물리화학이란 무엇인가 미래는

물리화학은 자연계에 존재하는 모든 물질의 성질과 화학반응을 물리적 관점에서 연구하는 학문이다. 각 물질의 다양한 성질 및 반응성에 대하여 물리적인 법칙과 수학적인 해석을 하는 것이다. 물리화학의 내용 및 구성에 그리고 미래에 대하여 알아보기로 한다.

 

 

1. 물리화학이란

물리화학이란 간단히 요약하면 물질의 구조와 성질 및 변화 과정을 다루는 것이다. 물질이 가지고 있는 에너지 상태와 운동 상태를 중점으로 다룬다. 따라서 분자구조론, 양자역학, 원자핵물리학, 핵화학, 고체물리학, 반도체물리학, 광학, 플라스마물리학 등 다양한 세부 분야로 구분된다.  자연계의 화학적인 현상을 물리적으로 다루기 위해서는 기본적 요소인 원자, 전자, 분자, 에너지등으로 설명하는 것이다. 여기서 에너지 준위를 나타내려면 양자역학의 개념이 도입되어야 한다. 또한 화학반응이 일어나는 열역학적인 개념과 반응이 얼마나 진행되는지 메커니즘에 따른 반응속도론으로 설명이 필요하다.  다른 화학분야에 이론적인 바탕을 제공할 뿐만 아니라 산업에서 사용되는 각종 소재와 촉매 개발을 추진하기도 한다. 

 

2. 물리화학의 내용   

물리화학은 모든 화학의 이론적 배경을 물리학적으로 설명을 하고 있다. 여러 화학반응의 현상을 지배하는 이론을 수립하는 학문의 중요한 분야이다. 물리화학은 크게 보면 열역학, 양자역학, 반응속도론 및 동력학으로 구분될 수 있다. 각 과정에서 연관성이 좀더 많이 겹치는 분야로는 다음과 같이 설명이 될 수 있다.

 

1) 계면화학 

주로 액체물질을 취급하며 물질 고유의 특성이 다른 두물질이 맞닿는 경계면에 있는 화학물질의 표면 특성을 연구하는 학문이다. 표면 장력이나 흡착현상 그리고 계면활성제의 작용등을 연구 대상으로 한다.

 

2) 고체화학 

고체의 조성과 내부 및 고체 사이에 일어나는 변화를 다룬다. 물질 화학이나 재료 화학이라고 하며 고체상의 물질 합성 및 구조와 특성에 대하여 연구하는 학문이다. 고체 화학에 포함되는 여러 학문에는 고체물리학, 광물학, 결정학, 세라믹, 야금학, 열역학, 재료공학, 전자공학 같이 일상생활에 쓰이는 분야이다. 고체를 구성하는 입자의 배열에 따라 결정체와 비정질 고체로 분리가 된다.

 

3) 반응속도론 

화학반응에서 반응속도는 일반적으로 반응물의 농도 및 온도, 압력등 여러 가지 요인에 따라 좌우된다. 반응에 참여하는 물질에 대한 수식으로 나타내며 화학반응의 속도를 예측하여 반응에 필요한 조건에 대하여 연구한다.

 

4) 양자화학 

분자 속에서 전자의 분포를 분석하고, 분자의 화학적 변화를 전자구조로 설명하는 분야이다. 양자역학으로 규명된 원리를 화학적인 개념으로 적용하여 원자와 전자의 움직임부터 분자구조와 물성 그리고 화학반응을 이론적으로 설명하고 있다

 

5) 열화학   

화학반응에서 일어나는 에너지 변화를 다루고, 온도와 압력이 어떤 영향을 끼치는지 연구한다. 반응 용기와 내용물이 하나의 계를 형성하며 화학반응이 일어나면 주변과 계사이에 열변화가 일어나게 된다. 일정한 부피와 압력 조건하에 발생하는 에너지 변화를 측정하는 것이다.

 

6) 입체화학 

분자 속 원자의 배열 상태를 연구하고 배열에 따른 성질을 알아본다. 일반적으로 카이랄 중심과 회전할 수 없는 이중결합에 대한 분자 내 원자의 배열을 나타내고 있다.

 

7) 핵화학 

원자핵반응을 화학적 개념으로 연구하는 분야이다. 핵반응을 취급하는 분야로서 핵물리학과 유사하다. 화학적 방법으로 원자핵의 여러 가지 변화를 연구하는 것이다.

 

3. 물리화학의 전망

물리화학은 물리학 지식을 이용하여 각종 자연계에 존재하는 모든 물질의 성질과 화학적인 현상을 이론적으로 설명하고 자 하는 학문이다. 물리화학이 아직까지는 기초 학문에 불과하지만 연구가 거듭될수록 관련되는 응용 범위가 더욱 넓어질 것이다. 현재 석유화학 산업 중심의 구조에서 벗어나 친환경 에너지 및 소재 개발 쪽으로 무게 중심이 옮겨가고 있기 때문이다. 따라서 향후 이 분야에 연구인력 수요가 크게 늘어날 것이며 궁극적으로 인류의 여유로운 삶에 기여하기 위하여 끊임없이 연구가 진행될 것이다.