物理化學到底在研究什麼？為什麼它這麼難學？
四大化學最後只剩兩門一門叫物理化學，是科學一門叫有機化學，是玄學
2016.8.5更新:關於物理化學的學習：
http://www.zhihu.com/question/30218285/answer/47337513
我是習慣做筆記的，刪繁就簡成為知己的東西。-------------------------------------物理化學是使用物理的手段去解釋化學現象和過程的原因。他是一個基礎理論。 物理化學中熱力學根本問題並不是為了關注能量變化，而是關注反應的自發性和方向限度問題。比如你設計一個反應和過程，你得確保它理論可行。憑什麼，憑藉熱力學判斷。統計熱力學是試圖在微觀層面解釋宏觀過程。電化學是熱力學的一個應用，是專門研究化學電源和電解池系統的問題，表面上是能量問題實際還是關注電化學反應發生可能性，需要提供多大電壓促使反映發生，等等。判斷氧化還原過程是它最重要的應用之一。膠體與界面化學是一個應用很廣泛的分支。它主要在於研究新材料領域。很多不沾水的東西原理都是這方面，包括表面活性劑，溶膠凝膠合成。研究物質吸附的方式有助於研究解吸過程，降解過程，固定合成過程。化學動力學是在微觀層面上解釋反應的速率問題，一個反應可以發生不代表就可以用。反應幾百年跟不反應沒什麼區別。選擇合適催化劑，找到反應活性中間體，探究反應機理推廣到類似反應的開發設計。以及現在很新的分子穩態和分子反應動態學，飛秒化學。等等結構化學關注分子過程的模擬，理論上的可能性。具體物質的結構和性質關係，意在改良結構提高性能。四大化學的基礎武斷地說都是物理化學。無機化學中的各種雜化，結構，各種反饋配鍵，配合物晶體場理論等等。有機化學中各種結構，共軛，反應機理，各種活性中間體，自由基化學，碳正離子化學本質都是物理化學。
分析化學中判斷滴定是否可行的條件，絡合常數不都是化學平衡常熟么，氧化還原滴定中需要用到電極電勢。包括儀器分析中的原理部分都是物理化學和物理的知識。不客氣地說，不懂物理化學，化學水平就是停留在中學只知道是什麼的階段。物理化學就是專門解釋為什麼的問題。當然你說無機有機分析不都介紹了么，但是那是粗略的或者定性解釋，物理化學讓這些東西系統化。結構化學源自於物化，但是它的理論很多足夠構建一個新的體系才分離出來，但還是物理化學的內容。我感覺現在學的物化（本人大二，才疏學淺瞎說說），比如熱力學、統計什麼的，還是比有機好一點的；不是說他不難，而是我覺得物理化學理論都比較嚴謹有邏輯性，關鍵在於理解。而有機的機理有的真是太扯淡了，怎麼糊看著順眼就行，完全就是開腦洞…
一句話，因為思維方式不同，太抽象了。之前學化學怎麼會是這個樣子…怎麼會動不動就各種公式來回推，到最後都不知道公式是什麼意思…在這個過程中，不知道重點在哪，要解決什麼問題，然後突然蹦出個結論。剛看熱力學肯定這個感覺，如果老師講的不好的話。
評論中有人看我中英文切換速率過高以至於不爽。
我默認我的答案的讀者是具備基礎英文教育素養的。
你來打我呀
原答案：
我在耶魯的 phd track就是physical chemistry, 放個博士階段必修coursework list，不做過多解釋，仁者見仁吧。
Quantum Chemistry (Chem 570a or b)
（量子化學理論，主要是介紹和應用。隨機過程隨機過，量子力學量力學，不過這門課比起下面的兩門算是baby stuff）Advanced Quantum Mechanics (Chem 572a)
（進階量子理論，基本是各種數學和物理公式證明，每次作業呵呵呵）Statistical Mechanics and Thermodynamics (Chem 530a or b)
