Физичката хемија е студија за тоа како материјата се однесува на молекуларно и атомско ниво и како се случуваат хемиските реакции. Врз основа на нивните анализи на физичките својства на хемиските супстанции, физичките хемичари развиваат нови теории и техники кои можат да се применат за решавање на практични проблеми.
Целата материја може да постои во три состојби: цврста, течна и гасна. Состојбата на супстанцијата се одредува според нејзината температура и притисок. Цврстите материи имаат фиксен облик и волумен, течностите имаат фиксен волумен, но го земаат обликот на нивниот сад, а гасовите целосно го полнат нивниот сад.
Термодинамиката е основен концепт во физичката хемија кој вклучува проучување на енергијата и нејзините трансформации. Законите на термодинамиката опишуваат како енергијата се пренесува во физичкиот свет.
Хемиската кинетика ја проучува брзината со која се случуваат хемиските реакции и чекорите со кои тие продолжуваат. Брзината на реакцијата може да се опише со законот за брзина, кој во својата наједноставна форма за реакција \(A \rightarrow B\) може да се претстави како \(rate = k[A]^n\) , каде што \(k\) е константа на брзина, \([A]\) е концентрацијата на реактантот A и \(n\) е редот на реакцијата во однос на A.
Рамнотежата се јавува во хемиските реакции кога стапките на напредната и обратната реакција се еднакви, што резултира со нето промена во концентрацијата на реактантите и производите со текот на времето. Константата на рамнотежа ( \(K\) ) го изразува односот на концентрациите на производот кон концентрациите на реактантот, секоја подигната до моќта на нивните стехиометриски коефициенти во избалансираната равенка.
Структурата на молекулите и видовите на поврзување помеѓу атомите директно влијаат на физичките својства на супстанцијата и на нејзините реакции со други супстанции. Двата основни типа на хемиски врски се јонски и ковалентни врски. Јонските врски се формираат кога електроните се пренесуваат од еден атом во друг, додека ковалентни врски се формираат кога два атома споделуваат електрони.
Киселините и базите се супстанции кои, кога се раствораат во вода, ја зголемуваат концентрацијата на водородни јони ( \(H^+\) ) и јони на хидроксид ( \(OH^-\) ), соодветно. Скалата на pH се користи за мерење на киселоста или базичноста на растворот, со вредности кои се движат од 0 (силно кисела) до 14 (силно базна), а pH од 7 е неутрална.
Спектроскопијата е техника која анализира како материјата апсорбира, емитува или расфрла светлина за да го одреди нејзиниот состав, структура и својства. За различни анализи се користат различни видови спектроскопија - како што се инфрацрвена (IR), ултравиолетова-видлива (UV-Vis) и нуклеарна магнетна резонанца (NMR) спектроскопија.
Електрохемијата е проучување на врската помеѓу електричната енергија и хемиските реакции. Електрохемиските ќелии, вклучувајќи батерии и електролитски ќелии, ја претвораат хемиската енергија во електрична енергија и обратно. Основната равенка во електрохемијата, Нернстовата равенка, ја поврзува електромоторната сила на ќелијата со концентрациите на реактантите и производите.
Статистичката механика обезбедува рамка за поврзување на микроскопските својства на поединечните атоми и молекули со макроскопските масовни својства на материјалите. Оваа гранка на физичката хемија помага да се објаснат феномените како што се фазните транзиции, топлинскиот капацитет и однесувањето на гасовите.
Физичката хемија наоѓа примена во различни области и индустрии, вклучувајќи ги и фармацевтските производи, каде што се користи за развој на нови лекови; наука за животната средина, да се разбере и да се ублажи загадувањето; и науката за материјали, за дизајнирање подобри материјали и нанотехнолошки производи. Разбирањето на основните принципи на физичката хемија им помага на научниците и инженерите да решат сложени проблеми во овие и многу други области.
