化学

化学是材料科学。化学家认为世界上所有的物质都是物质，主要由原子至少两个原子的组合，由化学键导致分子.离子通过一个或多个原子或分子的损失或增加而得到电子导致带电粒子。盐类由以下部分组成阳离子（带正电离子）和阴离子（带负电荷的离子），使物质或材料带中性电荷（无净电荷）。化学家使用他们的观点问题在原子的到分子的解释不同材料如何相互作用，以及它们在不同条件下如何变化。化学家可以诱导物质发生实际变化，制造新的化合物，包括药物、炸药、化妆品和食品。材料的化学合成涉及将大量物质在相互作用的条件下聚合成不同的物质。这些相互作用称为化学反应并且总是涉及每个分子的反应原子周围的电子重排。

这个债券的形成在原子或分子之间意味着共享电子在复合原子之间，这可以将一种物质转化为另一种物质；比如合成水（H）₂O） 来自两种气体：氢（H）₂)和氧气（O）₂). 一些化学相互作用需要能量：物质必须混合并加热化学反应发生。这些需要能量的反应称为吸热反应而其他化学反应释放热量，这些释放能量的反应称为放热反应在分子水平上，反应也可以通过使用电磁辐射(光).

介绍

科隆大学生物化学研究所实验室

化学是关于问题这些相互作用可能是两种物质之间，或物质（电子）和能量，特别是结合热力学第一定律。传统上，化学涉及化学反应中物质电子之间的相互作用，即一种或多种物质转变为其他物质。有时，通过催化剂，可能是另一种化学物质（如硫酸催化电解或非物质现象（例如电磁辐射在里面光化学的反应）。传统化学也处理反应中或反应外的化学物质的分析，如光谱学.

普通物质由原子和组成原子的亚原子成分组成：质子、电子和中子。原子可以结合产生更复杂的物质形式，如离子、分子或晶体我们所经历的世界的结构，以及我们与之相互作用的物质的性质，都是由化学物质的性质及其相互作用决定的。由于加入了碳导致更加刚性晶格木材燃烧或快速燃烧氧化因为它可以与氧气在一个化学反应高于某个温度.

物质往往根据其能量或相以及化学成分进行分类。物质的三个阶段是固体,液体、和气体室温下的固体具有较低的动能，是固定结构，由于其紧密结合，可以抵抗重力和其他试图重新排列它们的弱力。液体的结合力较弱，没有结构，它们是在重力作用下流动的。气体没有键，充当自由粒子。水（H）₂O） 是室温下的液体，因为它的分子受到分子间作用力的束缚，称为氢键.硫化氢（H）₂S） 另一方面是室温常压下的气体，因为其分子被较弱的氢键束缚偶极-偶极相互作用.由于较高电负性与硫相比，水中的单个原子往往比硫化氢中的原子带更高的电荷，导致H中的氢键更强₂O大于H₂美国的氢键在水中有足够的能量来阻止水分子相互分离，但不足以阻止它们“四处滑动”，使其在海平面0至100°C的温度下成为液体。降低温度或能量可以形成更紧密的组织键，形成固体并释放能量₂O） 行为异常密度因为流体处于4˚C，而不是冰点。增加聚变的能量热量将融化冰，尽管温度在所有冰融化之前不会改变。提高水温会导致沸腾（参见汽化热)当有足够的能量打破100°C下的弱极性键时，允许H₂O分子分散到足以形成气体。注意，在每种情况下，打破氢键以及进一步分离分子都需要能量。

化学史

化学的根源可以追溯到燃烧.火灾是一种将一种物质转化为另一种物质的神秘力量，是人类最感兴趣的。正是火灾导致了铁和玻璃.之后金被发现，并被用作贵重金属，许多人都有兴趣找到一种可以将其他物质转化为黄金的方法。这导致了原科学称为炼金术。炼金术士发现了许多化学过程，导致了现代化学的发展。我们今天所知道的化学是由拉瓦锡根据他的法律质量守恒1783年。化学元素的发现有着悠久的历史，最终形成了周期表化学元素的门捷列夫. The诺贝尔化学奖创建于1901年，对过去100年的化学发现进行了极好的概述。

化学工业是一项重要的经济活动。2004年，全球前50大化学品生产商的销售额为5870亿美元，利润率为8.1%，研发支出占化学品总销售额的2.1%。

化学子学科

实验室移液管

化学通常分为几个主要的子学科。还有几个主要的交叉学科和更专业的化学领域。

• 分析化学是对材料样品进行分析，以了解其化学成分和结构。分析化学结合了化学中的标准化实验方法。这些方法可用于化学的所有分支学科，但纯理论化学除外。

• 生物化学是对化学制品活体或半活体中的化学反应和相互作用（病毒）有机体生物化学和有机化学密切相关，如药物化学，放射化学，或神经化学.生物化学也与分子生物学和遗传学.