（統計力學，我當時班上一共9個人，平均分大概50分上下，百分制。如果排除班上的一個本科生的成績，那麼平均分還得降10分。那個小本目前在哈佛讀JD。這門課就是把基於量子理論的各種能級啊熱力學啊的公式放在各種ensemble裡面用統計的方法再證一遍。作業當然還是呵呵呵，但是可以請那個小本到處吃飯來解決問題。）Molecules and Radiation (Chem 540a and Chem 542b)
(分子放射理論。想知道我們如何用手，鉛筆和廁紙演算出NMR譜峰的強度和位置嗎？想知道你本科學的線性代數，抽象代數，微分方程到底TM有什麼卵用嗎？上這門課吧）
Advanced Instrumentation Laboratory I (Chem 560La and 561Lb)
（做做小蒸汽機啦插插電路板啦，安慰性課程）總結一下：1. 沒見過上來就說我是學物化的牛人，基本都是純數學或者理論物理過來的。感謝我自己本科隨大流拿到的純數學學位233.2. 針對數理水準而言，高不成低不就是不是就是給物化的？I mean, 演繹水平被理論物理和純數的PhD們完爆，想做深一點還得去物理系蹭聽他們的課(many body etc.)，但是又可以完爆研究晶體結構或者各種spectrum的BIO-physical chemistry（不經意間又黑了一下BIO）。3. 找工作的時候，建議把 physical chemistry寫成 chemical physics。別問我為什麼。物理化學主要目的是學習和掌握化學熱力學和化學動力學等基本知識，培養學生對物理化學基本原理的分析能力，以及應用這些基本知識解決在材料合成、性質和結構方面問題的能力。
物理化學定義：物理化學是應用數學、物理學的原理和方法，研究化學變化普遍規律的科學。
具體而言：物理化學研究物質體系發生p、V、T變化，相變化和化學變化過程的基本原理，主要是平衡規律和速率規律以及與這些變化規律有密切聯繫的物質的結構及性質(宏觀性質、微觀性質、界面性質和分散性質等)。是集物理、數學和化學於一身的一門學科。
那為什麼要學習物理化學呢？ 物理化學主要是為了解決生產實際和科學實驗中向化學提出的理論問題，揭示化學變化的本質，更好地駕馭化學，使之為生產實際服務。物理化學主要學什麼呢？- 化學變化的方向和限度問題→化學熱力學
- 物質結構和性能的關係問題：原子結構，分子成鍵，光譜等→結構化學、量子化學
- 速率的研究：化學反應速率，擴散，電池內電荷的流動等→化學動力學
- 微觀和宏觀關係問題的研究→統計熱力學
平衡規律和速率規律是物理化學的研究核心。
平衡規律：當系統的平衡態改變時，能量、體積和各物質的數量變化規律。
速率規律：熱量、動量和物質的傳遞以及化學反應中各物質的數量隨時間變化的規律。物理化學的研究方法- 事物都是一分為二的，矛盾的對立與統一——辯證唯物主義的方法
- 採用由特殊到一般的歸納及由一般到特殊的演繹的邏輯推理方法
- 按照「實踐―認識―再實踐―再認識」的形式，往複循環以至無窮——認識論的方法
- 常用的研究方法有：實驗的方法，歸納和演繹的方法，模型化方法，理想化方法，假設的方法，數學的統計處理方法等
物理化學課程的學習方法
1. 擴大知識面，打好專業基礎2. 提高自學能力，培養獨立工作能力(1) 抓住每章重點
(2) 掌握主要公式的物理意義和使用條件(3) 課前自學，認真做筆記，及時複習(4) 注意章節之間的聯繫，做到融會貫通(5) 重視做習題，培養獨立思考的能力，檢查自己對課程內容的掌握程度。3.注重公式和概念4.注重理論聯繫實際 諾貝爾獎獲得者西儂在回答學生提問時指出：「優秀的學生……做完一道題後返回去追問：為什麼我做了這麼長時間？我最後發現的通向正確道路的線索是什麼？以後再遇到同類的問題怎樣才能儘快地解出？這就學會了解題的方法。因此，很多東西是通過解題之後才學到的。」密切聯繫實際，善於思考，敢於質疑，勇於創新5.思維方式的改變如：處理問題時的抽象化和理想化
