¿Qué es la química física?

Literalmente existen millones de compuestos químicos. La forma en que estos compuestos y sus componentes reaccionan e interactúan entre sí se rige por ciertos principios físicos que explican su comportamiento. Por lo tanto, la química física es la base sobre la que se apoyan todos los demás campos de la química, y esta ciencia también es relevante para prácticamente todos los demás campos científicos. La química física está abarcada por cuatro áreas temáticas, que incluyen termodinámica, química cuántica, cinética química y termodinámica estadística.

La termodinámica es el estudio de la conversión de energía en calor y trabajo. En este contexto, el trabajo se define como la energía transferida por una fuerza; por ejemplo, patear una pelota es una forma de trabajo en la cual la persona que patea la pelota transfiere la fuerza de su pie a la pelota, haciendo que la pelota se mueva. La termodinámica también estudia las formas en que se puede alterar el proceso de conversión cambiando variables como la presión y la temperatura dentro de un sistema.

La química cuántica es una ciencia teórica que describe cómo las moléculas se unen entre sí mediante la aplicación de los principios de la teoría cuántica de campos y la mecánica cuántica. Estos principios describen cómo se comportan los átomos y las partículas subatómicas en varios sistemas y, a su vez, gobiernan cómo se comportan las moléculas. Teóricamente, todos los sistemas químicos pueden describirse utilizando química cuántica, pero en la práctica solo pueden investigarse con precisión sistemas muy simples.

La cinética química estudia las tasas de los procesos químicos. La velocidad de un proceso químico dado es simplemente la velocidad a la que ocurre una reacción química. Por ejemplo, contraste la tasa de oxidación del hierro, que es un proceso muy lento, con la tasa de combustión del combustible, que es un proceso de fracción de segundo. La cinética química también estudia cómo las variables cambiantes, como la presión y la temperatura, cambian la velocidad a la que ocurren las reacciones.

Estos tres aspectos de la química física están vinculados por un cuarto, llamado termodinámica estadística. Este campo se ocupa de la distribución de energía en sistemas químicos, y también vincula los mundos microscópico y macroscópico. El objetivo principal de la termodinámica estadística es interpretar las propiedades macroscópicas de varios tipos de materia en relación con las interacciones entre sus moléculas y partículas microscópicas constituyentes.

A través del estudio de estos cuatro conceptos, la química física moderna busca comprender problemas químicos complejos en el contexto de las ciencias biológicas, ambientales y de materiales. Aunque estos son campos muy dispares, los principios de la química física son relevantes para todos, incluidas las ciencias biológicas y físicas y químicas. De hecho, esta es una ciencia altamente multidisciplinaria, precisamente porque los principios químicos que estudia son relevantes para todos los sistemas biológicos y químicos.