Kemia ya kimwili ni uchunguzi wa jinsi maada hutenda katika kiwango cha molekuli na atomiki na jinsi athari za kemikali hutokea. Kulingana na uchambuzi wao wa mali ya kimwili ya dutu za kemikali, wanakemia wa kimwili huendeleza nadharia na mbinu mpya ambazo zinaweza kutumika kutatua matatizo ya vitendo.
Maada yote yanaweza kuwepo katika hali tatu: imara, kioevu na gesi. Hali ya dutu imedhamiriwa na joto lake na shinikizo. Vigumu vina umbo na ujazo uliowekwa, vimiminika vina ujazo usiobadilika lakini huchukua umbo la chombo chao, na gesi hujaza chombo chao kabisa.
Thermodynamics ni dhana ya msingi katika kemia ya kimwili ambayo inahusisha utafiti wa nishati na mabadiliko yake. Sheria za thermodynamics zinaelezea jinsi nishati inavyohamishwa ndani ya ulimwengu wa kimwili.
Kemikali kinetiki huchunguza kasi ambayo athari za kemikali hutokea na hatua zinazoendelea. Kiwango cha athari kinaweza kuelezewa na sheria ya viwango, ambayo kwa njia rahisi zaidi ya majibu \(A \rightarrow B\) inaweza kuwakilishwa kama \(rate = k[A]^n\) , ambapo \(k\) ni kiwango kisichobadilika, \([A]\) ni mkusanyiko wa kiitikio A, na \(n\) ni mpangilio wa majibu kuhusiana na A.
Usawa hutokea katika athari za kemikali wakati viwango vya miitikio ya mbele na ya nyuma ni sawa, hivyo kusababisha hakuna mabadiliko ya jumla katika mkusanyiko wa viitikio na bidhaa kwa muda. Usawa wa mara kwa mara ( \(K\) ) huonyesha uwiano wa viwango vya bidhaa kwa viwango vya kiitikio, kila moja ikipandishwa kwa nguvu ya vigawo vyake vya stoichiometriki katika mlingano uliosawazishwa.
Muundo wa molekuli na aina za kuunganisha kati ya atomi huathiri moja kwa moja mali ya kimwili ya dutu na athari zake na dutu nyingine. Aina mbili za msingi za vifungo vya kemikali ni vifungo vya ionic na covalent. Vifungo vya ioni huunda wakati elektroni zinahamishwa kutoka atomi moja hadi nyingine, wakati vifungo vya covalent huunda wakati atomi mbili zinashiriki elektroni.
Asidi na besi ni vitu ambavyo, wakati wa kufutwa katika maji, huongeza mkusanyiko wa ioni za hidrojeni ( \(H^+\) ) na ioni za hidroksidi ( \(OH^-\) ), kwa mtiririko huo. Kipimo cha pH kinatumika kupima asidi au msingi wa myeyusho, kwa thamani kuanzia 0 (asidi kali) hadi 14 (msingi kabisa), na pH ya 7 ikiwa ya upande wowote.
Spectroscopy ni mbinu inayochanganua jinsi maada hufyonza, kutoa, au hutawanya mwanga ili kubaini muundo, muundo na sifa zake. Aina tofauti za spectroscopy—kama vile infrared (IR), ultraviolet-visible (UV-Vis), na spectroscopy ya nyuklia magnetic resonance (NMR)—hutumika kwa uchanganuzi tofauti.
Electrochemistry ni utafiti wa uhusiano kati ya athari za umeme na kemikali. Seli za kielektroniki, ikiwa ni pamoja na betri na seli za elektroliti, hubadilisha nishati ya kemikali kuwa nishati ya umeme na kinyume chake. Mlinganyo wa kimsingi katika kemia ya kielektroniki, mlinganyo wa Nernst, unahusisha nguvu ya kielektroniki ya seli na viwango vya viitikio na bidhaa.
Mitambo ya kitakwimu hutoa mfumo wa kuhusisha sifa hadubini za atomi na molekuli mahususi kwa sifa za wingi wa nyenzo. Tawi hili la kemia ya kimwili husaidia kueleza matukio kama vile mabadiliko ya awamu, uwezo wa joto, na tabia ya gesi.
Kemia ya kimwili hupata maombi katika nyanja mbalimbali na viwanda, ikiwa ni pamoja na dawa, ambapo hutumiwa kuendeleza dawa mpya; sayansi ya mazingira, kuelewa na kupunguza uchafuzi wa mazingira; na sayansi ya nyenzo, kubuni nyenzo bora na bidhaa za nanoteknolojia. Kuelewa kanuni za msingi za kemia ya kimwili husaidia wanasayansi na wahandisi kutatua matatizo magumu katika nyanja hizi na nyingine nyingi.
