Chimie physique – Wikipedia

Le Chimie physique (court: PC ou Phys.Chem. , aussi: Physicochimie ) En plus de la chimie inorganique et organique, l’une des sous-domaines “classiques” de la chimie est. Il traite de la zone frontalière entre la physique et la chimie, en particulier l’application des méthodes de physique aux objets de chimie, c’est pourquoi le terme parfois aussi physique chimie est utilisé. Alors que dans la chimie préparative des questions de la méthodologie de la synthèse chimique de substances connues et nouvelles, l’accent est mis sur la chimie physique en utilisant des méthodes théoriques et expérimentales pour décrire les propriétés des tissus et leur conversion, dans le but de créer des formules mathématiques généralement applicables avec des unités clairement définies et des valeurs numériques exactes pour tous les processus pertinents.

Naturellement, il y a une grande proximité avec la physique (en particulier la physique moléculaire), et la classification d’un sujet de recherche en tant que «physique» ou «chimie» n’est souvent pas claire. Néanmoins, une distinction est faite entre la chimie physique et la physique chimique en fonction de l’objectif. La chimie physique fournit les fondements théoriques de la chimie technique et de l’ingénierie des processus, mais est également pour la recherche médicale depuis le début du 20e siècle, ^[d’abord] Surtout pour la physiologie et la pathologie ^[2] pertinent. Les chimistes qui travaillent principalement dans le domaine de la chimie physique sont connus comme un chimiste physique. La chimie physique fait partie de la partie obligatoire dans toutes les études chimiques.

Les premiers cours sur des sujets de chimie physique ont eu lieu vers 1752 à l’Université de Lomonossow à Moscou par Mikhail Lomonossow. En 1890, Svante Arrhenius, Jacobus Henricus van ‘T hoff, Wilhelm Ostwald et Walther Nernst ont introduit la chimie physique en tant que sujet indépendant dans les universités. Josiah Willard Gibbs, publié en 1867, est considéré comme le fondateur de la chimie physique en anglo-saxonie avec son “sur l’équilibre de la substance hétérogène”, dans laquelle il a développé l’énergie libre de base, le potentiel chimique et la règle de phase. Gibbs, Robert Mayer, Hermann Helmholtz, Jacobus Henricus van ‘T hoff, ont formé une chaîne importante du concept énergétique pour Wilhelm Ostwald d’un point de vue chimique.

Gustav Wiedemann a reçu le premier président allemand de chimie physique à Leipzig en 1871. ^[3] Ce n’est qu’en 1887 qu’après une nouvelle occupation de la chaise avec Wilhelm Ostwald, la chimie physique s’est manifestée dans la recherche. L’Institut Wilhelm-Ostwald pour la chimie physique et théorique de l’Université de Leipzig nommé d’après Ostwald est le plus ancien institut chimique physique d’Allemagne. Il a été fondé en 1898 et nommé d’après son fondateur en 1998. Ostwald est devenu le premier rédacteur en chef de celui fondé en 1887 avec Van ‘T Hoff Journal of Physical Chemistry, Stöchiométrie et relation .

D’autres instituts, spécifiquement dédiés à la chimie physique, ont ensuite suivi la suggestion de son étudiant Walther Nernst dans un épisode rapide de Göttingen (1891) ^[4] , Dresde (1900) ^[5] , Karlsruhe (1900) ^[6] , Berlin (1905) ^[7] , Aachen (1906) ^[8] , Breslau (1910) ^[9] Et ailleurs. ^[dix]

Wilhelm Ostwald a fondé le Société électrochimique allemande , le 1901 en Société allemande Bunsen pour la chimie physique appliquée a été renommé. En Angleterre en 1903 le Société Faraday (aujourd’hui Division Faraday le Société royale de chimie ) fondé. En attendant, d’innombrables universités et plusieurs instituts Max Planck traitent de la chimie physique.

Un article de vue d’ensemble de la Bunsen Society fournit un aperçu détaillé de l’origine et du développement de la chimie physique. ^[11] De plus amples détails peuvent être trouvés sous l’histoire de la chimie, une liste de chimistes physiques importants dans toutes les universités allemandes ^[douzième] est situé ici. ^[13]

La chimie physique est divisée en différentes sous-zones dans lesquelles différents phénomènes sont examinés. Les plus importants sont Chimie théorique , thermodynamique , Cinétique , Spectroscopie et Elektrochemie .

