भौतिक रसायन: Difference between revisions
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| रसायन शास्त्र |
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भौतिक रसायन विज्ञान गति, ऊर्जा, बल, समय, ऊष्मप्रवैगिकी, प्रमात्रा रसायन विज्ञान, सांख्यिकीय यांत्रिकी, विश्लेषणात्मक गतिशीलता और रासायनिक संतुलन जैसे भौतिकी के सिद्धांतों, प्रथाओं और अवधारणाओं के संदर्भ में रासायनिक प्रणालियों में स्थूल और सूक्ष्म घटनाओं का अध्ययन है।
भौतिक रसायन विज्ञान, रासायनिक भौतिकी के विपरीत, मुख्य रूप से (लेकिन हमेशा नहीं) एक अति-आणविक विज्ञान है, क्योंकि जिन सिद्धांतों पर इसकी स्थापना की गई थी, उनमें से अधिकांश अकेले आणविक या परमाणु संरचना के बजाय थोक से संबंधित हैं (उदाहरण के लिए, रासायनिक संतुलन और कोलाइड)।
भौतिक रसायन शास्त्र जो कुछ संबंधों को हल करने का प्रयास करते है उनमें निम्न के प्रभाव सम्मिलित हैं:
- आणविक बल जो सामग्री के भौतिक गुणों (सुघट्यता, तन्यता ताकत, तरल पदार्थ में सतही तनाव) पर कार्य करते हैं।
- प्रतिक्रिया की दर पर अभिक्रिया बलगतिकी।
- आयनों की पहचान और सामग्री की विद्युत चालकता।
- कोशिका झिल्ली की सतह विज्ञान और विद्युत्-रसायन।[1]
- ऊष्मा और कार्य की मात्रा के संदर्भ में एक पिंड का दूसरे पिंड के साथ अंतःक्रिया को ऊष्मप्रवैगिकी कहा जाता है।
- एक रासायनिक प्रणाली और उसके परिवेश के बीच चरण परिवर्तन या रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान ऊष्मा का स्थानांतरण ऊष्मारसायन कहलाता है
- विलयन में उपस्थित प्रजातियों की संख्या के अणुसंख्यक गुणों का अध्ययन।
- चरणों की संख्या, घटकों की संख्या और स्वतंत्रता की उपाधि (या विचरण) को चरण नियम की सहायता से एक दूसरे के साथ सहसंबद्ध किया जा सकता है।
- विद्युत रासायनिक कोशिकाओं की प्रतिक्रियाएं।
- सांख्यिकीय ऊष्मप्रवैगिकी का उपयोग करके प्रमात्रा यांत्रिकी और स्थूल प्रणालियों का उपयोग करके सूक्ष्म प्रणालियों का व्यवहार।
मुख्य अवधारणाएँ
भौतिक रसायन विज्ञान की प्रमुख अवधारणाएँ वे तरीके हैं जिनमें शुद्ध भौतिकी को रासायनिक समस्याओं पर उपयोजित किया जाता है।
शास्त्रीय रसायन विज्ञान में प्रमुख अवधारणाओं में से एक यह है कि सभी रासायनिक यौगिकों को एक साथ बंधे परमाणुओं के समूह के रूप में वर्णित किया जा सकता है और रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उन बंधनों के निर्माण और तोड़ने के रूप में वर्णित किया जा सकता है। परमाणुओं के विवरण से रासायनिक यौगिकों के गुणों की भविष्यवाणी करना और वे कैसे बंधते हैं, भौतिक रसायन विज्ञान के प्रमुख लक्ष्यों में से एक है। परमाणुओं और बंधन का सटीक रूप से वर्णन करने के लिए, यह जानना आवश्यक है कि परमाणुओं के नाभिक कहां हैं, और इलेक्ट्रॉनों को उनके चारों ओर कैसे वितरित किया जाता है।[2]
अनुशासन
प्रमात्रा रसायन विज्ञान, भौतिक रसायन विज्ञान का एक उपक्षेत्र, जो विशेष रूप से रासायनिक समस्याओं के लिए प्रमात्रा यांत्रिकी के अनुप्रयोग से संबंधित है, यह निर्धारित करने के लिए उपकरण प्रदान करता है कि बंधन कितने मजबूत और क्या आकार के हैं,[2]नाभिक कैसे चलते हैं, और एक रासायनिक यौगिक द्वारा प्रकाश को कैसे अवशोषित या उत्सर्जित किया जा सकता है।[3] स्पेक्ट्रमदर्शन भौतिक रसायन विज्ञान का संबंधित उप-अनुशासन है जो विशेष रूप से पदार्थ के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण की बातचीत से संबंधित है।
