Kimika fisiko

Kimika fisikoa^[1] materiaren propietate kimikoak eta portaera fisikoaren ikuspuntutik aztertzen dituen kimikaren adarra da. Arlo horrek, sistema kimikoen eredu matematikoak garatzen ditu fisikaren legeez baliatuz.

Gilbert N. Lewis-en arabera, «kimika-fisikoa interesgarria den edozer gauza da», eta, beraz, segur aski esan nahi zuena zen naturako fenomeno asko, materiari dagokionez, interes nagusikoak direla kimika fisikoan.

Kimika fisikoak hainbat zientziatan aldaketa gertatzen den adar bat irudikatzen du, hala nola kimikan, fisikan, termodinamikan, elektrokimikan eta mekanika kuantikoan, non funtzio matematikoek, izan ere, maila molekular eta atomiko estrukturaleko interpretazioak adieraz ditzaketen. Tenperaturan, presioan, bolumenean, beroan eta sistemetan (solidoan, likidoan eta/edo gaseosoan) gertatzen diren aldaketak ere lotuta daude molekulen arteko elkarrekintzen interpretazio horiekin.

Willard Gibbs XIX. mendeko fisikari estatubatuarra kimika fisikoaren aita fundatzailetzat ere hartzen da; izan ere, 1876an argitaratu zuen On the Ecolibrium of Heterogeneous Substances (Substantzia heterogeneoen orekari buruzko azterketa) lanean, besteak beste, energia askea, potentzial kimikoa eta faseen erregela terminoak sortu zituen, urte batzuk geroago diziplina horretan interes nagusiko aztergaiak izango zirenak.

Kimika fisiko modernoak oinarri sendoak ditu fisika garbian, puruan. Ikerketa-eremu oso garrantzitsuak hartzen ditu bere baitan, hala nola termokimika (termodinamika kimikoa), zinetika eta dinamika kimikoa, kimika kuantikoa, mekanika estatistikoa, elektrokimika, magnetokimika, energia, egoera solidoaren eta gainazalen kimika eta espektroskopia. Kimika fisikoa funtsezkoa da materialen zientziaren azterketan.

Kimika fisiko mikroskopikoak materiaren eta uhin-elektromagnetikoen arteko elkarrekintzak aztertzen ditu. Uhin-elektromagnetiko batek materiarekin talka egiten duenean, materiaren izaeraren arabera, uhinaren energiaren absortzioa eman daiteke. Materiak, heltzen zaion energia guztia absorbatzen du, eta, absorbatzen duen guztia igortzen duenean, gorputz beltza dela esan daiteke. Hala ere, materiadun gorputz guztiek ez dute gorputz beltza moduan jokatzen, eta ez dute heltzen zaien energia guztia absorbatzen.

XX. mendean, Albert Einsteinek ondorioztatu zuen uhinak partikulez ere eratuta daudela, eta horiei fotoi izena jarri zien. Aldi berean, Max Planck zientzialariak ondorioztatu zuen materiak igorri dezakeen energia zenbaki baten multiploa zela. Zenbaki horri energia kuantu izena jarri zion, eta ondorioztatu zuen horrek fotoi baten energia bera duela.

Bi ondorio hauek erlazionatzen ditu ondorengo formulak: ${\displaystyle \mathrm {E} =h\cdot \nu }$

${\displaystyle h=}$ 6,62.10^-34 J.s Planck-en konstantea eta ${\displaystyle \nu }$ uhinaren maiztasuna izanik.

Energia mailen kuantizazioak eta partikula subatomikoen uhin-partikula dualtasunak, bereziki, mekanika kuantikoaren garapena ekarri zuen. Materia eta fotoiaren arteko elkarrekintza deskribatzeko, sistema osoaren energia hartzen da kontutan. Prozesu horietan, energia ere lekuz aldatzen da, baina kontserbatu egiten da. Hortaz, materian dauden molekulak eta fotoiak elkarrekin topatzen direnean, energia elkartrukatzen dute, eta mekanika kuantikoarekin aztertu beharreko hainbat energia mota deskribatzea ahalbidetzen du. Molekulak fotoiaren energiaren parte bat absorbatzen du, eta energia maila altuago batera doa:

${\displaystyle \Delta \mathrm {E} =\mathrm {E} -\mathrm {E} 0}$

Energia diferentzia eta fotoiaren energia berdina denean, absortzioa gertatzen da. Hori ematen denean, trantsizio espektroskopiko bat gertatu dela esaten da. Beraz, kuantizatutako energiak uhinaren maiztasunarekin erlazionatu daitezke:

Energia trantsizioak	${\displaystyle \Delta \mathrm {E} }$ (J)	${\displaystyle \nu }$ (s-1)	espektro elektromagnetikoa
Elektronikoak	10-18	1015	ultramore/ikuskorra
Bibrazioak	10-20	1013	infragorria
Errotazioak	10-22	1010	mikrouhinak

Beraz, materiaren eta uhin-elektromagnetikoen arteko elkarrekintzaren azterketa espektroskopiaren oinarritzat har daiteke.

1. ↑ Euskaltzaindia. (2017ko urtarrilaren 27an). (pdf) Kimikako Oinarrizko Lexikoa. Donostia.