இயற்பிய வேதியியல்

இயற்பிய வேதியியல் (Physical chemistry)  என்பது வேதிப்பொருட்களில் காணப்படும் பேரளவு துகள்கள்,  நுண்துகள், அணுக்கள் மற்றும் துகள்மங்கள் போன்றவற்றையும் அவை சார்ந்த வேதியியல் நிகழ்வுகளையும் இயற்பியல் விதிகள் மற்றும் கோட்பாடுகளின் அடிப்படையில் ஆய்வு செய்கின்ற ஒரு துறையாகும். இயக்கம், ஆற்றல், விசை, நேரம், வெப்ப இயக்கவியல், இயங்கியல், குவாண்டம் வேதியியல், புள்ளியியல் இயக்கவியல் போன்றவை இயற்பியல் கோட்பாடுகளில் அடங்கும். ஆற்றல் அழிவின்மை விதியை வெளியிட்ட அண்டோயின் இலவாய்சியரின் சோதனைகளுக்குப் பின்னர் வேதியியல் என்பது கவனமான அளவீடுகள் மற்றும் வேதியியல் நிகழ்வுகளின் அடிப்படையிலான அளவீடுகள் ஆகியவற்றால் நிறுவப்பட்ட ஒரு அறிவியல் பிரிவு என்ற நோக்கத்துடன் பயணித்தது. வேதியியலின் வரலாறு வெப்ப இயக்கவியலின் வரலாற்றுடன், குறிப்பாக விலார்டு கிப்சின் ஆய்வுகளுடன் பிணைந்தே காணப்படுகிறதுSelected Classic Papers from the History of Chemistry.
இயற்பிய வேதியியலை பௌதீக வேதியியல் என்ற பெயராலும் அழைப்பார்கள்.

இயற்பிய வேதியியலானது, வேதியியற்பியலைப் போலன்றி, எப்போதும் இல்லாவிட்டாலும் பெரும்பாலும், கட்புலனாகத்தக்க மூலக்கூற்று அறிவியல் அல்லது மீயளவு மூலக்கூற்று அறிவியலுக்கு  முன்னுரிமை அளிக்கின்ற ஒரு துறையாகும். இயற்பிய வேதியியலுக்கு அடிப்படையாக உள்ள பெரும்பாலான கொள்கைகள், மூலக்கூறு அல்லது அணு சார்ந்தவற்றுடன் மட்டுமின்றிப் பேரளவு சார்ந்த கருத்துருக்களுடன் தொடர்புடையவையாக உள்ளன. கூழ்மம், வேதிச் சமநிலை போன்றவை இவற்றுக்கு எடுத்துக்காட்டுகள் ஆகும்.

இயற்பிய வேதியியல் சமாளிக்க போராடும் சில இயற்பியல் கோட்பாடுகள் இங்கு தரப்படுகின்றன.
. மூலக்கூற்றிடை விசைகள் பொருட்களின் இயற்பியல் பண்புகள் மீது செயல்படுகின்றன (நெகிழ்வு தன்மை, இழுவிசை வலிமை, நீர்மங்களில் பரப்பு இழுவிசை போன்றவை சில இயற்பியற் பண்புகளாகும்).
.வேதி வினைவேகவியல்  என அழைக்கப்படும் வினை இயக்கவியலானது வேதி வினைகளின் வேகத்தைப் பாதிக்கக்கூடியதாக உள்ளது.  
.அயனிகளை அடையாளம் காணுதல் மற்றும் பொருட்களின் மின்கடத்தல் போன்ற நடவடிக்கைகள். 
.செல் படலங்களின் மின்வேதியியல் மற்றும் புறப்பரப்பு வேதியியல் .
.பொருட்களுக்கிடையில் வெப்ப இயக்கவியல் என அழைக்கப்படும் வேலை மற்றும் வெப்பம் ஆகியனவற்றுக்கு இடையிலான இடைவினைகள்
.வெப்பவேதியியல் என்றழைக்கப்படும் வேதியியல் அமைப்புக்கும் அதன் சூழலுக்கும் இடையிலான வெப்பநிலை மாற்றம். பொருட்களின் நிலை மாற்றம் அல்லது வேதியியல் வினையின் பொது இம்மாற்றம் நிகழ்கின்றது.
 .கரைசலில் காணப்படும் இனங்களின் தொகைசார்  பண்புகளை ஆய்வு செய்தல் 
. .நிலைகளின்  எண்ணிக்கை, உட்கூறுகளின் எண்ணிக்கை மற்றும் சுதந்திரத்தின் அளவு (அல்லது மாறுபாடு) ஆகியவை கட்ட விதிகளின் உதவியுடன் ஒன்றுக்கொன்று கொண்டுள்ள தொடர்பு..
.மின் வேதியியல் கலன்களின் வினைகள்.

