化学

化学 （正體）

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化学是一门研究物质的性质、组成、结构、变化，以及物质间相互作用关系的科学。“化学”一词，若单从字面解释就是“变化的科学”之意。化学如同物理皆为自然科学之基础科学。很多人称化学为“中心科学”(Central science)，因为化学为部分科学学门的核心，例如材料科学、纳米科技、生物化学。

化学研究的对象涉及物质之间的相互关系，或物质和能量之间的关联。传统的化学常常都是关于两种物质接触、变化，即“化学反应”，又或者是一种物质变成另一种物质的过程。这些变化有时会需要使用电磁波，当中电磁波负责激发化学作用。不过有时化学都不一定要关于物质之间的反应。光谱学研究物质与光之间的关系，而这些关系并不涉及化学反应。

研究化学的学者称为化学家。在化学家的概念中一切物质都是由原子或比原子更细小的物质组成，如电子，中子和质子。一堆原子结合以后可以成为各种其他物质，例如分子、离子或者晶体。

当代的化学已发展出许多不同的学门，通常每一位化学家只专精于其中一、两门。在中学课程中的化学，化学家称为“普通化学”(General Chemistry)。普通化学是化学的导论。普通化学课程提供初学者入门简单的概念，相较于专业学门领域而言，并不甚深入和精确，但普通化学提供化学家直观、图像化的思维方式。即使是专业化学家，仍用这些简单概念来解释和思考一些复杂的知识。

目录 1 名称及来历 2 历史 2.1 人类早期对火的认识 2.2 炼金术 2.3 早期化学 2.4 近代化学 3 当代化学 4 基本概念 4.1 命名法 4.2 原子 4.3 元素 4.4 化合物 4.5 分子 4.6 离子 4.7 化学品 4.8 化学键 4.9 分子间力 4.10 物理特性 4.11 化学反应 4.12 定律 5 学科分类 6 参看 7 注释及参考资料 7.1 参考文献 8 外部链接

名称及来历

“化学”一词最早出现在1857年墨海书馆出版的期刊《六合丛谈》。伟烈亚力提及王韬在其日记中记载了从戴德生处听闻的“化学”一词。^[1][2]

“化学”一词被介绍到日本，取代了原先日语中的译法“舍密”^[3]。

英语中的“化学”(chemistry)一字的语源有多种说法。一种说法认为是由“炼金术”(alchemy)得名的。英语中"alchemy"一词源于古法语的"alkemie"和阿拉伯语的"al-kimia"，意为“形态变化的学问”(the art of transformation)。阿拉伯语中的"kimia"一字则源于希腊语。

亦有另一种说法认为英语中的"chemistry"一字源自埃及语中的"kēme"一字，意思是“土”(earth)。

历史

人类早期对火的认识

最早的化学要算是人类对火的研究。对于当时的人来说，火可以将一种物体变成另一种物体，所以成为了当时人最有兴趣研究的现象。如果没有火，人类不会发现到铁和玻璃的制造方法。

炼金术

主条目：炼金术

人类发现了黄金这种贵重的金属之后，很多人转而研究怎样把其他物质变成黄金。公元前300年至1500年，炼金术士皆研究如何将一些便宜的金属转化成黄金，因此累积了金属的提取和处理有关的观察和技术。有些炼金术士主要的工作是制造药物，中国当时亦有所谓炼丹术。2000年前，人类己广泛使用金、银、汞、铜、铁和青铜。当时的人类文明，对于陶瓷、染色、酿造、造纸、火药等在工艺方面已有一定成就，在技术经验上，对物质变化的理解已有一定观察和文献累积。

早期化学

早期化学家收集了很多不同物质的资料。在17世纪以前，化学成就并不大，之后，多位化学家纷纷成名，其中之一是 罗伯特·波义耳(Robaird Ó Bhaoill)，他被尊崇为“化学之父”。到了1750年，化学己与现在所熟知的甚为相似。1773年，拉瓦锡(Antoine Lavoisier)提出了质量守恒定律。接着一些化学家相继发现了各种化学元素，为后来门捷列夫(Дми́трий Ива́нович Менделе́ев)建立的元素周期表奠定了基础。1901年，诺贝尔化学奖成立，确认了化学对人类的贡献。

近代化学

近代化学始于20世纪初期蓬勃发展的量子力学。莱纳斯·鲍林引进量子力学解释化学键的本质，得以用波函数的线性叠加来描述。质子、中子和电子的发现，使化学真正由原子尺度来理解化学反应。量子力学和电子学的发展，使得许多新型仪器得以开发，来探索和分析化合物的结构和成分，如原子和分子光谱仪、X射线、核磁共振和质谱仪等。

