Fisicoquímica: ¿qué es?

Fisicoquímica: ¿qué es?
Una respuesta en sus libros
Propósito del curso de
‘Estructura de la materia’
u 
u 
Esta asignatura pretende introducir al estudiante al
tema de la estructura de la materia, para que pueda emplear este conocimiento para entender cuáles son las razones nanoscópicas del comportamiento macroscópico en la
naturaleza, así como predecir la fenomenología química.
Se juzga que la mejor forma de impartir la materia es
dándole un enfoque histórico-epistemológico. Con ello se
busca el logro de otros objetivos: modificar su actitud ante la
actividad científica, que evalúe positivamente la necesidad
del método; mostrarle la interrelación entre ciencia teórica y
ciencia aplicada; transmitirle pruebas históricas de la contrastación entre modelos y los resultados experimentales;
hacerlo partícipe del proceso de adquisición de conocimientos por acercamiento sucesivo a la realidad.
Estructura y Fisicoquímica
u  La
estructura de la materia forma
parte del contenido global de la Fisicoquímica, por lo que conviene revisar qué es esta y lo vamos a hacer a
través de algunas definiciones y conceptos que aparecen en sus libros,
desde 1946 hasta 2000.
Textbook of physical chemistry
Samuel Glasstone (1946)
u  Para
propósito de estudio se ha encontrado
conveniente dividir en dos clases los fenómenos
naturales: una consiste de los cambios de
naturaleza aparentemente permanente, que
involucra la transformación de una forma de
materia en otra (química) mientras que en la
segunda se incluyen cambios temporales,
generalmente resultantes de una alteración de
las condiciones externas (física).
Textbook of physical chemistry
Samuel Glasstone
u  La
distinción entre estos aspectos del estudio de
la naturaleza puede ser indicada de otra
manera: la química puede decirse que trata de
la materia y sus transformaciones, mientras que
la física concierne a la energía y sus
transformaciones. Claramente, no es posible
pensar en una distinción precisa entre ambos
puntos de vista, dado que en muchos problemas
tanto la física como la química tienen que ver
con interacciones entre la materia y la energía,
son estos problemas los que constituyen la base
fundamental de estudio de la Fisicoquímica.
Textbook of physical chemistry
Samuel Glasstone
u  Se
ha dicho que la química trata de la
combinación de los átomos y la física de las
fuerzas existentes entre los átomos;
obviamente, la combinación de átomos involucra
también a las fuerzas atómicas y es uno de los
objetivos de la Fisicoquímica ver qué tanto las
interacciones químicas observadas entre los
átomos y las moléculas puede interpretarse en
términos de las fuerzas existentes dentro y entre
los átomos.
Textbook of physical chemistry
Samuel Glasstone
u  Uno
de los objetivos de la Fisicoquímica es ser
capaz de aplicar mediciones de propiedades
físicas, tales como densidad, tensión superficial,
índice de refracción, constante dieléctrica,
magnetismo, actividad óptica, etc., a la
elucidación de la estructura química
Textbook of physical chemistry
Samuel Glasstone
u  La
Fisicoquímica también involucra el uso de la
termodinámica, que trata de los cambios
energéticos en las reacciones químicas y no le
concierne el comportamiento detallado de
átomos y moléculas.
u  La termodinámica provee una base adecuada
para la consideración de las propiedades físicas,
estructura e interconversión de los estados
gaseoso, líquido y sólido de la materia.
Textbook of physical chemistry
Samuel Glasstone
u  La
Fisicoquímica también se involucra con el
estudio de la reacción química, para el estudio
de su velocidad, sus mecanismos y la influencia
sobre ellos del ambiente físico, es decir, la
temperatura, la radiación o la presencia de
catalizadores.
Principles of physical chemistry
Samuel H. Maron and Carl F. Prutton
(1967)
u  El
área de la química que se involucra en
el estudio de las propiedades físicas y la
estructura de la materia, con las leyes de
la interacción química y con las teorías
que la gobiernan, se llama Fisicoquímica.
Principles of physical chemistry
Samuel H. Maron and Carl F. Prutton
u  El
propósito de la Fisicoquímica es, primero,
coleccionar los datos apropiados requeridos
para definir las propiedades de los gases,
líquidos, sólidos, disoluciones y dispersiones
coloidales, para sistematizarlos en leyes y darles
un fundamento teórico.
