物理化學是在物理和化學兩大學科基礎上發(fā)展起來的。它以豐富的化學現(xiàn)象和體系為對象，大量采納物理學的理論成就與實驗技術，探索、歸納和研究化學的基本規(guī)律和理論，構成化學科學的理論基礎。物理化學的水平在相當大程度上反映了化學發(fā)展的深度。

隨著科學的迅速發(fā)展和各門學科之間的相互滲透，物理化學與物理學、無機化學、有機化學之間存在著越來越多的互相重疊的新領域，從而不斷地派生出許多新的分支學科，如物理有機化學、生物物理化學、化學物理學等。物理化學還與許多非化學的學科有著密切的聯(lián)系，如冶金過程物理化學、海洋物理化學。一般公認的物理化學的研究內容大致可以概括為三個方面：1.化學體系的宏觀平衡性質 以熱力學的三個基本定律為基礎，研究宏觀化學體系（含有分子數(shù)目量級在10左右的體系）在氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、溶解態(tài)以及高分散狀態(tài)的平衡態(tài)物理化學性質及其規(guī)律性。由于以平衡態(tài)為前提，時間不再是變量。屬于這方面的物理化學分支學科有化學熱力學、化學統(tǒng)計力學、溶液化學、膠體化學和表面化學。

2.化學體系的微觀結構和性質 以量子力學為理論基礎，研究分子、分子簇和晶體的結構，物體的體相中原子和分子的空間結構、表面相的結構，以及結構與物性之間的關系與規(guī)律性。屬于這方面的物理化學分支學科有結構化學、晶體化學和量子化學。

3.化學體系的動態(tài)性質 研究由于化學或物理因素的擾動而引起的體系的化學變化過程速率和變化機理。此時，時間是與過程密切相關的重要變量之一。屬于這方面的物理化學分支學科有化學動力學、化學動態(tài)學、催化科學與技術、光化學、電化學、磁化學、聲化學、力化學（以摩擦化學為代表）等。

在理論研究方面，快速大型電子計算機和數(shù)值方法的廣泛應用，擴展了量子化學在定量計算方面的能力。研究對象不僅涉及大分子，還可用以模擬復雜體系的動態(tài)過程。福井謙一提出的前線軌道理論以及R.B.伍德沃德和R.霍夫曼提出的分子軌道對稱守恒原理，是量子化學應用于具體化學體系時的重要理論成果。但是仍然沒有達到人們所期望的利用量子化學為基礎解決和認識所有化學問題的水平。量子力學基本原理和化學實驗的緊密結合將有助于解決這個問題。為此，發(fā)展能夠應用于復雜分子體系的量子化學計算方法是實現(xiàn)上述目標的前提之一。因而W.科恩以電子密度泛函理論和J.波普爾以量子化學計算方法及模型化學等研究成果獲得了1998年的諾貝爾化學獎。

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