భౌతిక రసాయన శాస్త్రం
Physiological chemistry, Chemical physics తో పొరబడకండి
భౌతిక రసాయన శాస్త్రం (Physical chemistry) అనేది రసాయన వ్యవస్థలలోని స్థూల మరియు సూక్ష్మ దృగ్విషయాలను భౌతిక శాస్త్ర సూత్రాలు, పద్ధతులు మరియు భావనల పరంగా అధ్యయనం చేసే శాస్త్రం. ఇందులో చలనం, శక్తి, బలం, కాలం, ఉష్ణగతిక శాస్త్రం, క్వాంటం రసాయన శాస్త్రం, గణాంక యాంత్రిక శాస్త్రం, విశ్లేషణాత్మక యాంత్రిక శాస్త్రం మరియు రసాయన సమతాస్థితి వంటి అంశాలు ఉంటాయి.
భౌతిక రసాయన శాస్త్రం, కెమికల్ ఫిజిక్స్కు భిన్నంగా, ప్రధానంగా (అన్నిసార్లు కాకపోయినా) ఒక సుప్రా-మాలిక్యులర్ (అణువుల కంటే పెద్ద స్థాయి) శాస్త్రం. ఎందుకంటే ఇది స్థాపించబడిన సూత్రాలలో ఎక్కువ భాగం కేవలం అణు లేదా పరమాణు నిర్మాణం కంటే స్థూల పదార్థాలకు సంబంధించినవి (ఉదాహరణకు, రసాయన సమతాస్థితి మరియు కొల్లాయిడ్లు).
భౌతిక రసాయన శాస్త్రం అర్థం చేసుకోవడానికి ప్రయత్నించే కొన్ని సంబంధాలు:
- పదార్థాల భౌతిక ధర్మాలపై (ప్లాస్టిసిటీ, తన్యత బలం, ద్రవాల ఉపరితల తన్యత) ప్రభావం చూపే అంతర అణు బలాలు.
- రసాయన చర్య రేటుపై చర్య గతిశాస్త్రం ప్రభావం.
- అయాన్ల గుర్తింపు మరియు పదార్థాల విద్యుత్ వాహకత.
- కణ త్వచాల ఉపరితల శాస్త్రం మరియు విద్యుత్ రసాయన శాస్త్రం.[1]
- ఉష్ణగతిక శాస్త్రం అని పిలువబడే ఉష్ణం మరియు పని పరిమాణాల పరంగా ఒక వస్తువు మరొక వస్తువుతో జరిపే పరస్పర చర్య.
- దశ మార్పు లేదా రసాయన చర్య జరుగుతున్నప్పుడు రసాయన వ్యవస్థకు మరియు దాని పరిసరాలకు మధ్య ఉష్ణ బదిలీ, దీనిని థర్మోకెమిస్ట్రీ అంటారు.
- ద్రావణంలో ఉన్న పదార్థాల కొలిగేటివ్ ధర్మాల అధ్యయనం.
- దశ నియమం సహాయంతో దశల సంఖ్య, భాగాల సంఖ్య మరియు స్వేచ్ఛా పరిమితులను ఒకదానితో ఒకటి అనుసంధానించవచ్చు.
- విద్యుత్ రసాయన ఘటాల చర్యలు.
- క్వాంటం మెకానిక్స్ ఉపయోగించి సూక్ష్మ వ్యవస్థల ప్రవర్తన మరియు గణాంక ఉష్ణగతిక శాస్త్రం ఉపయోగించి స్థూల వ్యవస్థల ప్రవర్తన అధ్యయనం.
- అణువులు మరియు లోహ సమ్మేళనాలలో ఎలక్ట్రాన్ కదలిక శక్తి గణన.
ముఖ్య భావనలు
భౌతిక రసాయన శాస్త్రంలోని ముఖ్య భావనలు స్వచ్ఛమైన భౌతిక శాస్త్రం రసాయన సమస్యలకు వర్తించే విధానాలు.
