A físico-química é o estudo de como a matéria se comporta em nível molecular e atômico e como ocorrem as reações químicas. Com base nas análises das propriedades físicas das substâncias químicas, os físico-químicos desenvolvem novas teorias e técnicas que podem ser aplicadas para resolver problemas práticos.
Toda matéria pode existir em três estados: sólido, líquido e gasoso. O estado de uma substância é determinado pela sua temperatura e pressão. Os sólidos têm forma e volume fixos, os líquidos têm volume fixo, mas assumem a forma do seu recipiente, e os gases preenchem completamente o seu recipiente.
A termodinâmica é um conceito fundamental em físico-química que envolve o estudo da energia e suas transformações. As leis da termodinâmica descrevem como a energia é transferida dentro do mundo físico.
A cinética química estuda a velocidade com que ocorrem as reações químicas e as etapas pelas quais elas ocorrem. A taxa de uma reação pode ser descrita pela lei da taxa, que em sua forma mais simples para uma reação \(A \rightarrow B\) pode ser representada como \(rate = k[A]^n\) , onde \(k\) é a constante de velocidade, \([A]\) é a concentração do reagente A e \(n\) é a ordem da reação em relação a A.
O equilíbrio ocorre nas reações químicas quando as taxas das reações direta e reversa são iguais, resultando em nenhuma alteração líquida na concentração de reagentes e produtos ao longo do tempo. A constante de equilíbrio ( \(K\) ) expressa a razão entre as concentrações do produto e as concentrações dos reagentes, cada uma elevada à potência de seus coeficientes estequiométricos na equação balanceada.
A estrutura das moléculas e os tipos de ligação entre os átomos afetam diretamente as propriedades físicas de uma substância e as suas reações com outras substâncias. Os dois principais tipos de ligações químicas são ligações iônicas e covalentes. As ligações iônicas se formam quando elétrons são transferidos de um átomo para outro, enquanto as ligações covalentes se formam quando dois átomos compartilham elétrons.
Ácidos e bases são substâncias que, quando dissolvidas em água, aumentam a concentração de íons hidrogênio ( \(H^+\) ) e íons hidróxido ( \(OH^-\) ), respectivamente. A escala de pH é utilizada para medir a acidez ou basicidade de uma solução, com valores variando de 0 (fortemente ácido) a 14 (fortemente básico), sendo o pH 7 neutro.
A espectroscopia é uma técnica que analisa como a matéria absorve, emite ou espalha luz para determinar sua composição, estrutura e propriedades. Diferentes tipos de espectroscopia - como espectroscopia infravermelha (IR), ultravioleta-visível (UV-Vis) e ressonância magnética nuclear (NMR) - são usados para diferentes análises.
A eletroquímica é o estudo da relação entre eletricidade e reações químicas. Células eletroquímicas, incluindo baterias e células eletrolíticas, convertem energia química em energia elétrica e vice-versa. A equação fundamental em eletroquímica, a equação de Nernst, relaciona a força eletromotriz de uma célula com as concentrações dos reagentes e produtos.
A mecânica estatística fornece uma estrutura para relacionar as propriedades microscópicas de átomos e moléculas individuais com as propriedades macroscópicas do volume dos materiais. Este ramo da físico-química ajuda a explicar fenômenos como transições de fase, capacidade térmica e comportamento dos gases.
A físico-química encontra aplicações em diversos campos e indústrias, inclusive farmacêutica, onde é utilizada para desenvolver novos medicamentos; ciência ambiental, para compreender e mitigar a poluição; e ciência dos materiais, para projetar melhores materiais e produtos nanotecnológicos. Compreender os princípios fundamentais da físico-química ajuda cientistas e engenheiros a resolver problemas complexos nestes e em muitos outros campos.
