Es la responsable por investigar los principios físicos esenciales que rigen las propiedades y el comportamiento de los sistemas químicos a escala molecular. Hace 80 años la fisicoquímica era de interés principal solo para el estudio de las soluciones electrolíticas, pero hoy día la fisicoquímica se encuentra engranada con casi todos los campos de la ciencia abarcando todos los aspectos teóricos prácticos, de la matemática, la medicina, la biología y la botánica.
Historia de la fisicoquímica
El término fisicoquímica se utilizó ocasionalmente a mediados del siglo XVIII, sin embargo, para esa fecha no se consideró como una área de la química y fue hasta 1887 que comenzó el reconocimiento de la fisicoquímica como una disciplina, mediante la publicación de la revista científica alemana llamada Zeitschrift für physikalische Chemie, con la participación de los investigadores Wilhelm Ostwald y J. H van ‘t Hoff, esta revista contenía temas basados en los estudios de la cinética química, equilibrio químico y disoluciones.
En los primeros años de inicio para esta disciplina los estudios se centraron en investigaciones asociadas a fisicoquímica a nivel macroscópico (propiedades de la materia en gran escala), luego con el descubrimiento de la mecánica cuántica en 1925 se comenzó a emplear los estudios a nivel molecular es decir desde el punto de vista microscópico, por lo que hoy día la fisicoquímica abarca también, procesos a escala moleculares y ordenadores que procesan y analizan los datos de los experimentos de espectroscopia, cristalografía de rayos X y cálculos de simulaciones en sistemas de miles de moléculas.
La química puede estudiarse desde el punto de vista microscópico y/o microscópico, al estudiarse desde el punto de vista microscópico esta se basa en concepto de molécula, mientras que al estudiar las propiedades de la materia sin utilizar el concepto de molécula se refiere al estudio macroscópico, tal como se mencionó la mayor parte del estudio físico químico se realiza a sistemas a escala molecular.
Ramas especializadas: termodinámica, cinética, química cuántica y mecánica estadística
La termodinámica está asociada con la palabra griega calor y potencia, por lo tanto, estudia el cambio de calor, trabajo y energía que ocurren en un sistema (parte macroscópica del universo la cual es objeto de estudio). La termodinámica maneja cuatro leyes fundamentales, la primera permite establecer un balance entre las distintas formas de transferencia de energía, la segunda anuncia la espontaneidad de los procesos químicos, la tercera refiere a la entropía de las sustancias, y la última, llamada ley cero, está basado en el concepto de equilibrio químico.
La termodinámica se concentra en determinar las condiciones en que es posible se realice un proceso químico, sin embargo, no estudia el tiempo necesario para que este proceso se lleve a cabo, y es aquí donde entra el área de la cinética química, la cual se encarga de estudiar cuantitativamente la velocidad de las reacciones químicas, esta área permite comprender cómo ocurren las reacciones en sus pasos más elementales y entender mejor su comportamiento a nivel molecular.
El movimiento de las moléculas y los átomos junto con su estructura (electrones y núcleo) vienen gobernadas por las leyes de la mecánica cuántica y es la química cuántica quien desarrolla la aplicación de la mecánica cuántica a la estructura atómica, el enlace molecular y la espectroscopia y, por lo tanto, ayuda a comprender el comportamiento subatómico; esta química cuántica se enfoca en el estudio teórico (tratamiento matemático) del comportamiento químico.
Por otro lado, existe una ciencia llamada mecánica estadística la cual relaciona los sistemas macroscópicos y microscópicos, esta ciencia permite justificar las leyes de la termodinámica y ayuda a calcular las propiedades termodinámicas macroscópicas a partir de las propiedades moleculares (propiedades microscópicas).
Los principios de la fisicoquímica representan una base para las distintas áreas de la química, tales como química orgánica, química inorgánica, ingeniería química, ingeniería de procesos, operaciones unitarias, entre otras.
Referencias bibliográficas
- Gilbert W. Castellan. Fisicoquímica. 2ª edición. Editorial Addison-Wesley. Iberoamericana, (1987).- P.W. Atkins. Fisicoquímica. 2ª edición. Editorial Fondo Educativo Interamericano, (1985).
Autora
Escrito por Mahiceth Quintero Valero para la Edición #109 de Enciclopedia Asigna, en 02/2022. Mahiceth es Doctora en Química Aplicada