物理化學

**物理化學**（）係化學分支，專門由物理角度分析物質。佢會用物理定律同理論。會涉及分子結構、動態變化、分子光譜原理、平衡態等根本問題。運用物理嘅熱力學、動力學、量子力學、統計力學、時間、能量、力場等。

物理化學，對比化學物理學，主要（但唔一定係）係一門超分子嘅科學，因為佢建立嘅大部分原則都係關於大塊物質，而唔單止係分子或者原子結構（例如，化學平衡同埋膠體）。

物理化學嘗試理解嘅關係包括以下嘅效應：

作用喺材料物理性質上嘅分子間作用力（可塑性、抗拉強度、表面張力喺液體入面）。
化學動力學對反應速率嘅影響。
離子嘅特性同埋材料嘅電導率。
表面科學同埋電化學喺細胞膜方面嘅應用。
物體之間喺熱同埋功嘅數量上嘅相互作用，叫做化學熱力學。
相變或者化學反應發生嗰陣，化學系統同埋周圍環境之間嘅熱傳遞叫做熱化學
研究溶液中存在嘅物種數量嘅依數性質。
相嘅數量、組分嘅數量同埋自由度（或者變異數）可以喺相律嘅幫助下互相聯繫。
電化學電池嘅反應。
用量子力學入門嚟研究微觀系統嘅行為，同埋用統計力學嚟研究宏觀系統嘅行為。
計算分子同埋金屬配合物入面電子運動嘅能量。

## 關鍵概念
物理化學嘅關鍵概念係將純物理學應用於化學問題嘅方式。

喺經典化學入面，其中一個關鍵概念係所有化合物都可以描述為原子通過化學鍵鍵結埋一齊嘅基團，而化學反應可以描述為呢啲鍵嘅形成同埋斷裂。從原子嘅描述同埋佢哋點樣鍵結嚟預測化合物嘅性質係物理化學嘅主要目標之一。要精確噉描述原子同埋鍵，就必須知道原子嘅原子核喺邊，以及電子點樣分佈喺佢哋周圍。

## 學科
量子化學，係物理化學嘅一個分支，特別關注將量子力學應用於化學問題，佢提供咗工具嚟確定鍵嘅強度同埋形狀、原子核點樣移動，以及化合物點樣吸收或者釋放光。 光譜學係物理化學嘅相關分支學科，佢專門研究電磁輻射同埋物質嘅相互作用。

化學入面另一組重要嘅問題係關於邊啲反應可以自發噉發生，以及對於畀定嘅化學混合物嚟講，邊啲性質係可能嘅。呢個喺化學熱力學入面研究，佢限制咗啲量，例如反應可以進行到幾遠，或者喺內燃機入面可以將幾多能量轉化為功，並且提供咗性質之間嘅聯繫，例如熱膨脹係數同埋熵隨壓力變化嘅速率，適用於氣體或者液體。 佢通常可以用嚟評估反應器或者引擎設計係唔係可行，或者檢查實驗數據嘅有效性。喺一定程度上，準平衡同埋非平衡熱力學可以描述不可逆嘅變化。 然而，經典熱力學主要關注平衡狀態同埋可逆變化嘅系統，而唔係實際上發生咗乜嘢，或者遠離平衡狀態嘅速度有幾快。

邊啲反應會發生，以及速度有幾快，係化學動力學嘅主題，佢係物理化學嘅另一個分支。化學動力學入面嘅一個關鍵概念係，為咗令反應物反應並形成產物，大多數化學物種都必須經過過渡態，佢哋嘅能量高過反應物或者產物，並作為反應嘅障礙。 一般嚟講，障礙越高，反應就越慢。第二個概念係，大多數化學反應都係作為一系列基元反應發生嘅， 每個基元反應都有佢自己嘅過渡態。動力學入面嘅關鍵問題包括反應速率點樣取決於溫度同埋反應混合物入面反應物同埋催化劑嘅濃度，以及點樣設計催化劑同埋反應條件嚟優化反應速率。

反應發生得幾快通常可以用幾個濃度同埋一個溫度嚟指定，而唔需要知道混合物入面每個分子嘅所有位置同埋速度，呢個事實係物理化學入面另一個關鍵概念嘅特殊情況，即係喺工程師需要知道嘅範圍內，喺包含大量粒子（可能數量級係阿伏伽德羅常數，6 x 1023）嘅混合物入面發生嘅一切通常可以用幾個變數嚟描述，例如壓力、溫度同埋濃度。呢啲嘅精確原因喺統計力學入面描述， 佢係物理化學入面嘅一個專業，亦都同物理學共享。統計力學亦都提供咗啲方法，可以從分子性質預測我哋喺日常生活入面見到嘅性質，而唔依賴基於化學相似性嘅經驗相關性。

