Kimia fizike është studimi se si materia sillet në një nivel molekular dhe atomik dhe si ndodhin reaksionet kimike. Bazuar në analizat e tyre të vetive fizike të substancave kimike, kimistët fizikë zhvillojnë teori dhe teknika të reja që mund të zbatohen për të zgjidhur probleme praktike.
E gjithë lënda mund të ekzistojë në tre gjendje: të ngurtë, të lëngët dhe të gaztë. Gjendja e një substance përcaktohet nga temperatura dhe presioni i saj. Lëndët e ngurta kanë një formë dhe vëllim të caktuar, lëngjet kanë një vëllim të caktuar, por marrin formën e enës së tyre dhe gazet e mbushin plotësisht enën e tyre.
Termodinamika është një koncept themelor në kiminë fizike që përfshin studimin e energjisë dhe transformimeve të saj. Ligjet e termodinamikës përshkruajnë se si energjia transferohet brenda botës fizike.
Kinetika kimike studion shpejtësinë me të cilën ndodhin reaksionet kimike dhe hapat me të cilët ato vazhdojnë. Shpejtësia e një reaksioni mund të përshkruhet nga ligji i shpejtësisë, i cili në formën e tij më të thjeshtë për një reaksion \(A \rightarrow B\) mund të përfaqësohet si \(rate = k[A]^n\) , ku \(k\) është konstantja e shpejtësisë, \([A]\) është përqendrimi i reaktantit A dhe \(n\) është rendi i reaksionit në lidhje me A.
Ekuilibri ndodh në reaksionet kimike kur ritmet e reaksioneve të përparme dhe të kundërta janë të barabarta, duke rezultuar në asnjë ndryshim neto në përqendrimin e reaktantëve dhe produkteve me kalimin e kohës. Konstanta e ekuilibrit ( \(K\) ) shpreh raportin e përqendrimeve të produktit ndaj përqendrimeve të reaktantëve, secila e ngritur në fuqinë e koeficientëve të tyre stoikiometrikë në ekuacionin e balancuar.
Struktura e molekulave dhe llojet e lidhjeve ndërmjet atomeve ndikojnë drejtpërdrejt në vetitë fizike të një substance dhe në reagimet e saj me substanca të tjera. Dy llojet kryesore të lidhjeve kimike janë lidhjet jonike dhe kovalente. Lidhjet jonike formohen kur elektronet transferohen nga një atom në tjetrin, ndërsa lidhjet kovalente formohen kur dy atome ndajnë elektrone.
Acidet dhe bazat janë substanca që, kur treten në ujë, rrisin përqendrimin e joneve të hidrogjenit ( \(H^+\) ) dhe joneve hidroksid ( \(OH^-\) ), përkatësisht. Shkalla e pH përdoret për të matur aciditetin ose bazicitetin e një solucioni, me vlera që variojnë nga 0 (shumë acid) deri në 14 (shumë bazë), dhe një pH prej 7 është neutral.
Spektroskopia është një teknikë që analizon se si materia thith, lëshon ose shpërndan dritën për të përcaktuar përbërjen, strukturën dhe vetitë e saj. Lloje të ndryshme spektroskopie - të tilla si spektroskopia infra të kuqe (IR), spektroskopia e dukshme me ultravjollcë (UV-Vis) dhe rezonanca magnetike bërthamore (NMR) - përdoren për analiza të ndryshme.
Elektrokimia është studimi i marrëdhënieve midis energjisë elektrike dhe reaksioneve kimike. Qelizat elektrokimike, duke përfshirë bateritë dhe qelizat elektrolitike, konvertojnë energjinë kimike në energji elektrike dhe anasjelltas. Ekuacioni themelor në elektrokimi, ekuacioni Nernst, lidh forcën elektromotore të një qelize me përqendrimet e reaktantëve dhe produkteve.
Mekanika statistikore ofron një kornizë për lidhjen e vetive mikroskopike të atomeve dhe molekulave individuale me vetitë e masës makroskopike të materialeve. Kjo degë e kimisë fizike ndihmon në shpjegimin e fenomeneve të tilla si kalimet fazore, kapaciteti i nxehtësisë dhe sjellja e gazeve.
Kimia fizike gjen aplikime në fusha dhe industri të ndryshme, duke përfshirë farmaceutikën, ku përdoret për zhvillimin e barnave të reja; shkenca mjedisore, për të kuptuar dhe për të zbutur ndotjen; dhe shkenca e materialeve, për të hartuar materiale më të mira dhe produkte nanoteknologjike. Kuptimi i parimeve themelore të kimisë fizike i ndihmon shkencëtarët dhe inxhinierët të zgjidhin probleme komplekse në këto dhe shumë fusha të tjera.