रसायन विज्ञान में महत्वपूर्ण प्रश्नों का एक अन्य समुच्चय इस बात से संबंधित है कि किस प्रकार की प्रतिक्रियाएँ अनायास हो सकती हैं और किसी दिए गए रासायनिक मिश्रण के लिए कौन से गुण संभव हैं। इसका अध्ययन रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी में किया जाता है, जो मात्राओं पर सीमा निर्धारित करता है जैसे कि एक प्रतिक्रिया कितनी दूर तक आगे बढ़ सकती है, या आंतरिक दहन इंजन में कितनी ऊर्जा को काम में परिवर्तित किया जा सकता है, और जो ऊष्मीय विस्तार गुणांक और गैस या तरल के दबाव के साथ एन्ट्रॉपी के परिवर्तन की दर जैसे गुणों के बीच संबंध प्रदान करता है।[4] इसका उपयोग प्रायः यह आकलन करने के लिए किया जा सकता है कि क्या रिएक्टर या इंजन अभिकल्पना संभव है, या प्रयोगात्मक डेटा की वैधता की जांच करने के लिए। एक सीमित सीमा तक, अर्ध-संतुलन और गैर-संतुलन ऊष्मप्रवैगिकी अपरिवर्तनीय परिवर्तनों का वर्णन कर सकते हैं।[5] हालांकि, पारंपरिक ऊष्मप्रवैगिकी ज्यादातर संतुलन और प्रतिवर्ती परिवर्तनों में प्रणालियों से संबंधित है और न कि वास्तव में क्या होता है, या कितनी तेजी से संतुलन से दूर होता है।
रासायनिक बलगतिकी, भौतिक रसायन विज्ञान की एक अन्य शाखा का विषय कौन-सी प्रतिक्रियाएँ होती हैं और कितनी तेजी से होती हैं। रासायनिक बलगतिकी में एक महत्वपूर्ण विचार यह है कि अभिकारकों को प्रतिक्रिया करने और उत्पादों का निर्माण करने के लिए, अधिकांश रासायनिक प्रजातियों को संक्रमण अवस्थाओं से गुजरना चाहिए जो अभिकारकों या उत्पादों की तुलना में ऊर्जा में अधिक हैं और प्रतिक्रिया के लिए एक बाधा के रूप में काम करते हैं।[6] सामान्य तौर पर, अवरोध जितना अधिक होगा, प्रतिक्रिया उतनी ही धीमी होगी। एक दूसरा यह है कि अधिकांश रासायनिक प्रतिक्रियाएं प्रारंभिक प्रतिक्रियाओं के अनुक्रम के रूप में होती हैं,[7] प्रत्येक की अपनी संक्रमण स्थिति होती है। बलगतिकी में प्रमुख प्रश्नों में सम्मिलित हैं कि प्रतिक्रिया की दर तापमान पर और प्रतिक्रिया मिश्रण में अभिकारकों और उत्प्रेरकों की सांद्रता पर कैसे निर्भर करती है, साथ ही प्रतिक्रिया दर को अनुकूलित करने के लिए उत्प्रेरक और प्रतिक्रिया स्थितियों को कैसे अभियंत्रित किया जा सकता है।
तथ्य यह है कि कितनी तेजी से प्रतिक्रियाएं होती हैं, इसे प्रायः मिश्रण में प्रत्येक अणु की सभी स्थितियों और गति को जानने की आवश्यकता के बजाय केवल कुछ सांद्रता और तापमान के साथ निर्दिष्ट किया जा सकता है, भौतिक रसायन विज्ञान में एक और महत्वपूर्ण अवधारणा की एक विशेष स्थिति है, जो यह है कि एक अभियन्ता को किस सीमा तक जानने की आवश्यकता है, कणों की बहुत बड़ी संख्याओं (शायद एवोगाड्रो स्थिरांक, 6 x 1023 के क्रम में) के मिश्रण में चल रही प्रत्येक वस्तु को प्रायः दबाव, तापमान और एकाग्रता जैसे कुछ चर द्वारा वर्णित किया जा सकता है। इसके सटीक कारणों को सांख्यिकीय यांत्रिकी में वर्णित किया गया है,[8] भौतिक रसायन विज्ञान के भीतर एक विशेषता जो भौतिकी के साथ भी साझा की जाती है। सांख्यिकीय यांत्रिकी रासायनिक समानताओं के आधार पर अनुभवजन्य सहसंबंधों पर भरोसा किए बिना आणविक गुणों से प्रतिदिन के जीवन में देखे जाने वाले गुणों की भविष्यवाणी करने के तरीके भी प्रदान करता है।[5]
इतिहास
"भौतिक रसायन विज्ञान" शब्द 1752 में मिखाइल लोमोनोसोव द्वारा गढ़ा गया था, जब उन्होंने पीटर्सबर्ग विश्वविद्यालय के छात्रों के सामने "सत्य भौतिक रसायन विज्ञान में एक अध्ययन" (रूसी: Курс истинной физической химии) नामक एक व्याख्यान पाठ्यक्रम प्रस्तुत किया था।[9] इन व्याख्यानों की प्रस्तावना में उन्होंने परिभाषा दी है: "भौतिक रसायन विज्ञान वह विज्ञान है जो रासायनिक क्रियाओं के माध्यम से जटिल निकायों में क्या हो रहा है इसका कारण भौतिक प्रयोगों के प्रावधानों के तहत स्पष्ट करना चाहिए"।
