La Estructura de la Físico-Química

Las observaciones que la físico-química organiza y explica son sintetizadas por las leyes científicas. Una ley es un resumen de la experiencia. Así, existen, por ejemplo, las leyes de la termodinámica, que son sumarios de las relaciones entre determinadas propiedades y particularmente observaciones de las transformaciones de la energía. También existen leyes de la mecánica cuántica, que relacionan observaciones del comportamiento individual de cada partícula, de las moléculas átomos y partículas subatómicas.

El primer paso para establecer una ley es proponer una hipótesis, que es esencialmente una corazonada basada en conceptos más fundamentales. La hipótesis atómica de Dalton, que se propuso determinar las leyes que rigen la composición de los átomos, es un ejemplo.

Cuando una hipótesis se prueba estable, tal vez como resultado de la obtención del éxito en experimentos que inspiró o por formulaciones más elaboradas (también en términos matemáticos), puede ser colocada en un contexto científico más amplio y promovido al estatus de teoría.

Existe un gran número de teorías físico-químicas, como las de equilibrio químico, estructura atómica y velocidades de reacción. Una característica de la físico química (así como en otras áreas de la ciencia) es que  para desarrollar teorías, se adoptan modelos  del sistema que se procura describir.

Un modelo es una versión simplificada del sistema que se focaliza en la esencia de un problema. Una vez que un modelo fue construido con éxito es testeado contra observaciones conocidas y varios experimentos, pueden tornarse más sofisticados e incorporar algunas de las complicaciones que el modelo original ignoraba.

Así, los modelos proveen las observaciones iniciales para discusión y la realidad es capturada  conforme la construcción del modelo es completada. Un ejemplo es el modelo cinético de los gases, donde un gas es tratado como un conjunto de moléculas en movimiento incesante y aleatorio.

Otro ejemplo es el modelo nuclear de los átomos y en particular del átomo de hidrógeno, que es usado como base para la discusión de la estructura de todos los demás. Un tercer ejemplo muy importante es la idea de gas perfecto, que es un modelo idealizado del estado gaseoso de la materia. Ese modelo que es también el punto de partida para la discusión de los gases reales, es la base de muchas expresiones termodinámicas.

También es conveniente preservar la forma de las ecuaciones matemáticas desarrolladas en la base de un modelo simple en cualquier desarrollo posterior. La ventaja de tal procedimiento es que la apariencia de varias ecuaciones es preservada y ellas se vuelven familiares.

Un ejemplo de ese tipo de modificación es la sustitución de un término de concentración por una concentración efectiva llamada como actividad en ciertas expresiones termodinámicas (como en las constantes de equilibrio). La físico química ayuda a hacer de esta práctica un procedimiento bastante útil para establecerse una relación entre la concentración efectiva y la concentración real.