Ang pisikal na kimika ay ang pag-aaral kung paano kumikilos ang bagay sa antas ng molekular at atomiko at kung paano nangyayari ang mga reaksiyong kemikal. Batay sa kanilang mga pagsusuri sa mga pisikal na katangian ng mga kemikal na sangkap, ang mga pisikal na chemist ay bumuo ng mga bagong teorya at pamamaraan na maaaring magamit upang malutas ang mga praktikal na problema.
Ang lahat ng bagay ay maaaring umiral sa tatlong estado: solid, likido, at gas. Ang estado ng isang sangkap ay tinutukoy ng temperatura at presyon nito. Ang mga solid ay may nakapirming hugis at volume, ang mga likido ay may nakapirming dami ngunit kunin ang hugis ng kanilang lalagyan, at ang mga gas ay ganap na pinupuno ang kanilang lalagyan.
Ang Thermodynamics ay isang pangunahing konsepto sa pisikal na kimika na kinabibilangan ng pag-aaral ng enerhiya at mga pagbabago nito. Ang mga batas ng thermodynamics ay naglalarawan kung paano inililipat ang enerhiya sa loob ng pisikal na mundo.
Pinag-aaralan ng mga kemikal na kinetika ang bilis kung saan nangyayari ang mga reaksiyong kemikal at ang mga hakbang kung saan sila nagpapatuloy. Ang rate ng isang reaksyon ay maaaring ilarawan ng rate ng batas, na sa pinakasimpleng anyo nito para sa isang reaksyon \(A \rightarrow B\) ay maaaring katawanin bilang \(rate = k[A]^n\) , kung saan \(k\) ay ang rate constant, \([A]\) ay ang konsentrasyon ng reactant A, at \(n\) ay ang pagkakasunud-sunod ng reaksyon na may kinalaman sa A.
Ang equilibrium ay nangyayari sa mga kemikal na reaksyon kapag ang mga rate ng pasulong at pabalik na mga reaksyon ay pantay, na nagreresulta sa walang netong pagbabago sa konsentrasyon ng mga reactant at produkto sa paglipas ng panahon. Ang equilibrium constant ( \(K\) ) ay nagpapahayag ng ratio ng mga konsentrasyon ng produkto sa mga konsentrasyon ng reactant, bawat isa ay itinaas sa kapangyarihan ng kanilang mga stoichiometric coefficient sa balanseng equation.
Ang istruktura ng mga molekula at ang mga uri ng pagbubuklod sa pagitan ng mga atomo ay direktang nakakaapekto sa pisikal na katangian ng isang sangkap at ang mga reaksyon nito sa iba pang mga sangkap. Ang dalawang pangunahing uri ng chemical bond ay ionic at covalent bond. Ang mga ionic na bono ay nabubuo kapag ang mga electron ay inilipat mula sa isang atom patungo sa isa pa, habang ang mga covalent na bono ay nabubuo kapag ang dalawang atom ay nagbabahagi ng mga elektron.
Ang mga acid at base ay mga sangkap na, kapag natunaw sa tubig, pinapataas ang konsentrasyon ng mga hydrogen ions ( \(H^+\) ) at hydroxide ions ( \(OH^-\) ), ayon sa pagkakabanggit. Ginagamit ang pH scale para sukatin ang acidity o basicity ng isang solusyon, na may mga value na mula 0 (strongly acidic) hanggang 14 (strongly basic), at neutral na pH na 7.
Ang spectroscopy ay isang pamamaraan na nagsusuri kung paano sumisipsip, naglalabas, o nagkakalat ng liwanag ang matter upang matukoy ang komposisyon, istraktura, at mga katangian nito. Iba't ibang uri ng spectroscopy—gaya ng infrared (IR), ultraviolet-visible (UV-Vis), at nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy—ay ginagamit para sa iba't ibang pagsusuri.
Ang electrochemistry ay ang pag-aaral ng relasyon sa pagitan ng elektrisidad at mga reaksiyong kemikal. Ang mga electrochemical cell, kabilang ang mga baterya at electrolytic cell, ay nagko-convert ng kemikal na enerhiya sa elektrikal na enerhiya at vice versa. Ang pangunahing equation sa electrochemistry, ang Nernst equation, ay nag-uugnay sa electromotive force ng isang cell sa mga konsentrasyon ng mga reactant at produkto.
Ang statistic mechanics ay nagbibigay ng isang balangkas para sa pag-uugnay ng mga microscopic na katangian ng mga indibidwal na atom at molecule sa macroscopic bulk properties ng mga materyales. Ang sangay na ito ng pisikal na kimika ay tumutulong na ipaliwanag ang mga phenomena tulad ng mga phase transition, kapasidad ng init, at pag-uugali ng mga gas.
Ang pisikal na kimika ay nakakahanap ng mga aplikasyon sa iba't ibang larangan at industriya, kabilang ang mga parmasyutiko, kung saan ito ay ginagamit upang bumuo ng mga bagong gamot; agham pangkalikasan, upang maunawaan at mabawasan ang polusyon; at agham ng mga materyales, upang magdisenyo ng mas mahusay na mga materyales at mga produktong nanotechnology. Ang pag-unawa sa mga pangunahing prinsipyo ng pisikal na kimika ay tumutulong sa mga siyentipiko at inhinyero na malutas ang mga kumplikadong problema sa mga ito at sa maraming iba pang larangan.
