Fysische chemie

Deel van eenserieartikelen over; Scheikunde
	Instrumenten vooranalytische chemie
Algemeen
	Atoom·Binding·Element·Energie·Evenwicht·Ion·Reactie·Redox·Materie·Verbinding
Deelgebieden
	Analytische chemie·Anorganische chemie·Biochemie·Fysische chemie·Industrie·Organische chemie·Theoretische chemie
Portaal	Scheikunde

Fysische chemie,fysische scheikundeoffysicochemieis, naast deanorganischeen deorganische chemie,een van de klassieke deelgebieden van descheikunde.Zij houdt zich bezig met het grensgebied tussennatuur-en scheikunde, in het bijzonder de toepassing van fysische methoden op chemisch gebied. Terwijl in de preparatieve chemie dechemische synthesevan bekende en onbekende stoffen op de voorgrond staat, tracht de fysische chemie met behulp van theoretische en experimentele methoden de eigenschappen van stoffen en hun veranderingen te beschrijven en te begrijpen, met als doel voor alle relevante processen algemeen geldige wetmatigheden te formuleren.

Er bestaat een nauw verband met de natuurkunde (vooral deatoom-enmolecuulfysicaenerzijds en dethermodynamicaenstatistische fysicaanderzijds). Afhankelijk van de zwaartepunten in het onderzoek wordt wel onderscheid gemaakt tussenfysische chemieenchemische fysica.De fysische chemie biedt de basis voor dechemische technologieen de procestechniek. Chemici die zich vooral met fysische chemie bezighouden, worden welfysisch-chemicigenoemd. Fysische chemie is een verplicht onderdeel voor elke chemiestudie.

Geschiedenis

De basis voor de fysische chemie werd rond 1890 gelegd door vooralSvante Arrhenius,Jacobus van 't Hoff,Wilhelm OstwaldenWalther Nernst.In de Engelstalige wereld geldtJosiah Willard Gibbsals de grondlegger van de fysische chemie, met zijn in 1867 gepubliceerde artikelOn the Equilibrium of Heterogeneous Substances,waarin hij de begrippenvrije energie,chemische potentiaalen defaseregelontwikkelde. Ostwald en Van 't Hoff hebben hetZeitschrift für physikalische Chemie’' opgericht.

Deelgebieden

De fysische chemie is in verschillende deelgebieden onderverdeeld. De belangrijkste zijntheoretische chemie,thermodynamica,kinetiek,spectroscopieenelektrochemie.

Theoretische chemie

In detheoretische chemietracht men met behulp van wiskunde of computersimulaties en -berekeningen de eigenschappen van afzonderlijke moleculen of macroscopische hoeveelheden van stoffen te voorspellen. Dekwantummechanicalevert de basisbeginselen voor het begrip van de opbouw van de materie en van dechemische binding,terwijl destatistische thermodynamicahet verband met de macroscopische thermodynamica levert.

Chemische thermodynamica

Dethermodynamicaof warmteleer beschrijft onder meer chemische reacties vanuit energetisch oogpunt. De macroscopische grootheden van een stof, zoals deenergie,deenthalpieen deentropieworden onderzocht als functies vanvolume,drukentemperatuur.De thermodynamica bepaalt tot hoever reacties kunnen doorgaan (dus waar hetchemisch evenwichtligt), maar geeft geen uitsluitsel over reactiesnelheden of reactiemechanismes.

Kinetiek

Dekinetiekhoudt zich bezig met het verloop van chemische reacties in de tijd (reactiekinetiek) of van transportverschijnselen (bijvoorbeelddiffusie,afzetting op oppervlakken,katalyse). De kinetiek onderzoekt zowel het macroscopische verloop van een reactie (macrokinetiek) als het gedetailleerde verloop van de afzonderlijke deelreacties (microkinetiek).

Spectroscopie

Spectroscopieis een verzamelbegrip voor een klasse van experimentele procedés die onderzoeken hoe een preparaat energie in de vorm vanelektromagnetische straling(radiogolven,microgolven,infrarood licht,zichtbaar licht,ultraviolet licht,röntgenstraling) opneemt of afgeeft. De spectroscopie heeft als doel, uit het verkregen spectrum conclusies te trekken over het preparaat, zoals de inwendige structuur ervan (intramoleculaire krachten), samenstelling of de dynamica.

Elektrochemie

Deelektrochemiehoudt zich bezig met de eigenschappen vangeladendeeltjes, in het bijzonderionenen het effect vanelektrische stromenop stoffen. Het belangrijkste onderzoeksterrein vormen waterige oplossingen van ionen, de zogenaamdeelektrolyten,en de processen op het grensvlak tussen elektrolyten enelektroden.Technisch belangrijke toepassingen van de elektrochemie zijnbrandstofcellenen de afzetting van metalen op oppervlakken (galvanotechniek).

Belang in de techniek en in het dagelijks leven

De fysische chemie houdt zich met vele onderwerpen bezig die een groot toepassingspotentieel hebben of van essentieel belang zijn voor de levenskwaliteit van de mens.

Op het gebied van de reactiekinetiek ontvingenPaul J. Crutzen,Mario J. MolinaenFrank Sherwood RowlanddeNobelprijsvoor hun onderzoek naar het reactiemechanisme van de vorming en het uiteenvallen vanozon.
Vrijwel elke auto heeft tegenwoordig eenlambdasondein de uitlaat. Deze controleert continu de uitlaatgassen en meldt deze terug aan hetmotormanagement,dat de brandstofinspuiting bijregelt, zodat er zo min mogelijk schadelijke gassen worden uitgestoten en het brandstofverbuik zo laag mogelijk is.
Voor het ontwikkelen van zuiniger accu’s voorlaptopsenmobiele telefoonsis elektrochemische kennis onmisbaar.
Op het gebied van de ontwikkeling van werkzame stoffen voor geneesmiddelen worden steeds meer methodes uit de theoretische chemie gebruikt.
Fysische chemie is een essentieel gereedschap voor denanotechnologie.
De methodes van de oppervlaktechemie bieden inzicht in het verloop van deammoniaksynthese,zonder welke de vervaardiging vankunstmestniet mogelijk is en de wereldwijde voedselproductie vele malen moeilijker zou zijn.

Bekende fysisch-chemici

Literatuur

(nl)Cahiers voor Fysische Chemie, G. Frens, 2001, Delft University Press
(en)Physical Chemistry, P.W. Atkins, 1978, Oxford University Press
(en)Introduction to Modern Colloid Science, R.J. Hunter, 1993, Oxford University Press
(en)Principles of Colloid and Surface Chemistry, P.C. Hiemenz, R. Rajagopalan, 1997, Marcel Dekker Inc., New York

Zie ook

Fysische organische chemie