………………………………………………………………………………
下面說說物理化學的發展吧：十八世紀開始萌芽俄國科學家羅蒙諾索夫(1711-1765)最早使用「物理化學」這一術語。十九世紀中葉形成1887年德國科學家W.Ostwald（1853～1932）和荷蘭科學家 J.H.van』t Hoff （1852～1911）合辦了第一本「物理化學雜誌」（德文）。
- 1885 年范霍夫(荷) 提出化學熱力學定律，發展了近代溶液理論，形成了化學熱力學，獲首屆（1901年）諾貝爾化學獎。
- 1889 年阿侖尼烏斯(瑞典) 提出關於電離學說和著名的阿侖尼烏斯公式，獲得1903 年化學獎。
- 1906 年能斯特(德) 提出著名的能斯特熱定理，獲1920 年化學獎。
- 此後,喬克(美) 進行了一系列精度極高的超低溫實驗,為熱力學第三定律提供了大量不可置疑的證據，同時也大大加深了人們對物質在超低溫時的行為的認識，獲1949 年化學獎。
- 1929 年盎薩格(美) 提出「不可逆過程的倒易關係」理論。1947 年普里高金(比) 提出最小熵產生原理，他們的工作奠定了線性不可逆過程熱力學的基礎。盎薩格因此貢獻獲1968 年化學獎。
- 後來，Prigogine提出耗散結構理論，這一理論是非線性不可逆過程熱力學的重要成果，它首先在化學領域的應用中取得成功，現在已逐步被用來解釋生命現象和社會現象，Prigogine因此獲1977年化學獎。
2. 反應動力學
- 邢歇伍德(英)和謝門諾夫(蘇)各自獨立地發展了前人的理論，對鏈反應歷程進行了細緻的研究，提出了分支支鏈式反應理論，並發現了爆炸反應的界限，兩人共同獲得1956 年化學獎。
- 30年代開始,人們廣泛利用各種物理學原理和手段，對快速反應進行研究,逐步形成了研究快速反應的方法，其中閃光分解法和馳豫法最為有效，分別由諾立希、波特爾(英) 和艾根(德) 發明，他們三人因此共獲1967 年化學獎。
- 李遠哲、赫謝巴希和波蘭尼（美）於1968年建成交叉分子束裝置，設計製造高效質譜檢測儀，以此在化學反應動態學領域做出了許多卓越貢獻，三人共同獲得1986年化學獎。
- 1897～1900 年，薩巴蒂爾(法) 研究了有機脫氫催化反應，獲1912 年化學獎。
- 1901 年奧斯特瓦爾德(德) 對催化現象進行了深入的研究，同時在化學平衡和化學反應歷程理論做出了傑出的貢獻，獲1909 年化學獎。
- 1913 年哈伯(德) 發明從空氣和水合成氨的方法，獲1918 年化學獎。
- 1913 年波希(德) 改進了合成氨的催化方法，獲1931 年化學獎。
- 1926年朗格繆爾(美) 提出吸附催化假說，獲1932年化學獎。
- 1954年納塔和齊格勒(德) 用有機鋁及鈦的組合催化劑首次合成立體定向高分子，共同獲得1963年化學獎。
- 70 年代末，奧特曼和切赫(美) 對RNA 的自催化機理進行了深入的研究，獲得1989 年化學獎。
- 陶布(美) 因對金屬絡合物中的電子轉移反應機理的研究，獲1983 年化學獎。
- 馬卡思(美) 因在「電子轉移過程理論」方面所作出的重要貢獻獲1992年諾貝爾化學獎。
3. 膠體化學和界面化學
- 1903 年齊格蒙弟與西登托夫(德) 設計研製了超顯微鏡，為膠體的研究提供了直接的觀測方法和手段，奠定了膠體化學基礎，獲1925 年化學獎。
- 1924 年斯維德伯格(瑞典) 發明超速離心機，促進了懸濁液和膠體化學的研究，獲1926 年化學獎。
- 其學生梯塞留斯(瑞典) 於1937 年改進了電泳法，將其用於膠體和高分子物質的研究並提出吸附分析的方法，獲1948 年化學獎。