క్లాసికల్ కెమిస్ట్రీలోని కీలక భావనలలో ఒకటి ఏమిటంటే, అన్ని రసాయన సమ్మేళనాలను పరమాణువుల సమూహాలుగా వర్ణించవచ్చు మరియు రసాయన చర్యలను ఆ బంధాలను ఏర్పరచడం మరియు విచ్ఛిన్నం చేయడం ద్వారా వివరించవచ్చు. పరమాణువుల వివరణ మరియు అవి ఎలా బంధించబడతాయో తెలుసుకోవడం ద్వారా రసాయన సమ్మేళనాల ధర్మాలను అంచనా వేయడం భౌతిక రసాయన శాస్త్రం యొక్క ప్రధాన లక్ష్యాలలో ఒకటి. పరమాణువులను మరియు బంధాలను ఖచ్చితంగా వివరించడానికి, పరమాణువుల కేంద్రకాలు ఎక్కడ ఉన్నాయో మరియు వాటి చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్లు ఎలా పంపిణీ చేయబడ్డాయో తెలుసుకోవడం అవసరం.[2]
విభాగాలు
క్వాంటం రసాయన శాస్త్రం, భౌతిక రసాయన శాస్త్రంలో ఒక ఉప విభాగం. ఇది రసాయన సమస్యలకు క్వాంటం మెకానిక్స్ను వర్తింపజేయడంపై దృష్టి పెడుతుంది. ఇది బంధాలు ఎంత బలంగా ఉన్నాయి, వాటి ఆకారం ఏమిటి,[2] కేంద్రకాలు ఎలా కదులుతాయి మరియు ఒక రసాయన సమ్మేళనం ద్వారా కాంతిని ఎలా గ్రహించవచ్చు లేదా విడుదల చేయవచ్చు అని నిర్ణయించడానికి సాధనాలను అందిస్తుంది.[3] స్పెక్ట్రోస్కోపీ అనేది భౌతిక రసాయన శాస్త్రానికి సంబంధించిన ఉప-విభాగం, ఇది పదార్థంతో విద్యుదయస్కాంత వికిరణం యొక్క పరస్పర చర్యపై ప్రత్యేకంగా దృష్టి పెడుతుంది.
రసాయన శాస్త్రంలో మరొక ముఖ్యమైన ప్రశ్న ఏమిటంటే, ఏ రకమైన చర్యలు స్వయంచాలకంగా జరగగలవు మరియు ఇచ్చిన రసాయన మిశ్రమానికి ఏ ధర్మాలు సాధ్యమవుతాయి. ఇది రసాయన ఉష్ణగతిక శాస్త్రంలో అధ్యయనం చేయబడుతుంది. ఇది ఒక చర్య ఎంతవరకు ముందుకు సాగుతుంది లేదా అంతర్గత దహన యంత్రంలో ఎంత శక్తి పనిగా మారుతుంది వంటి పరిమాణాలపై పరిమితులను విధిస్తుంది. ఇది వాయువు లేదా ద్రవం కోసం ఉష్ణ విస్తరణ గుణకం మరియు పీడనంతో ఎంట్రోపీ మార్పు రేటు వంటి ధర్మాల మధ్య సంబంధాలను అందిస్తుంది.[4] ఇది రియాక్టర్ లేదా ఇంజిన్ రూపకల్పన సాధ్యమేనా అని అంచనా వేయడానికి లేదా ప్రయోగాత్మక డేటా యొక్క చెల్లుబాటును తనిఖీ చేయడానికి తరచుగా ఉపయోగించబడుతుంది. పరిమిత స్థాయిలో, క్వాసీ-ఈక్విలిబ్రియం మరియు నాన్-ఈక్విలిబ్రియం థర్మోడైనమిక్స్ తిరిగి మార్చలేని మార్పులను వివరించగలవు.[5] అయితే, క్లాసికల్ థర్మోడైనమిక్స్ ఎక్కువగా ఉష్ణగతిక సమతాస్థితి మరియు తిరగదగ్గ ప్రక్రియల వద్ద ఉన్న వ్యవస్థలతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది, సమతాస్థితికి దూరంగా ఏమి జరుగుతుందో లేదా ఎంత వేగంగా జరుగుతుందో దానితో కాదు.
