إذا نظرنا من حولنا فالتفاعلات الكيميائية تحدث في كل زمانٍ ومكانٍ، فإذا قمنا بخلط الحليب مع مسحوق الخبز في الوصفة المفضلة لدينا فستحدث ردة فعلٍ وتفاعلٌ كيميائي، لكن لماذا بعض ردود الفعل تخلق الحرارة؟ وكيف تتم بعض ردود الفعل بسرعةٍ بينما يتحرك البعض الآخر ببطءٍ شديدٍ؟ إنّ كل هذه الأسئلة وأكثر يمكن حلها في مجال الكيمياء الفيزيائية بكلّ سهولةٍ ومنطقيّةٍ.

مفهوم الكيمياء الفيزيائية

تمزج الكيمياء الفيزيائية بين مبادئ الفيزياء والكيمياء لدراسة الخصائص الفيزيائية للجزيئات أو خواصها، فمن خلال فهم هذه الخصائص يمكن معرفة المزيد حول الطريقة التي يتم بها تجميع الجزيئات، وكذلك كيفية تأثر التركيب الفعلي للمادة الكيميائية بهذه الخصائص، وكيفية تجميع الجزيئات، وهل يمكن تركيبها أو يتم تصنيعها بتفاعلٍ كيميائيٍّ.

كما يمكننا دراسة كيفية توحيد الجزيئات أو الذرات لتشكيل جزيئات معينة، والتعرف على الخصائص المختلفة للمادة مثل سبب حروق المركب أو قدرته على التحويل من مادةٍ سائلةٍ إلى مادةٍ صلبةٍ، ولا شك أن هذا المجال مهمًّا للغاية في عالم العلوم خاصةً أنه يمهد الطريق لاكتشاف نظرياتٍ جديدةٍ.1

إنّ الكيمياء الفيزيائية كتعريفٍ هي فرعٌ من فروع الكيمياء المعنية بالتفاعلات وتحولات المواد، ويتناول مبادئ الفيزياء الكامنة وراء جميع التفاعلات الكيميائية (مثل قوانين الغاز)، مع السعي لقياس وربط وشرح الجوانب الكمية للتفاعلات. تشمل التخصصات الفرعية للكيمياء الفيزيائية الكيمياء الكهربائية، والكيمياء الضوئية، والكيمياء السطحية، والتحفيز الكيميائي.2

أهم الاستخدامات

يعمل الكيميائيون الفيزيائيون في مجالاتٍ مختلفةٍ لكن هدفهم المشترك هو اكتشاف واختبار وفهم الخصائص الفيزيائية الأساسية للمادة سواء كانت صلبةً أو سائلةً أو غازيةً٠، وإنّ لدى الكيميائيين الفيزيائيين عمومًا فضول قوي حول كيفية عمل الأشياء على المستوى الذري والاستمتاع بالعمل مع الأجهزة المخبرية.

يتميز مختبر الكيمياء الفيزيائية بالآلات الكبيرة والأجهزة المعقدة التي يستخدمها هؤلاء العلماء لاختبار وتحليل المواد، ويقول الكثير ممن يعملون في هذه المختبرات إن وقتهم منقسمٌ بين العمل على مقاعد البدلاء والعمل في مكاتبهم على إجراء الحسابات ومراجعة البيانات، كما يقضي الكيميائيون الفيزيائيون الذين يعملون في الإدارة وقتًا في الإشراف على العلماء الآخرين ومراجعة احتياجات وأهداف القسم والاجتماع مع مديري الأعمال في شركاتهم.

يتم توظيف عدد قليل من الكيميائيين الفيزيائيين في المختبرات الصناعية والحكومية؛ لأن الأبحاث الأساسية التي أجراها الكيميائيون الفيزيائيون أصبحت جزءًا صغيرًا متزايدًا من البحوث الصناعية، نتيجةً لذلك يعيد العديد من الكيميائيين الفيزيائيين توجيه مهاراتهم إلى بحوث التطبيقات ومجالاتٍ متعددة التخصصات مثل علوم المواد.

يجد عددٌ قليلٌ من الكيميائيين الفيزيائيين فرص عملٍ في الصناعات التي تشارك في تطوير المواد بما في ذلك المواد البلاستيكية والسيراميك والإلكترونيات وتكرير النفط والبطاريات ومنتجات العناية الشخصية، حيث يعمل معظمهم كعلماء مواد أو محللين كيميائيين.3

حقائق عن الكيمياء الفيزيائية

  • عرفت الكيمياء الفيزيائية من قبل الباحثين في منتصف القرن الثامن عشر عندما استخدم ميخائيل لومونوسوف المصطلح لأول مرة في محاضرةٍ حول هذا الموضوع.
  • في ستينيات القرن التاسع عشر عززت الدراسات في الديناميك الحراري الكيميائي والحركية الكيميائية وغيرها من فروع العلم من فهم العلماء لكيفية عمل قوانين الفيزياء والكيمياء معًا.
  • قُدم عرض تقديمي لعام 1876 من قبل جوشيا ويلارد جيبس حول ​​العديد من المفاهيم الهامة في الكيمياء الفيزيائية.
  • في ثلاثينيات القرن العشرين كانت نظريات ميكانيكا الكم مرتبطةً بالكيمياء، وتمت صياغة مصطلح كيمياء الكم لأول مرة.
  • كانت قوانين ودراسات الفيزياء ذات أهميةٍ خاصةٍ في التطور اللاحق للكيمياء النووية وخاصةً في فصل النظائر والكيمياء الفلكية.
  • للكيمياء الفلكية أو الدراسة والنظريات حول التركيب الكيميائي للكون تطبيقات مستقبلية تساعد في الاستكشاف الكوني.
  • في الأساس؛ تعد الكيمياء الفيزيائية تطبيقًا لأكثر القوانين الفيزيائية نقاءً لحل أو تفسير التفاعلات الكيميائية.
  • مهمةٌ بشكلٍ خاص في شرح كيفية ترابط الذرات معًا وردود الفعل التي يمكن أن تسبب انهيار تلك الروابط.
  • تهتم الكيمياء الفيزيائية بشكلٍ خاص بالتنبؤ بكيفية انضمام الذرات ثم التنبؤ بخصائص المركب الناتج.
  • أحد الحقول الفرعية المهمة للكيمياء الفيزيائية هو كيمياء الكم والتي تنظر في تطبيقات المركبات الناتجة بناءً على تكويناتها.
  • يعتبر التحليل الطيفي مجالًا مرتبطًا أيضًا بالكيمياء الفيزيائية حيث من الضروري فهم موقع وتشكيل النواة وإلكتروناتها من أجل فهم وتوقع الترابط الأيوني.
  • هناك ما يصل إلى اثني عشر مجالًا مرتبطًا بالكيمياء الفيزيائية وجميعها لها تطبيقاتٌ نظرية أو صناعية لكل من الفيزياء والكيمياء.4

المراجع