## 歷史

術語「物理化學」喺 1752 年由米哈伊爾·羅蒙諾索夫創造，當時佢喺聖彼得堡大學嘅學生面前做咗一個題為「真實物理化學課程」（）嘅講座課程。 喺呢啲講座嘅序言入面，佢畀出咗定義：「物理化學係一門科學，佢必須喺物理實驗嘅規定下解釋通過化學操作喺複雜物體入面發生嘅原因」。

現代物理化學起源於 1860 年代至 1880 年代，研究化學熱力學、溶液中嘅電解質、化學動力學同埋其他主題。其中一個里程碑係 約西亞·威拉德·吉布斯 喺 1876 年發表嘅論文《論非均相物質嘅平衡》。呢篇論文介紹咗物理化學嘅幾個基石，例如吉布斯能、化學位同埋吉布斯相律。

第一本專門研究物理化學領域嘅科學期刊係德國期刊《物理化學雜誌》，由 威廉·奧斯特瓦爾德 同 雅各布斯·亨里克斯·范特霍夫 喺 1887 年創立。連同 斯凡特·奧古斯特·阿倫尼烏斯， 佢哋係 19 世紀末同 20 世紀初物理化學領域嘅領軍人物。佢哋三個人喺 1901 年至 1909 年之間都攞到咗諾貝爾化學獎。

之後幾十年嘅發展包括將統計力學應用於化學系統，以及研究膠體同埋表面化學，歐文·朗繆爾喺呢啲方面做出咗好多貢獻。另一個重要嘅步驟係喺 1930 年代將量子力學發展成為量子化學，萊納斯·鮑林係其中一位領軍人物。理論發展同實驗方法嘅發展齊頭並進，喺實驗方法入面，使用唔同形式嘅光譜學，例如紅外光譜、微波光譜、電子順磁共振同埋核磁共振譜，可能係 20 世紀最重要嘅發展。

物理化學嘅進一步發展可以歸因於核化學嘅發現，尤其係同位素分離（喺第二次世界大戰之前同埋期間），天體化學嘅最新發現， 以及「加和物理化學性質」領域入面嘅計算演算法嘅發展（實際上所有物理化學性質，例如沸點、臨界點、表面張力、蒸氣壓等等——總共超過 20 種——都可以單單從化學結構精確噉計算出嚟，即使化學分子重未合成）， 而呢啲就係現代物理化學嘅實際重要性所在。

睇基團貢獻法、李德森方法、喬巴克方法、本森基團增量理論、定量結構活性關係

## 期刊

一啲處理物理化學嘅期刊包括

*[[物理化學雜誌]]* (1887)

*[[物理化學雜誌A]]* (從 1896 年開始係 *Journal of Physical Chemistry*，喺 1997 年改名)

*[[物理化學化學物理]]* (從 1999 年開始，前身係 *[[法拉第彙刊]]*，歷史可以追溯到 1905 年)

*[[高分子化學與物理]]* (1947)

*[[物理化學年評]]* (1950)

*[[分子物理學 (期刊)|分子物理學]]* (1957)

*[[物理有機化學雜誌]]* (1988)

*[[物理化學雜誌B]]* (1997)

*[[ChemPhysChem]]* (2000)

*[[物理化學雜誌C]]* (2007)

*[[物理化學快報]]* (從 2010 年開始，合併咗之前喺唔同期刊發表嘅快報)

涵蓋化學同埋物理學嘅歷史期刊包括 *[[化學與物理年鑑]]*（始於 1789 年，從 1815 年到 1914 年以呢度畀出嘅名稱出版）。

## 分支同埋相關主題

化學熱力學

化學動力學

統計力學

量子化學

電化學

光化學

表面化學

固態化學

光譜學

生物物理化學

材料科學

物理有機化學

微粒學

## 睇埋

化學重要出版物列表#物理化學

化學未解決問題列表#物理化學問題

物理生物化學

:Category:物理化學家

## 參考文獻

## 外部連結

The World of Physical Chemistry (Keith J. Laidler, 1993)

Physical Chemistry from Ostwald to Pauling (John W. Servos, 1996)

Physical Chemistry: neither Fish nor Fowl? (Joachim Schummer, *The Autonomy of Chemistry*, Würzburg, Königshausen & Neumann, 1998, pp. 135–148)

The Cambridge History of Science: The modern physical and mathematical sciences (Mary Jo Nye, 2003)