ఏ చర్యలు జరుగుతాయి మరియు ఎంత వేగంగా జరుగుతాయి అనేది భౌతిక రసాయన శాస్త్రంలోని మరొక విభాగమైన రసాయన గతిశాస్త్రం యొక్క విషయం. రసాయన గతిశాస్త్రంలో ఒక కీలకమైన ఆలోచన ఏమిటంటే, రియాక్టెంట్లు చర్య జరిపి ఉత్పత్తులను ఏర్పరచడానికి, చాలా రసాయన పదార్థాలు ట్రాన్సిషన్ స్టేట్ల ద్వారా వెళ్లాలి. ఇవి రియాక్టెంట్లు లేదా ఉత్పత్తుల కంటే ఎక్కువ శక్తిని కలిగి ఉంటాయి మరియు చర్యకు అడ్డంకిగా పనిచేస్తాయి.[6] సాధారణంగా, అడ్డంకి ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, చర్య అంత నెమ్మదిగా ఉంటుంది. రెండవది, చాలా రసాయన చర్యలు ఎలిమెంటరీ చర్యల క్రమంగా జరుగుతాయి,[7] ప్రతి దానికీ దాని స్వంత ట్రాన్సిషన్ స్టేట్ ఉంటుంది. గతిశాస్త్రంలో కీలక ప్రశ్నలు ఏమిటంటే, చర్య రేటు ఉష్ణోగ్రత మరియు చర్య మిశ్రమంలోని రియాక్టెంట్లు మరియు ఉత్ప్రేరకాల గాఢతపై ఎలా ఆధారపడి ఉంటుంది, అలాగే చర్య రేటును ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి ఉత్ప్రేరకాలు మరియు చర్య పరిస్థితులను ఎలా రూపొందించవచ్చు.
చర్యలు ఎంత వేగంగా జరుగుతాయో తరచుగా కొన్ని గాఢతలు మరియు ఉష్ణోగ్రతతో పేర్కొనవచ్చు, మిశ్రమంలోని ప్రతి అణువు యొక్క స్థానాలు మరియు వేగాలను తెలుసుకోవలసిన అవసరం లేదు. ఇది భౌతిక రసాయన శాస్త్రంలోని మరొక కీలక భావన యొక్క ప్రత్యేక సందర్భం. ఒక ఇంజనీర్‌కు అవసరమైనంత వరకు, చాలా పెద్ద సంఖ్యలో (బహుశా అవోగాడ్రో స్థిరాంకం, 6 × 1023 క్రమంలో) కణాల మిశ్రమంలో ఏమి జరుగుతుందో పీడనం, ఉష్ణోగ్రత మరియు గాఢత వంటి కొన్ని వేరియబుల్స్ ద్వారా వివరించవచ్చు. దీనికి ఖచ్చితమైన కారణాలు గణాంక యాంత్రిక శాస్త్రంలో వివరించబడ్డాయి,[8] ఇది భౌతిక రసాయన శాస్త్రంలోని ఒక ప్రత్యేకత, ఇది భౌతిక శాస్త్రంతో కూడా పంచుకోబడుతుంది. గణాంక యాంత్రిక శాస్త్రం రసాయన సారూప్యతలపై ఆధారపడిన అనుభావిక సంబంధాలపై ఆధారపడకుండా, అణు ధర్మాల నుండి మనం రోజువారీ జీవితంలో చూసే ధర్మాలను అంచనా వేయడానికి మార్గాలను అందిస్తుంది.[5]
చరిత్ర
ఇవి కూడా చూడండి: History of chemistry
"భౌతిక రసాయన శాస్త్రం" అనే పదాన్ని మిఖాయిల్ లోమోనోసోవ్ 1752లో రూపొందించారు, అప్పుడు ఆయన పీటర్స్‌బర్గ్ విశ్వవిద్యాలయం విద్యార్థుల ముందు "ఏ కోర్సు ఇన్ ట్రూ ఫిజికల్ కెమిస్ట్రీ" (Russian: Курс истинной физической химии) అనే ఉపన్యాస కోర్సును ప్రదర్శించారు.[9] ఈ ఉపన్యాసాల పీఠికలో ఆయన ఇలా నిర్వచించారు: "భౌతిక రసాయన శాస్త్రం అనేది రసాయన చర్యల ద్వారా సంక్లిష్ట పదార్థాలలో ఏమి జరుగుతుందో భౌతిక ప్రయోగాల నిబంధనల ప్రకారం వివరించాల్సిన శాస్త్రం".