Chimie théorique [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Dans la chimie théorique, vous essayez de prédire les propriétés des molécules individuelles ou des quantités macroscopiques de matériel à l’aide de mathématiques ou de simulations et de factures informatiques. La mécanique quantique fournit les bases de la compréhension de la structure de la matière et de la liaison chimique, tandis que la thermodynamique statistique fournit le lien avec la thermodynamique macroscopique.

Thermodynamique chimique [ Modifier | Modifier le texte source ]]

La thermodynamique chimique standardiqua les concepts énergétiques des travaux électrochimiques (tension source), l’énergie thermique en augmentant la température d’une substance, travaillant en cas d’extension de gaz (moteur à vapeur, moteur à combustion) et l’énergie thermique pour les implémentations de tissu (enthalpie, par exemple le brûlage du charbon ou de l’essence).

La thermodynamique chimique permet également des déclarations si des implémentations de matériaux sont possibles, que les énergies doivent être développées ou alimentées dans une réaction, que les concentrations de tissu concernant les produits (matériaux de départ) sont à prévoir conformément à la loi sur l’effet de masse, si une augmentation de la température ou de la pression favorise ou atténue, à laquelle on peut s’attendre un potentiel redox ou à quelle concentration ionique de substances individuelles.

Comportement des gaz à la température, volume, changements de pression [ Modifier | Modifier le texte source ]]

En cas de changement de température et de pression extérieure constante, le volume d’un gaz change proportionnellement au changement de température (Gay Lossac Act). En cas d’augmentation de température, le gaz s’étend, lorsque le refroidissement est refroidi. Avec les gaz idéaux, le volume est proportionnel à la température absolue; Cette hypothèse est souvent une bonne approximation pour les gaz réels. Si un gaz est pressé sous une forte pression, la température et l’énergie intérieure du gaz augmentent. Cette énergie intérieure d’un gaz peut également remettre le travail en élargissant le gaz. Ce processus a été utilisé, par exemple, pour conduire les moteurs à vapeur. Si vous étirez un gaz très rapidement dans un cylindre avec un piston à un plus grand volume, le gaz se refroidit. Ce processus est utilisé, par exemple, dans les réfrigérateurs ou les systèmes de liquide d’air.

Dans une machine à vapeur, seule une certaine partie de l’énergie thermique est convertie en énergie mécanique. L’énergie thermique devient une œuvre, mais l’énergie globale d’un système fermé ne change pas. Le quotient de la teneur en énergie thermique, qui est remis à l’environnement inutilisé dans ce processus, est appelé la température comme entropie. L’écoulement d’un gaz dans un vide est également associé à un gain d’entropie, le processus ne fonctionne pas volontairement dans la direction opposée.

Substances chimiques [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Les substances chimiques, les modifications des états agrégés ou le relâchement des sels ou des acides concentrés ou des bases dans l’eau sont souvent associés à un débit de chaleur ou à une absorption de chaleur. Dans le passé, les chimistes pensaient que le développement de la chaleur était à la base des réactions chimiques entre les substances. Cependant, des implémentations ont ensuite été trouvées dans lesquelles un refroidissement s’est produit. Les scientifiques naturels ont réalisé que l’entropie pour les processus chimiques devait jouer un rôle important dans le cas des substances avec acceptation de la chaleur.

La quantité d’énergie de chaque conversion de substances peut être référée à un tissu MOL afin que les résultats puissent être comparés. Avec la combustion de 12 g de carbone à 48 g de dioxyde de carbone, une quantité différente de chaleur (enthalpie) est libre que dans la combustion de 12 g de carbone à 28 g de monoxyde de carbone. Chaque connexion matérielle peut – chacune liée à une mol – un certain revenu énergétique (enthalpie de l’éducation standard) basée sur les énergies de chaleur mesurées. Applications énergétiques inconnues, par ex. B. La formation de dioxyde de carbone en monoxyde de carbone et de l’oxygène peut être déterminée par formation. Le chimiste peut déterminer la quantité d’énergie thermique requise lors de la mise en œuvre du matériau ou est libérée dans une réaction de la connaissance des enthalpies de formation standard.