Principles of physical chemistry
Samuel H. Maron and Carl F. Prutton
u  Además,
la Fisicoquímica está interesada en
establecer las relaciones energéticas existentes
en transformaciones físicas y químicas y en
preguntarse la extensión y la velocidad con las
cuales ocurren y en definir cuantitativamente los
factores que las controlan.
Principles of physical chemistry
Samuel H. Maron and Carl F. Prutton
u  En
esta conexión no sólo deben considerarse
las variables comunes como la temperatura, la
presión y la concentración, sino también los
efectos de la interacción de la materia con la
electricidad y la luz.
Principles of physical chemistry
Samuel H. Maron and Carl F. Prutton
u  Finalmente,
la materia debe ser examinada para
determinar su naturaleza y estructura. Esto es
necesario para que seamos capaces de arribar
a la comprensión básica del comportamiento
físico y químico en términos de las propiedades
de los constituyentes fundamentales de la
materia.
Physical Chemistry
Ira N. Levine (1978)
u  La
Fisicoquímica aplica los métodos de la física
al estudio de los sistemas químicos.
u  Un sistema químico puede estudiarse ya sea
desde un punto de vista microscópico o
macroscópico.
u  El punto de vista microscópico hace uso
explícito del concepto de molécula, mientras que
el macroscópico estudia las propiedades de
gran escala de la materia (volumen, presión,
composición) sin considerar el uso explícito del
concepto de molécula.
Physical Chemistry
Ira N. Levine
Podemos dividir a la Fisicoquímica en
cuatro áreas principales:
u  Termodinámica
u  Química cuántica
u  Mecánica estadística
u  Cinética
Physical Chemistry
Ira N. Levine
u  La
termodinámica es una ciencia macroscópica
que estudia las interrelaciones entre las
variadas propiedades de equilibrio de un
sistema.
u  La aplicación de la mecánica cuántica al estudio
de la estructura atómica, el enlace químico y la
espectroscopía nos da la química cuántica.
Physical Chemistry
Ira N. Levine
u  Los
niveles molecular y macroscópico están
relacionados uno con otro por la rama de la
ciencia llamada mecánica estadística. Ésta nos
permite calcular las propiedades
termodinámicas a partir de las propiedades
moleculares.
u  La cinética es el estudio de la velocidad a la que
ocurren las reacciones químicas, la difusión y el
flujo de carga en una celda electroquímica.
Physical chemistry
Robert G. Mortimer (1993)
Los tópicos de un curso de Fisico-química
se agrupan en cuatro áreas:
u  Las
propiedades macroscópicas de sistemas
con muchos átomos o moléculas
u  Los procesos que pueden sufrir los sistemas con
muchos átomos o moléculas.
u  Las propiedades de los átomos y las moléculas
individuales.
u  La relación entre las propiedades moleculares y
las macroscópicas.
Principles of Physical Chemistry
Understanding Molecules, Molecular
Assemblies, Supramolecular Machines
Hans Kuhn & Horst-Dieter Försterling
(2000)
u  Physical
Chemistry is first introduced by the
treatment of atoms and chemical bonds, how
this lead to molecules and, subsequently, to
more and more complex representations of
matter.
u  Inventing idealized theoretical descriptions of
real situations is crucial in understanding
increasingly complex organized systems.
Principles of Physical Chemistry
Hans Kuhn & Horst-Dieter Försterling
(2000)
u  Historically,
the macroscopic properties of
matter were investigated without taking the
atomic structure into account.
u  This step is avoided in our approach by first
viewing the quantum mechanical nature of
matter and then deducing the macroscopic or
thermodynamic properties as a consequence,
by means of classical and then to quantum
statistical thermodynamics.
Principles of Physical Chemistry
Hans Kuhn & Horst-Dieter Försterling
(2000)
u  We
finally arrive to the applications of the
basic concepts of thermodynamics to
chemical equilibrium, bioenergetics and
electrochemistry.
u  Then we enter to chemical kinetics and to
consider increasingly complex systems, as
interfaces, membranes, polymers, supramolecular machines and the mechanism involved in the origin of life.