Химическая физика — это раздел физики, изучающий химические процессы с физической точки зрения. Он фокусируется на понимании физических свойств и поведения химических систем, используя принципы как физики, так и химии. Эта область исследует физико-химические явления, используя методы атомной и молекулярной физики и физики конденсированного состояния .
Министерство образования США определяет химическую физику как «программу, которая фокусируется на научном изучении структурных явлений, объединяющую дисциплины физической химии и атомной/молекулярной физики. Включает обучение гетерогенным структурам, выравниванию и поверхностным явлениям, квантовой теории, математической физике, статистической и классической механике, химической кинетике и лазерной физике». [1]
Находясь на стыке физики и химии, химическая физика отличается от физической химии , поскольку она больше фокусируется на использовании физических теорий для понимания и объяснения химических явлений на микроскопическом уровне, таких как квантовая механика, статистическая механика и молекулярная динамика. Между тем, физическая химия использует более широкий спектр методов, таких как термодинамика и кинетика, для изучения физической природы химических процессов. С другой стороны, физическая химия занимается физическими свойствами и поведением вещества в химических реакциях, охватывая более широкий спектр тем, таких как термодинамика , кинетика и спектроскопия , и часто связывает макроскопическое и микроскопическое химическое поведение. Различие между двумя областями все еще необходимо прояснить, поскольку обе области имеют общие основания. Ученые часто практикуют в обеих областях во время своих исследований, поскольку существует значительное совпадение в используемых темах и методах. [2] Такие журналы, как PCCP ( Physical Chemistry Chemical Physics ), освещают исследования в обеих областях, подчеркивая их совпадение.
Термин «химическая физика» в его современном значении впервые был использован немецким ученым А. Эйкеном, опубликовавшим «Курс химической физики» в 1930 году. До этого, в 1927 году, издание «Электронная химия» В. Н. Кондратьева, Н. Н. Семенова и Ю. Б. Харитона намекало на значение «химической физики» в своем названии. Институт химической физики АН СССР был создан в 1931 году. В США с 1933 года издается « Журнал химической физики ». [3]
В 1964 году General Electric Foundation учредила премию Ирвинга Ленгмюра по химической физике для поощрения выдающихся достижений в области химической физики. Названная в честь лауреата Нобелевской премии Ирвинга Ленгмюра , премия отмечает значительный вклад в понимание химических явлений через физические принципы, оказывая влияние на такие области, как химия поверхности и квантовая механика. [4]
Химики-физики исследуют структуру и динамику ионов , свободных радикалов , полимеров , кластеров и молекул . Их исследования включают изучение квантово-механических аспектов химических реакций, процессов сольватации и потока энергии внутри и между молекулами, а также наноматериалов, таких как квантовые точки. Эксперименты в области химической физики обычно включают использование спектроскопических методов для понимания водородных связей , переноса электронов , образования и растворения химических связей , химических реакций и образования наночастиц .
Цели исследований в теоретическом аспекте химической физики заключаются в понимании того, как работают химические структуры и реакции на квантово-механическом уровне. Эта область также направлена на выяснение того, как ведут себя и реагируют ионы и радикалы в газовой фазе, и на разработку точных приближений, которые упрощают вычисления физики химических явлений.
Химики-физики ищут ответы на такие вопросы, как:
