رشته دانشگاهی شیمی فیزیک چیست ؟ بازار کار و آینده شغلی آن

شیمی فیزیک (Physical Chemistry) گرایشی از علم شیمی محسوب می شود که برای حل مسائل شیمی از قواعد و قوانین حاکم بر علم فیزیک استفاده می کند. در حقیقت هدف از گرایش شیمی ‌فیزیک، یادگیری قواعد و قوانین نظری فیزیک در توجیه چگونگی، مباحث و مفاهیم اساسی شیمی می باشد. در مقالات پیشین نشریه جهان شیمی فیزیک، درباره رشته های شیمی، شیمی محض و کاربردی، شیمی آلی، شیمی معدنی، شیمی تجزیه و شیمی پلیمر مطالبی را مطرح کرده ایم. در این مقاله به معرفی گرایش شیمی ‌فیزیک در دانشگاه پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.

 

فهرست مطالب این مقاله

۱- مقدمه

۲- رشته شیمی فیزیک در دانشگاه

۱-۲- ترمودینامیک و مکانیک آماری

۲-۲-  کوانتوم

۳-۲- طیف‌سنجی مولکولی

۴-۲- سنتیک شیمیایی

۵-۲- شیمی سطح

۶-۲- الکتروشیمی

۷-۲- نانوشیمی

۸-۲- شبیه سازی مولکولی

۳- دوره های کارشناسی ارشد و دکتری شیمی فیزیک

۱-۳- دوره کارشناسی ارشد گرایش شیمی فیزیک

۲-۳- دوره دکتری گرایش شیمی فیزیک

۴- گرایش شیمی فیزیک برای چه کسانی مناسب است

۵- بازار کار و آینده شغلی فارغ التحصیلان رشته شیمی فیزیک

 

مقدمه

همانطور که بیان شد، رشته شیمی فیزیک بنیادی ترین شاخه شیمی می باشد که در این گرایش، از اصول و قوانین فیزیک، برای توجیه پدیده ‌های شیمیایی استفاده می‌ شود. در واقع این گرایش بر اساس قوانین و قواعد علوم فیزیک و ریاضی به مطالعه واکنش های شیمیایی از دید ترمودینامیک و سینتیک، بررسی تعادل در واکنش های شیمیایی،  تعادلات فازی، تغییرات انرژی و… می پردازد.

به بیان دیگر می توان گفت که رشته شیمی فیزیک مفاهیم و قوانین فیزیک و ریاضی را برای درک عمیق مفاهیم اساسی شیمی بکار می برد. در آن با کمک روش های اسپکتروسکوپی، ترمودینامیکی، الکتروشیمیایی و یا کوانتومی به مطالعه خواص، ویژگی ها و همچنین رفتار سیستم های شیمیایی می پردازد. این رشته دانشگاهی با ارزیابی مواد شیمیایی از جهت خواص مختلفی مانند خواص مغناطیسی، الکتریکی، سرعت و راندمان واکنش، تولید و تعیین مکانیسم واکنش های شیمیایی و … می تواند در صنعت کاربرد داشته باشد.

 

رشته شیمی فیزیک در دانشگاه

فارغ التحصیلان مقطع کارشناسی رشته شیمی، می توانند در داخل و یا خارج از کشور در مقاطع ارشد و دکتری شیمی فیزیک به تحصیل خود ادامه دهند. پذیرش در این گرایش در دانشگاه های دولتی (روزانه و شبانه)، پیام نور، پردیس و دانشگاه آزاد صورت می گیرد. توجه داشته باشید که نحوه پذیرش در این گرایش هم به شکل قبولی در آزمون و هم به صورت بدون کنکور (بدون آزمون) و صرفا با سوابق تحصیلی (استعداد درخشان) انجام می شود.

همانطور که از نام این گرایش مشخص است، ارتباط تنگاتنگی بین رشته های شیمی و فیزیک ایجاد می‌ کند. از طرف دیگر، در این گرایش می توان روابط بسیار پیچیده و سخت شیمی را با زبان ریاضی، مرتب و دسته ‌بندی کرد، در این صورت بیشتر قابل فهم خواهد بود.

همانطور که بیان شد، این رشته به مطالعه و بررسی پدیده های میکروسکوپی و یا حتی ماکروسکوپی در سیستم های شیمیایی بر اساس اصول فیزیکی می پردازد. برای آشنایی بیشتر با این گرایش، بایستی با زیر شاخه ‌های این گرایش آشنا شد.

