Φυσικοχημεία

Η Φυσικοχημεία είναι επιστημονικός κλάδος της Χημείας με κύριο αντικείμενο τη μελέτη των φυσικών φαινομένων που παρατηρούνται στα χημικά συστήματα (εφαρμογή αρχών, νόμων και θεωριών της Φυσικής σε προβλήματα της Χημείας). Η Φυσικοχημεία, όπως φανερώνει και το όνομά της, θα μπορούσε να θεωρηθεί και ως ο συνδετικός κρίκος μεταξύ της Φυσικής και της Χημείας.

Ιστορία

Από την έναρξη της συστηματικότερης και λογικά θεμελιωμένης μελέτης της Χημείας (δηλαδή από την ανατροπή της Αλχημείας και έπειτα) και μέχρι τα μέσα, περίπου, του 19ου αιώνα οι χημικοί βασίστηκαν εξ' ολοκλήρου σε πειραματικές τεχνικές για την εξαγωγή συμπερασμάτων για την σύσταση, τη δομή και τη δραστικότητα των χημικών ενώσεων. Πιο συγκεκριμένα, έπειτα από την πραγματοποίηση πειραμάτων οι επιστήμονες συνέλεγαν τα δεδομένα και πρότειναν θεωρίες για τη λογική τους ερμηνεία.
Αυτή η διαδικασία είχε, όμως, δύο προβλήματα. Το πρώτο από αυτά ήταν πως οι περισσότερες θεωρίες ήταν ποιοτικού και όχι ποσοτικού χαρακτήρα. Δηλαδή, με χρήση αυτών μπορούσαν να γίνουν κάποιες προβλέψεις, αλλά όχι μαθηματικοποιημένα (π.χ. ήταν γνωστό πως ο άνθρακας σχηματίζει πάντοτε 4 δεσμούς, αλλά ήταν πολύ δύσκολο να προσδιορισθεί το μήκος του κάθε δεσμού μόνο βάσει της θεωρίας). Το δεύτερο πρόβλημα ήταν πως κάποιες παρατηρήσεις δε μπορούσαν να ερμηνευθούν μόνο από την εμπειρία και τις θεωρίες της Χημείας. Τα δύο αυτά προβλήματα αντιμετωπίσθηκαν, κυρίως, με την ανάπτυξη του πεδίου της Φυσικοχημείας (τόσο της πειραματικής, όσο και της θεωρητικής).
Την περίοδο εκείνη στη Φυσική είχε δημιουργηθεί και αναπτυχθεί μια πολλά υποσχόμενη θεωρία, η θεωρία της Θερμοδυναμικής (θεωρία που ασχολείται με τη μεταφορά και τη μετατροπή σε άλλες μορφές ενέργειας της θερμότητας). Κάποιοι επιστήμονες (J.W. Gibbs, J.H. van 't Hoff, S.A. Arrhenious, F.W. Ostwald, G.N. Lewis, W.H. Nernst και άλλοι), λοιπόν, προσπάθησαν και κατόρθωσαν να χρησιμοποιήσουν τη θεωρία αυτή προκειμένου να ερμηνεύσουν φαινόμενα της Χημείας, όπως είναι η αυθορμητότητα των χημικών αντιδράσεων (δηλαδή το κατά πόσον μια αντίδραση μπορεί να συμβεί από μόνη της σε δεδομένες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας), δημιουργώντας έτσι έναν χώρο που σήμερα καλείται Χημική Θερμοδυναμική. Τα χρόνια που ακολούθησαν, και αφού είχαν γίνει φανερά τα πλεονεκτήματα της προσέγγισης των χημικών συστημάτων από τη σκοπιά του φυσικού, αρκετοί φυσικοί (E. Rutherford, F. Hund, P. Debye, W. Kohn και άλλοι) και χημικοί (O. Hahn, L.C. Pauling, R.S. Mulliken, J. Pople και άλλοι) μετέφεραν στοιχεία από διάφορες θεωρίες της Φυσικής στην Χημεία. Έτσι, δημιουργήθηκαν πεδία όπως η Ηλεκτροχημεία και η Κβαντική Χημεία (βλέπε την παράγραφο «Υποκλάδοι της Φυσικοχημείας»), ενώ η Φυσικοχημεία μετατράπηκε σε έναν από τους τέσσερις βασικούς κλάδους της Χημείας (οι άλλοι τρεις είναι οι: Ανόργανη Χημεία, Οργανική Χημεία και Αναλυτική Χημεία).
Η Φυσικοχημεία προσφέρει βασικά δύο πλεονεκτήματα σε σχέση με την κλασική θεώρηση της Χημείας. Το πρώτο από αυτά είναι πως ορίζει πολλές έννοιες μαθηματικά, προσφέροντας μεγάλη ακρίβεια καθώς και τη δυνατότητα θεωρητικών υπολογισμών πολλών χημικών και φυσικοχημικών μεγεθών και ιδιοτήτων, ενώ το δεύτερο είναι πως χρησιμοποιεί καλά ορισμένες (από την επιστήμη της Φυσικής) έννοιες, όπως για παράδειγμα είναι η δύναμη, για τη βαθύτερη και με μεγάλη ακρίβεια μελέτη των χημικών συστημάτων. Να σημειωθεί εδώ πως εκτός των θεωρητικών εξισώσεων, μέσω της Φυσικής, προσφέρθηκε στη Χημεία η δυνατότητα ανάπτυξης εξειδικευμένης οργανολογίας για την μελέτη των προβλημάτων της (π.χ. φωτόμετρα, φασματοφωτόμετρα, όργανα κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ, εκλεκτικά ηλεκτρόδια ιόντων και άλλα).