当代化学

当代化学大致分为四大学门，各学门又有许多延伸的子学门和应用化学领域。

四大学门主要为：

• 物理化学是从物理角度分析化学原理的化学学门，可谓近代化学的原理根基。物理化学家关注于分子如何形成结构、动态变化、分子光谱的根本原理，以及平衡态等根本问题，涉及的物理包涵热力学、动力学、量子化学、统计力学等重要物理领域。物理化学和化学物理两者差异不大，端看研究者所关注或偏向的层面而定。大体而言，物理化学为四大学门中最讲求数值精确以及理论架构严谨的学门。诺贝尔奖得主李远哲先生之研究领域化学反应动力学即属物理化学。
• 分析化学开发分析物质成分、结构的方法，使化学成分得以定性和定量，化学结构得以确定。分析化学是化学家最基础的训练之一。化学家在实验技术和基础知识上的训练，皆得力于分析化学。当代分析化学着重仪器分析，常用的分析仪器有几大类，包括原子与分子光谱仪，电化学分析仪器，核磁共振，X光，以及质谱仪。
• 有机化学研究碳，氢，氧，氮，硫等元素组成的化合物的化学学门。有机化学主要研究有机化合物的合成途径和方法，机构和物理性质。由于有机化学高度的应用性和悠久的发展历史，通常被普罗大众视为当代化学的代名词。有机合成和新反应途径的开发，对于药物，天然物，生物和材料高分子的开发，都是极为重要的一环，对于化学工业有极大的影响。
• 无机化学有机化合物以外元素的化学领域，研究化合物的合成途径和方法，机构和物理性质，最常见的分子体系为金属错合物。有机和无机化学领域常有交叠，甚至有密不可分的趋势。有机金属化学就是一门结合有机和无机领域的化学。

其他延展和应用的学门：

• 理论化学从物理的理论去解释各种化学现象的学门。
• 计算化学由于分子体系的复杂性，分子的反应，动态，结构，经常是无法完全以量子力学做计算的。因此计算化学提供各种简约的计算方法，来预测并辅助实验结果的推断。实用性上已有诺贝尔奖的肯定，如1998年获诺贝尔化学奖的密度泛函方法。
• 生物化学生物化学是研究生物体内发生的化学反应和相互作用的学科，被应用于研究细胞中各组分（例如蛋白质，碳水化合物，脂类，核酸以及其他生物分子）的结构和功能。 生物化学被广泛应用于蛋白质各项化学性质的研究，特别是应用于酶促反应的研究。
• 电化学是研究各种因为电力推动而发生的化学作用或者会在运作途中产生电力的化学作用的科学学门。生活中常见的各种电池就是电化学的研究成果。
• 光化学研究各种化学物质，受到各种频率光线照射之后的化学反应变化。
• 药物化学研究化学物质怎样用于药物中，从而改变药物的功效，做出医病的作用。它其实是几个化学门派，包括有机化学、生物化学、物理化学，及几个不属于化学的科学学门，包括药理学、分子生物学和统计学的结合。
• 量子化学用量子力学及其他纯理论手段解释各种化学现象。
• 核子化学研究不同的次原子粒子怎样走在一起，形成一个原子核，及研究一个原子核中的物质如何变化。
• 天文化学研究外太空的化学物质，分析它们的成分、结构与地球上的物质有什么不同。
• 大气化学是一种对地球大气层及其他星球的大气层的研究。大气化学都会研究环境变化途中发生过什么化学反应，是大气科学的一个重要分支学科。
• 环境化学从化学角度研究自然环境中生物的变化。
• 绿色化学研究怎样从化学角度减低污染。
• 资讯化学用电脑去解决化学上的问题。
• 地球化学研究地壳中各种物质的化学特性，解释它们的构造。
• 石油化学从化学角度研究石油及天然气的特性及炼油技术。
• 高分子化学研究比较大的分子，即是高分子，例如发泡胶怎样造出来和有些什么特性。高分子化学亦会研究怎样令很多分子结合为一粒高分子。
• 超分子化学研究共价键以外各种化学键，例如氢键、范德华力 、疏水效应的运作。

基本概念

命名法

在化学中，命名法是指将各种化学品命名的方法。对不同类别的化学品，化学命名法也有不同。例如，有机化合物遵循有机化学命名法，无机化合物遵循无机化学命名法，而最常见的化合物——二元化合物的俗名也有一套习惯，参见二元化合物。

