استخدامات الكيمياء الفيزيائية

تعتبر الكيمياء الفيزيائية (بالإنجليزية: Physical Chemistry) من الفروع الهامة في علم الكيمياء، حيث تركز على التفاعلات والتغيرات التي تحدث للمواد. يشمل هذا الفرع دراسة المبادئ الفيزيائية التي تساهم في تفسير عمليات التفاعل الكيميائي، مثل قوانين الغازات.

تهدف الكيمياء الفيزيائية إلى قياس الكميات والتغييرات الحادثة خلال التفاعلات، بالإضافة إلى دور ميكانيكا الكم في هذا المجال، الذي ساعد في نمذجة وفهم الجسيمات الدقيقة مثل الذرات والجزيئات. كما تهتم الديناميكا الحرارية الكيميائية بتفسير العلاقة بين الحرارة وأنواع الطاقة الكيميائية الأخرى.

تتعدد الاستخدامات والتطبيقات العامة التي تعتمد بشكل مباشر على الكيمياء الفيزيائية، ومنها ما يلي:

• تستخدم الكيمياء الفيزيائية في دراسة تأثير الأدوية المختلفة على عينة ممثلة من السكان.
• ترتبط الكيمياء الفيزيائية بدراسة الأسباب والنتائج، بالإضافة إلى تقييم المخاطر، بما في ذلك تقييم الوصفات الطبية والأدوية.
• تساعد الكيمياء الفيزيائية في تقييم مدى التزام المرضى بالأدوية، بالإضافة إلى تحديد الأخطاء الطبية.
• تتضمن الكيمياء الفيزيائية تطبيقات الديناميكا الحرارية والفيزياء الحيوية بشكل فعال.
• تستخدم الكيمياء الفيزيائية في تجميع البيانات القيمة والمهمة لصنع القرارات من قبل الباحثين والأطباء.
• تمكن الكيمياء الفيزيائية من دراسة العمليات والجزيئات المعقدة التي تحدث في الأنظمة البيولوجية والمواد الحديثة.

أقسام الكيمياء الفيزيائية

تنقسم الكيمياء الفيزيائية إلى عدة تخصصات مترابطة، ويمكن توضيح كل تخصص واستخداماته كما يلي:

الديناميكا الحرارية

تتناول الديناميكا الحرارية دراسة تحولات الطاقة من خلال تحليل التفاعلات الكيميائية وما تنتجه من حرارة. كما تبرز أهمية ميل العمليات الفيزيائية أو الكيميائية نحو الاتزان، وتلعب الديناميكا الحرارية دوراً مركزياً في ربط الخصائص الكتلية لمختلف المواد بناءً على قياسات محددة واستنتاجات مستمدة منها.

المطيافية

يركز هذا المجال على تنفيذ التحقيقات التجريبية لتصوّر بنيات الذرات والجزيئات. يسمح هذا العلم بالتعرف على المواد من خلال دراسة خصائص الإشعاعات المغناطيسية الممتصة أو المنبعثة من العينات التي يتم دراستها.

يمكننا مراقبة دوران أو اهتزاز الجزيئات عبر إجراء التحليلات الطيفية باستخدام الموجات الدقيقة مثل الأشعة تحت الحمراء، فضلاً عن الاعتماد على الأشعة فوق البنفسجية والتحليل الضوئي لدراسة التحولات الإلكترونية الدقيقة وهيكل هذه الإلكترونات.

الكيمياء الكهربائية

تعتبر الكيمياء الكهربائية أساساً لدراسة كيفية إنتاج التفاعلات الكيميائية للطاقة الكهربائية، بالإضافة إلى كيفية استخدام الكهرباء في تحفيز إجراء التفاعلات الكيميائية العكسية، المعروفة بالتحليل الكهربائي.

الحركية الكيميائية

تنقسم الحركية الكيميائية، أو الكيمياء الحركية، إلى مجموعة من التخصصات الفرعية التي تركز جميعها على دراسة معدلات التفاعل. يُستخدم هذا التخصص أيضاً في تطوير التقنيات المتعلقة بالعمليات الذرية والجزيئية.

كما أصبح من الممكن قياس سرعة التفاعلات الكيميائية خلال فترات زمنية قصيرة جداً، تقاس بوحدة الفيتمثانية، التي تعادل نحو 10^-15 ث.