Físico-Química

Físico-Química é uma as principais áreas de estudo da Química. Ela busca explicar fenômenos químicos e a estrutura da matéria por meio de princípios teóricos da Física. É uma das áreas mais essenciais, priorizando o entendimento da Química em nível atômico e molecular. Por conta disso, é uma área que engloba cálculos matemáticos complexos.

A Físico-Química iniciou sua maior influência nos estudos de Química nos anos 1880, com a influência de Van’t Hoff e Ostwald. Fundamenta-se, basicamente, nos estudos da Termoquímica, da Eletroquímica, das reações em equilíbrio, da cinética química, da Química Quântica e da estrutura da matéria. Tal importância é percebida nos objetivos de conhecimento de Química no Enem, no qual a Físico-Química é bastante presente.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre Físico-Química
• 2 - O que é Físico-Química?
• 3 - O que a Físico-Química estuda?
  • → Áreas da Físico-Química
• 4 - Físico-Química no Enem
• 5 - História da Físico-Química

Resumo sobre Físico-Química

• A Físico-Química é um ramo de estudo da Química em que se utilizam princípios da Física para entender fenômenos químicos.

• A Físico-Química estuda o funcionamento de processos químicos e também a estrutura da matéria em nível atômico ou molecular.

• A utilização de cálculos matemáticos complexos faz parte da rotina da Físico-Química.

• As principais áreas de estudo da Físico-Química são a Termoquímica, a cinética química, os equilíbrios químicos, a Eletroquímica, a Mecânica Quântica e o estudo da matéria.

• A Físico-Química, dada sua tradição e influência, figura entre uma das áreas contempladas dentre os objetivos de conhecimento do Exame Nacional do Ensino Médio, o Enem.

• Entende-se que a Físico-Química se tornou uma área de interesse na década de 1880, por meio das contribuições de Ostwald e Van’t Hoff.

O que é Físico-Química?

Segundo a American Chemical Society, a Físico-Química é o ramo de estudo em Química que se utiliza de princípios da Física para entender interações químicas. Dessa forma, preocupa-se em entender como a matéria se comporta em nível molecular e atômico, bem como o funcionamento e a ocorrência das reações químicas. Nessa área, busca-se explicar e descrever o comportamento de fenômenos químicos por meio das teorias da Física e da computação matemática.

O que a Físico-Química estuda?

A Físico-Química estuda o funcionamento de processos químicos e a estrutura da matéria, porém em nível molecular ou atômico. Para tal, utilizam-se de princípios da Física e cálculos matemáticos complexos.

→ Áreas da Físico-Química

Entre as principais áreas na Físico-Química temos:

• Termoquímica: aplica as leis da Termodinâmica para explicar processos químicos que envolvem troca de energia na forma de calor.

• Cinética química: ramo que busca entender a velocidade dos processos químicos, bem como a alteração das concentrações dos participantes ao longo de uma reação.

• Equilíbrio químico: busca entender o funcionamento de reações químicas reversíveis.

• Eletroquímica: correlaciona o envolvimento das reações químicas com a corrente elétrica ou o potencial elétrico.

• Química Quântica: correlaciona as leis da Mecânica Quântica com o comportamento e a estrutura de átomos, moléculas e partículas subatômicas.

• Matéria: estuda a constituição e as propriedades da matéria, na forma dos sólidos, dos líquidos e dos gases, apresentando modelos que correlacionem propriedades microscópicas com macroscópicas.

Físico-Química no Enem

Como uma das grandes áreas da Química, a Físico-Química também está presente no Exame Nacional do Ensino Médio (Enem). Segundo a Matriz de Referência do Enem, desenvolvida pelo Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Anísio Teixeira (Inep), a Físico-Química está presente nos seguintes objetos de conhecimento de Química:

• Transformações químicas: em específico o estudo dos sistemas gasosos (lei dos gases, equação geral dos gases ideais) e a teoria cinética dos gases. Também é importante a Físico-Química para a compreensão do modelo atômico de Bohr, o qual utiliza princípios da Mecânica Quântica em sua explicação.