आधुनिक भौतिक रसायन विज्ञान की उत्पत्ति 1860 से 1880 के दशक में रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी, समाधान में विद्युत अपघट्य, रासायनिक बलगतिकी और अन्य विषयों पर काम के साथ हुई। एक मील का पत्थर 1876 में योशिय्याह विलार्ड गिब्स द्वारा अपने पेपर, विषम पदार्थों के संतुलन पर प्रकाशन था। इस पत्र ने गिब्स ऊर्जा, रासायनिक क्षमता और गिब्स के चरण नियम जैसे भौतिक रसायन शास्त्र के कई आधारशिलाओं को पुरःस्थापित किया।[10]
भौतिक रसायन विज्ञान के क्षेत्र में विशेष रूप से पहली वैज्ञानिक पत्रिका जर्मन पत्रिका, Zeitschrift für Physikalische Chemie थी, जिसकी स्थापना 1887 में विल्हेम ओस्टवाल्ड और जैकोबस हेनरिकस वैन 'टी हॉफ द्वारा की गई थी। स्वांते अगस्त अरहेनियस के साथ,[11] ये 19वीं शताब्दी के अंत और 20वीं शताब्दी की शुरुआत में भौतिक रसायन विज्ञान में अग्रणी व्यक्ति थे। इन तीनों को 1901 और 1909 के बीच रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।
आने वाले दशकों में विकास में रासायनिक प्रणालियों के लिए सांख्यिकीय यांत्रिकी के अनुप्रयोग और कोलाइड्स और सतह रसायन विज्ञान पर कार्य करना सम्मिलित है, जहां इरविंग लैंगमुइर ने कई योगदान दिए। 1930 के दशक से प्रमात्रा रसायन विज्ञान में प्रमात्रा यांत्रिकी का विकास एक और महत्वपूर्ण कदम था, जहां लिनुस पॉलिंग प्रमुख नामों में से एक थे। प्रयोगात्मक विधियों में विकास के साथ सैद्धांतिक विकास हाथ से चला गया है, जहां स्पेक्ट्रमदर्शन के विभिन्न रूपों का उपयोग, जैसे अवरक्त स्पेक्ट्रमदर्शन, सूक्ष्म तरंग स्पेक्ट्रमदर्शन, इलेक्ट्रॉन अनुचुम्बकीय अनुनाद और परमाणु चुबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रमदर्शन, शायद 20 वीं शताब्दी का सबसे महत्वपूर्ण विकास है।
भौतिक रसायन विज्ञान में आगे के विकास को परमाणु रसायन विज्ञान में खोजों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, विशेष रूप से आइसोटोप पृथक्करण (द्वितीय विश्व युद्ध से पहले और उसके दौरान), खगोल रसायन विज्ञान में हाल की खोज,[12] साथ ही साथ "योगात्मक" के क्षेत्र में गणना कलन विधि का विकास भौतिक-रासायनिक गुण" (व्यावहारिक रूप से सभी भौतिक-रासायनिक गुण, जैसे कि क्वथनांक, महत्वपूर्ण बिंदु, सतह तनाव, वाष्प दबाव, आदि - सभी में 20 से अधिक - अकेले रासायनिक संरचना से सटीक रूप से गणना की जा सकती है, भले ही रासायनिक अणु असंश्लेषित रहता है), और यहाँ समकालीन भौतिक रसायन विज्ञान का व्यावहारिक महत्व निहित है।
समूह योगदान विधि, लिडरसन विधि, जॉबबैक विधि, बेन्सन समूह वेतन वृद्धि सिद्धांत, मात्रात्मक संरचना-गतिविधि संबंध देखें
पत्रिकाओं
कुछ पत्रिकाएँ जो भौतिक रसायन शास्त्र से संबंधित हैं उनमें Zeitschrift für Physikalische Chemie (1887); Journal of Physical Chemistry A (1896 से भौतिक रसायन पत्रिका के रूप में, 1997 में इसका नाम बदल दिया गया); Physical Chemistry Chemical Physics (1999 से, पूर्व में फैराडे लेनदेन जिसका इतिहास 1905 तक है); Macromolecular Chemistry and Physics (1947); Annual Review of Physical Chemistry (1950); Molecular Physics (1957); Journal of Physical Organic Chemistry (1988); Journal of Physical Chemistry B (1997); ChemPhysChem (2000); Journal of Physical Chemistry C (2007); and Journal of Physical Chemistry Letters (2010 से, संयुक्त पत्र पहले अलग पत्रिकाओं में प्रकाशित)
