Szegedi Tudományegyetem - Ahol tudás és szándék találkozik

A kémia és a fizika összefüggésének fontosságát a XVIII. század közepén ismerték fel. Lomonoszovtól származik az a megfogalmazás, hogy „a fizikai kémia az a tudomány, amely a fizikai tételek és kísérletek alapján magyarázza meg az összetett testekben lejátszódó kémiai átalakulások okát.” Ma ennél sokkal tágabb értelmezést szoktunk adni: ez a tudományterület alapozza meg a kémia legfőbb elveit, és magyarázza meg az anyag fizikai és kémiai tulajdonságaira vonatkozó megfigyeléseket.

Az anyag tulajdonságainak értelmezése során modellezzük az egyszerű és összetett anyagi rendszereket (a tökéletes gázok, az ideális elegyek modellje), és a valóságban megfigyelhető anyagok reális viselkedését a modellektől való eltéréseken keresztül értelmezzük.

A kémia alapelveit a fizika tételeiből és törvényeiből kiindulva a két ún. főtételből vezetjük le. Az I. főtétel az energiamegmaradás törvényének fizikai és kémiai folyamatokra való alkalmazása: csak olyan folyamatok mehetnek végbe, amelyek során az energiamegmaradás érvényesül.

A II. főtétel a lehetségesek közül az önként, spontán végbemenő folyamatok okát fogalmazza meg, mely ok a növekvő rendezetlenség a rendszer és környezete együttesére vonatkoztatva. Ezen önként végbemenő folyamatok azért bírnak különleges fontossággal, mert ezek képesek az életünk, a mindennapjaink számára oly fontos, hasznosítható munka végzésére, energiatermelésre. Erre alkalmas egy spontán kémiai reakció. A gyakorlatban adott hőmérsékleten ennek mértéke a zárt edényben zajló kémiai folyamatok esetén az ún. szabadenergia, a nyitott edényben végbemenők esetében pedig az ún. szabadentalpia csökkenése.

A spontán végbemenő folyamatok határeseteként bevezetjük a „reverzíbilis” folyamat fogalmát, mely ugyan a valóságban csak végtelen hosszú idő alatt menne végbe, ám az így lezajló, hipotetikus folyamat összességében nem növelné a rendezetlenséget, és így a legtöbb hasznosítható munkát termelné.

A fenti kritérium, ez az elvi korlát az önként végbe nem menő folyamatokra is alkalmazható, hiszen akkor ezek visszafelé felírva természetesen spontán folyamatok. Így a maguktól végbe nem menő folyamatok megvalósításához minimálisan szükséges munkabefektetés éppen az ellenkező irányban felírt folyamat maximális hasznos munkája.