نکته

کارهای تحقیقاتی می ‌توانند هم به صورت تجربی در آزمایشگاه و هم به صورت نظری و محاسباتی (با استفاده از نرم ‌افزار های محاسباتی مانند گوسین) انجام شوند. از آن جهت که در کشور با کمبود امکانات و مواد مواجه می باشیم، بنابراین اکثر کارهای شیمی فیزیکی که در ایران صورت می گیرد در بخش روش های نظری و محاسباتی قرار دارند. زیرا از لحاظ امکانات در این بخش، تنها به یک کامپیوتر پیشرفته نیاز می باشد.

گرایش شیمی فیزیک را می توان به زیر شاخه های ترمودینامیک و مکانیک آماری، سنتیک شیمیایی، شیمی کوانتومی، طیف سنجی، نانو شیمی، شیمی سطح و الکتروشیمی تقسیم کرد. توجه داشته باشید که موضوعات مرتبط با زیر شاخه های تجربی را می توان به صورت نظری و محاسباتی نیز بررسی نمود.

 

ترمودینامیک و مکانیک آماری

ترمودینامیک، در واقع علم بررسی سیستم های شیمیایی از دیدگاه ماکروسکوپی می باشد. با کمک این علم می توان از خواص میکروسکوپی به خواص ماکروسکوپی مواد رسید. در اکثر موارد با داشتن تابع تقسیم سیستم مورد نظر (تابع پارش) می توان به سایر خواص مورد نیاز دست یافت. از طرفی، مکانیک آماری ارتباط دهنده کمیت های ماکروسکوپی مواد به متغیر های میکروسکوپی (اتمی و مولکولی) آن می باشد.

معمولا پژوهش هایی که در ایران در این زیر شاخه صورت می گیرد شامل شبیه سازی، جذب گاز بر روی سطوح، معادلات حالت، سیستم های نانو، پیل های سوختی، کاتالیست ها، شیمی محلول ها، شیمی محیط زیست، بیوشیمی و الکترولیت ها می باشد. توجه داشته باشید که این مفاهیم ابزاری نیرومند در صنعت و بیوشیمی هستند. لازم به ذکر است که در ایران تقریبا کار تجربی در این زمینه کم انجام می شود و بیشتر تحقیقات به صورت محاسباتی و نظری می باشد.

کوانتوم

شیمی کوانتومی، در واقع کاربرد مکانیک کوانتوم در یک سیستم شیمیایی می باشد. در پژوهش نظری و محاسباتی، اثرات کوانتومی در یک سیستم زیستی، اثرات محیط بر رفتار کوانتومی یک سیستم شیمیایی و … بررسی می شود. لازم به ذکر است که در ایران تقریبا کار تجربی در این زمینه صورت نمی گیرد.

طیف‌سنجی مولکولی

در زیر شاخه طیف سنجی مولکولی به تحقیق و بررسی بر همکنش های نور با سیستم های مولکولی می پردازند.

سینتیک شیمیایی

سینتیک شیمیایی، به علم بررسی سرعت، مکانیسم واکنش ها و فرآیندهای شیمیایی مختلف گفته می شود. از جمله مواردی که در این شاخه بررسی می شوند می توان به سرعت چرخش های مولکولی، فرآیندهای کاتالیستی و فوتوکاتالیستی، سرعت رسیدن به تعادل در واکنش های شیمیایی اشاره کرد. این شاخه از شیمی فیزیک بیشتر به صورت تجربی دنبال می شود.

شیمی سطح

این شاخه از شیمی فیزیک با گرایش حالت جامد رشته فیزیک ارتباط تنگاتنگی دارد. در واقع از آن می توان به عنوان کاربرد فیزیک حالت جامد در شیمی نام برد. توجه داشته باشید که الکتروشیمی نیز با این شاخه ارتباط نزدیکی دارد. از متداول ترین کارهایی که در این شاخه صورت می پذیرد می توان به جذب سطحی مواد، کاتالیزور ها به ویژه کاتالیزور های هتروژن در فاز گاز- جامد، انباشتگی انرژی (ابرخازن ها و باتری های نوع دوم) و همچنین الکتروشیمی بین سطوح با تکیه بر تبدیل انرژی اشاره کرد.

الکتروشیمی

در این شاخه از شیمی بر روی پیل ها (پیل های سوختی، پیل های خورشیدی و پیل های الکتروشیمیایی)، الکترود های شناساگر و … کار می شود. در واقع به دلیل موارد الکترولیز و استخراج مواد کاربرد بسیاری در صنعت دارد. از طرفی دیگر الکتروشیمی به بررسی پدیده های اکسایش – کاهش می پردازد.