 முக்கியக் கோட்பாடுகள் 

தூய இயற்பியலை வேதியியல் சிக்கல்களுக்கு பயன்படுத்தப்படும் வழிகளே இயற்பிய வேதியியலின் முக்கிய கருத்துக்களாக உள்ளன.

அனைத்து வேதியியல் சேர்மங்களும் ஒன்றாக பிணைக்கப்பட்ட அணுக்களின் குழுக்கள் என்று  விவரிப்பது பாரம்பரிய வேதியியலின் முக்கிய கருத்துகளில் ஒன்றாகும். மேலும் பிணைப்புகளை உருவாக்குதல் மற்றும் உடைத்தல் போன்ற செயல்களே வேதி வினைகள் என்றும் இக்கருத்து விவரிக்கிறது. அணுக்களைப் பற்றிய வரையறைகளில் இருந்தும் இயற்பிய வேதியியலின் இலக்குகளுடன் அவை எவ்வாறு பிணைந்துள்ளன என்பதையும் கொண்டு   வேதிச் சேர்மங்களின் பண்புகளை முன்கணிக்க முடியும். அணுக்கள் மற்றும் பிணைப்புகளை துல்லியமாக விவரிப்பதற்கு, அணுவின் மையக்கருக்கள் எங்கே, இருக்கின்றன என்பதையும் அவற்றைச் சுற்றி  எலக்ட்ரான்கள் எப்படி பகிரப்பட்டுள்ளன என்பதையும் கண்டிப்பாக அறிந்து கொள்ள வேண்டியது அவசியமாகிறது Atkins, Peter and Friedman, Ronald (2005). Molecular Quantum Mechanics, p. 249. Oxford University Press, New York. .. இயற்பிய வேதியியலின் ஒரு துணைப் பிரிவான குவாண்டம் வேதியியல், குறிப்பாக வேதியியல் சிக்கல்களுக்கு குவாண்டம் இயக்கவியல் பயன்பாடு பயன்படுகிறது. பிணைப்புகள் எப்படி வலுவாக உள்ளன என்றும் அவை என்ன வடிவத்திலுள்ளன  என்றும், உட்கருக்கள் எப்படி நகர்கின்றன மற்றும் ஒளி எவ்வாறு ஒரு இரசாயன மூலத்தால் உறிஞ்சப்படுகிறது அல்லது உமிழப்படுகிறது என்பவற்றை உறுதிப்படுத்துவதற்கான கருவிகளை இத்துணைப்பிரிவு வழங்குகிறது Atkins, Peter and Friedman, Ronald (2005). Molecular Quantum Mechanics, p. 342. Oxford University Press, New York. .. பருப்பொருள் மற்றும் மின்காந்த கதிரியக்கம் இடையிலான இடைவினைகளுடன் தொடர்புடைய நிறமாலையியல் இயற்பிய வேதியியலின் ஒரு துணைப் பிரிவாகும்.

எந்த வகையான வினைகள் தன்னியல்பாக நிகழ்கின்றன மற்றும் கொடுக்கப்பட்ட வேதிப் பொருளுக்கு  எந்தெந்த பண்புகள் சாத்தியமாக இருக்க முடியும்  என்ற கேள்விகள் கொண்ட மற்றொரு தொகுப்பும் வேதியியல் தொடர்பான முக்கியமான கேள்விகளின் பட்டியலில் அடங்கும்.

