Физическая химия
Физическая химия исследует термодинамику и равновесие, скорость реакций, взаимодействия молекул и свойства растворов. Она использует количественные методы, чтобы объяснять поведение систем при заданных условиях.
Область пересекается с электрохимией и химической физикой; различие зависит от исследовательского вопроса.
Физическая химия
Химическая термодинамика
Энергетика химических реакций. Энтальпия (H): теплота реакции при постоянном давлении. Энтропия (S): мера беспорядка. Свободная энергия Гиббса (G = H - TS): критерий спонтанности. Стандартные условия: 25°C, 1 атм. Закон Гесса: теплота не зависит от пути. Равновесие: K = exp(-ΔG°/RT).
Химическая кинетика
Скорость химических реакций. Факторы: концентрация, температура, катализатор, поверхность. Уравнение Аррениуса: k = A·exp(-Ea/RT). Порядок реакции: 0, 1, 2. Механизм: элементарные стадии. Катализ: снижение энергии активации. Ферменты — биологические катализаторы. Период полураспада.
Химическое равновесие
Состояние, когда скорости прямой и обратной реакций равны. Константа равновесия K = [C]ᶜ[D]ᵈ/[A]ᵃ[B]ᵇ. Принцип Ле Шателье: система противодействует изменению условий.
Электрохимические процессы
Взаимопревращение химической и электрической энергии. Гальванические элементы (ЭДС), электролиз (законы Фарадея). Уравнение Нернста: E = E° - (RT/nF)ln(Q).
Катализ
Ускорение реакции веществом, не расходующимся в процессе. Гомогенный (кислотный, ферментативный) и гетерогенный (Pt, Ni, Fe). Механизм: снижение энергии активации. Нобелевские премии 1909, 1918, 2001, 2007.
Фазовые переходы
Изменение агрегатного состояния. I рода: плавление, кипение (скрытая теплота). II рода: переход сверхпроводник/нормальный. Диаграммы состояния, тройная точка воды: 0.01°C, 611 Па.