من الموسوعة الحرة ....
الكيمياء الفيزيائية هي علم يقوم على دراسة خواص وبناء مختلف المواد والجسيمات التي تتكون منها هذه المواد وذلك تبعا لتركيبها وبنائها الكيميائيين وللظروف التي توجد فيها وعلى دراسة التفاعلات الكيميائية والاشكال الأخرى من التأثير المتبادل بين المواد تبعا لتركيبها الكيميائي وبنائها ، وللظروف الفيزيائية التي تحدث فيها هذه التفاعلات. يعود نشوء الكيمياء الفيزيائية إلى منتصف القرن الثامن عشر . فقد ادت المعلومات التي تجمعت حتى تلك الفترة في فرعي الفيزياء والكيمياء إلى فصل الكيمياء الفيزيائية كمادة علمية مستقلة ، كما ساعدت على تطورها فيما بعد . ولقد وضع العالم الروسي ميخائيل لومونوسوف أول كتاب جامعي في الكيمياء الفيزيائية .
و من أهم فروع الكيمياء الفيزيائية:
**الحركية الكيميائية (بالإنجليزية: Chemical kinetics) هو العلم الذي يهتم ويختص بدراسة معدل التغير في سرعة التفاعلات الكيميائية والعوامل المؤثرة فيها مثل الضغط ودرجة الحرارة والتركيز والعوامل الحفاز، كما أنها تقوم بوضع نماذج رياضياتية التي توصف خواص التفاعلات الكيميائية. في عام 1864, أشتهر كلاً من بيتر واغ وكاتو كلدبرغ بدراستهم للحركية الكيميائية، حيث أنهم قاموا بصياغة قانون فعل الكتلة, التي تقول بأن سرعة التفاعل الكيميائي تتناسب طردياً مع كمية المواد المتفاعلة.
**كيمياء الكمومية أو كيمياء الكم (بالإنجليزية: Quantum chemistry) هو فرع من الكيمياء النظرية يقوم بتطبيق ميكانيكا الكم ونظرية الحقل الكمومي وتقريب بورن-أوبنهايمر لحل قضايا ومسائل في الكيمياء. أحد تطبيقات الكيمياء الكمومية هي دراسة سلوك الذرات والجزيئات فيما يخص قابليتها للتفاعل. تقع الكيمياء الكمومية على الحدود بين الكيمياء والفيزياء ويشارط بها مختصون من كلا الفرعين. سبب تسميته بهذا الاسم يرجع إلى الأعداد الكمية التي هي عبارة عن أعداد تظهر كنتيجة رياضية منطقية تحدد أحجام وأشكال المجالات الالكترونية.
نشأة كيمياء الكم
مضى ما يزيد عن سبع سنين على نظرية بور (أو نظرية الكم القديمة كما تسمّى أيضاً) وهي لا تزال في بداية العقد الثاني من القرن العشرين تراوح مكانها دون تقدّمٍ ملموس يتماشى مع إنجازات الفيزياء من الناحية التجريبية. كان هذا الأمر ممّا أرّق العالم الشاب هايزنبرغ (22 سنة) والذي اعتقد أنّه قد آن الأوان لنقلة نوعيّة وتغيير جذري في نمط التفكير. كان هايزنبرج يرى أنّ المشكلة الحقيقية في نظريّة بور هي تلك المسارات التي نفرض أنّ الإلكترون يدور فيها، فهي ممّا لا يمكن للباحثين التأكّد منه تجريبيّاً، وبدلاً من الاعتماد على مثل هذه الفرضيات "التقليدية" اقترح هايزنبرج الاهتمام أكثر بما يمكن أن يقاس بالتجربة. عكف هايزنبرج على وضع الأسس الرياضية لفكرته، وبالفعل قام بتقديمها، قبل ذهابه في رحلة علميّة طويلة في العام 1923، مكتوبةً لرئيسه في العمل ماكس بورن (Max Born) الذي وضعها في الإطار الرياضي الصحيح وقام بنشرها مباشرة. كانت تلك أوّل مرّة يظهر فيها مصطلح ميكانيكا الكمّ (Quantum mechanics). لم تَلْقَ ميكانيكا الكمّ حماساً لدى الفيزيائيين، فقد كانت مغرقةً في التجريد لا يكاد المتعامل معها يستطيع أن يتخيّل بها أيّ شيء، كانت مجرّد أرقام ومصفوفات! صحيح أنّها تعطي نتائج صحيحة ولكنّها أشبه بآلة لا يُعرف كيف تعمل، تعطيها المعطيات فتعطيك النتائج. كان الفيزيائيون –الجيل القديم منهم بالذات- بحاجة إلى أشياء ملموسة أو على الأقل قابلة للتخيّل، وكان شرودنجر (Schrödinger) أحد هؤلاء الفيزيائيين القدامى فأخذ يبحث عن مسلك أقل تجريداً وأكثر قبولاً من ميكانيكا هايزنبرج وبورن (والتي عرفت فيما بعد ميكانيكا المصفوفات Matrix mechanics لاعتمادها من الناحية الرياضية على المصفوفات)، فكان أنْ وجد شرود نجر ضالّته المنشودة في فرضية دو برولّي (De Broglie) واضعاً بذلك الأساس لما عرف فيما بعد بميكانيكا الأمواج (Wave mechanics).