இவையாவும் வேதி வெப்ப இயக்கவியலில் ஆராயப்படுகின்றன.  ஒரு வினை எவ்வளவு நேரம் நடக்கும் அல்லது எவ்வளவு சக்தி உள்ளெரி இயந்திரத்தில் வேலையாக மாற்றப்படுகிறது மற்றும் வெபப விரிவு குணகம் மற்றும் ஒரு வாயு அல்லது நீர்மத்திற்கான அழுத்தத்துடன் கூடிய என்ட்ரோப்பி மாற்ற விகிதம்  ஆகிய அளவுகளை எந்த வரம்புகள் வரையறுக்கின்றன என்பவையும் இங்கு ஆராயப்படுகின்றன Landau, L. D. and Lifshitz, E. M. (1980). Statistical Physics, 3rd Ed. p. 52. Elsevier Butterworth Heinemann, New York. .. 
ஒரு அணு உலை அல்லது இயந்திர வடிவமைப்பு சாத்தியமானதா என்பதை பரிசீலிப்பதற்கு அடிக்கடி இதைப் பயன்படுத்தலாம் அல்லது பரிசோதனை தரவுகளின் செல்லுபடியை சரிபார்க்கவும் பயன்படுத்தலாம். வரையறுக்கப்பட்ட ஒர்  அளவிற்கு, பகுதி-சமநிலை மற்றும் சமநிலையற்ற வெப்ப இயக்கவியலால் மாற்ற முடியாத மாற்றங்களை விவரிக்க முடியும் Hill, Terrell L. (1986). Introduction to Statistical Thermodynamics, p. 1. Dover Publications, New York. .. இருப்பினும், பாரம்பரிய வெப்ப இயக்கவியல் பெரும்பாலும் சமநிலை மற்றும் மீளக்கூடிய மாற்றங்களைக் கொண்ட அமைப்புகளுடன் தொடர்புடையதாக உள்ளது, ஆனால், உண்மையில் என்ன நடக்கிறது அல்லது எவ்வளவு வேகமாக, சமநிலையிலிருந்து மாறுபடுகிறது என்பதை இது பொருட்படுத்துவதில்லை.

எந்த வினைகள் ஏற்படுகின்றன என்றும் எவ்வளவு வேகத்தில் நிகழ்கிறது என்பதையும் வேதியியலின் மற்றொரு பிரிவான வேதி இயக்கவியல் விளக்குகிறது. வினைபடுபொருட்கள் வினையில் ஈடுபட்டு வினை விளைபொருட்களாக உருவாகின்றன என்ற கருத்து வேதி இயக்கவியலின் முக்கியமான ஒரு கருவியாகும். பெரும்பாலான வேதிப் பொருட்கள் கண்டிப்பாக  நிலைமாற்றம் அடைகின்றன. இவை வினைபடு பொருட்கள் அல்லது வினைவிளை பொருட்கலைக் காட்டிலும் அதிக சக்தி வாய்ந்தவையாக உள்ளன. அவ்வினையை முடிவுக்குக் கொண்டு வரும் தடையாகவும் இவை செயல்படுகின்றன Schmidt, Lanny D. (2005). The Engineering of Chemical Reactions, 2nd Ed. p. 30. Oxford University Press, New York. .. பொதுவாக தடை அதிகமாக இருந்தால் வினை மெதுவாகவே நிகழும். இரண்டாவதாக பெரும்பாலான வேதி வினைகள் யாவும் வரிசையாக சில பூர்வாங்க தொடக்க வினைகளுடன் ஒவ்வொன்றுக்கான தனிதனி நிலை மாற்றங்களுடன் நிகழ்கின்றன Schmidt, Lanny D. (2005). The Engineering of Chemical Reactions, 2nd Ed. p. 25, 32. Oxford University Press, New York. .. வினையின் வேக விகிதம் வினைகலவையில் உள்ள வெப்பநிலை, வினைபடு பொருட்களின் அடர்த்தி மற்றும் வினையூக்கி ஆகியவற்றுக்கு ஏற்ப எவ்வாறு மாறுபடுகின்றன என்பது வேதி இயக்கவியலில் முன்நிற்கும் மற்றொரு கேள்வியாகும். அத்துடன் வினைத்திறன் மற்றும் வினையூக்கி நிபந்தனைகள் வினையின் வேகத்தைப் பொறுத்து வினை வீதத்தை மேம்படுத்துவதற்கு எவ்வாறு வடிவமைக்கப்படலாம் என்பதையும் ஆய்வுகள் தெரிவிக்கின்றன.

