Physikalische Chemie

Die physikalische Chemie (kurz: PC oder Phys.Chem., auch: Physikochemie) ist neben der anorganischen und der organischen Chemie eines der „klassischen“ Teilgebiete der Chemie. Sie behandelt den Grenzbereich zwischen Physik und Chemie, insbesondere die Anwendung von Methoden der Physik auf Objekte der Chemie, weshalb manchmal auch der Begriff chemische Physik verwendet wird.

Teilgebiete

Die physikalische Chemie ist in verschiedene Teilgebiete gegliedert, in denen unterschiedliche Phänomene untersucht werden.

Theoretische Chemie
Chemische Thermodynamik: Die chemische Thermodynamik ermöglicht auch Aussagen, ob Stoffumsetzungen möglich sind, welche Energien sich bei einer Reaktion entwickeln oder zugeführt werden müssen, welche Stoffkonzentrationen bezüglich Produkten zu Edukten (Ausgangsstoffen) entsprechend dem Massenwirkungsgesetz zu erwarten sind, ob eine Temperatur- oder Druckerhöhung den Stoffumsatz fördert oder dämpft, welches Redoxpotential oder welche Ionenkonzentrationen einzelner Stoffe zu erwarten ist.
Kinetik: Die Kinetik beschäftigt sich mit dem zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen (Reaktionskinetik) oder von Transportvorgängen (z. B. Diffusion, Stoffabscheidung an Oberflächen, Katalyse). In der Kinetik werden sowohl der makroskopische Verlauf einer Reaktion (Makrokinetik) als auch der genaue Verlauf einer Reaktion in den einzelnen Elementarreaktionen untersucht (Mikrokinetik).
Spektroskopie
Elektrochemie: Die Elektrochemie beschäftigt sich mit den Eigenschaften geladener Teilchen, insbesondere Ionen sowie den Auswirkungen von elektrischem Strom auf Stoffe. Die wichtigsten Untersuchungsgebiete der Elektrochemie sind die Vorgänge in meist wässrigen Lösungen von Ionen, Elektrolyten und an Elektroden. Das Zusammenspiel dieser Vorgänge ist entscheidend in Darstellungs- und Raffinationselektrolysen, Korrosionsvorgängen und dem Gebiet der Stromspeicherung in Batterien und Akkumulatoren. Weitere technisch wichtige Anwendungen der Elektrochemie sind Brennstoffzellen und die Abscheidung von Metallen auf Oberflächen in der Galvanotechnik.

Geschichte

Die ersten Lehrgänge zu Themen aus der physikalischen Chemie wurden um 1752 an der heutigen Lomonossow-Universität in Moskau von Michail Lomonossow gehalten. 1890 führten Svante Arrhenius, Jacobus Henricus van ’t Hoff, Wilhelm Ostwald und Walther Nernst erstmals die physikalische Chemie als eigenständiges Lehrfach an Hochschulen ein.
Als Begründer der physikalischen Chemie im angelsächsischen Raum gilt Josiah Willard Gibbs mit seinem 1867 veröffentlichten Artikel „On the Equilibrium of Heterogeneous Substances“, in dem er die grundlegenden Konzepte Freie Energie, chemisches Potential und Phasenregel entwickelte. Die Arbeiten von Gibbs, Robert Mayer, Hermann Helmholtz, Jacobus Henricus van ’t Hoff bildeten für Wilhelm Ostwald eine wichtige Verkettung des Energiebegriffes aus chemischer Sicht.