物理化学

物理化学是根据运动、能量、力、时间、热力学、量子化学、统计力学、分析动力学和化学平衡等物理学原理、实践和概念研究化学系统中宏观和微观现象的学科。

与化学物理学相反，物理化学主要（但不总是）是一门超分子科学，因为它所依据的大多数原理都与体积有关，而不仅仅是分子或原子结构（例如，化学 平衡和胶体）。

物理化学努力解决的一些关系包括：

• 作用于材料物理特性（塑性、拉伸强度、液体中的表面张力）的分子间作用力。
• 关于反应速率的反应动力学。
• 离子的特性和材料的电导率。
• 细胞膜的表面科学和电化学。
• 一个物体与另一个物体在热量和功方面的相互作用称为热力学。
• 在相变或发生化学反应的过程中，化学系统与其周围环境之间的热传递称为热化学
• 研究溶液中存在的物种数量的依数性。
• 阶段数、组件数和自由度（或方差）可以借助阶段规则相互关联。
• 电化学电池的反应。
• 使用量子力学的微观系统和使用统计热力学的宏观系统的行为。

物理化学的关键概念是将纯物理学应用于化学问题的方法。

经典化学中的一个关键概念是所有化合物都可以描述为键合在一起的原子团，而化学反应可以描述为这些键的形成和断裂。 从原子的描述中预测化合物的性质以及它们如何键合是物理化学的主要目标之一。 为了精确地描述原子和键，有必要知道原子核的位置以及电子在原子核周围的分布情况。

量子化学是物理化学的一个子领域，特别关注将量子力学应用于化学问题，它提供了确定键的强度和形状、原子核如何移动以及化合物如何吸收或发射光的工具。 光谱学是物理化学的相关子学科，专门研究电磁辐射与物质的相互作用。

化学中的另一组重要问题涉及哪种反应可以自发发生，以及给定的化学混合物可能具有哪些性质。 这是在化学热力学中研究的，它对数量进行了限制，例如反应可以进行多远，或者有多少能量可以在内燃机中转化为功，并提供了热膨胀系数和变化率等特性之间的联系 熵与气体或液体的压力。 它经常可用于评估反应堆或发动机设计是否可行，或检查实验数据的有效性。 在一定程度上，准平衡和非平衡热力学可以描述不可逆的变化。 然而，经典热力学主要关注处于平衡状态和可逆变化的系统，而不是实际发生了什么，或者偏离平衡的速度有多快。

哪些反应会发生，反应速度有多快，是物理化学的另一个分支——化学动力学的主题。 化学动力学的一个关键思想是，为了使反应物发生反应并形成产物，大多数化学物质必须经历过渡态，过渡态的能量高于反应物或产物，并作为反应的障碍。 一般来说，势垒越高，反应越慢。 第二个是大多数化学反应都是作为一系列基本反应发生的，每个反应都有自己的过渡态。 动力学中的关键问题包括反应速率如何取决于温度以及反应混合物中反应物和催化剂的浓度，以及如何设计催化剂和反应条件以优化反应速率。