نانوشیمی

این شاخه از این گرایش بین رشته ای محسوب می شود که در رشته هایی مانند فیزیک، مکانیک، مواد (متالورژی)، مهندسی شیمی و شیمی در آن کار می کنند. در رشته شیمی بیشتر گرایش های تجزیه و شیمی فیزیک  در این شاخه فعالیت دارند.

 

شبیه سازی مولکولی

این شاخه یکی از پرطرفدار ترین زیر مجموعه های کارهای محاسباتی در ایران می باشد که با اسم دینامیک مولکولی یا به اختصار MD نیز مشهور است. در این شاخه از شیمی فیزیک، با کمک نرم افزارهای رایج شیمی محاسباتی می توان خواص فیزیکی و شیمیایی مواد را بدست آورند. این شاخه می تواند در سایر شاخه های شیمی و رشته های دیگر همانند فیزیک، مواد و مکانیک استفاده شود.

 

دوره های کارشناسی ارشد و دکتری شیمی فیزیک

ضرورت و اهمیت تحصیلات تکمیلی رشته، تربیت پژوهشگرانی با تفکرات خلاق برای کار در موسسات آموزشی، پژوهشی و صنایع شیمیایی کشور می باشد. دانشجويان تحصیلات تکمیلی پس از اتمام تحصیل، باید توانایی حل مشکلات و معضلات صنایع شیمیایی کشور را داشته باشند.

 

دوره کارشناسی ارشد گرایش شیمی فیزیک

دوره کارشناسی ارشد رشته شیمی فیزیک ۴ نیم سال تحصیلی است. در موارد خاص و با تصویب شورای تحصیلات تکمیلی – پژوهشی دانشکده، می تواند تا یک نیم سال بیشتر افزایش یابد. دوره کارشناسی ارشد به صورت آموزشی – پژوهشی می باشد. در واقع دانشجو با گذراندن دروس نظری و نئوری، انتخــاب استـاد راهنما، انتخــاب موضوع پایان نامه و در نهایت دفاع از پایان نامه، این دوره را به اتمام می رساند.

دروس دانشگاهی رشته شیمی فیزیک در مقطع ارشد

محتوای آموزشی این گرایش در واقع تلفیقی از دو درس شیمی و فیزیک می باشد. در این دروس با رفتار گاز ها، قوانین ترمودینامیک (اول، دوم و سوم)، مکانیک کووانتوم، سنتیک شیمیایی و بررسی تعادل در واکنش های شیمیایی آشنا می شوید. همچنین می توانید انجام یا عدم انجام یک واکنش شیمیایی را بر مبنای محاسبات ریاضی پیش بینی کنید. بنابراین آشنایی کامل با مباحث ترموشیمی و ترمودینامیک داشته باشید.

• تعداد کل واحدهای دوره فوق لیسانس ۳۵ واحد.
• دروس الزامی مشترک با سایر گرایش های شیمی ۹ واحد است که عبارتند از : شیمی فیزیک پیشرفته، شیمی معدنی پیشرفته، شیمی آلی پیشرفته و شیمی تجزیه پیشرفته.
• دروس الزامی تخصصی گرایش شیمی فیزیک ۶ واحد است که عبارتند از : ترمودینامیک آماری ۱، شیمی کوانتومی ۲ و سینتیک شیمیایی پیشرفته.
• موضوع مخصوص گرایش (آماده سازی دانشجویان برای اجرای برنامه های پژوهشی مربوط به پایان نامه) ۳ واحد.
• دروس انتخابی ۹ واحد. از جمله دروس تخصصی اختیاری مورد تدریس (به پیشنهاد استاد راهنما و تایید گروه آموزشی) در دوره ارشد شیمی فیزیک می توان به طیف سنجی مولکولی ۱، الکتروشیمی پیشرفته، شیمی سطح، شیمی تابش، فیتوشیمی، شیمی هسته ای، شیمی محاسباتی، خوردگی فلزات، مباحث نوین در شیمی فیزیک، شیمی آب، شیمی حالت جامد، مقدمات و مباحث ویژه در نانوتکنولوژی و پدیده های بین سطحی در شیمی.
• سمينار ۱ واحد.
• پایان نامه ۶ واحد.

 

دوره دکتری گرایش شیمی فیزیک

فارغ التحصیلان دکتری می توانند علاوه بر فعالیت در تمام مراکز جذب فارغ التحصیلان کارشناسی ارشد، در کارهای تحقیقاتی، رفع معظلات و چالش های علمی، مدیریت واحد های تحقیق و توسعه مراکز تولیدی و همچنین در تکمیل کادر هیات علمی دانشگاه ها و پژوهشگاه ها نقش مهمی داشته باشند و در نتیجه مسئولیت های سنگین تری را بر عهده می گیرند.