ஒரு கலவையில் உள்ள ஒவ்வொரு மூலக்கூறின் அமைப்பையும் வேகத்தையும்  அறிந்து கொள்ள வேண்டியதற்குப் பதிலாக எவ்வளவு விரைவாக வினைகள் நிகழ்கின்றன என்பதை ஒரு சில செறிவுகள் மற்றும் வெப்பநிலையுடன் குறிப்பிடப்படலாம், இயற்பிய வேதியியலில் இது  சிறப்பு மிகுந்த ஒரு முக்கிய கருத்தாகும். துகள்களில் நடப்பவை எல்லாம் அழுத்தம், வெப்பநிலை, அடர்த்தி போன்ற ஒரு சில மாறிகளைக் கொடு விவரிக்கலாம். இதற்கான துல்லியமான காரணங்கள் புள்ளியியல் இயக்கவியலில் விவரிக்கப்பட்டுள்ளன. புள்ளியல் இயக்கவியல் துறை  இயற்பிய வேதியியல் உள்ள ஒரு சிறப்பியல்பு ஆகும். இத்துறை இயற்பியலுடன் பகிர்ந்து கொள்ளப்படுகிறது Chandler, David (1987). Introduction to Modern Statistical Mechanics, p. 54. Oxford University Press, New York. ..புள்ளியியல் இயக்கவியல் மூலக்கூறு பண்புகளிலிருந்து அன்றாட வாழ்க்கையில் நாம் காணும் பண்புகளை வேதியியல் ஒற்றுமைகளின் அடிப்படையிலான அனுபவ ஒத்துழைப்புகளை சாராமல் முன்கணிப்பதற்கான வழிகளை வழங்குகிறது .

 வரலாறு 

"இயற்பிய வேதியியல்" என்ற வேதியியல் பிரிவு  1752 ஆம் ஆண்டில் மிகைல் லோமோனோசோவ் என்பவரால் உருவாக்கப்பட்டது. பீட்டர்சுபர்க் பல்கலைக் கழகத்தின் மாணவர்களுக்கு முன்பாக, "இயற்பியல் வேதியியல் ஒரு பாடநெறி" (உருசியம்: «Курс истинной физической химии») என்ற தலைப்பில் ஒரு உரை வகுப்பை வழங்கியபோது இவர் இத்துறையைப் பற்றி முதன்முதலில் குறிப்பிட்டார் . இந்த விரிவுரைகளுக்கான முன்னுரையில் இயற்பிய வேதியியலை அவர் இவ்வாறு வரையறுக்கிறார்: "இயற்பிய வேதியியல் என்பது இயற்பியல் சோதனைகள் மூலம் சிக்கலான உடல்களில் இரசாயன நடவடிக்கைகளால் என்னென்ன நிகழ்கின்றது என்பதை விஞ்ஞானபூர்வமாக விளக்க வேண்டும். 
1860 களில் இருந்து 1880 ஆம் ஆண்டுக்கு இடைப்பட்ட காலத்தில் இரசாயன வெப்ப இயக்கவியல், கரைசல்களில் உள்ள மின்பகுளிகள், இரசாயன இயக்கவியல் மற்றும் பிற பொருட்களில் ஆய்வுகள் மேற்கொள்ளப்பட்டதைத் தொடர்ந்து நவீன இயற்பிய வேதியியல் தோற்றம் கண்டது. 1876 ஆம் ஆண்டில் யோசியா வில்லார்டு கிப்சு வெளியிட்ட “பலபடித்தான பொருட்களின் சமநிலை” என்ற நூல் இயற்பிய வேதியியலில் ஒரு மைல் கல்லாகும். கிப்சு ஆற்றல், இரசாயன திறன் மற்றும் கிப்சு கட்டவிதி போன்ற இயற்பிய  வேதியியலின் பல அடித்தளங்களை இந்த நூல் அறிமுகப்படுத்தியது Josiah Willard Gibbs, 1876, "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances", Transactions of the Connecticut Academy of Sciences.

