معرفی شیمی فیزیک
دسته صفحه: فروش فایلمعرفی شیمی فیزیک
شیمی فیزیک
معرفی شیمی فیزیک
شیمی فیزیک شاخه ای از شیمی است که ارتباط این علم را با فیزیک برقرار میکند و قوانین پایهای شیمی را بنا مینهد. در واقع شیمی علمی است که فیزیک را به زیست مرتبط میکند و در این بین، پل ارتباطی شیمی و فیزیک؛ شیمی فیزیک میباشد.
این گرایش در کل از چهار قسمت تشکیل شده است:
۱٫ ترمودینامیک:
این علم از اصولیترین قسمتهای شیمی فیزیک محسوب میشود و با درک آن بسیاری از مفاهیم شیمی فیزیک به خوبی درک میشود. این بخش از شیمی فیزیک در اصل در مورد خواص ماکروسکوپی مواد بحث میکند و قوانین مرتبط را با خواصی که برای انسان ملموستر میباشد بیان میکند. این علم کاری به دلایل مولکولی ندارند و بسیاری از قوانین آن حتی در زمانی که نظریه اتمی و ذرهای وجود نداشته است؛ به وجود آمدهاند!!! (برای قبول این حرف کافی است زندگینامه بولتزمن رو مطالعه کنید و دلیل خودکشیاش رو دریابید!). از دانشمندان بنامی که برای ارتقای ترمودینامیک فعالیت کردهاند میتوان؛ گیبس، ماکسول، بولتزمن، آرنیوس، هلمهولتز، کلازیوس، رابرت بویل، ژول، ویلیام تامسون(کلوین)، سدی کارنو، رابرت مایر، رامفورد، نرنست و پلانک را نام برد.
۲٫ کوانتوم:
از پایهگذارهای این علم شرودینگر و هایزنبرگ بودهاند که در ادامه دیراک، بورن، فاینمن، بوهم، دوبروی، بور، اپنهایمر و … نیز به این انقلاب پیوستند و آن را گسترش دادند. البته اگر به حق بنگریم نباید پلانک را که برای اولین بار کوانتومی بودن سطوح انرژی در یک حفره سیاه را مطرح کرد از قلم بندازیم.
این علم با دنیای میکروسکوپی کار دارد و قوانین حاکم بر آن را بررسی می نماید. ویژگی بارزی که آن را در ظاهر کمی ناملموس نشان میدهد ناتعینی(ناتاشتگی) در این علم است که با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مطرح می گردد. اما با کمال تعجب مشاهده میکنیم که با تمام این قوانین ناواضح تنها این علم است که میتواند دنیای ماکروسکوپی را توصیف کند و مکانیک کلاسیک(مکانیک نیوتونی، لاگرانژی و هامیلتونی) در این قسمت با شکست مواجه میشوند.
۳٫ مکانیک آماری:
این علم که قدمتی به نزدیکی ترمودینامیک دارد پل ارتباطی کوانتوم و ترمودینامیک محسوب میشود. به طور دقیقتر در این شاخه از شیمی فیزیک به کمک قوانین میکروسکوپی حاکم بر ماده و آمار و احتمالات(علت نامگذاری آن نیز همین است)، به خواص ماکروسکوپی دست مییابند. یک مثال ساده همین معادله حالت گازهای کامل است. در اوایل این معادله از ترکیب قوانین شارل، بویل و آووگادرو به صورت تجربی یافت شد اما به کمک مکانیک آماری که در آن تنها چند فرض ساده( که هر عقل سلیمی میتواند آنها را بپذیرد!) میشود؛ میتوان این معادله حالت گاز کامل را به دست آورد بدون آنکه یک لحظه شخص وقت خود را در آزمایشگاه بگذراند. در واقع زیبایی و قدرت این علم در این است که با چند فرض ساده(که اصول موضوعه خوانده میشوند) و با علم احتمالات، میتوان به خواص ماده پیبرد حتی اگر آن ماده وجود خارجی نداشته باشد!!!
البته این را هم باید اشاره کنم که حتی قبل از به وجود آمدن مکانیک کوانتومی این علم پایهریزی شده بودهاست که آن را مکانیک آماری کلاسیک و مکانیک آماری بولتزمن مینامند. از پایهگذاران آن میتوان بولتزمن، ماکسول، لیویل و … را نام برد. بعد از تولد مکانیک کوانتوم افرادی چون اینشتین، دیراک، فرمی و بوز آن را در مکانیک آماری استفاده کردند و مکانیک آماری کوانتومی را که به دو بخش فرمی-دیراک و بوز-اینشتین تقسیم میشود؛ بنا نهادند.
۴٫ سینتیک:
این بخش از شیمی فیزیک در مورد واکنشهای شیمیایی، سرعت آنها و مکانیزمهای موجود برای واکنشها میباشد و در اصل میتوان گفت یکی از بخشهای شیمی فیزیک است که ارتباط با صنعت بیشتری نسبت به بقیه شاخههای شیمی فیزیک دارد. کاربردهای این شاخه را میتوان در طراحی رآکتورهای صنعتی، کاتالیز واکنشهای شیمیایی و همچنین مطالعات بیوشیمیایی مخصوصا در کارکرد آنزیمها یافت. از این رو میتواند با زیست و صنعت ارتباط تنگاتنگی داشته باشد. البته باید خاطر نشان کرد که روح این شاخه همان ترمودینامیک است و در قوانین آن با ترمودینامیک تشابهات زیادی وجود دارد.