طول دوره دکترا رشته شیمی فیزیک ۸ نیم سال تحصیلی است. در موارد خاص و با موافقت شورای تحصیلات تکمیلی – پژوهشی دانشکده، می تواند تا یک نیم سال بیشتر افزایش یابد. افزایش بیش از این یک نیم سال مشمول مقررات دانشگاه خواهد بود. دوره دکتری به صورت آموزشی – پژوهشی می باشد.

دروس دانشگاهی رشته شیمی فیزیک در مقطع دکتری

• تعداد کل واحدهای دوره دکتری ۳۶ واحد.
• دروس جبرانی در صورتی ارائه می شوند که دانشجوی دکتری این دروس را در دوره کارشناسی ارشد نگذرانده باشد. این دروس عبارتند از شیمی فیزیک پیشرفته، مکانیک کوانتمی و ترمودینامیک آماری.
• دروس الزامی تخصصی گرایش شیمی فیزیک ۹ واحد است که عبارتند از ترمودینامیک آماری پیشرفته، شیمی کوانتومی ۳، ترمودینامیک و مکانیک آماری غیرتعادلی و طیف سنجی مولکولی ۲.
• دروس انتخابی ۹ واحد. از جمله دروس تخصصی اختیاری مورد تدریس (به پیشنهاد استاد راهنما و تایید گروه آموزشی) در دوره دکتری شیمی فیزیک می توان به طیف سنجی مولکولی پیشرفته، شیمی کلوئید و سطح، شیمی محاسباتی پیشرفته، ترمودینامیک فرآیند های برگشت ناپذیر، ترمودینامیک شیمیایی جامدات، مباحث پیشرفته در شیمی فیزیک، ریاضیات پیشرفته در شیمی فیزیک، شبیه سازی دینامیک مولکولی، ترمودینامیک فرآیندهای برگشت ناپذیر و شیمی فیزیک نانو ساختار ها اشاره کرد.
• سمينار ۲ واحد.
• پایان نامه ۲۰ واحد.

 

گرایش فیزیک برای چه کسانی مناسب است

دانشجویان تحصیلات تکمیلی رشته شیمی فیزیک در وهله اول بايد به علم شيمی، آزمایشگاه و کارهای آزمایشگاهی علاقه ‌مند باشند. از طرفی باید افرادی با روحیه خلاق، صبور، منظم، دقیق و با پشتکار باشند.

این گرایش برای افرادی که به انجام کارهای تحقیقاتی و پژوهشی تمایل دارند بسیار مناسب می باشد. زیرا این رشته از علوم بنیادی شیمی است، بنابراین به وسیله آن می توان به سایر علوم مانند رشته های مهندسی شیمی، مهندسی نفت، مهندسی پلیمر، مهندسی متالورژی، مهندسی نساجی و صنایع رنگ نیز وارد شد. این دانشجویان باید تسلط خوبی بر روی شیمی، فیزیک، ریاضی، زبان انگلیسی، کار با کامپیوتر و اینترنت داشته باشد.

 

بازار کار و آینده شغلی فارغ التحصیلان رشته شیمی فیزیک

فارغ التحصیلان گرایش شیمی فیزیک می توانند در بسیاری از صنایع از جمله صنایع دارویی، غذایی، بهداشتی، آرایشی، پتروشیمی، مواد شوینده، پلیمر، صنایع رنگ و رزین و … به عنوان مدیر، طراح و یا سازنده، مدیر فنی، مدیر کنترل کیفی و یا ارتقا دهنده کیفیت محصولات تولیدی فعال باشند.

این افراد همچنین می توانند به ارائه انواع خدمات آموزشی در مدارس، دانشگاه ها، مراکز تحقیقاتی و مراکز آموزش عالی کشور مشغول باشند. علاوه بر آن، می توانند به عنوان کارشناس توسعه و تحقیقات در شرکت های دانش بنیان و یا سایر مراکز تولیدی جهت ارائه طرح های پژوهشی فعالیت کنند. حتی می توانند کسب و کار خودشان را به راه بیندازند.

در کشور ایران بیشترین فرصت شغلی گرایش شیمی فیزیک در مراکز پژوهشی و علمی می باشد. در واقع، فارغ التحصیلان این گرایش، با مطالعه و بررسی مواردی از قبیل تعیین سمت و سوی واکنش، تغییرات انرژی، تعادل در واکنش شیمیایی، تعادل فلزی، الکتروشیمی و یا سینتیک شیمیایی می توانند صنایع مختلف شیمی را به سمت سود بیشتر هدایت کنند. در این صورت از اتلاف انرژی جلوگیری کرده و راندمان تولید محصول را افزایش می دهند.