Definición de Fisicoquímica

Daniela Nataly Díaz Zepeda
M.C. en Ingeniería y Física Biomédicas

La fisicoquímica es un campo que estudia fenómenos químicos, como transformaciones y propiedades de la materia, desde una perspectiva física y cuantitativa, explicando las interacciones que ocurren a nivel atómico y molecular que desembocan en estos fenómenos y determinan las características percibidas a simple vista, así como la dinámica de los sistemas que contienen masa y energía. La visión fisicoquímica surge del entendimiento de que las leyes de la física son las responsables detrás procesos que se definen fundamentalmente como cambios químicos.

La fisicoquímica puede estudiar la materia desde diferentes perspectivas, hablando de micro y macroescalas. A nivel micro, se vale de los principios provenientes de dos ramas de la física moderna: la mecánica estadística y la mecánica cuántica. En este sentido, se establece que todo aquello que se considera materia contiene masa y energía. Por tanto, es posible hablar de dos principios fundamentales en los que se basa la fisicoquímica para el estudio de la materia a microescala. El primero de ellos, relacionado con la masa, dicta que cualquier comportamiento exhibido por un material puede ser determinado a partir de consideraciones estadísticas. Ya que todo material se compone de un conjunto de moléculas, que a su vez se componen de un conjunto de átomos, que a su vez se componen de un conjunto de partículas subatómicas, las propiedades de dicho material pueden describirse a partir de predicciones estadísticas sobre el comportamiento del conjunto de entidades que lo componen. Este principio tiene sus bases en la mecánica estadística.

Por otro lado, la energía, que en términos generales se refiere a la capacidad de la materia para realizar un trabajo, se asocia con el segundo principio fundamental. Este establece que la energía no es continua, sino que solo puede tomar ciertos valores, en otras palabras, está “cuantizada”. Este principio se fundamenta en la mecánica cuántica.

Cómo se mencionó anteriormente, también es posible estudiar la naturaleza física de la materia desde un nivel macro, es decir, lo que se percibe a simple vista. En esta escala no se toman en cuenta las pequeñas contribuciones de las partículas que componen al material, ahora serán sus propiedades observables y medibles las que determinarán su comportamiento. Para lograr este análisis, se estudia el área de interés como un sistema, desde dónde se determinan características y cambios a partir de principios asociados a la termodinámica. Según la termodinámica, el estado de un sistema se define a través de variables como temperatura, presión y volumen, que pueden cambiar y alterar el estado inicial, a partir de variaciones en la energía y masa del sistema estudiado.

El concepto de sistema es un artificio que se utiliza para separar analíticamente la sección de estudio del resto del universo, este se encuentra delimitado por una frontera, la cual distingue al interior del sistema de sus alrededores, es decir, todo lo que se encuentra fuera del plano de estudio. Existen diferentes tipos de sistemas respecto a la interacción que estos tienen con sus alrededores. Un sistema aislado, no intercambia masa ni energía con sus alrededores, por el contrario, un sistema abierto intercambia masa y energía con su entorno y, el último tipo de sistema, que suele ser el utilizado más frecuentemente en fisicoquímica es el sistema cerrado, el cual no intercambia masa, pero si energía, con sus alrededores. Ejemplos comunes de sistemas cerrados son contenedores o tanques que, a pesar de no dejar salir la masa de su interior, pueden intercambiar energía en forma de calor o trabajo con los alrededores.

Ramas auxiliares

Otras subdisciplinas en las que se apoya la fisicoquímica para el estudio de la materia y sus interacciones son, la electroquímica, cinética química y termoquímica. La primera se ocupa del estudio de la relación entre la electricidad y las reacciones químicas, la segunda estudia las transformaciones químicas en función del tiempo, mientras que la tercera es el estudio de la energía, en forma de calor, asociada a reacciones químicas y cambios de fase.

Aplicaciones

Las aplicaciones de la fisicoquímica son amplias y transdisciplinarias, los científicos dedicados a esta área colaboran frecuentemente en la resolución de problemas fundamentales y aplicados a la vida cotidiana, con proyectos asociados a la bioquímica, la industria química, nanotecnología, farmacología, biomedicina, física de la materia condensada y hasta la astrofísica.

En la actualidad, la fisicoquímica se encarga de explicar la dinámica de sistemas que pueden ser desde semiconductores, para aplicaciones tecnológicas, el procesado de macromoléculas poliméricas para diferentes ramas de la industria o descifrar la dinámica molecular del sistema nervioso del cuerpo humano.

Desentrañar la fisicoquímica detrás de diferentes sistemas, resulta clave para el progreso de la humanidad en todos los ámbitos, pues nos lleva a entender de manera natural el funcionamiento del universo que nos rodea y del que formamos parte.

 
 
 
 
Por: Daniela Nataly Díaz Zepeda. Ingeniera Química, M.C. en Ingeniería y Física Biomédicas. Se desempeña en el estudio y la divulgación científica. Experiencia en el desarrollo de vehículos farmacológicos, y actualmente pertenece al grupo de investigación de biofotónica. Su posgrado le otorgó una formación multidisciplinaria en Física, biología e ingeniería.

Trabajo publicado en: Nov., 2023.
Datos para citar en modelo APA: Díaz Zepeda, D. N. (noviembre, 2023). Definición de Fisicoquímica. Significado.com. Desde https://significado.com/fisicoquimica/
 

Referencias

Basic Physical Chemistry: The Route to Understanding. (2012). Reino Unido: World Scientific Publishing Company.

González Pérez, S., Bustamante Pineda, J. C., Toledo Vargas, J. J. (2019). Fisicoquímica. México: Patria Educación.

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