شیمی فیزیک در ایران
متاسفانه در ایران این گرایش به کلی مهجور مانده و آن طور که شایسته است به آن پرداخته نمی شود در حالی که در کشورهای صنعتی جز پرطرفدارترین گرایش های شیمی محسوب می شود. دلیل این امر بازار کار کم آن است که نسبت به تجزیه و آلی بسیار کمتر بوده و علت این بازار کار کم، نبود مطالعات پایه ای در زمینه شیمی است. البته شاخه هایی مانند سینتیک و الکتروشیمی می توانند به صورت جزیی در صنعت وارد شوند.
شاخه ها و زیر شاخه هایی از این علم که در ایران طرفدار بیشتری دارد و مطالعات بر روی آن ها صورت می گیرد، در حالت کلی به دو دسته تقسیم می شوند:
۱٫روش های تجربی: متاسفانه از آن جهت که در کشور با کمبود امکانات و مواد مواجه هستیم این بخش از مقبولیت خاصی برخوردار نیست و کمتر کسی دنبال این قسمت می رود. کارهای تجربی که بیشتر انجام می شود شامل موارد زیر می باشند:
· الکتروشیمی: در این شاخه بیشتر بر روی پیل ها و الکترود های شناساگر و … کار می شود. در صنعت در مورد الکترولیز و استخراج مواد کاربرد بسیار دارد و بخاطر همین می تواند بازار کار داشته باشد.
· سینتیک: این قسمت نیز همان طور که قبلا اشاره شد ارتباط با صنعت خوبی داشته و می تواند پیشزفت خوبی در صنعت داشته باشد.
· نانو: نانو بحث روز دنیا بوده و کشورمان در این قسمت از پیشگامان این تکنولوژی محسوب می شود. این تکنولوژی بین رشته ای بوده و در رشته هایی مانند فیزیک، مواد(متالورژی)، مکانیک، مهندسی شیمی و از جمله شیمی در آن فعالیت صورت می گیرد. البته در شیمی هم تجزیه کارها و هم شیمی فیزیک کارها در این قسمت فعالیت دارند.
2.روش های نظری و محاسباتی: اکنون در کشورمان اکثر کارهای شیمی فیزیکی که صورت می گیرد در این بخش می گنجد و دلیل آن نیز واضح است؛ چرا که این بخش تنها به یک کامپیوتر نیاز دارد و حتی در مواردی به کامپیوتر نیز نیازی نیست! کارهای نظری که صورت می گیرد به قرار زیر است:
· شیمی کوانتوم: در ایران تقریبا می توان گفت که کار تجربی در این زمینه به ندرت صورت می پذیرد و تنها فهالیت های محاسباتی و محض در راس قرار دارند.
· شیمی سطح: این بخش با فیزیک حالت جامد ارتباط تنگاتنگ دارد و به نحوی می توان آن را کاربرد فیزیک حالت جامد در شیمی دانست. از متداول ترین کارهایی که در این زمینه صورت می پذیرد بحث جذب سطحی مواد است که بیشترین کاربرد را در موضوع کاتالیزورها دارا می باشد. اگر به حق بنگریم این بخش نیز می تواند ارتباط با صنعت داشته باشد و کارهای تجربی نیز در این بخش صورت می پذیرد. این بخش مخصوصا در واکنش هایی که از کاتالیزگرهای ناهمفاز بهره می برند خود را نشان می دهد. البته باید اشاره کنم که یکی از علومی که با این بخش ارتباط تنگاتنگ دارد؛ الکتروشیمی است به بیانی دیگر برای فهم الکتروشیمی در سطح مولکولی فهم شیمی سطح الزامی است چرا که اکثر واکنشهای اکسایش کاهش در سطح مواد و فصل مشترکها رخ میدهد.
· شبیهسازی مولکولی: این قسمت جز پرطرفدارترین کارهای محاسباتی است که در ایران صورت میپذیرد. البته ممکن است آن را با اسم دینامیک مولکولی یا به اختصار MD نیز بشنوید. به طور خلاصه در این قسمت به کمک نرمافزارهای رایج محاسباتی مانند Gaussian، LAMPS، Spartan، YASP و … خواص فیزیکی و شیمیایی مواد را به دست میآورند.
همانطور که از توضیح بالا فهمیده میشود شبیهسازی مولکولی فنی است که میتواند در تمام شاخهها و رشتههای دیگر مانند؛ فیزیک، مکانیک و مواد استفاده شود. اگر مقالاتی که در این زمینه به چاپ میرسد؛ بررسی شود تنوع و گستردگی این فن بیشتر نمایان خواهد شد.
· ترمودینامیک آماری: همان طور که قبلا توضیح دادهشد این علم از خواص میکروسکوپی به خواص ماکروسکوپی مواد میرسد برای این کار در اکثر مواvد با داشتن تابع تقسیم(تابع پارش) میتوان دیگر خواص مورد نیاز را یافت.
پژوهشهایی که در ایران در این شاخه صورت میگیرد شامل شبیهسازی، معادله حالت، شیمی محلولها و الکترولیتها میباشد که خود این مفاهیم ابزاری قوی در صنعت و بیوشیمی محسوب میشوند.
دسته بندی محصولات