在自然界中，物质运动的形式各不相同，物质的变化千姿百态又错综复杂，但归纳起来不外乎有物理变化和化学变化。在化学变化的同时，往往也伴随着物理变化。例如，化学反应常常伴随着热、电、光、声等物理现象；而温度、压力、浓度等物理性质的变化会影响化学反应的进行，例如光的照射会引起化学反应发生；原电池中电极和溶液之间进行的化学反应是产生电流的原因，而电流也可引起化学变化（电解）。这些都说明化学变化与物理变化是紧密地相互联系、相互影响、互相制约的。在长期研究物理变化对化学变化影响的过程中，物理学和化学相互影响、相互渗透，逐渐形成了一门边缘学科——物理化学（Physical Chemistry）。因此，物理化学就是从研究物质运动的物理现象和化学现象的联系入手，应用物理学的原理和方法，通过数学演绎，研究化学变化普遍规律的科学。物理化学是研究化学的原理、方法及化学系统的一般规律和理论的科学，是化学的理论基础，所以物理化学又称为理论化学。根据当今物理化学的发展，它包括以下的内容：化学热力学，化学动力学（含反应机理、催化理论、分子反应动力学），结构化学（含量子化学）。分门物理化学有：化学热力学、电化学、光化学、胶体和表面化学等。
研究物理化学，其目的就是为了解决生产实际和科学实验向化学提出的理论问题，从而使化学更好地为生产实际服务，因而物理化学主要担负的任务是探讨和解决以下三个方面的问题：
（1）化学反应的方向和限度问题。一个化学反应在指定的条件下能否进行，向什么方向进行，它将达到什么限度？对一个指定的反应，能量的变化究竟有多少？外界条件如温度、压力、浓度等的变化对反应的方向和限度（即平衡的位置）有何影响？如何控制外界条件使反应向人们所预定的方向进行，从而使化学反应获得的产率最大，提供的能量最多，取得的效率最高等等。这些问题的研究是属于物理化学的一个分支——化学热力学（Chemical Thermodynamics），它主要解决化学反应的方向和限度（平衡）的问题，研究反应的可能性问题。
（2）化学反应的速率和机理问题。一个化学反应进行的速率有多快，即在单位时间内能产生多少产物？化学反应是如何进行的（即反应的机理）？外界条件（如温度、压力、浓度、催化剂等）对反应速率有何影响？如何选择最佳途径控制反应进行的速率？这些问题的研究属于物理化学的另一个分支——化学动力学（Chemical Kinetics），它主要解决化学反应的速率和机理，即反应的现实性问题。
（3）物质的结构和性能之间的关系问题。物质的性质从本质上说是由物质内部的结构所决定的。对于化学反应，无论是热力学问题还是动力学问题，本质上都取决于分子或原子的性质以及它们的相互作用。因此，必须了解物质的内部结构。只有深入了解物质的内部结构，才能真正理解化学变化的内因，而且可以预见到在适当的外界条件下，物质结构将发生什么样的变化。这些问题的研究属于物理化学的另一个分支——结构化学（Structural Chemistry），它主要从微观的角度解决化学反应的本质问题。
以上三个方面的内容往往是相互联系、相互制约而不是孤立的，所以，化学热力学、化学动力学和结构化学一起构成了物理化学的三大支柱。不过，结构化学已另设课程进行讲授，它不包括在本课程内。
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