- Irving Langmüir吸附等溫理論1932 化學獎
- Gerhard Ertl固體表面化學過程研究2007 化學獎
4. 化學鍵理論
- 1893 年維爾納(瑞士) 提出配位理論，獲1913 年化學獎。
- 1913 年玻爾(丹) 提出原子軌道量子化理論，成功地解釋了氫原子光譜，獲1922年物理獎，他的工作導致了原子價電子理論的建立。1916 年，柯塞爾提出電價鍵理論。同年，路易斯提出共價鍵理論。但都未能說明化學鍵的本質。化學鍵理論的真正解決，是在量子化學建立以後的事情。量子化學是量子力學在化學中的具體應用，其建立應從1927 年海特勒和倫敦解氫分子薛定諤方程算起，從此，化學的發展進入了一個新的歷程。
- 在化學發展中,對於共價鍵,形成了兩種等價使用的理論:價鍵理論和分子軌道理論。前者是海特勒和倫敦提出,又經鮑林(美) 和斯萊特等人的發展和充實而形成的。後者是莫立根(美)和洪特等人提出來的。鮑林和莫立根分別獲得1954 年和1966 年化學獎。
- 1929 年德拜(荷蘭) 提出極性分子理論,確定了分子偶極矩,為化學鍵理論的發展作出了重要貢獻,獲1936 年化學獎。
- 1951 年福井謙一(日) 提出前線軌道理論。1965 年伍德瓦德和霍夫曼(美) 總結出分子軌道對稱守恆原理,從而豐富和發展了分子軌道理論。霍夫曼和福井謙一因此共同獲得1981 年化學獎。
我只想說：在美帝P Chem明明是電子云啊，分子軌道啊，各種薛定諤虐成狗啊！怎麼到國內就變成分子動力，熱動力了！
本科認為物化難學的人，估計連化工的邊都沒有摸到
因為如果真正要學明白的話，物理化學其實是三門課，熱力學，統計物理，量子化學，非要合成一門還要各種刪減，當然會讓人感覺迷糊，就好像cs專業的離散數學一樣，一個大筐啥都往裡裝。換句話說，這門課的設計就是讓你學到一些足夠你以後工作學慣用的基礎知識，而不是讓你刨根問底徹底"學明白"的。真要學明白首先要在心裡理清這仨的關係，也就是熱力學研究宏觀，量子化學研究微觀，然後統計物理是鏈接微觀和宏觀的橋樑，理清這個關係，就不會覺的亂七八糟了。現在歐美不少教材就是這個順序，先講量子力學，然後自然過渡到配分函數，系宗，再到宏觀的熱力學，動力學，這樣講知識結構建立的很完整，就算是和單獨的課程比簡化了很多東西，也不會有亂七八糟的感覺。
國內的物理化學的課本的話，可以說是《化學家用熱力學》
很好，我連評論都看不懂了
當你學有機無機時候想為什麼會有那麼多化學公式，為什麼會有各種人名反應，當你覺得這些只是一種歸納法總結出來並且通過實驗驗證的時候。但你還要問問什麼會這樣，那就去學物理化學吧
1是過程，2是公式，物理化學中改變一下化學狀態或過程就會讓你不知所云。這些過程我覺得還是要理解加記憶，不同於數學富有邏輯，物理化學你如果沒有足夠的儲備，很難用的上你的邏輯性。所以還是要多做題。
剛開課兩周 。每節課都是看似什麼新內容都沒講， 卻會發現自己大物高數無機分化似乎都沒學透徹 。我們老師說物化是一門哲學 ，加油加油～
謝邀，關於物理化學是研究什麼的，目前我還不太了解，但是第二個問題我可以回答一下。
首先，物理化學分為很多個部分，美國的物理化學一共包括四個部分：熱力學、結構化學、動力學和電化學。而國內的物理化學教材一般都只包括熱力學和動力學+電化學兩個部分，而結構化學是單獨分出去的學科。這是受了蘇聯老大哥的影響。。。
但是，其實物理化學還有很多分支，比如光化學，譜學等等。
其實現在國內物化課題組很多做的內容都和結構有關，小生就不舉例了。
其實，物理化學中最物理的一個學科是量子化學。國內最好的量子化學教材是徐光憲先生的《量子化學的基本原理和從頭計演算法》，但是，這個根本不適合大部分化學的學生學，因為這本書內容可以說太物理了，需要較好的物理基礎，才有可能學會，學通。而結構化學，其實只是一小部分簡單的量子化學，加上一小部分的電子結構，還有一小部分的晶體結構。算是非常基礎的一門課。
