STRUKE:

fizikalna kemija

fizikalna kemija (zastarjela istoznačnica: fizička kemija), grana kemije u kojoj se građa tvari i njihove kemijske mijene proučavaju metodama fizike, tj. mjerenjem fizikalnih svojstava tvari kako bi se našle matematičke relacije među njima, a s ciljem da se omogući što točnije teorijsko pretkazivanje vrijednosti fizikalnih svojstava te njihovih promjena tijekom kemijskih pretvorbi. Zbog toga se fizikalna kemija ne usredotočuje na proučavanje pojedinih vrsta tvari, već na međudjelovanja tvari i na opća teorijska načela kojima se kemijske pretvorbe mogu objasniti. Svaki kemičar, bez obzira na užu struku, mora poznavati temeljne zasade fizikalne kemije (taj se njezin dio obično naziva opća kemija). Kako je granica između kemije i fizike prilično nejasna, nekim se dijelovima fizikalne kemije bave i fizičari (odatle naziv kemijska fizika). Spoznaje fizikalne kemije glavni su teorijski temelj kemijske tehnologije, a poznavanje fizikalne kemije nužno je i u mnogim drugim strukama, npr. u molekulskoj biologiji, fiziologiji, geologiji, ekologiji i dr.

Zbog opsega i složenosti fizikalne kemije razvio se niz subdisciplina koje se često preklapaju.

Baveći se poglavito atomima i molekulama, kvantna kemija preuzela je i dalje razvija metode kvantne mehanike. Kvantnokemijskim se metodama mogu teorijski proračunati npr. energije molekula, prostorni raspored atomâ (molekulska struktura) i raspodjela vjerojatnosti nalaženja elektronâ u molekuli.

Najvažnija je eksperimentalna podloga kvantne kemije molekulska spektroskopija, koja se uglavnom bavi onim međudjelovanjima elektromagnetskoga zračenja i molekula pri kojima ne nastaje kemijska mijena, tj. apsorpcijom, emisijom i raspršenjem. Iz molekulskih spektara dobivaju se podatci o prostornoj građi i gibanjima molekula, a molekulska spektroskopija ima široku primjenu u analitičkoj kemiji.

Kemijska termodinamika bavi se postojanim (ravnotežnim) stanjima makroskopskih sustava, koji sadržavaju golemo mnoštvo čestica (ne manje od 1015), a posebnu pozornost posvećuje energijskim promjenama pri kemijskim reakcijama. Fenomenološka termodinamika proučava makroskopska svojstva (volumen, tlak, temperatura,…), dok statistička termodinamika promatra tvar kao statističko mnoštvo molekula i(li) atoma te polazi od njihovih mehaničkih svojstava. Eksperimentalnoj kemijskoj termodinamici (termokemiji) zadaća je mjeriti svojstva čistih tvari i smjesa te njihove promjene pri kemijskim pretvorbama. Ti se podatci usustavljuju i sažimaju u termodinamičkim tablicama, važnom vrelu podataka za znanstvenike i inženjere različitih profila.

Kemijska kinetika proučava brzine kemijskih pretvorbi u ovisnosti o okolnostima u kojima se one zbivaju (npr. o temperaturi, tlaku i koncentracijama sastojaka). Jedna je od najvažnijih njezinih zadaća utvrditi koje se sve molekulske pretvorbe zbivaju tijekom složene kemijske pretvorbe, tj. naći mehanizam reakcije. Važan su problem i pojave ubrzanja (kataliza) ili usporenja reakcije (inhibicija) zbog prisutnosti tvari koje prividno ne sudjeluju u reakciji.

Neke se subdiscipline fizikalne kemije ograničuju na pojedine razrede sustavâ ili pojava. Glavni su predmet proučavanja elektrokemije heterogeni sustavi, elektrokemijski članci, u kojima se pri prolasku električne struje zbivaju kemijske reakcije. U galvanskom članku zbiva se spontana kemijska reakcija pa on postaje izvorom istosmjernog napona. Elektroliza je prisilna kemijska reakcija u članku zbog napona narinutog izvana. Otopine i taline soli također su važan predmet proučavanja elektrokemije. Primijenjena elektrokemija bavi se s nekoliko krupnih problema, npr. korozijom metala i gorivnim člancima, a na elektrokemiji se osniva i posebna grana analitičke kemije – elektroanalitička kemija.