ఆధునిక భౌతిక రసాయన శాస్త్రం 1860 నుండి 1880ల మధ్య రసాయన ఉష్ణగతిక శాస్త్రం, ద్రావణాలలో ఎలక్ట్రోలైట్లు, రసాయన గతిశాస్త్రం మరియు ఇతర అంశాలపై జరిగిన పనితో ఉద్భవించింది. 1876లో జోసియా విల్లార్డ్ గిబ్స్ తన పత్రం, ఆన్ ది ఈక్విలిబ్రియం ఆఫ్ హెటెరోజీనియస్ సబ్‌స్టాన్సెస్ ప్రచురించడం ఒక మైలురాయి. ఈ పత్రం గిబ్స్ ఫ్రీ ఎనర్జీ, రసాయన పొటెన్షియల్స్ మరియు గిబ్స్ ఫేజ్ రూల్ వంటి భౌతిక రసాయన శాస్త్రంలోని అనేక పునాదులను పరిచయం చేసింది.[10]
భౌతిక రసాయన శాస్త్ర రంగంలో ప్రత్యేకంగా మొదటి శాస్త్రీయ జర్నల్ జర్మన్ జర్నల్, జైట్‌ష్రిఫ్ట్ ఫర్ ఫిజికాలిషె కెమీ, దీనిని 1887లో విల్హెల్మ్ ఓస్ట్వాల్డ్ మరియు జాకబస్ హెన్రికస్ వాన్ 'ట్ హాఫ్ స్థాపించారు. స్వాంటే ఆగస్ట్ అర్హీనియస్తో కలిసి,[11] వీరు 19వ శతాబ్దం చివరలో మరియు 20వ శతాబ్దం ప్రారంభంలో భౌతిక రసాయన శాస్త్రంలో ప్రముఖ వ్యక్తులుగా ఉన్నారు. వీరి ముగ్గురికీ 1901 మరియు 1909 మధ్య రసాయన శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతి లభించింది.
తర్వాతి దశాబ్దాలలో జరిగిన పరిణామాలలో రసాయన వ్యవస్థలకు గణాంక యాంత్రిక శాస్త్రం వర్తింపు మరియు కొల్లాయిడ్లు మరియు ఉపరితల రసాయన శాస్త్రంపై పని ఉన్నాయి, ఇక్కడ ఇర్వింగ్ లాంగ్‌ముయిర్ అనేక సహకారాలు అందించారు. మరొక ముఖ్యమైన అడుగు 1930ల నుండి క్వాంటం మెకానిక్స్ను క్వాంటం రసాయన శాస్త్రంగా అభివృద్ధి చేయడం, ఇక్కడ లినస్ పాలింగ్ ప్రముఖ పేర్లలో ఒకరు. సిద్ధాంతపరమైన పరిణామాలు ప్రయోగాత్మక పద్ధతులలోని పరిణామాలతో కలిసి సాగాయి, ఇక్కడ ఇన్ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ, మైక్రోవేవ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ, ఎలక్ట్రాన్ పారామాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ మరియు న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ వంటి వివిధ రకాల స్పెక్ట్రోస్కోపీ ఉపయోగం బహుశా 20వ శతాబ్దపు అత్యంత ముఖ్యమైన పరిణామం.