鋪墊做完了，接下來進入正題。
物理化學難學嗎？其實不難。
我在寒假的時候自己啃了一點上述提到的量子化學教材，覺得還不是太困難。最困難的地方在於一些數學的推導，比如薛定諤方程的解的R方程和Θ方程，估計數學系的同學也要看好半天。當然，我不是數學系的，也只看得懂Φ方程的解（其實就是非常簡單的二階偏微分方程，套個公式就解出來了）。其實還是很有意思的，而且到了後面會真正學到量子力學運用於化學研究，就是現在的計算化學。雖然計算化學現在還飽受詬病，比如說不同的計算方法，得到的結果可能大相徑庭。可能相同的方法，用不同的泛函不同的基組算出來的結果也有差異。但是不能排出量子化學在化學領域的地位。比如說，2013年廈門大學的夏海平教授和朱軍副教授一同研究的過渡金屬雜戊搭炔體系就是一個很好的例證，理論與實驗相結合。好像偏題了，量子化學是四大物理化學中最偏重物理的，其實並不難，把書多看幾遍，想盡辦法理解量子力學的內容，差不多就有所得。（其實很大一部分化學從業人員可能一輩子都不會去學習量子化學，但是量子力學打開的化學微觀世界對化學研究有著不可或缺的地位。）
關於量子化學，還是要推薦一些書籍的。先要學習下理論力學、電動力學、量子力學。量子力學用張永德的就好，不要用曾謹言的，他寫的和屎一樣。。。然後就是Ira N. Levin的Quantum Chemistry，他寫的量子化學足夠入門了，而且不需要其他的數學參考書，因為每次他要解方程的時候，都會把要用的數學工具都講解一遍，如果還想更深入的學習再去找數學書籍。但是我覺得，對於物理和化學來說，數學不是最重要，很多數學你都可以忘記，但是物理的意義，化學的意義一定要記得，不然為什麼不去學數學。
再來說下結構化學。其實在量子力學的基礎上，學習結構化學絕對是一日千里，因為結構化學裡最「物理」的部分就是量子力學基礎。結構化學是量子化學的基礎，我在學結構化學之前啃了一些量子化學，學起來確實比較輕鬆。還有結構化學還是很偏向於人們所理解的「傳統」化學，學到後面理解不是那麼困難，記憶也不像無機元素化學那樣龐雜。我覺得結構化學，學習方法主要就是理解，還有有一些空間想像力（主要是後面晶體學的部分）。理解的方法有很多種，我偏向於多看幾本書，比如徐光憲先生《物質結構》還有周公度先生的《高等無機結構化學》，寫得都很好。這裡還要說一點，就是結構化學是量子化學的基礎，結構化學前面那部分量子力學軌道理論什麼的，其實和徐光憲先生的《量子化學基本原理與從頭計演算法》相似，主要講的是分子水平的內容，但是徐光憲先生的量化講得更深。而後面關於晶體學的內容，則是一些固體量子化學的基礎，比如能帶理論什麼的。（固體量子化學還沒有好好看過，這裡就不多說了）
關於量子化學和結構化學，我插一句話，現在的教學都太老套了，我覺得想學好，就應該畫一年的時間在用Gaussian做計算的課題組中學習一年，用Gaussian做一個科研項目，把Gaussian的手冊翻爛了差不多你就可以懂得很深了。還有關於晶體學，其實很多是固體物理的基礎知識。總之多看書。
第三個就是熱力學，我覺得熱力學這部分應該算是和結構化學一個難度等級的學科。但是其實這是一門物理系的專業課，而且就我們當時老師上課的情況來看，都是不太懂物理的。而且課本上其實有很多錯誤，我看了幾本物化上的教材，錯誤很容易就看出來。可以配套Aktin寫的Physical Chemistry。說實話，還不如直接用英文書做教材。