Fotokemija proučava reakcije koje se zbivaju pod djelovanjem svjetlosti ili drugih elektromagnetskih zračenja (tj. apsorpcijom svjetlosnog kvanta, fotona).

Pojavama na sučeljima homogenih dijelova (fazâ) u heterogenim sustavima bavi se (među)površinska kemija. Iako su ograničene na malen dio reakcijskog prostora, te pojave mogu presudno utjecati na tijek kemijskog procesa. U koloidnoj kemiji proučavaju se svojstva vrlo sitnih čestica (dimenzijâ reda veličine od 1 nm do 1 μm), raspršenih u kapljevini ili plinu.

Premda se naziv fizikalna kemija rabio i ranije, godinom njezina osnutka smatra se 1887., kada su J. H. van’t Hoff, W. F. Ostwald i S. A. Arrhenius pokrenuli znanstveni časopis Zeitschrift für physikalische Chemie, a Ostwald napisao prvi sveučilišni udžbenik fizikalne kemije. U Hrvatskoj je razvoj fizikalne kemije započeo rano. Ubrzo po osnutku Kemijskoga zavoda (1876), u sklopu Mudroslovnog (danas: Filozofskog) fakulteta Sveučilišta u Zagrebu, G. Janeček započeo je u akademskoj god. 1881/82. predavati Izabrane česti fizikalne kemije. Pisac prvoga hrvatskog udžbenika fizikalne kemije također je bio Janeček (nažalost, izašla je samo prva knjiga, 1890). Nakon osnutka Kemijskog odjela Tehničkog fakulteta (1919), osnovana je i nova katedra fizike i fizikalne kemije (predstojnik: I. Plotnikov).

Znatniju znanstvenu djelatnost na području fizikalne kemije razvili su između I. i II. svjetskog rata Nikolaj A. Pušin (1875–1947) i M. Deželić u Kemijskom zavodu Filozofskoga fakulteta te K. Weber na Kemijskom odjelu Tehničkoga fakulteta. Pošto se Prirodoslovno-matematički fakultet izdvojio iz Filozofskoga, u Fizičko-kemijskom zavodu započeo je pod vodstvom B. Težaka živ znanstveni rad na području površinske i koloidne kemije. U Kemijskom odsjeku Tehničkoga fakulteta (danas: Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije), fizikalnu kemiju predavao je M. Karšulin. Godine 1960. osnovao se Zavod za elektrokemiju, na čelu s B. Lovrečekom. Na Farmaceutsko-biokemijskom fakultetu fizikalnu kemiju predavao je S. Ašperger, koji je razvio vrlo zapaženu znanstvenu djelatnost na području kemijske kinetike. U sklopu novoosnovanog Instituta »Ruđer Bošković« u Zagrebu, Težak je ustrojio Odjel fizičke kemije, gdje se okupio niz istraživača, od kojih su neki postali vrsnim znanstvenicima, a M. Randić proširio je područje rada s klasičnih disciplina fizikalne kemije na teorijsku (osobito kvantnu) kemiju.

Fizikalna kemija predaje se u dodiplomskoj nastavi više fakulteta triju hrvatskih sveučilišta (Zagreb, Split, Osijek), a poslijediplomska nastava ustrojena je kao poseban smjer u sklopu magistarskog i doktorskoga studija pri Kemijskom odsjeku Prirodoslovno-matematičkog fakulteta u Zagrebu, u kojoj sudjeluju i nastavnici s drugih fakulteta i instituta.

Znanstvena djelatnost u području fizikalne kemije u Hrvatskoj je prilično razvijena, iako sve grane nisu zastupljene. Tu valja spomenuti rad na fizikalnoj kemiji ionskih otopina, koloida i međupovršina (Kemijski odsjek PMF-a), na teorijskoj kemiji i molekulskoj spektroskopiji te na primijenjenoj fizikalnoj kemiji mora i atmosfere (Institut »Ruđer Bošković«), istraživanja temeljne i primijenjene elektrokemije (Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije u Zagrebu, Tehnološki fakultet u Splitu) te kemijske kinetike (Farmaceutsko-biokemijski fakultet u Zagrebu).

fizikalna kemija. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 11.12.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=19797>.