• 无机化学是对无机化合物的性质和反应的研究。有机和无机学科之间的区别不是绝对的，而且有很多重叠，最重要的是在有机金属化学的分支学科中。

• 有机化学是研究有机碳化合物的制备和表征。已知有机化合物的数量以百万计，这是因为碳具有形成长链和环的独特能力，同时与氢或外围官能团结合。有机化学具有重要的商业价值，为利润丰厚的制药和合成聚合物行业提供了基础。

• 物理化学是研究化学系统和过程的物理和基本基础。特别是，这些系统和过程的能量学和动力学是物理化学家感兴趣的。重要领域包括化学热力学化学动力学、电化学、统计热力学，统计力学,光谱学,高分子化学、和磁共振物理化学与分子物理学，并涉及使用微积分以及推导方程式的数学。它通常与量子化学、理论化学和计算化学有关。

• 聚合物化学（或大分子化学)是对化学的研究聚合物聚合物化学被认为是聚合物科学更大领域的一个专业领域，这是一个跨学科的努力，包括广泛的研究人员。虽然聚合物化学家的工作扎根于有机合成和物理有机化学，但其工作可能与许多其他学科重叠，特别是材料科学、生物学和生物化学高分子物理和医学。

• 理论化学是通过基本理论推理（通常在数学或物理学). 特别是量子力学化学被称为量子化学。自结束第二次世界大战计算机的发展使计算化学得到了系统的发展，这是一门开发和应用计算机程序来解决化学问题的艺术。理论化学与（理论和实验）重叠凝聚态物理和分子物理学。

• 核化学是研究放射性材料的化学、辐射的化学效应以及与核设备和过程相关的所有化学的学科。现代嬗变是核化学的一个重要组成部分，核素表是这一领域的重要结果和工具。

化学的其他专业领域包括天体化学、大气化学、化学信息学、电化学、，环境化学、流动化学或流变学、地球化学、绿色化学、药物化学、，有机金属化学,岩石化学,药理学光化学，植物化学,固体化学,声化学,超分子化学,表面化学，和热化学。

与化学有密切联系的其他技术领域包括化学工程,材料科学,医学,冶金,分子生物学分子遗传学、纳米科学或纳米技术,药理学以及物理学领域的许多分支学科。与化学相关的社会科学包括科学、技术和社会研究以及科学史。

基本概念

术语

命名法是指化学化合物的命名系统。有明确定义的化学物种命名系统。IUPAC命名法描述了小(单体的)分子。有机化合物根据有机命名法系统。无机化合物根据无机命名法系统。

许多物质经常使用“通用名称”或不基于IUPAC命名系统的化学名称。这些名称可能更可取，因为IUPAC名称可能很长（超过50个字符）。材料安全数据表要求列出给定物质的所有通用名称以及IUPAC名称。

原子

安原子是由带正电荷的核心（原子核)，其中包含质子和中子它维持着一些电子来平衡原子核中的正电荷。

（PD）图纸：劳伦斯伯克利国家实验室 原子结构的一般概念

©图纸：由HowStuffWorks.com提供 量子原子的现代概念

元素

安要素是原子核中质子数相同的一类原子。此数字称为原子序数元素的。例如，所有原子核中有6个质子的原子都是该元素的原子碳原子核中有92个质子的所有原子都是铀.化学元素最方便的表示方式是周期表根据原子序数对元素进行分组的化学元素。由于其巧妙的排列，元素周期表中的元素组（列）和周期（行）要么具有几种化学性质，要么在特性上遵循某种趋势，例如原子半径电负性和电子亲和力。还提供了按名称、符号和原子序数列出的元素列表。此外，几个同位素元素的。

元素周期表

离子

安离子是一个带电物种，或者是一个失去或获得一个或多个电子的原子或分子。带正电荷的阳离子（例如。，钠阳离子Na⁺)和带负电荷的阴离子（例如氯化物Cl^–)可形成中性盐（例如氯化钠和氯化钠）。示例多原子离子在酸碱反应中不会分裂的是氢氧化物（OH^–)和磷酸盐（磅₄^3–).