భౌతిక రసాయన శాస్త్రంలో తదుపరి అభివృద్ధిని న్యూక్లియర్ కెమిస్ట్రీలో ఆవిష్కరణలకు, ముఖ్యంగా ఐసోటోప్ విభజన (రెండవ ప్రపంచ యుద్ధానికి ముందు మరియు సమయంలో), ఆస్ట్రోకెమిస్ట్రీలో ఇటీవలి ఆవిష్కరణలకు,[12] అలాగే "సంకలిత భౌతిక రసాయన ధర్మాల" రంగంలో గణన అల్గారిథమ్‌ల అభివృద్ధికి ఆపాదించవచ్చు (వాస్తవంగా అన్ని భౌతిక రసాయన ధర్మాలు, అంటే మరిగే స్థానం, క్లిష్ట స్థానం, ఉపరితల తన్యత, ఆవిరి పీడనం మొదలైనవి—మొత్తం 20 కంటే ఎక్కువ—రసాయన నిర్మాణం నుండి మాత్రమే ఖచ్చితంగా లెక్కించవచ్చు, రసాయన అణువు సంశ్లేషణ చేయబడకపోయినా), మరియు ఇక్కడే సమకాలీన భౌతిక రసాయన శాస్త్రం యొక్క ఆచరణాత్మక ప్రాముఖ్యత ఉంది.
చూడండి గ్రూప్ కాంట్రిబ్యూషన్ మెథడ్, లైడెర్సెన్ మెథడ్, జోబాక్ మెథడ్, బెన్సన్ గ్రూప్ ఇంక్రిమెంట్ థియరీ, క్వాంటిటేటివ్ స్ట్రక్చర్–యాక్టివిటీ రిలేషన్‌షిప్
జర్నల్స్
Physical chemistry journals భౌతిక రసాయన శాస్త్రంతో వ్యవహరించే కొన్ని జర్నల్స్:
- జైట్‌ష్రిఫ్ట్ ఫర్ ఫిజికాలిషె కెమీ (1887)
- జర్నల్ ఆఫ్ ఫిజికల్ కెమిస్ట్రీ A (1896 నుండి జర్నల్ ఆఫ్ ఫిజికల్ కెమిస్ట్రీగా, 1997లో పేరు మార్చబడింది)
- ఫిజికల్ కెమిస్ట్రీ కెమికల్ ఫిజిక్స్ (1999 నుండి, గతంలో ఫెరడే ట్రాన్సాక్షన్స్, దీని చరిత్ర 1905 వరకు ఉంది)
- మాక్రోమాలిక్యులర్ కెమిస్ట్రీ అండ్ ఫిజిక్స్ (1947)
- యాన్యువల్ రివ్యూ ఆఫ్ ఫిజికల్ కెమిస్ట్రీ (1950)
- మాలిక్యులర్ ఫిజిక్స్ (1957)
- జర్నల్ ఆఫ్ ఫిజికల్ ఆర్గానిక్ కెమిస్ట్రీ (1988)
- జర్నల్ ఆఫ్ ఫిజికల్ కెమిస్ట్రీ B (1997)
- కెమ్ ఫిజ్ కెమ్ (2000)
- జర్నల్ ఆఫ్ ఫిజికల్ కెమిస్ట్రీ C (2007)
- జర్నల్ ఆఫ్ ఫిజికల్ కెమిస్ట్రీ లెటర్స్ (2010 నుండి, గతంలో విడి జర్నల్స్‌లో ప్రచురించబడిన లెటర్స్ కలిపి)
రసాయన శాస్త్రం మరియు భౌతిక శాస్త్రం రెండింటినీ కవర్ చేసిన చారిత్రక జర్నల్స్: అన్నాలెస్ డి చిమీ ఎట్ డి ఫిజిక్ (1789లో ప్రారంభమైంది, 1815 నుండి 1914 వరకు ఇక్కడ ఇచ్చిన పేరుతో ప్రచురించబడింది).
శాఖలు మరియు సంబంధిత అంశాలు
- రసాయన ఉష్ణగతిక శాస్త్రం
- రసాయన గతిశాస్త్రం
- గణాంక యాంత్రిక శాస్త్రం
- క్వాంటం రసాయన శాస్త్రం
- గ్యాస్-ఫేజ్ అయాన్ కెమిస్ట్రీ
- మైక్రోవేవ్ కెమిస్ట్రీ
- విద్యుత్ రసాయన శాస్త్రం
- ఫోటోకెమిస్ట్రీ
- ఉపరితల రసాయన శాస్త్రం
- సాలిడ్-స్టేట్ కెమిస్ట్రీ
- స్పెక్ట్రోస్కోపీ
- బయోఫిజికల్ కెమిస్ట్రీ
- మెటీరియల్స్ సైన్స్
- ఫిజికల్ ఆర్గానిక్ కెమిస్ట్రీ
- మైక్రోమెరిటిక్స్
ఇవి కూడా చూడండి
- రసాయన శాస్త్రంలో ముఖ్యమైన ప్రచురణల జాబితా#భౌతిక రసాయన శాస్త్రం
- రసాయన శాస్త్రంలో పరిష్కరించని సమస్యల జాబితా#భౌతిక రసాయన శాస్త్ర సమస్యలు
- ఫిజికల్ బయోకెమిస్ట్రీ
- Category:భౌతిక రసాయన శాస్త్రవేత్తలు
మూలాలు
- ↑ Torben Smith Sørensen (1999). Surface chemistry and electrochemistry of membranes. CRC Press. p. 134. ISBN 0-8247-1922-0.
