معلومات عن الكيمياء الفيزيائية

هو فرع من فروع علم الكيمياء يهتم بدراسة سلوك وحركة المادة على المستوى الذري أو الجزيئي، كما يتناول دراسة المواد وخصائصها المختلفة على المقياس الماكروسكوبي الذي يهتم بدراسة جزيئات المادة التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة، وعلى المقياس الدقيق الذي يركز على دراسة جزيئات المادة التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة مثل الإلكترونات .

المقياس الماكروسكوبي

تختلف الكيمياء الفيزيائية عن باقي فروع علم الكيمياء في أنها تتضمن الكثير من المصطلحات والمفاهيم الفيزيائية لتوضيح وتفسير الظواهر والتفاعلات الكيميائية.

بينما  يقوم المقياس الماكروسكوبي ويتخصص في دراسة الأجزاء الكبيرة في المادة ، التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة ولا تحتاج إلى عدسات أو ميكروسكوبات لتكبيرها بل تكون ظاهرة وواضحة أمام عين الإنسان ، ويشمل المقياس الماكروسكوبي بعض الكميات والمفاهيم والمصطلحات التي يتعامل معها ويقوم بدراستها بشكل تفصيلي مثل:

1.  يتضمن الأمر درجات انصهار المواد الصلبة ودرجات غليان المواد السائلة وغيرها .
2.  معامل التمدد الحراري الخطي للمواد .
3.  يمكن أن تحتوي المواد على حرارة كامنة تسمح بتبخير الغازات أو السوائل أو ما شابه ذلك .
4.  المحتوى الحراري في المواد للانصهار .

عندما ننظر إلى جزيئ الماء، يتعامل المقياس الماكروسكوبي مع جميع حالات المادة المختلفة، حيث يتعامل مع الماء عندما يكون متجمداً كثلج، وعندما يكون في حالته السائلة، وعندما يكون في حالته الغازية كبخار .

عندما ننظر إلى الماء كجزيء كيميائي H2O، فإن المقياس الماكروسكوبي لا يستطيع التعامل معه، لأنه في هذه الحالة يمكن أن يتحول إلى جزيئات صغيرة مثل الإلكترونات التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. ولذلك، يتم تخصيص المقياس الماكروسكوبي لدراسة الأجزاء الكبيرة التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة .

المقياس المجهري

يختص المقياس المجهري بدراسة الأجزاء الصغيرة في المواد التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة والتي تتطلب أجهزة تكبير مثل المجهر أو الميكروسكوب أو غيرها لرؤيتها ودراستها والتعامل معها، وهذا يختلف عن المقياس الميكروسكوبي الذي يختص بدراسة الأجسام الدقيقة التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة .

يتخصص المقياس المجهري بدراسة أشكال وهياكل البلورات التي تكون الذرات والجزيئات ، ويكون تركيب البلورة له تأثير كبير على حركة البلورة نفسها وخصائصها وسلوكها ، وتلك المواد التي يتحكم تركيبها البلوري في جزء كبير من خصائصها وسلوكياتها تستخدم في صناعة منشآت مثل الجسور وتستخدم ايضا في صناعة الطائرات وغيرها من المركبات .

المقياس الذري

المقياس الذري ليس ثايت في كل المواد ولكنه يختلف ويتغير من مادة لأخرى حسب طبيعة وتكوين كل متدة ، ولكن هناك بعض العناصر التي تتشابه معا في بعض الخصائص التي بينها ويتم جمع تلك العناصر معا في جدول يعرف بالجدول الدوري ، بحيث تكون كل مجموعة من العناصر التي بينها تشابه في بعض العناصر سلسلة معا في الجدول الدوري أو مجموعة .

يدرس المقياس الذري في المواد العديد من الخصائص والأمثلة، مثل الكتلة الذرية والعدد الذري لكل عنصر، ويقوم أيضا بدراسة تحديد طول الرابطة بين أجزاء العناصر باستخدام نصف القطر لكل عنصر يتم دراسته .

المقياس دون ذري

المقياس دون الذري يتضح من اسم المقياس العمل الذي يقوم به ، وهو أنه يقوم المقياس دون الذري بدراسة الأجسام والأجزاء الأصغر من الذرات ( الذرات لا ترى بالعين المجرد لذلك نستخدم أجهزة التكبير لدراستها ، والأجزاء دون الذرية أصغر بكثير من الذرات ) لذلك تسمى الأجزاء والجسيمات دون الذرية أي الأجسام التي تفوق الذرات في صغر حجمها .