أهمية كيمياء الكم
القوانين الكلاسيكية تنطبق على الاجسام الكبيرة. أما الأجسام الصغيرة لا تنطبق عليها القوانين تنطبق قوانين الميكانيكا الكلاسيكية على الاجسام الكبيرة وعند تطبيق هذه القوانين على الاجسام الصغيرة مثل : الذرات أو الالكترونات. وجد ان هذه القوانين فشلت في تفسير الظواهر الطبيعية وسلوك هذه الاجسام ولذلك ظهرت نظرية ميكانيكا الكم Quantum mechanism التي استطاع تفسير سلوك هذه الاجسام بجانب انها تفسر أيضا سلوك الأجسام الكبيرة.
ومن أهم الظواهر التي فشلت الميكانيكا الكلاسيكية في تفسيرها ونجحت ميكانيكا الكم هي :
نظرية بور لذرة الهيدروجين
الطيف الذرئي والجزئي
إشعاعات الجسم الاسود
ظاهرة التأثير الكهروضوئي
ظاهرة تأثير كومتون
comton effect
**الكيمياء الكهربيةأو الكيمياء الكهربائية Electrochemistry أحد فروع الكيمياء التي تدرس التفاعلات التي تحدث عند سطوح النواقل الكهربائية (مثل الإلكترودات المؤلفة من المعادن) أو نصف ناقل (مثل الغرافيت) أو النواقل الشاردية مثل المحاليل الشاردية (إلكتروليت).
إذا استطاع تفاعل كيميائي أن يتم بفضل جهد كهربائي voltage، أو استطاع التفاعل أن يولد جهدا كهربائيا كما في حالة البطاريات، عندها ندعو مثل هذا التفاعل الكتروكيميائي، وبشكل عام تتعامل الكيمياءالكهربائية مع وضعيات تحدث فيها تفاعلات أكسدة وإختزال بشكل منفصل تفصل بينهما مسافة معينة يتم خلالها انتقال للالكترونات مما يتيح فرصة لتشكل جهد كهربائي وتيار كهربائي. أما انتقال الشحنة المباشر من جزيئة إلى أخرى فلا يدخل في نطاق اهتمامات الكيمياء الكهربائية.
**المطيافية أو علم الأطياف (بالإنجليزية: Spectroscopy): هوعلم دراسة التآثر interaction بين الإشعاعكهرومغناطيسيا أوإشعاع جسيمات) مع المادة والتي تشمل الذرات والجزيئات. في حين تكون القياسات الطيفية Spectrometry هو قياس هذه التآثرات سواء كانت عملية امتصاص أو انبعاث أو تبعثر(إستطارة) للطيف الكهرومغناطيسي والأجهزة التي تقوم بهذه القياسات التي تدعى بالمطيافبالإنجليزية: spectrometer) أو راسم طيفي (بالإنجليزية: spectrograph). مخطط التآثر يشار له عادة بمخطط طيفي (بالإنجليزية: spectrogram) أو اختصارا بشكل غير رسمي: طيف (بالإنجليزية: spectrum). (سواء كان (
تاريخيا، أشير للمطيافية على أنه أحد فروع العلوم الذي يستخدم فيه الضوء المرئي للدراسة النظرية لبنية المادة وللتحليل الكيفي والكمي. مؤخرًا، تم توسيع التعريف بعد إدخال وتطوير تقنيات جديدة لا تستخدم فقط الضوء المرئي بل أي نوع من أنواع الإشعاع.
المطيافية تسخدم غالبا في الكيمياء الفيزيائية والتحليلية للتحلليل النوعي والكمي للمواد الكيميائية سواء كانت ذرية باستخدام الاطياف الذرية لتلك العناصر أو جزيئات باستخدام الأشعة المرئية أو فوق البنفسجية أو تحت الحمراء. تستخدم المطيافيات أيضا بكثرة في علم الفلك والاستشعار عن بعد remote sensing. تملك التلسكوبات الكبيرة جدا دوما مطياف لقياس إما التركيب الكيميائي أو الخواص الفيزيائية للأجرام الفلكية أو قياس السرعات حسب انزياح دوبلر لخطوطهم الطيفية.
رد مع اقتباس
مواقع النشر (المفضلة)