भौतिक रसायन
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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 शामिल 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 वेगिकी।
- आयनों की पहचान और सामग्री की विद्युत चालकता।
- भूतल विज्ञान और कोशिका झिल्लियों का विद्युत रसायन।[1]
- ऊष्मा और कार्य (भौतिकी) की मात्रा के संदर्भ में एक शरीर की दूसरे के साथ परस्पर क्रिया को रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी कहा जाता है।
- चरण (पदार्थ) के परिवर्तन या होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान एक रासायनिक प्रणाली और उसके आसपास के बीच गर्मी का स्थानांतरण ऊष्मारसायन कहलाता है
- घोल में मौजूद प्रजातियों की संख्या के अणुसंख्यक गुणों का अध्ययन।
- चरणों की संख्या, घटकों की संख्या और स्वतंत्रता की डिग्री (या विचरण) को चरण नियम की सहायता से एक दूसरे के साथ सहसंबद्ध किया जा सकता है।
- विद्युत रासायनिक कोशिकाओं की प्रतिक्रिया।
- सांख्यिकीय ऊष्मप्रवैगिकी का उपयोग करते हुए क्वांटम यांत्रिकी और मैक्रोस्कोपिक प्रणालियों के परिचय 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 लागू किया जाता है।
शास्त्रीय रसायन शास्त्र में प्रमुख अवधारणाओं में से एक यह है कि सभी रासायनिक प्रजातियों को परमाणु रासायनिक बंधन के समूह के रूप में वर्णित किया जा सकता है और रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उन बंधनों को बनाने 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 बंधों का ठीक-ठीक वर्णन करने के लिए, यह जानना आवश्यक है कि परमाणुओं के परमाणु नाभिक कहाँ हैं और उनके चारों ओर इलेक्ट्रॉन कैसे वितरित किए जाते हैं।[2]
अनुशासन
क्वांटम रसायन विज्ञान, भौतिक रसायन विज्ञान का एक उपक्षेत्र विशेष रूप से रासायनिक समस्याओं के लिए क्वांटम यांत्रिकी के अनुप्रयोग से संबंधित है, यह निर्धारित करने के लिए उपकरण प्रदान करता है कि बंधन कितने मजबूत और किस आकार के हैं,[2]नाभिक कैसे चलते हैं, और रासायनिक यौगिक द्वारा प्रकाश को कैसे अवशोषित या उत्सर्जित किया जा सकता है।[3] स्पेक्ट्रोस्कोपी 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 सेट 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। यह रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी में अध्ययन किया जाता है, जो मात्राओं की सीमा निर्धारित करता है जैसे कि 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 थर्मल विस्तार गुणांक और परिवर्तन की दर जैसे गुणों के बीच संबंध प्रदान करता है। गैस या तरल के दबाव के साथ एन्ट्रॉपी की।[4] इसका उपयोग अक्सर यह आकलन करने के लिए किया जा सकता है कि रिएक्टर या इंजन डिजाइन 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, क्लासिकल ऊष्मप्रवैगिकी ज्यादातर थर्मोडायनामिक संतुलन और प्रतिवर्ती प्रक्रिया (थर्मोडायनामिक्स) में प्रणालियों से संबंधित है और न कि वास्तव में क्या होता है, या कितनी तेजी से संतुलन से दूर होता है।
रासायनिक कैनेटीक्स, भौतिक रसायन विज्ञान की एक अन्य शाखा का विषय कौन-सी प्रतिक्रियाएँ होती हैं और कितनी तेजी से होती हैं। रासायनिक कैनेटीक्स में एक महत्वपूर्ण विचार यह है कि प्रतिक्रिया करने और उत्पाद (रसायन विज्ञान) बनाने के लिए अभिकर्मक के लिए, अधिकांश रासायनिक प्रजातियों को संक्रमण अवस्थाओं से गुजरना चाहिए जो कि अभिकारकों या उत्पादों की तुलना में थर्मोडायनामिक मुक्त ऊर्जा में अधिक होती हैं और प्रतिक्रिया में बाधा के रूप में काम करती हैं।[6] सामान्य तौर पर, अवरोध जितना अधिक होगा, प्रतिक्रिया उतनी ही धीमी होगी। एक दूसरा यह है कि अधिकांश रासायनिक प्रतिक्रियाएँ प्रारंभिक प्रतिक्रियाओं के अनुक्रम के रूप में होती हैं,[7] प्रत्येक अपने स्वयं के संक्रमण राज्य के साथ। कैनेटीक्स में प्रमुख प्रश्नों में शामिल है 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 इंजीनियर किया जा सकता है।