化合物

A类复合是一种具有固定比率属于化学元素，它决定了成分，以及决定化学性质的特定组织。例如，水是一种含有氢和氧气原子比例为二比一，氧原子形成化学键两个氢原子和三个原子形成104.5°角。化合物是通过化学反应形成和相互转化的。

分子

A类分子是两个或多个的组合原子在由化学键它是纯化合物或元素中保留一组独特化学性质的最小不可分割部分。

物质

化学物质可以是元素、化合物或化合物、元素或化合物和元素的混合物。我们在日常生活中遇到的大多数物质都是一种或另一种混合物。空气,合金,生物量等。

粘接

电子原子和分子的轨道

A类化学键是多极原子核中的正电荷和围绕其振荡的负电荷之间的平衡。能量和分布不仅仅是简单的吸引和排斥，它还表征了一个电子与另一个原子键合的可用性。这些潜力创造了相互作用将原子以分子或晶体的形式结合在一起。在许多简单的化合物中，价键理论，价壳层电子对排斥模型(VSEPR公司)，以及氧化值可以用来预测分子结构和组成。同样，来自经典物理学可以用来预测许多离子结构。使用更复杂的化合物，例如金属配合物价键理论失败了，替代方法主要基于量子化学原理，如分子轨道理论是必要的。参见电子轨道图。

物质状态

A类阶段是一个化学系统在一系列条件下具有类似体结构属性的一组状态，例如压力或温度物理特性，如密度和折射率倾向于在该阶段的特征值范围内。物质的相位由相变也就是说，当输入或输出系统的能量用于重新安排系统结构，而不是改变整体条件。

有时，相之间的区别可以是连续的，而不是有一个离散的边界，在这种情况下，物质被视为处于超临界的状态。当三种状态根据条件满足时，称为三相点因为这是不变的，所以它是定义一组条件的方便方法。

最常见的阶段示例是固体,液体、和气体。不太熟悉的阶段包括等离子体,玻色-爱因斯坦凝聚体和费米子凝聚体和顺磁性的和铁磁性的的阶段有磁性的材料。即使是熟悉的冰根据系统的压力和温度，有许多不同的阶段。虽然最常见的阶段涉及三维系统，但也可以在二维系统中定义类比，因为它与生物学.

化学反应

A类化学反应是一个导致化学物质这种反应可以导致分子相互结合形成较大的分子，分子分裂形成两个或多个较小的分子，或者原子分子内或分子间。化学反应通常包括化学键例如，与氧反应生成其他物质的物质称为氧化; 类似地，一组物质称为酸或碱性物质可以相互作用抵消彼此的影响，这种现象称为中和.物质也可以是分离的或由其他物质通过各种不同的化学物质合成过程.

量子化学

量子化学数学上描述了问题在分子的比例尺。原则上，可以用这个理论来描述所有的化学体系。在实践中，只有最简单的化学体系才能在定性上进行纯粹的研究量子力学术语和近似值必须用于最实际的目的（例如。，哈特里·福克,后Hartree-Fock或密度泛函理论，请参阅计算化学更多详细信息）。因此，对量子力学对于大多数化学来说并不是主要必要的，因为该理论的重要含义（主要是单电子近似)可以用更简单的术语来理解和应用。

在量子力学（计算化学和量子化学的几个应用）中哈密顿量粒子的物理状态可以表示为两个操作符的和，其中一个对应于动能另一个去势能.无粒子的哈密顿量电荷而且没有旋转由描述薛定谔波动方程指不受力的粒子。

氢原子薛定谔方程的解给出了波函数的形式原子轨道以及1s、2s、2p和3s轨道的相对能量。轨道近似可以扩展到理解其他原子，例如。氦,锂和碳.

化学定律

化学中最基本的概念是质量守恒定律，它表明在普通化学反应期间，物质的数量没有可检测到的变化。现代物理学表明它实际上是能量这是守恒的，质量只是几种能量形式之一，这一概念在核化学.能量守恒引出了以下重要概念平衡,热力学和动力学。

进一步的化学定律阐述了质量守恒定律。约瑟夫·普鲁斯特（Joseph Proust）的确定成分定律说，纯化学物质是由确定配方中的元素组成的；我们现在知道，这些元素的结构安排也很重要。

道尔顿的 多重比例定律他说，这些化学物质将以小整数的比例出现（即水中1:2O:H），尽管在许多系统（尤其是生物大分子和矿物）中，这些比例往往需要大量数字，并且通常表示为分数。这些化合物被称为非化学计量化合物。

词源学

主要条款：炼金术词源

这个词化学来自早期对炼金术的研究，来自古老的法国人演讲；和阿拉伯语泡菜：“转变的艺术。”一位炼金术士在流行语中被称为“化学家”，后来又加上后缀“-ry”，将化学家的艺术描述为“化学”。

炼金术反过来被认为可能来自希腊人单词化学分析法（χημεα）表示“一起铸造”、“一起浇注”、“焊接”、“合金”等（来自库马托斯，“倒出的东西，一块锭”），或来自科普特语对埃及的称呼好的，我或者从波斯人 基米亚语意思是“黄金”。