با اصول و قوانين فيزيک توجيه مي‌کند و ارتباط تنگاتنگي ميان شيمي و فيزيک برقرار مي‌کند. علاوه بر آن ، روابط بسيار پيچيده شيميايي با زبان رياضي ، مرتب و طبقه‌بندي شده و قابل فهم مي‌گردد. بسياري از پديده‌هاي زيستي مانند سوخت و ساز مواد غذايي در سلولهاي بدن با علم شيمي فيزيک توجيه مي‌شود و اين ، ارتباط شيمي فيزيک را با زيست شناسي و به تبع آن پزشکي بيان مي‌کند.

بسياري از پديده هاي طبيعي که به صورت خود به خودي انجام مي‌گيرد، همانند تبديل خود به خودي الماس به گرافيت ، با علم شيمي فيزيک توجيه مي‌شود.


کاربردهاي شيمي فيزيک
ارتباط شيمي فيزيک با ساير علوم ، کاربردهاي اقتصادي و اجتماعي اين علم را بيان مي‌کند. به عنوان مثال ، با مطالعه الکتروشيمي ، به پايه و اساس پديده‌هاي طبيعي مانند خوردگي فلزات پي برده و مي‌توان از ضررهاي اقتصادي و اجتماعي چنين پديده‌هايي جلوگيري کرده و يا اين پديده‌ها را به مسيري مفيد براي جامعه سوق داد. علاوه بر آن ، کاربرد قوانين ترموديناميک مانند \"نقطه اتکيتک\" در جلوگيري از ضررهاي جاني و مالي پديده‌هاي طبيعي مانند يخ بندان بعد از بارش برف ، بسيار مفيد مي‌باشد (مخلوط کردن برف و نمک بر اساس نقطه اتکيتک).

فراموش نکنيم که تمامي باطري‌ها و پيلهايي که وسايل زندگي ما با نيروي آنها بکار گرفته مي‌شوند، براساس قوانين شيمي فيزيک ساخته شده‌اند.

منابع :
----------------------
http://daneshnameh.roshd.ir
----------------------

کلمات کليدي :
----------------------
شیمی فیزیک-کاربردهای شیمی فیزیک-سینتیک شیمیایی-الکتروشیمی-ترمودینامیک شیمیایی-
----------------------

نام ثبت کننده مقاله : parvaz2006

اين مقاله 767 بار مطالعه شده است

از تاريخ 3 آبان 1389 تعداد 1865083 مقاله از اين وبسايت به صورت فايل PDF دانلود شده است

تذکر :
در صورتی که این مقاله از دیدگاه شما کامل نیست میتوانید جهت ارتقاء وبسایت مقاله های مرتبط را بصورت رایگان درج نمایید.

URL