रसायन विज्ञान और भौतिकी दोनों को समाविष्ट करने वाली ऐतिहासिक पत्रिकाओं में Annales de chimie et de physique (1789 में शुरू हुआ, यहां दिए गए नाम के तहत 1815 से 1914 तक प्रकाशित) सम्मिलित हैं।
शाखाएं और संबंधित विषय
- रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी
- रासायनिक बलगतिकी
- सांख्यिकीय यांत्रिकी
- प्रमात्रा रसायन
- विद्युत्-रसायन
- प्रकाश रसायन
- भूतल रसायन
- ठोस अवस्था रसायन विज्ञान
- स्पेक्ट्रमदर्शन
- जैवभौतिक रसायन विज्ञान
- पदार्थ विज्ञान
- भौतिक कार्बनिक रसायन विज्ञान
- माइक्रोमीटर
यह भी देखें
- रसायन विज्ञान #भौतिक रसायन विज्ञान में महत्वपूर्ण प्रकाशनों की सूची
- रसायन विज्ञान में अनसुलझी समस्याओं की सूची#भौतिक रसायन विज्ञान की समस्याएं
- भौतिक जैव रसायन
- श्रेणी:भौतिक रसायनज्ञ
संदर्भ
- ↑ Torben Smith Sørensen (1999). भूतल रसायन और झिल्लियों की विद्युत रसायन. CRC Press. p. 134. ISBN 0-8247-1922-0.
- ↑ 2.0 2.1 Atkins, Peter and Friedman, Ronald (2005). Molecular Quantum Mechanics, p. 249. Oxford University Press, New York. ISBN 0-19-927498-3.
- ↑ Atkins, Peter and Friedman, Ronald (2005). Molecular Quantum Mechanics, p. 342. Oxford University Press, New York. ISBN 0-19-927498-3.
- ↑ Landau, L.D. and Lifshitz, E.M. (1980). Statistical Physics, 3rd Ed. p. 52. Elsevier Butterworth Heinemann, New York. ISBN 0-7506-3372-7.
- ↑ 5.0 5.1 Hill, Terrell L. (1986). Introduction to Statistical Thermodynamics, p. 1. Dover Publications, New York. ISBN 0-486-65242-4.
- ↑ Schmidt, Lanny D. (2005). The Engineering of Chemical Reactions, 2nd Ed. p. 30. Oxford University Press, New York. ISBN 0-19-516925-5.
- ↑ Schmidt, Lanny D. (2005). The Engineering of Chemical Reactions, 2nd Ed. pp. 25, 32. Oxford University Press, New York. ISBN 0-19-516925-5.
- ↑ Chandler, David (1987). Introduction to Modern Statistical Mechanics, p. 54. Oxford University Press, New York. ISBN 978-0-19-504277-1.
- ↑ Vucinich, Alexander (1963). रूसी संस्कृति में विज्ञान. Stanford University Press. p. 388. ISBN 0-8047-0738-3.
- ↑ Josiah Willard Gibbs, 1876, "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances", Transactions of the Connecticut Academy of Sciences
- ↑ Laidler, Keith (1993). भौतिक रसायन विज्ञान की दुनिया. Oxford: Oxford University Press. pp. 48. ISBN 0-19-855919-4.
- ↑ Herbst, Eric (May 12, 2005). "स्टार बनाने वाले क्षेत्रों की रसायन शास्त्र". Journal of Physical Chemistry A. 109 (18): 4017–4029. Bibcode:2005JPCA..109.4017H. doi:10.1021/jp050461c. PMID 16833724.
बाहरी संबंध
- The World of Physical Chemistry (Keith J. Laidler, 1993)
- Physical Chemistry from Ostwald to Pauling (John W. Servos, 1996)
- Physical Chemistry: neither Fish nor Fowl? (Joachim Schummer, The Autonomy of Chemistry, Würzburg, Königshausen & Neumann, 1998, pp. 135–148)
- The Cambridge History of Science: The modern physical and mathematical sciences (Mary Jo Nye, 2003)