तथ्य यह है कि कितनी तेजी से प्रतिक्रियाएं होती हैं, अक्सर 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 अन्य महत्वपूर्ण अवधारणा का एक विशेष मामला है, जो यह है कि जिस हद तक एक इंजीनियर को जानने की जरूरत है, सब कुछ बहुत बड़ी संख्या के मिश्रण में चल रहा है (शायद अवोगाद्रो स्थिरांक के क्रम में, 6 x 1023) कणों को अक्सर दबाव, तापमान और एकाग्रता जैसे कुछ चरों द्वारा वर्णित किया जा सकता है। इसके सटीक कारण सांख्यिकीय यांत्रिकी में वर्णित हैं,[8] भौतिक रसायन विज्ञान के भीतर एक विशेषता जिसे भौतिकी के साथ भी साझा किया जाता है। सांख्यिकीय यांत्रिकी रासायनिक समानताओं के आधार पर अनुभवजन्य सहसंबंधों पर भरोसा किए बिना आणविक गुणों से रोजमर्रा की जिंदगी 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 ए कोर्स इन ट्रू फिजिकल केमिस्ट्री (ए कोर्स इन ट्रू फिजिकल केमिस्ट्री) नामक एक व्याख्यान पाठ्यक्रम प्रस्तुत किया था।Russian: Курс истинной физической химии) पीटर्सबर्ग विश्वविद्यालय के छात्रों के सामने।[9] इन व्याख्यानों की प्रस्तावना में वह परिभाषा देता 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 समझाना चाहिए।
आधुनिक भौतिक रसायन विज्ञान की उत्पत्ति 1860 से 1880 के दशक में रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी, समाधान में इलेक्ट्रोलाइट्स, रासायनिक कैनेटीक्स 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 भौतिक रसायन विज्ञान के कई आधारशिलाओं को पेश किया, जैसे गिब्स मुक्त ऊर्जा, रासायनिक क्षमता और गिब्स का चरण नियम।[10] विशेष रूप से भौतिक रसायन विज्ञान के क्षेत्र में पहली वैज्ञानिक पत्रिका जर्मन पत्रिका, Zeitschrift für Physikalische Chemie थी, जिसकी स्थापना 1887 में विल्हेम ओस्टवाल्ड और जेकोबस हेनरिकस वैन टी हॉफ ने की थी। Svante August Arrhenius के साथ,[11] 19वीं सदी के अंत और 20वीं सदी की शुरुआत में भौतिक रसायन विज्ञान में ये 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 काम करना शामिल है, जहां इरविंग लैंगमुइर ने कई योगदान दिए। 1930 के दशक से क्वांटम रसायन विज्ञान में क्वांटम यांत्रिकी का विकास एक और महत्वपूर्ण कदम था, जहां लिनस पॉलिंग प्रमुख नामों में से एक थे। प्रयोगात्मक विधियों में विकास के साथ सैद्धांतिक विकास हाथ से चला गया है, जहां स्पेक्ट्रोस्कोपी के विभिन्न रूपों का उपयोग, जैसे अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी, माइक्रोवेव स्पेक्ट्रोस्कोपी, इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक अनुनाद और परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी, 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 में हाल की खोजों,[12] साथ ही योज्य भौतिक-रासायनिक गुणों के क्षेत्र में गणना एल्गोरिदम का विकास (व्यावहारिक रूप से सभी भौतिक-रासायनिक गुण, जैसे क्वथनांक, महत्वपूर्ण बिंदु, सतह तनाव, वाष्प दबाव, आदि - सभी में 20 से अधिक - रासायनिक से सटीक गणना की जा सकती है) अकेले संरचना, भले ही रासायनिक अणु असंश्लेषित रहता है),[citation needed] 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
Some journals that deal with physical chemistry include Zeitschrift für Physikalische Chemie (1887); Journal of Physical Chemistry A (from 1896 as Journal of Physical Chemistry, renamed in 1997); Physical Chemistry Chemical Physics (from 1999, formerly Faraday Transactions with a history dating back to 1905); 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 (from 2010, combined letters previously published in the separate journals)
Historical journals that covered both chemistry and physics include Annales de chimie et de physique (started in 1789, published under the name given here from 1815 to 1914).
शाखाएं और संबंधित विषय
- रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी
- रासायनिक गतिकी
- सांख्यिकीय यांत्रिकी
- क्वांटम रसायन
- इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री
- प्रकाश रसायन
- भूतल रसायन
- सॉलिड-स्टेट केमिस्ट्री
- स्पेक्ट्रोस्कोपी
- बायोफिजिकल केमिस्ट्री
- पदार्थ विज्ञान
- भौतिक कार्बनिक रसायन
- 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)
