1.2 物理化学研究的目的和内容
一切学科都是为了适应一定社会生产的需要而发生和发展起来的。不同的历史时期则有不同的要求。在当今众多的研究学科中，化学已经成为一门中心学科，它与社会多方面的发展需要密切相关。作为化学的一个分支学科，物理化学自然也与其他学科（如生命科学、材料科学、环境科学等）之间有着密不可分的联系。物理化学亦可称为理论化学，它综合了研究化学反应规律的一系列基础理论知识，重点在于培养学生的科学思想方法及正确的逻辑推理能力。它的成就（包括理论和实验方法）大大充实了其他学科的研究内容和研究方法。这些学科的深入发展离不开物理化学。因此，研究物理化学的目的在于探讨物质变化的基本规律，并用以解决生产实践和科学实验中的有关问题。
（1）物理化学研究的目的和任务 物理化学所担负的主要任务是探讨和解决下列几个方面的问题。
①化学变化的方向和限度问题 化学反应在指定的条件下能否朝着预定的方向进行？如果该反应能够进行，则它将达到什么限度？外界条件如温度、压力、浓度等对反应有什么影响？如何控制外界条件使我们所设计的新的反应途径能按所预定的方向进行？对于一个给定的反应，能量的变化关系怎样？它究竟能为我们提供多少能量？这一类问题是属于化学热力学的范畴，它主要解决变化的方向性问题，以及与平衡有关的一些问题。所以，化学热力学为设计新的反应、新的反应路线提供理论上的支持。
②化学反应的速率和机理问题 化学反应的速率究竟有多快？反应是经过什么样的机理（或历程）进行的？外界条件（如温度、压力、浓度、催化剂等）对反应速率有什么影响？怎样才能有效地控制化学反应、抑制副反应的发生，使之按我们所需要的方向和适当的速率进行？如何利用催化剂使反应加速等。这一类的问题构成了物理化学中的另一个部分即化学动力学。它主要是解决反应的速率和历程问题。
③物质结构和性能之间的关系 物质的性质从本质上说是由物质内部的结构所决定的。深入了解物质内部的结构，不仅可以理解化学变化的内因，而且可以预见到在适当外因的作用下，物质的结构将发生怎样的变化。根据研究此类问题的方法和手段，又可分为结构化学和量子化学两个分支。结构化学的目的是要阐明分子的结构。比如研究物质的表面结构、内部结构、动态结构等。由于新的测试手段不断出现，测试的精度日新月异，为探索生物大分子、细胞、固体表面的结构等提供了有力的工具。量子化学是量子力学和化学相结合的学科，对化学键的形成理论以及对物质结构的认识起着十分重要的作用。特别是在有了电子计算机之后，通过对模型进行模拟计算，了解成键过程，从而可完成分子设计等任务。
以上三个方面的问题往往是相互联系、相互制约，而不是孤立无关的，本教材主要介绍前两个方面的内容。
（2）物理化学研究的主要内容 物理化学研究的内容主要分成四大部分。
①化学热力学——研究物质变化（p、V、T变化，相变化，化学变化）的能量效应（热和功）和变化的方向和限度，即有关能量守恒和物质平衡的规律。
②化学动力学——研究各种因素（浓度、温度、催化剂等）对化学反应速率的影响规律及反应机理。
③量子力学——物质结构，即物质性质与其结构关系。
④统计力学——利用统计分析方法研究各种因素（浓度、温度、催化剂、溶剂、光、电等）对化学反应速率的影响规律及反应机理（反应的具体步骤、元反应）。
此外还有结构化学、界面现象、胶体分散系统与粗分散系统、电解质溶液与电化学系统，其内容范畴和研究方法则从属于以上四大部分。
（3）近代物理化学的发展趋势和特点 近几十年来，各类自然科学发展十分迅速而深入。化学与相邻学科间的关系起了根本性变化。物理学为人们提供了一些基本原理、方法和强有力的测试手段，大大扩展了化学的实验领域。化学理论在计算机科学发展的帮助下迅速发展。分子生物学的进展向化学提出了许多挑战性的问题，要求化学从分子水平上加以解释。诸如此类的新问题使得近代物理化学表现为下列发展趋势和特点。
①从宏观到微观 量子力学发展使化学反应能够真正深入到了分子、原子的微观层次。微观领域的研究使得合成化学、结构化学和量子化学结合得更加密切。
②从体相到表象 高分辨电镜技术的发展使人们有可能了解5～10个分子或原子层的表面层的状态，促进了表面化学和催化化学的发展。
③从静态到动态 激光技术和分子束技术的出现可以定量地研究具有指定量子态的反应粒子到指定量子态的产物粒子所发生的能量传递和跃迁等基元过程速率的动态信息。目前，分子反应动态学已成为非常活跃的学科。
④从定性到定量 测试手段的进步和计算机的出现使人们能用更精确的定量关系来描述物质的运动规律。
⑤从单一学科到边缘学科 学科的相互渗透和交叉使物理化学学科的研究领域不断扩大。
⑥从平衡态的研究到非平衡态的研究 由于在生物学、气象学、天体物理学等研究中事物的发生和发展都是不可逆过程，将热力学方法推广到不可逆过程将有广阔的发展前景。目前非平衡热力学已成为当前理论化学发展的前沿之一。