• Materiais, suas propriedades e usos: em específico as propriedades dos materiais, bem como seus estados físicos (sólido, líquido e gasoso) e suas mudanças de estado. As forças intermoleculares e a polaridade das moléculas também necessitam de princípios da Físico-Química, principalmente no ponto que exige que o aluno saiba a relação entre as estruturas, propriedade e aplicação das substâncias.

• Transformações químicas e energia: um dos principais tópicos de Físico-Química, aqui está explicitada a relação das transformações químicas com a Termodinâmica (calor de reação, entalpia, equações termoquímicas, lei de Hess) com a energia elétrica (reações de oxirredução, potenciais padrão de redução, pilhas, eletrólise, leis de Faraday).

• Dinâmica das transformações químicas: é outro importante tópico que engloba Físico-Química, apresentando os objetivos de conhecimento que relacionam transformações químicas e velocidade, ou seja, a cinética química.

• Transformação química e equilíbrio: tópico de grande utilização de princípios da Físico-Química, que traz a necessidade de compreensão de sistemas em equilíbrio químico.

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História da Físico-Química

Entende-se que a Físico-Química se estabeleceu como campo científico na década de 1880. Por exemplo, o ano de 1887 foi muito significativo, pois foi nesse ano que Wilhelm Ostwald e Jacobus van’t Hoff fundaram o periódico Zeitschrift für physikalische Chemie (Revista de Físico-Química, em tradução livre). Já no primeiro volume desse periódico, ainda no mesmo ano, Svante Arrhenius publicou sua famosa teoria da dissociação eletrolítica, tese laureada com o Prêmio Nobel de Química de 1903. No mesmo volume, Van’t Hoff publicou um dos seus artigos mais importantes acerca da termodinâmica das soluções, o que seria responsável por lhe conferir o primeiro Prêmio Nobel de Química da história, em 1901.

Além disso, foi também em 1887 que Ostwald foi nomeado professor de Físico-Química na Universidade de Leipzig, além de ter publicado o segundo e último volume de seu livro, Lehrbuch der allgemeinen Chemie (Livro Didático de Química Geral, em tradução livre). Embora Ostwald tenha sido o segundo a ocupar tal cadeira (substituiu Wiedemann, que fora nomeado em 1871) e que o termo “físico-químico” já havia sido utilizado no começo do século XVIII, os trabalhos na área anteriores a 1880 eram escassos e pouco relevantes.

Contudo, ressaltam-se os trabalhos de Robert Boyle, dois séculos antes. Considerado o primeiro químico moderno ao romper com a tradição alquimista, Boyle iniciou seus estudos acerca das propriedades dos gases e do ar no começo da segunda metade do século XVII, quando, em 1659, cria a “máquina boyleana”, um aprimoramento da bomba de ar desenvolvida por Otto von Guericke, no ano de 1657. Depois disso, percebeu que, em uma temperatura constante, o volume de uma massa fixa de gases é inversamente proporcional à pressão exercida, no que ficou conhecida como lei de Boyle (também chamada de lei de Mariotte ou lei de Boyle-Mariotte, pois Edme Mariotte chegou às mesmas conclusões e de forma independente). Talvez por toda sua obra, Boyle possa ser considerado o primeiro físico-químico.

Fontes

ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Príncípios de Química: Questionando a vida e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.

ATKINS, P.; DE PAULA, J.; KEELER, J. Physical Chemistry. 11. ed. Oxford: Oxford University Press, 2018.

AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. Physical Chemistry. Disponível em: https://www.acs.org/careers/chemical-sciences/areas/physical-chemistry.html.

BRASIL. Matriz de Referência ENEM. Ministério da Educação - Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira. Disponível em: https://download.inep.gov.br/download/enem/matriz_referencia.pdf.

LAIDLER, K. J. The origins of physical chemistry. In: The World of Physical Chemistry. Cap. 1. 1a ed. Oxford: Oxford Press, 1993.

LAIDLER, K. J. Chemical Kinects and the Origins of Physical Chemistry. History of Exact Sciences. V. 32, n. 1, p. 43-75, 1985.

NATIONAL GEOGRAPHIC PORTUGAL. Robert Boyle, o primeiro químico moderno. National Geographic Portugal. 7 jul. 2022. Disponível em: https://www.nationalgeographic.pt/historia/robert-boyle-o-primeiro-quimico-moderno_2962.