يستخدم هذا النوع من المقاييس في قياس الأجزاء الصغيرة المزدوجة الطبيعة الجسيمية والطبيعة الموجية لتلك الأجزاء، والتي تسمى بالهيئات الجسيمية والموجية وغيرها، وتعمل هذه المقاييس على قياس الطاقة المنبعثة من تلك الأجزاء والجسيمات بشكل موجي أو جسيمي .

تقوم الكيمياء الفيزيائية بدراسة الأجزاء والجسيمات دون الذرية على مستوى عالي من التقدم والتطور في دراسة تلك الأجسام ، الجسيمات دون الذرية هناك ايضا مجالات وتخصصات أخرى تقوم بدراستها غير الكيمياء الفيزيائية وهي الكيمياء النووية ، وذلك لأهمية ذلك العلم وتلك الجسيمات والفوائد التي تعود منه على المهتمين بدراسة تلك الأجزاء وتلك العلوم .

من اسم ذلك العلم ( الكيمياء الفيزيائية ) يتضح ويظهر لنا أهمية ذلك النوع وذلك الفرع من العلوم ، حيث يتضمن ذلك النوع من العلوم ويستخدم بعض التقنيات والمبادئ والتطورات والمصطلحات أيضا الخاصة بعلم الفيزياء ، لكي يقوم بشرح وتسهيل فهم ودراسة فرع وجزء معين من أحد فروع علم الكيمياء وهو الكيمياء الفيزيائية .

أثناء دراسة هذا النوع من العلوم، يلاحظ من قبل المتخصصين في هذا المجال أن عوامل مثل الضغط ودرجة الحرارة تتأثر بصورة متناسبة أو عكسية مع التفاعلات الموجودة فيها. فكل من الضغط ودرجة الحرارة له تأثير على القياس المجهري والقياس الميكروسكوبي، بينما تأثيرهما على القياس الذري والقياس غير الذري يتلاشى تدريجيا حتى يصبح تأثيرهما ضئيلا ولا يلاحظ في هذه القياسات .

فروع الكيمياء الفيزيائية

يتم استخدام علم الفيزياء لشرح وتبسيط وحل بعض المشكلات التي تحدث في الكيمياء، وهذا ما يعرف باسم الكيمياء الفيزيائية. والكيمياء الفيزيائية هي أحد فروع علم الكيمياء، ولكنها تتضمن بدورها بعض الفروع الأخرى، مثل:

1. التحليل الطيفي: هو علم أو فرع من فروع علم الكيمياء الفيزيائية، يدرس التفاعلات في المادة وعلاقتها بالإشعاع المغناطيسي المرتبط بهذه التفاعلات الكيميائية، ويتم ذلك بواسطة فرع الكيمياء الفيزيائية .
2. كيمياء الكم: يتعنى هذا الفرع من فروع الكيمياء الفيزيائية بدراسة الذرات التي تشكل الأجزاء والمواد بشكل أكثر تفصيلا، حيث يدرس قوة المواد والعناصر الكيميائية المكونة لها، ويدرس الروابط التي تربط بين أجزاء المواد والعناصر من حيث نوعها وطولها وقوتها، وتأثيرها في التفاعلات والانتهاء منها، وعدد هذه الروابط، وأنواع العناصر التي تربط بينها، وكل ما يتعلق بالروابط في العناصر الكيميائية، ويدرس أيضا طرق ومسارات حركة نواة الذرات التي تشكل هذه العناصر .
3. علم الديناميكا الحرارية الكيميائية: يركز هذا الفرع من الكيمياء الفيزيائية على دراسة التفاعلات الكيميائية وقوتها وسرعتها والزمن اللازم لإتمامها وعفويتها، كما يدرس المخاليط الكيميائية وخصائصها وأنواعها إذا كانت متجانسة أو غير متجانسة .
4. الحركية الكيميائية: – هذا النوع من العلوم الكيميائية يركز على دراسة التفاعلات الكيميائية ومعدلاتها وسرعتها، ويدرس العوامل التي تؤثر على هذه التفاعلات مثل العوامل الحفازة ووجودها أو عدم وجودها، وغيرها من العوامل التي تؤثر على التفاعلات الكيميائية .

يمكن فهم من ذلك أن الكيمياء الفيزيائية هي فرع متنوع جدًا من الكيمياء، وقد تم تقسيمها إلى عدة تخصصات لاستخدام الفيزياء في دراسة جوانب محددة من الكيمياء .