- ↑ 2.0 2.1 Atkins 2005, p. 245.
- ↑ Atkins 2005, p. 324.
- ↑ Landau, L.D. and Lifshitz, E.M. (1980). Statistical Physics, 3rd Ed. p. 52. Elsevier Butterworth Heinemann, New York. ISBN 0-7506-3372-7.
- ↑ 5.0 5.1 Hill, Terrell L. (1986). Introduction to Statistical Thermodynamics, p. 1. Dover Publications, New York. ISBN 0-486-65242-4.
- ↑ Schmidt 2005, p. 30.
- ↑ Schmidt 2005, pp. 25,32.
- ↑ Chandler, David (1987). Introduction to Modern Statistical Mechanics, p. 54. Oxford University Press, New York. ISBN 978-0-19-504277-1.
- ↑ Vucinich, Alexander (1963). Science in Russian culture. Stanford University Press. p. 388. ISBN 0-8047-0738-3.
- ↑ Josiah Willard Gibbs, 1876, "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances", Transactions of the Connecticut Academy of Sciences
- ↑ Laidler, Keith (1993). The World of Physical Chemistry. Oxford: Oxford University Press. pp. 48. ISBN 0-19-855919-4.
- ↑ Herbst, Eric (May 12, 2005). “Chemistry of Star-Forming Regions”. Journal of Physical Chemistry A. 109 (18): 4017–4029. Bibcode 2005JPCA..109.4017H. doi:10.1021/jp050461c. PMID 16833724.
మూలాలు
- Atkins, Peter; Friedman, Ronald (2005). Molecular Quantum Mechanics. Oxford University Press. ISBN 0-19-927498-3. LCCN 2005272751. OCLC 59148810.
- Schmidt, Lanny D. (2005). The Engineering of Chemical Reactions. (2nd ed.). New York: Oxford University Press. ISBN 0-19-516925-5. LCCN 2004043285. OCLC 743218724.
బాహ్య లింకులు
వికీమీడియా కామన్స్: Physical chemistry వికీబుక్స్: Physical chemistry
- ది వరల్డ్ ఆఫ్ ఫిజికల్ కెమిస్ట్రీ (కీత్ జె. లైడ్లర్, 1993)
- ఫిజికల్ కెమిస్ట్రీ ఫ్రమ్ ఓస్ట్వాల్డ్ టు పాలింగ్ (జాన్ డబ్ల్యూ. సర్వోస్, 1996)
- ఫిజికల్ కెమిస్ట్రీ: నైదర్ ఫిష్ నార్ ఫౌల్? (జోచిమ్ షమ్మర్, ది అటానమీ ఆఫ్ కెమిస్ట్రీ, వుర్జ్‌బర్గ్, కోనిగ్‌షాసెన్ & న్యూమాన్, 1998, pp. 135–148)
- ది కేంబ్రిడ్జ్ హిస్టరీ ఆఫ్ సైన్స్: ది మోడరన్ ఫిజికల్ అండ్ మ్యాథమెటికల్ సైన్సెస్ (మేరీ జో నై, 2003)
మూలం: ఇంగ్లీష్ వికీపీడియాలోని “Physical chemistry” వ్యాసానికి అనువాదం. మూల వ్యాసం: https://en.wikipedia.org/wiki/Physical_chemistry ఈ అనువాదం స్వయంచాలకంగా రూపొందించబడింది.