L’eau et l’énergie thermique sont créées lorsque l’hydrogène gazeux et l’oxygène sont brûlés. Dans le même temps, le volume de gaz est réduit. La réduction du gaz dans cette réaction est une taille d’énergie (entropie), dont la teneur en énergie résulte de la modification du volume de gaz conformément aux explications ci-dessus. Le contenu de formation standard peut également être déterminé pour la majorité des tissus. La teneur en formation standard est déterminée énergiquement par multiplication avec la température absolue (en k). L’enthalpie de formation standard et l’éducation standard sont liées par l’enthalpie gratuite. Si vous formez les différences des enthalpies libres des produits finaux aux matériaux de départ, vous obtenez la réponse gratuite aux tiges. L’enthalpie de réaction libre doit toujours être négative pour qu’une réaction soit possible, elle est positive, la réaction chimique est impossible.

Loi [ Modifier | Modifier le texte source ]]

La masse d’effet de masse – ou plus précisément l’équilibre chimique avec la constante d’équilibre K – décrit la liaison multiplicative des concentrations des produits aux matériaux de départ. L’enthalpie de réaction libre est liée par une formule simple avec la constante d’équilibre de la loi sur l’effet de masse. Si l’enthalpie de réaction libre est négative, les produits se forment principalement en équilibre des matériaux de départ; Si la réponse à la réaction est positive, il n’y a presque pas de mise en œuvre. L’équilibre d’une mise en œuvre chimique peut souvent être modifié en modifiant la température ou la pression. Parfois, cependant, des catalyseurs sont également nécessaires pour que l’équilibre soit réglé comme vous le souhaitez.

Avant de développer la procédure Bosch Haber pour extraire l’ammoniac, il était connu de la thermodynamique qu’un ammoniac d’hydrogène et d’azote devrait être possible. Pendant longtemps, cependant, l’éducation a échoué, uniquement par les catalyseurs et sous des températures et une pression plus élevées, la réaction s’est enfuie comme souhaité. La pression était nécessaire pour compenser la diminution de l’entropie, et une température élevée a eu un effet négatif sur l’entropie, mais avantageusement dans l’activation catalytique.

Une loi particulièrement importante, l’équation de la camionnette, décrit le changement d’équilibre en fonction du changement de température. Les produits de solubilité des sels inorganiques et biologiques dans l’eau et d’autres liquides peuvent également être calculés à partir de l’enthalpie de réaction libre et de la loi sur les effets de masse. Dans le cas des réactions redox, l’équation de Nernst fournit un moyen de calculer les concentrations d’ions ou le potentiel électrochimique (par exemple des auteurs de potassium dans une solution acide, neutre et de base).

Cinétique [ Modifier | Modifier le texte source ]]

La cinétique traite du processus temporel des réactions chimiques (cinétique de réaction) ou des processus de transport (par exemple la diffusion, séparation des tissus sur les surfaces, catalyse). Dans la cinétique, le cours macroscopique d’une réaction (macrocinétique) et le cours exact d’une réaction dans les réactions élémentaires individuels sont examinés (microcinetique).

Spectroscopie [ Modifier | Modifier le texte source ]]

La spectroscopie est un terme collectif pour un excellent processus expérimental qui examine un échantillon d’énergie sous forme de rayonnement électromagnétique (ondes radio, micro-ondes, infrarouge, lumière visible, UV, ray x). Le but de la spectroscopie est de tirer des conclusions du spectre obtenu, par exemple sur sa structure interne (puissance moléculaire intermédiaire), la composition de matériau ou la dynamique.

Elektrochemie [ Modifier | Modifier le texte source ]]

L’électrochimie traite des propriétés des particules chargées, en particulier des ions et des effets du courant électrique sur les tissus. Les domaines d’examen les plus importants de l’électrochimie sont les processus dans des solutions principalement aqueuses d’ions, d’électrolytes et d’électrodes. L’interaction de ces processus est cruciale en matière d’électrolyses de représentation et de référence, les processus de corrosion et la zone de stockage de l’électricité dans les batteries et les accumulateurs. Les autres applications techniquement importantes en électrochimie sont les piles à combustible et la séparation des métaux sur les surfaces de la galvanotechnologie.

La chimie physique traite de nombreux objets qui ont un grand potentiel d’application ou qui sont d’une importance cruciale pour la qualité de vie de l’humanité.

