Die chemische Physik ist ein Teilgebiet der Physik, das chemische Prozesse aus physikalischer Sicht untersucht. Sie konzentriert sich auf das Verständnis der physikalischen Eigenschaften und des Verhaltens chemischer Systeme mithilfe von Prinzipien der Physik und Chemie. Dieses Gebiet erforscht physikalisch-chemische Phänomene mit Methoden der Atom- und Molekularphysik sowie der Festkörperphysik .

Das US-Bildungsministerium definiert chemische Physik als „ein Programm, das sich auf die wissenschaftliche Untersuchung von Strukturphänomenen konzentriert und die Disziplinen der physikalischen Chemie und der Atom-/Molekülphysik kombiniert. Es umfasst die Lehre von heterogenen Strukturen, Ausrichtungs- und Oberflächenphänomenen, Quantentheorie , mathematischer Physik , statistischer und klassischer Mechanik, chemischer Kinetik und Laserphysik .“ [ 1 ]

Unterscheidung zwischen chemischer Physik und physikalischer Chemie

An der Schnittstelle von Physik und Chemie angesiedelt, unterscheidet sich die Chemische Physik von der Physikalischen Chemie dadurch, dass sie sich stärker auf die Anwendung physikalischer Theorien konzentriert, um chemische Phänomene auf mikroskopischer Ebene zu verstehen und zu erklären. Dazu gehören beispielsweise Quantenmechanik, Statistische Mechanik und Molekulardynamik. Die Physikalische Chemie hingegen nutzt ein breiteres Methodenspektrum, etwa Thermodynamik und Kinetik, um die physikalische Natur chemischer Prozesse zu untersuchen. Die Physikalische Chemie wiederum befasst sich mit den physikalischen Eigenschaften und dem Verhalten von Materie in chemischen Reaktionen und deckt dabei ein breiteres Spektrum an Themen ab, darunter Thermodynamik , Kinetik und Spektroskopie . Sie verknüpft häufig makroskopisches und mikroskopisches chemisches Verhalten. Die Abgrenzung zwischen den beiden Disziplinen bedarf weiterer Klärung, da sie viele Gemeinsamkeiten aufweisen. Wissenschaftler arbeiten im Rahmen ihrer Forschung oft in beiden Bereichen, da es erhebliche Überschneidungen in den verwendeten Themen und Techniken gibt. [ 2 ] Fachzeitschriften wie PCCP ( Physical Chemistry Chemical Physics ) berichten über Forschungsergebnisse in beiden Bereichen und verdeutlichen so deren Überschneidungen.

Geschichte

Der Begriff „chemische Physik“ in seiner modernen Bedeutung wurde erstmals von dem deutschen Wissenschaftler A. Eucken verwendet, der 1930 „Ein Kurs in chemischer Physik“ veröffentlichte. Bereits 1927 deutete die Publikation „Elektronische Chemie“ von V. N. Kondratjew, N. N. Semjonow und Iu. B. Chariton durch ihren Titel auf die Bedeutung von „chemischer Physik“ hin. Das Institut für Chemische Physik der Akademie der Wissenschaften der UdSSR wurde 1931 gegründet. In den Vereinigten Staaten erscheint seit 1933 das „Journal of Chemical Physics “. [ 3 ]

1964 stiftete die General Electric Foundation den Irving-Langmuir-Preis für Chemische Physik, um herausragende Leistungen auf diesem Gebiet zu würdigen. Benannt nach dem Nobelpreisträger Irving Langmuir , zeichnet der Preis bedeutende Beiträge zum Verständnis chemischer Phänomene mithilfe physikalischer Prinzipien aus und beeinflusst Bereiche wie die Oberflächenchemie und die Quantenmechanik. [ 4 ]

Was Chemiker und Physiker tun

Chemische Physiker untersuchen die Struktur und Dynamik von Ionen , freien Radikalen , Polymeren , Clustern und Molekülen . Ihre Forschung umfasst die Untersuchung quantenmechanischer Aspekte chemischer Reaktionen, Solvatationsprozesse und des Energieflusses innerhalb und zwischen Molekülen sowie von Nanomaterialien wie Quantenpunkten. Experimente in der chemischen Physik beinhalten typischerweise die Anwendung spektroskopischer Methoden, um Wasserstoffbrückenbindungen , Elektronentransfer , die Bildung und Auflösung chemischer Bindungen , chemische Reaktionen und die Entstehung von Nanopartikeln zu verstehen .

Ziel der theoretischen Forschung in der chemischen Physik ist es, die Funktionsweise chemischer Strukturen und Reaktionen auf quantenmechanischer Ebene zu verstehen. Darüber hinaus soll das Verhalten und die Reaktionen von Ionen und Radikalen in der Gasphase aufgeklärt und präzise Näherungen entwickelt werden, die die Berechnung physikalischer Phänomene vereinfachen.

Chemische Physiker suchen Antworten auf Fragen wie:

  • Können wir quantenmechanische Vorhersagen über die Schwingungen und Rotationen einfacher Moleküle experimentell überprüfen? Oder sogar solche komplexer Moleküle (wie z. B. Proteine )?
  • Können wir genauere Methoden zur Berechnung der elektronischen Struktur und der Eigenschaften von Molekülen entwickeln?
  • Können wir chemische Reaktionen von Grundprinzipien aus verstehen?
  • Warum beginnen Quantenpunkte nach der Absorption von Photonen zu blinken (in einem Muster, das auf fraktale Kinetik hindeutet [ 5 ] ) ?
  • Wie laufen chemische Reaktionen eigentlich ab?
  • Welcher schrittweise Prozess findet statt, wenn ein isoliertes Molekül solvatisiert wird? Oder wenn ein ganzes Ensemble von Molekülen solvatisiert wird?
  • Können wir die Eigenschaften negativer Ionen nutzen, um Molekülstrukturen zu bestimmen, die Dynamik chemischer Reaktionen zu verstehen oder die Photodissoziation zu erklären ?
  • Warum schlägt ein Strom weicher Röntgenstrahlen genügend Elektronen aus den Atomen eines Xenonclusters heraus , um eine Explosion des Clusters auszulösen?

Zeitschriften

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ Detail für CIP-Code 40.0508
  2. ^ „Einführung in die chemische Physik. Von J. C. Slater. XIV + 521 Seiten. London: McGraw-Hill Publishing Co., Ltd., 1939. 33 Schilling . “ Journal of the Society of Chemical Industry . 59 (11): 187. 16.03.1940. doi : 10.1002/jctb.5000591106 . ISSN  0368-4075 .
  3. ^ „Chemische Physik“ . TheFreeDictionary.com . Abgerufen am 31.03.2024 .
  4. ^ „Irving-Langmuir-Preis für Chemische Physik“ . Amerikanische Chemische Gesellschaft . Abgerufen am 16. April 2024 .
  5. ^ Routzahn, Aaron L.; Jain, Prashant K. (08.04.2015). „Lumineszenzblinken eines reagierenden Quantenpunkts“ . Nano Letters . 15 (4): 2504–2509 . doi : 10.1021/acs.nanolett.5b00068 . ISSN 1530-6984 . PMID 25730168 .