“有機物化，必有一掛” 這大概是作為一個武大學子在本科時一定會聽到的一句話吧。

然而事實是，有些時候，學習一門知識往往沒有你想象中的那麼困難，套用我導師的一句話“學習一門科目最困難的事就是發現學習它本身並不困難”。而我在這裡大概講述一下怎麼才能發現“學習物化並不困難”

我還想要提出一點，學好物理化學不等於考好物理化學，考好了物理化學也不等於學好了物理化學，我的回答是基於學好物理化學的，而不是考好物理化學的，關於如何考好物理化學，請樓主另外提問。

1. 不同版本教材的通讀與對比

物化在國內基本上比較通行的教材是南大傅獻彩版。該作的作者傅老已於2013年去世。而我所讀過的另一個版本是武漢大學版的。由於在美國讀研究生要當Physical Chemistry的TA，最近剛讀過Atkins的Physical Chemistry。值得注意的是，Atkins的物理化學在國內是有影印版出售的，售價大約是80人民幣，比原裝進口便宜了很多。

中立客觀的說，武漢大學版的物理化學課本是在結構編排上相對簡單的，而Atkins的物理化學則是最為困難的一版。這是基於知識難度上的，而就語言表達而言，反過來確實是恰當的。然而這並不是要求你讀多版教材的原因。其真實原因在於：

a. 課本上有錯誤。無論是外語版還是國內版，無論是武大版還是南大版，在描述同樣的理論時由於筆者本身的筆力有限，所處時代的理解差異，其對於理論的描述或多或少存在理解上的缺陷與錯誤，如果你的邏輯足夠縝密，你可能可以在閱讀時自我發現，但如果你缺乏這方面的鍛鍊，對比多版教材是有利於你建立對於理論的認識的。而更令人沮喪的是，由於物理化學的公式推導繁複，筆者極易發生筆誤與typo，這導致一部分結論性質的公式都有可能是錯誤的，這對於哪怕是想要透過背公式進行學習的同學是災難性的打擊。

b. 交流需求，是的，就是交流需求。比如樓上關於離域子和定域子的描述，我基本是在學習物理化學過程中沒有聽說過的。由於翻譯等問題，以及作為一個化學狗遲早要遇到的文獻閱讀問題，很多時候，一些概念的描述詞語存在差異，這個時候你必須熟練掌握不同詞彙才能正確的與不同的人進行溝通，不至於出現一個人說出一個概念，另一個人一臉懵逼的結果。

c. 課程的設計思路。坦白講，我一向是覺得物理化學的課程設計是很重要的，明白了一門課為什麼這麼設計，才能真正去理解這門課該怎麼學習。不同的課程教材是有不同的設計思路的，大體來說，物理化學細分下來主要是兩個部分，化學熱力學與化學動力學，而武大版還在後面增添了電化學、表面化學的部分知識，然而核心在於：無論課程設計是如何的，在每個版本的教材裡，都有這麼設計課本的道理。而你要做的，就是透過通讀課本瞭解到這門課為什麼在邏輯順序上需要這麼教授才使得知識具有連貫性。

2. 知識概念的關聯與壓縮

基本上，作為推導國內本科物理化學的基礎，你只需要知道“全微分展開以及微分的換元變換”的基本形式，就足夠你進行絕大部分的物理化學公式推導了。而就統計熱力學這一章節而言，絕大部分的公式其實“你還不具備推導它們的能力”，並且大部分國內物理化學課本對此語焉不詳。而到了化學動力學裡，你大部分時候並不需要真正意義解“多元微分方程”，而只需要透過換元把他們都變成簡單的“一元微分方程”而已。以上是你要明白的，並不複雜的微積分知識與基礎。至於複雜的數學推導，請你在學習物理化學進階課程的時候再考慮吧。

有了以上的基礎，那麼這個時候你就可以開始進行”物理化學的自學習”了。我以宏觀化學熱力學為例簡單說明一下“什麼叫知識概念的關聯與壓縮”

大家都知道熱力學第一定律，也就是能量守恆定律，注意的是此時我們討論的只是機械功。而一個體系的能量 (U,internal Energy) 變化主要由兩個部分決定，其一是熱耗損也就是熱量變化Q，其二是做功，也就是W。簡單來說，你會很容易就發現，當你想要變換一部分能量的時候，你往往是希望它往你希望的方向發展，也就是做功，然而其相應要付出的代價就是能量的轉換存在熱耗損，也就是Q。由此熱力學第一定律的公式得以給出：

(1) dU=dQ-pdV(p是常數）(注意這個地方既有-pdV也有+pdV兩種記錄方法，所定義的物理含義是有差別的，這在不同教材裡，根據作者習慣差異會有不同,同時，由於Q不是一個狀態量，所以嚴格意義上來說，dQ不是一個標準的記法，我們應當用deltaQ.）

所以什麼是第一類永動機，就是“能量都不守恆的永動機”

