一杯热水会自行变凉，混合后的气体很少自动分开，可有些看似“应该发生”的反应却迟迟没有明显变化。物理化学基础要回答的，正是化学体系为什么朝某个方向变化、能够走到什么程度，以及需要多长时间。课程从系统、状态、状态函数和气体性质出发，建立描述宏观体系的基本语言，再用热力学第一定律梳理能量如何传递和守恒。
仅有能量守恒还不足以判断变化能否自发进行。熵、吉布斯自由能和化学势会把方向与限度说清楚，并进一步连接化学平衡、多组分溶液、相平衡和简单相图。你会学会区分“热力学上可以发生”与“实际已经快速发生”，也会理解温度、压强和组成改变时，平衡位置与相态为什么随之变化。
反应速率则把时间尺度带回问题中，电化学把化学变化与电势、能量转换联系起来，表面与胶体化学解释界面为何能显著影响体系行为，催化作用则展示改变反应路径的力量。学完以后，你应当能用统一的定量框架理解反应、分离、材料和环境过程，并清楚每个模型成立所依赖的条件。