• Dans le domaine de la cinétique de réaction, Paul J. Crutzen, Mario J. Molina et Frank Sherwood Rowland ont reçu le prix Nobel pour leurs recherches sur le mécanisme de réaction de l’éducation et de la décomposition de l’ozone.
• Dans pratiquement toutes les voitures, une sonde lambda fonctionne dans le catalyseur, qui effectue constamment une analyse des gaz d’échappement et adapte l’injection de carburant afin de libérer comme peu de carburant ininterrompu et ainsi d’augmenter l’efficacité.
• Les connaissances électrochimiques sont essentielles pour le développement de batteries de type nouvelles pour les ordinateurs portables et les téléphones portables.
• De plus en plus de méthodes de chimie théorique sont utilisées dans le domaine du développement des ingrédients actifs pour l’industrie pharmaceutique.
• La chimie physique est l’une des principales disciplines de la nanotechnologie.
• Les méthodes de chimie de surface permettent un aperçu du cours de la synthèse de l’ammoniac, sans laquelle la production d’engrais artistique n’est pas possible et la production alimentaire mondiale serait beaucoup plus difficile.

Manuels généraux [ Modifier | Modifier le texte source ]]

• Peter Atkins, J. de Paula: Chimie physique . 5e édition. Wiley-VCH, Weinheim 2013, ISBN 3-527-33247-2.
• Gerd Wedler, Hans-Joachim Freund: Manuel de chimie physique . 6. Édition. Wiley-VCH, Weinheim 2012, ISBN 978-3-527-32909-0.
• T. Engel, P. Reid: Chimie physique . Pearson Studies, 2006, ISBN 978-3-8273-7200-0
• W. Bechmann, J. Schmidt: Entrée dans la chimie physique pour un sujet de partie-temps . Teubner, 2005, ISBN 3-8351-0035-1
• W. J. Moore, D. O. Hummel, G. Trafara, K. Holland-Moritz: Chimie physique . Walter The Gridays, 1999, ISSBN 3-11-010979-4.

Revues chimiques physiques [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Attachements de magazines [ Modifier | Modifier le texte source ]]

• Paul Harteck: La théorie quantique en chimie . Dans: Sciences naturelles . Groupe 38 , Non. 3 , 1951, S. 61–67 , est ce que je: 10.1007 / bf00589913 (Conférence, tenue à l’assemblée de la Société des naturalistes et médecins allemands le 23 octobre 1950 à Munich).

1. ↑ Voir aussi Rudolf Höber: Chimie physique de la cellule et des tissus. 1902.
2. ↑ Paul Diepgen, Heinz Goerke: ASCHOFF / DIEPGEN / GoERKE: Tableau de vue d’ensemble sur l’histoire de la médecine. 7e, édition nouvellement traitée. Springer, Berlin / Göttingen / Heidelberg 1960, p. 55 (au docteur et chimiste physique Heinrich Karl Wilhelm Schade, 1876–1935).
3. ↑ Université de Leipzig Chimie physique, 1887 dans le “Second Chemical Institute”, Brüderstr. 34, et en 1898 dans le nouvel “Institut Ostwald pour la chimie physique et théorique”, Linnestr. 2
4. ↑ Université de Göttingen en 1891 à l’Institut physique, Michaellishaus sur le canal de Lein, et en 1896 en tant que nouveau «Inst. Pour physique. Chimie”
5. ↑ Th Dresde 1900 comme “Laboratoire électrochimique”
6. ↑ Th Karlsruhe 1900 comme «Inst. Pour physique. Chimie”
7. ↑ Université de Berlin dans le 2nd Chemical Institute (voir sous “Histoire”), 1905 comme “Institut physikal-chimique”
8. ↑ Th Aiaxh en 1897 comme “électrochimie”, 1906 avec la chaise comme “science théorique de la cabane et chimie physique”
9. ↑ Th Breslau 1910 comme «Inst. Pour physique. Chimie”; Manfred Rasch: Schenck, Friedrich Rudolf. Dans: Nouvelle biographie allemande (NDB). Volume 22, Duncker & Humblot, Berlin 2005, ISBN 3-428-11203-2, p. 667 f. ( Numérisé ).
10. ↑ 100 ans de chimie physique à Aix-un ( Mémento à partir du 29 octobre 2013 Archives Internet ) (PDF; 1,9 Mo); 100 ans de chimie physique à Karlsruhe (PDF; 109 Ko)
11. ↑ Manfred Zeidler 100 ans de chimie physique à Rwth Aachen, p. 91 ( Mémento à partir du 29 octobre 2013 Archives Internet ) (PDF; 1,9 Mo)
12. ↑ Institut de chimie physique en Allemagne et en Autriche ( Mémento à partir du 29 octobre 2013 Archives Internet )
13. ↑ Aperçu de toutes les chaises et départements pour la chimie physique ( Mémento à partir du 29 octobre 2013 Archives Internet ) (PDF; 9 Mo)