Física química

La física química es una rama de la física que estudia los procesos químicos desde un punto de vista físico. Se centra en comprender las propiedades físicas y el comportamiento de los sistemas químicos, utilizando principios tanto de la física como de la química. Este campo investiga los fenómenos fisicoquímicos utilizando técnicas de la física atómica y molecular y de la física de la materia condensada.

El Departamento de Educación de los Estados Unidos define la física química como "un programa que se centra en el estudio científico de los fenómenos estructurales combinando las disciplinas de la química física y la física atómica/molecular. Incluye instrucción en estructuras heterogéneas, fenómenos de alineación y de superficie, teoría cuántica, física matemática, mecánica estadística y clásica, cinética química y física láser".

Distinción entre Física Química y Química Física

Si bien la física química se encuentra en la interfaz entre la física y la química, se distingue de la química física porque se centra más en el uso de teorías físicas para comprender y explicar fenómenos químicos a nivel microscópico, como la mecánica cuántica, la mecánica estadística y la dinámica molecular. Mientras tanto, la química física utiliza una gama más amplia de métodos, como la termodinámica y la cinética, para estudiar la naturaleza física de los procesos químicos. Por otro lado, la química física se ocupa de las propiedades físicas y el comportamiento de la materia en las reacciones químicas, abarcando una gama más amplia de temas, como la termodinámica, la cinética y la espectroscopia, y a menudo vincula el comportamiento químico macroscópico y microscópico. La distinción entre los dos campos aún necesita ser aclarada ya que ambos campos comparten puntos en común. Los científicos a menudo practican en ambos campos durante su investigación, ya que existe una superposición significativa en los temas y técnicas utilizados. Revistas como PCCP (Physical Chemistry Chemical Physics) cubren la investigación en ambas áreas, destacando su superposición.

Historia

El término "física química" en su sentido moderno fue utilizado por primera vez por el científico alemán A. Eucken, quien publicó "Un curso de física química" en 1930. Antes de esto, en 1927, la publicación "Química electrónica" de V. N. Kondrat'ev, N. N. Semenov e Iu. B. Khariton insinuó el significado de "física química" a través de su título. El Instituto de Física Química de la Academia de Ciencias de la URSS se estableció en 1931. En los Estados Unidos, se publica "The Journal of Chemical Physics" desde 1933.

En 1964, la Fundación General Electric creó el Premio Irving Langmuir en Física Química para honrar los logros más destacados en el campo de la física química. El premio, que lleva el nombre del Premio Nobel Irving Langmuir, reconoce las contribuciones significativas a la comprensión de los fenómenos químicos a través de los principios de la física, que afectan áreas como la química de superficies y la mecánica cuántica.

¿Qué hacen los físicos químicos?

Los físicos químicos investigan la estructura y dinámica de iones, radicales libres, polímeros, cúmulos y moléculas. Su investigación incluye el estudio de los aspectos mecánicos cuánticos de las reacciones químicas, los procesos de solvatación y el flujo de energía dentro y entre moléculas, y nanomateriales como los puntos cuánticos. Los experimentos en física química generalmente implican el uso de métodos espectroscópicos para comprender los enlaces de hidrógeno, la transferencia de electrones, la formación y disolución de enlaces químicos, las reacciones químicas y la formación de nanopartículas.

Los objetivos de investigación en el ámbito teórico de la física química son comprender cómo funcionan las estructuras y reacciones químicas a nivel mecánico cuántico. Este campo también pretende aclarar cómo se comportan y reaccionan los iones y radicales en fase gaseosa y desarrollar aproximaciones precisas que simplifiquen el cálculo de la física de los fenómenos químicos.

Los físicos químicos buscan respuestas a preguntas como:

• ¿Podemos probar experimentalmente las predicciones mecánicas cuánticas de las vibraciones y rotaciones de moléculas simples? ¿O incluso las de moléculas complejas (como proteínas)?
• ¿Podemos desarrollar métodos más precisos para calcular la estructura electrónica y las propiedades de las moléculas?
• ¿Podemos entender las reacciones químicas de los primeros principios?
• ¿Por qué los puntos cuánticos comienzan a parpadear (en un patrón que sugiere kinetics fractal) después de absorber fotones?
• ¿Cómo ocurren realmente las reacciones químicas?
• ¿Cuál es el proceso paso a paso que ocurre cuando una molécula aislada se vuelve asílvada? ¿O cuando todo un conjunto de moléculas se vuelve solvado?
• ¿Podemos utilizar las propiedades de los iones negativos para determinar las estructuras moleculares, comprender la dinámica de las reacciones químicas o explicar la fotodisociación?
• ¿Por qué un flujo de rayos X blandos llama a suficientes electrones de los átomos en un cúmulo de xenón para que el cúmulo explote?

Revistas

• The Journal of Chemical Physics
• Revista de Cartas de Química Física
• Revista de Química Física A
• Revista de Química Física B
• Revista de Química Física C
• Física Química Física Química Física Química
• Cartas de Física Química
• Física Química
• ChemPhysChem
• Física molecular (journal)