原子

主条目：原子

一粒原子是由原子核及外围带负电荷的电子组成的粒子，一般而言是化学研究的最小尺度范畴。原子核由质子和中子组成。电子带负电荷，质子带正电荷，个数相同使得电荷平衡，令整个原子呈中性。

元素

主条目：元素

一种元素即是所有原子核内有一样多的质子的原子的统称，例如氢这种元素中所有原子都是只有一粒质子。这个概念换过来说亦可：所有原子核中有六粒质子的原子都是碳，所有原子核中有九十二粒质子的都是铀。元素亦有另一定义，就是所有不可以用化学方法分解的物质都是元素。

在这么多种列举元素的方法中，最常用和最方便的莫过于元素周期表。周期表根据原子序数来排列原子，而原子序数就是一粒原子中质子的数量。因为这个奇怪的排列，排在一起的元素，无论是同一个直行、同一个横行还是纯粹在附近，都有一些大致上固定的关系。

同一种元素可能有很多个不同的同位素。它们除了重量有些分别，或者有的因为太多、太少中子而导致原子核不穏定之外其他东西大致一样。

化合物

主条目：化合物

化合物是一些以不同元素用固定比例结合而成的物质。成份的比例决定了它的化学特性。例如水是用氢同氧以二比一组合而成，结果它三个原子之间就造了一个104.5度的角度出来。不同化合物及元素之间的变化称为化学反应。

分子

主条目：分子

一个分子是化合物的最根本组织，不用化学方法是拆不开的。大部分分子都是由两个或以上原子组成，但是都有些特例，例如氦气分子，只有一个原子。这些原子，如果多于一个，是由化学键结合。

离子

主条目：离子

离子是带电荷的物质，可以由原子或分子失去或得到电子形成。正离子（例如钠离子Na⁺）和负离子（例如氯离子Cl^-）结合可以成为电荷中性的盐（例如食盐NaCl）。有些离子是由几个原子组成，而它们进行化学作用的时候又不会分离，例如磷酸根离子(PO₄^3-)、铵离子(NH₄⁺)。气相的离子通常被称为等离子体。

化学品

化学品泛指一切有确实化学构造及化学成份的物质，所以又称化学物质。它们可以是元素、化合物或混合物。日常生活中，我们会遇到的东西多数都是混合物，例如合金。

化学键

主条目：化学键

化学键是指组成分子或材料的粒子之间互相作用的力量，其中粒子可以是原子、离子或是分子。化学键的物理本质来自于原子和原子之间电子的电力，量子力学上意指原子间电子的波函数线性叠加。化学键是化学最重要的概念之一，物理理论本质由莱纳斯·鲍林建立。化学家为能简洁表述化学键并规避量子力学的复杂性，将化学键分类为共价键、离子键和金属键，较弱的键结如氢键等。无论分类为何，其物理本质都是相同的。

分子间力

分子间力是不同分子之间的作用力，主要有氢键，范德华力，亲水作用／疏水作用等，这种作用力比化学键弱，容易打开或重新组合，但是是形成分子空间排列和架构的重要作用力，是现代化学的重要研究方向之一。

物理特性

物质有时会是液体，有时会是固体，有时会是气体，这些叫作物质的相态。一件物质是否软、透不透光、透光的话它的折射率是多少，这些都是一件物质的物理特性。总而言之，物理特性即是一种物质不靠化学作用都可以断定到的特性。

化学反应

主条目：化学反应

化学反应是一种物质转变为另一种物质的过程，涉及分子中元素的交换和化学键的转移、形成或消失。化学反应形成的改变既可令很多独立的分子结合，也可将一个较大型的分子拆开成为很多独立的小分子，甚至是同一分子内有原子移动，即使原子的数量没有改变，但仍会构成化学反应。

定律

化学反应的守恒必须符合物理守恒定律，反应前后应符合：

• 质量守恒定律：一个化学反应发生，物质的总质量不会有任何变化。
• 能量守恒定律：化学反应所产生的能量总和不变，只是能量形式依照反应模式而变化。
• 电荷守恒定律：化学反应前后的电荷数应守恒。

学科分类

参看

• 诺贝尔化学奖
• 元素列表
• 化学工业
• 化学品列表
• 化学术语列表
• 元素周期表
• 化学家
• 同位素列表
• 化学基本主题列表

注释及参考资料

参考文献

外部链接

从维基姊妹计划搜索更多有关“化学”的内容：
	维基词典上的字词解释
	维基教科书上的教科书和手册
	维基语录上的名言
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• Sciscape ——化学新闻

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