其實熱力學的內容說多也多，公式那麼多，記都記不住；說少也少，基礎的公式就那麼幾個，想通推導的方法，就搞定了。其實我覺得，現在物理化學教學存在的問題（就本人所在大學而言）是在於教的方式不對，每個老師上課，過來講了一節課的公式，翻了一節課的PPT，這樣誰也記不住，學不好。真正要學號的方法在於看書！把出書人寫書的想法理解，掌握書中章節的脈絡。這個地方我不想舉栗子了，讀者如果有興趣回去把化學勢那一章的脈絡理一下，其實就馬上可以看出來一章其實本來也沒有講很多，把脈絡理清楚了，雖然不能自己寫書，但是可以從最基礎的原理很快地推出所需要的公式，物化就學簡單了。所謂「道生一，一生二，二生三，三生萬物」，說的大概就是這個道理。（可惜我期中考之前沒有理解到這個道理）
然後就是動力學，其實真的非常簡單了。其實從動力學開始，我覺得學習物化就可以配套Gaussian教學，尋找過渡態，我覺得用Gaussian教你找下勢能面、過渡態，就會很清楚過渡態的基本原理了。教材差不多都類似，還是直接看Aktin的教材。
電化學，和動力學統稱為物理化學二，但是和其他的沒有什麼關係。電化學的難點其實在理解和推導，在現在的中國教材上，很多東西其實講解的不夠。而且說實話，看著中文書我都覺得有語言障礙了。本人所在學校的那本物理化學寫的其實不是特別好，中文的教材都差不多。看一本就夠了。關於電化學，我想說的是，基礎知識是電磁學，找一本通用的物理系教材，花一個月的時間差不多可以看完。然後，電化學的部分，推薦教材是Bard的Electrochemical Method: principle and applications，書中前四章差不多可以涵蓋目前物化下所教的電化學內容，而且給我的感覺是，這是懂物理的人寫的電化學。翻譯的中文書不行，書上都是錯的，公式錯誤一大堆，還有很多話根本就不應該從一個中國人的嘴裡說出來。直接看英文書。
總之，多看書。
以上。說實話，我感覺我們物化老師都沒理清其中的關係，上回問個問題，他講了半天，最後來了一句：我這樣講好像有問題，我回去想想，下回給你講。然後，他到現在還沒給我講…………………………………
本人是材料系的，大二曾有幸學到這門奇課，課中的內容統計熱力學，膠體與界面對於我們材料研究者應該是非常有用的，可是！尼瑪，全學院沒幾個能聽懂啊。不是理解力上的問題，而是物理化學每一章節都自成一派，作為承上啟下的複合學科，前人以自己的理解和研究做出了總結。但是！他並沒有考慮到知識之間的聯繫和歸納。他只能告訴你這個是這樣，那個是那樣。為什麼？聯繫和原因尚不明確。畢竟所謂的知識只是前人總結出來的，對於當時的情況的一種描述。不一定適用於現今的知識體系和理論框架。我們當時考試我就是強背，要考的內容背下來。我第一次覺得理工科居然比文科背的還多。。。
物化學不好的，大多是因為高數學得不好...
我本以為物化是化學中最理科的二級學科，但萬萬沒想到這其實是一門工科。我太傻，真的太傻。
研究這個世界的規律，直到精確到定量。早期物理化學，也就是經典物理化學，主要研究能量的轉化，過程的方向和限度等。這些涉及大量數學推導，涉及很多微積分內容，而推導過程又很難聯繫實際想像其實際意義，所以新學者很難一下掌握。現在物理化學已經衍生到結構化學和量子力學，對這個世界的認識越來越深入。整個物理化學包含內容太多了，能在其某一方面有所建樹就算了不起了。 本科期間物理化學的學習主要在經典物理化學方面，其實了解深入後，會對冥冥中掌控這個世界的自然規律感到訝異，為什麼會是這樣的呢？就像為什麼真空光速是299792458m／s一樣，目前沒人知道，但他就是那麼大。
理論是實踐的基礎
物理化學，簡單的來講就是將從化學層面來解釋如何產生物質的結構、功能
推薦閱讀：
※如何看待南開大學王慧田、周向鋒團隊研發出的穩定氦鈉化合物?
※雜化是不是分兩種，一種配位，一種不配位？不配位的就是雜化軌道上有電子的那種？
※怎樣理解化學中的「軟親軟，硬親硬」規則？
※電解鋁為什麼不用氯化鋁離子液體電解氧化鋁用惰性電極呢？
※為何2013新課標全國卷1理綜37題寫方程式的題目不用打氣體箭頭？