Φυσικοχημεία

Abstract

Το παρόν βιβλίο αποτελεί μια εισαγωγή στα πιο σημαντικά κεφάλαια της Φυσικοχημείας και είναι μέρος σειράς διαλέξεων στους φοιτητές του πρώτου εξαμήνου του προπτυχιακού προγράμματος σπουδών του Τμήματος Βιολογίας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Η Βιολογία είναι η μελέτη των ζώντων οργανισμών και η ιστορική προέλευσή της είναι περιγραφική στη φύση της (ταξινόμηση και περιγραφή των ειδών). Με τη σύγχρονη Βιολογία, όμως, οι επιστήμονες προσπαθούν να κατανοήσουν τα φαινόμενα στους ζώντες οργανισμούς, μελετώντας τα σε μοριακό επίπεδο, και έτσι η σύγχρονη Βιολογία έχει μετατραπεί από ποιοτική σε ποσοτική επιστήμη, με αποτέλεσμα την απαίτηση μιας θεωρητικής υποδομής με την αντίστοιχη μαθηματική προσέγγιση. Η Φυσικοχημεία ως τομέας της Χημείας μπορεί να παράσχει σημαντικό τμήμα αυτής της υποδομής για τη μελέτη της μοριακής δομής, των ιδιοτήτων των ζώντων οργανισμών, καθώς και των χημικών/βιολογικών αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα. Αν και η Φυσικοχημεία αποτελεί συστατικό εκπαίδευσης πρωτίστως των Χημικών, οι έννοιές της μπορούν να χρησιμοποιηθούν, με ένα ελάχιστο υπόβαθρο μαθηματικών γνώσεων, για την κατανόηση πολλών και σημαντικών βιολογικών διεργασιών. H Φυσικοχημεία μελετά τη μοριακή δομή της μακροσκοπικώς εμφανιζόμενης ύλης, καθώς και την επίδρασή της στις επιμέρους ιδιότητες. Στα χημικά συστήματα διερευνά και εξηγεί φαινόμενα όπως τις χημικές αντιδράσεις, τις ενεργειακές μεταβολές, κ.ά., ενώ τα βιολογικά φαινόμενα, όπως οι ενζυμικές αντιδράσεις, η φωτοσύνθεση, η μεταφορά των ηλεκτρολυτών κ.ά., μπορούν να διερευνηθούν και να κατανοηθούν με τη βοήθεια των φυσικοχημικών νόμων. Στο παρόν βιβλίο, δεν γίνεται αναφορά στους σημαντικούς τομείς της Κβαντικής Θεωρίας, της Στατιστικής Θερμοδυναμικής και της Φασματοσκοπίας, λόγω του γεγονότος ότι το σύγγραμμα απευθύνεται σε πρωτοετείς προπτυχιακούς φοιτητές. Το βιβλίο αποτελείται από δέκα κεφάλαια, εκ των οποίων στα πρώτα οκτώ γίνεται μία εισαγωγή στις θεωρητικές έννοιες, ενώ τα δύο τελευταία αναφέρονται σε επιλεγμένες εργαστηριακές ασκήσεις και στην ασφάλεια που απαιτείται κατά την εκτέλεσή τους. Όλα τα κεφάλαια συνοδεύονται από ασκήσεις, προβλήματα, βιβλιογραφία και συνοπτικό πίνακα των κυριότερων εννοιών και μαθηματικών εξισώσεων.

This textbook is an introduction to the most important chapters of Physical Chemistry, and it is a part of various lectures in the first semester of the undergraduate program in the Biology Department of Aristotle University of Thessaloniki (AUTH). Biology is the study of living creatures/organisms, and, its historical origin is descriptive in its nature (taxonomy and description of the species). Through contemporary Biology, however, scientists attempt to understand the phenomena in living creatures on a molecular level. In this way, Contemporary Biology is being transformed from a qualitative to a quantitative science, and as a result of this, a theoretical framework, corresponding to the mathematical approach, is required. Physical Chemistry as a part of the science of Chemistry can provide an important framework in this infrastructure as well as in the study of molecular science, the characteristics of living creatures, and the chemical and biological reactions taking place. Even though Physical Chemistry is mainly an educational tool for the chemists, its terms can also be used for the understanding of various and important mathematical processes, with the minimum background of mathematical knowledge needed. Physical chemistry studies the molecular structure of macroscopic appearing material as well as its effect on individual properties. In chemical systems, it investigates and analyses various phenomena, such as chemical reactions, energy changes etc., while the biological phenomena, such as enzymatic reactions, photosynthesis, electrolyte transport etc., can be researched and understood with the help of physical chemistry laws. In this textbook, a reference to the major areas of Quantum Theory, Statistical Thermodynamics and Spectroscopy is not made, as the text is addressed to first-semester undergraduate students. The present textbook consists of ten chapters. In the first eight chapters, an introduction to theoretical terms is given, while the last two chapters refer to several selected laboratory exercises, and to o the health and safety regulations needed while performing them. All chapters are accompanied with exercises, math problems, bibliography and a brief table of the foremost terms and mathematical equations.