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 mediante técnicas de la física atómica y molecular, así como 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, alineación y fenómenos de superficie, teoría cuántica , física matemática , mecánica estadística y clásica , cinética química y física láser ". ^{[ 1 ]}

Si bien se sitúa en la interfaz entre la física y la química, la física química se distingue de la química física al centrarse 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. Por su parte, la química física emplea una gama más amplia de métodos, como la termodinámica y la cinética, para estudiar la naturaleza física de los procesos químicos. En cambio, 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 ambos campos aún necesita ser aclarada, ya que comparten bases comunes. Los científicos suelen trabajar en ambos campos durante sus investigaciones, dado que existe una superposición significativa en los temas y las técnicas utilizadas. ^{[ 2 ]} Revistas como PCCP ( Physical Chemistry Chemical Physics ) cubren investigaciones en ambas áreas, destacando su superposición.

El término «física química» en su sentido moderno fue utilizado por primera vez por el científico alemán A. Eucken, quien publicó «Curso de física química» en 1930. Anteriormente, en 1927, la publicación «Química electrónica» de V. N. Kondrat'ev, N. N. Semenov e Iu. B. Khariton ya insinuaba el significado de «física química» en su título. El Instituto de Física Química de la Academia de Ciencias de la URSS se fundó en 1931. En Estados Unidos, la revista « The Journal of Chemical Physics » se publica desde 1933. ^{[ 3 ]}

En 1964, la Fundación General Electric estableció el Premio Irving Langmuir de Física Química para honrar los logros sobresalientes en el campo de la física química. Nombrado en honor al Premio Nobel Irving Langmuir , el premio reconoce las contribuciones significativas a la comprensión de los fenómenos químicos a través de los principios de la física, con impacto en áreas como la química de superficies y la mecánica cuántica. ^{[ 4 ]}

Los físicos químicos investigan la estructura y la dinámica de iones , radicales libres , polímeros , cúmulos y moléculas . Su investigación abarca el estudio de los aspectos cuántico-mecánicos 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 suelen emplear 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 la investigación en el ámbito teórico de la física química son comprender cómo funcionan las estructuras y reacciones químicas a nivel cuántico. Este campo también busca dilucidar el comportamiento y la reacción de iones y radicales en fase gaseosa, así como desarrollar aproximaciones precisas que simplifiquen el cálculo de la física de los fenómenos químicos.

Los físicos químicos buscan respuestas a preguntas como las siguientes:

• ¿Podemos comprobar experimentalmente las predicciones de la mecánica cuántica sobre las vibraciones y rotaciones de moléculas simples? ¿O incluso las de moléculas complejas (como las proteínas )?
• ¿Podemos desarrollar métodos más precisos para calcular la estructura electrónica y las propiedades de las moléculas?
• ¿Podemos comprender las reacciones químicas a partir de los principios fundamentales?
• ¿Por qué los puntos cuánticos comienzan a parpadear (en un patrón que sugiere una cinética fractal ^{[ 5 ]} ) después de absorber fotones ?
• ¿Cómo se producen realmente las reacciones químicas?
• ¿Cuál es el proceso paso a paso que ocurre cuando una molécula aislada se solvata? ¿O cuando se solvata un conjunto completo de moléculas?
• ¿Podemos utilizar las propiedades de los iones negativos para determinar estructuras moleculares, comprender la dinámica de las reacciones químicas o explicar la fotodisociación ?
• ¿Por qué un haz de rayos X suaves arranca suficientes electrones de los átomos de un cúmulo de xenón como para provocar que el cúmulo explote?

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