緊接著，人類開始試圖減少熱耗損，是的，也就是讓dQ=0.如此一來，我們對於能量的利用率達到了100%。同時，在美好世界的幻想裡，如果能夠將做功之後的部分再重新轉化回內能裡，我們獲得了一種新型的“第二類永動機”，也就是“能量守恆且能夠迴圈的永動機”。但是現實是骨感的，熱力學第二定律應運而生，告訴我們能量不可能百分百轉化，而匯出一結論的限制因素就是熵,S, (entropy)，熵的不斷增加是宇宙發展與演化的必然趨勢。

(2) dS=dQ/T (T 是常數), 或者說d(TS)=dQ

於是，結合(1),(2)，我們有了一個十分重要的核心公式（注意，凡是沒有加黑的公式，都不是需要記憶的公式）

(3) dU=TdS-pdV (T,p是常數）

而這一公式的關鍵在於：它成功用狀態量表述了關於內能U的等式，而使得內能U在數學上是被確定路徑的函式。說人話就是：從此以後U是可以被直接計算的，而不需要再考量過程了！然而，你之所以知道這些，只基於你明白哪些是狀態量，哪些是過程量。

之後，由於我們的研究物件叫做“化學熱力學”，所以說我們開始思考絕大部分的化學反應，在自然界裡，都是在恆壓狀態下進行的，而dU受到體積變化的限制，這使得我們很不開心！由此科學家們定義了一個概念叫做焓，H，(enthalpy).

(4) H=U+PV。

當然，如果你想要使用更加嚴格一些的推導方法，你會發現由公式(1)我們有dU=dQ+dW=dQ-d(pV)，當我們寫作dU=dQ-pdV時，就已經預設了這一反應過程是恆壓的。如此一來，當我們只想知道一個化學反應的熱效應時，我們移項可以得到

dU+d(pV)=dQ, d(U+pV)=dQ, 所以說 dH=dQ. 在只存在機械功時，嚴格相等。

之後，我們將d(pV)作全微分展開，會得到d(pV)=pdV+Vdp (5). (d(xy)=xdy+ydx)

結合(3),(4),(5)，我們有

(6) dH=TdS+Vdp. (T,p是常數）

當然，我們不僅僅想要獲得一個化學反應的熱效應，我們還想要知道一個反應是不是自發進行的，也就是他這一反應的dS(universe)是不是大於零的。對於我們發現了兩件事情。

(a) dH=dQ,(只存在機械功時)，這個時候dS(surrounding)=-dH/T. 同時,dS(system)已經在dH的等式中，此時我們只需要將

-dH/T+dS=dS(universe)>0→-dH+TdS>0→dH-TdS<0→d(H-TS)<0→dG<0

此時，我們有

(7) G=H-TS. (吉布斯自由能，Gibbs Free Energy)

同時，借用同樣的全微分方程，我們有：

(8) dG=-SdT+Vdp

同時，我們同樣可以定義另一個函式 F=U-TS，由此我們有

(9) dF=-SdT-pdV (F在部分課本上寫作A，是亥姆霍茲自由能，Helmholtz free energy）

那麼，這兩個函式到底有什麼差別呢？

在吉布斯自由能的定義式中，其描述的是一個恆溫恆壓系統，而亥姆霍茲自由能則描述的是一個恆溫恆容系統。這是由於吉布斯自由能的推導過程中，我們採用了dH,而dH要求T,p是常數，而對於V沒有任何要求；而在亥姆霍茲自由能的推導過程裡，如果你要進行嚴格的推導，會發現你相當於在Gibbs自由能中減去了機械功的貢獻。（G=H-TS=U+PV-TS=F+PV)。因此其自發判據當且僅當PV對於這一部分的貢獻為0時有效，也就是說-pdV=0時，此時要求體積是常數。

至於後面常用的一些方程關係，例如麥克斯韋關係式，熱容的定義式， 恆容、恆熵、恆溫、恆壓、卡諾熱機、等焓等關係，都是基於以上幾個重要公式的數學推導，將所處情景的狀態函式設定為常數或變數進行的關係求和。

所以，宏觀化學熱力學並沒有什麼想象中的那麼難，你只需要理解清楚所處的情景後進行簡單的數學推導就可以了。

3. 建立合理的物理化學思路

什麼樣的思路是合理的，是的，我並沒有說正確的。當你能做到以上這些的時候，你已經能夠掌握絕大部分的基本物理化學學習思路了，但是後面的思路只存在合適不存在正確，因為每個人都有適合自己的思路啊。

1) 你的思路應該是符合邏輯推演的，或者說至少不能是反邏輯的

2) 你的思路應該是建立在理解的基礎上的，而且最好能夠理解清楚背後的物理模型的意義

3) 如果可能,你的思路最好是建立在人們對於一些事物看法的演繹順序上的，這可以大量的節省你的時間。

以上