செருமன் பத்திரிகையான Zeitschrift für Physikalische Chemie  என்ற பத்திரிகையே முதலாவது இயற்பிய வேதியியலுக்கான அறிவியல் பத்திரிகையாகும். 1887 ஆம் ஆண்டில் வில்லெம் ஆசுட்வால்டு மற்றும் யாக்கோபசு என்றிகசு வான்ட் ஆஃப் ஆகியோரால் இப்பத்திரிகை துவங்கப்பட்டது. சுவாண்டே ஆகத்து அர்ரீனியசும் இக்குழுவில் இணைந்து செயலாற்றினார் . 19 ஆம் நூற்றாண்டின் பிற்பகுதியிலும் 20 ஆம் நூற்றாண்டின் ஆரம்பத்திலும் இவர்கள் இயற்பிய வேதியியலின் முக்கிய நபர்களாக இருந்தனர். இவர்கள் மூன்று பேரும், 1901-1909 காலத்தில் வேதியியலுக்கான நோபல் பரிசு பெற்றனர்.

அடுத்த பத்தாண்டுகளில் புள்ளியியல் இயக்கவியல் துறையின் வேதியியல் பயன்பாடு கூழ்மங்கள் மற்றும் புறப்பரப்பு வேதியியல் பிரிவிகளில் அதிகரித்தது. இரிவிங் லாங்முயர் பல பங்களிப்புகளை இதற்காக அளித்துள்ளார். இதேபோல 1930 களில் குவாண்டம் வேதியியல் பிரிவில் குவாண்டம் இயக்கவியல் துறையும் வளர்ச்சி கண்டது. இதற்குப் பங்களித்தவர்களில் லினசு பவுலிங் என்பவர் முன்னணி பங்களிப்பாளராக இருந்தார். கோட்பாட்டு வளர்ச்சிகள் முடிவுக்கு கொண்டு வரப்பட்டு சோதனை முறைகள் படிப்படியாக வளர்ச்சி பெறத் தொடங்கின. அகச்சிவப்பு நிறமாலையியல், நுண்ணலை நிறமாலையியல், ஈ.பீ.ஆர் நிறமாலையியல் என்.எம்.ஆர் நிறமாலையியல் போன்ற பல்வேறு வகையான நிறமாலை ஆய்வுகளின் பயன்பாடு, 20 ஆம் நூற்றாண்டின் மிகவும் முக்கியத்துவம் பெற்றது. இயற்பிய வேதியியலின் வளர்ச்சி அணுசக்தி வேதியியல் கண்டுபிடிப்புகள் காரணமாக மேலும் வளர்ச்சி பெற்றுள்ளது. அதிலும் குறிப்பாக ஐசோடோப்புகளைப் பிரித்தல் முக்கியத்துவம் பெறுகிறது. விண்வெளி வேதியியல் பிரிவும்  அண்மைய கண்டுபிடிப்புகளில் இடம்பெற்றுள்ளது .

பண்டைய அறிவியல்  பத்திரிகைகள் பெரும்பாலும் வேதியியல் மற்றும் இயற்பியல் பிரிவுகளை உள்ளடக்கியே வெளிவந்தன. இயற்பிய வேதியியல் தொடர்பான சில பத்திரிகைகள் 1887 ஆம் ஆண்டு முதலே தொடங்கி நடத்தப்பட்டன.

வெப்ப வேதியியல், வேதி வினைவேகவியல், குவைய வேதியியல், மின்வேதியியல், ஒளி வேதியியல், நிறமாலையியல், உயிரியற்பிய வேதியியல், பொருளறிவியல் உள்ளிட்ட பல்வேறு துறைகள் இயற்பிய வேதியியல் துறையுடன் தொடர்பு கொண்டு வளர்ந்து வருகின்றன. 

 மேற்கோள்கள் 

 புற இணைப்புகள் 

The World of Physical Chemistry (Keith J. Laidler, 1993)
Physical Chemistry from Ostwald to Pauling (John W. Servos, 1996)
100 Years of Physical Chemistry (Royal Society of Chemistry, 2004)
Physical Chemistry: neither Fish nor Fowl? (Joachim Schummer, The Autonomy of Chemistry, Würzburg, Königshausen & Neumann, 1998, pp. 135–148)
Cathedrals of Science  (Patrick Coffey, 2008)
The Cambridge History of Science: The modern physical and mathematical sciences (Mary Jo Nye, 2003)