化學(xué)概況
1、化學(xué)的定義
化學(xué)是一門研究物質(zhì)的性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)、變化，以及物質(zhì)間相互作用關(guān)系的科學(xué)。“化學(xué)”一詞，若單從字面解釋就是“變化的科學(xué)”之意。化學(xué)如同物理皆為自然科學(xué)之基礎(chǔ)科學(xué)。很多人稱化學(xué)為“中心科學(xué)”(Central science)，因?yàn)榛瘜W(xué)為部分科學(xué)學(xué)門的核心，例如材料科學(xué)、納米科技、生物化學(xué)。
化學(xué)研究的對(duì)象涉及物質(zhì)之間的相互關(guān)系，或物質(zhì)和能量之間的關(guān)聯(lián)。傳統(tǒng)的化學(xué)常常都是關(guān)于兩種物質(zhì)接觸、變化，即“化學(xué)反應(yīng)”，又或者是一種物質(zhì)變成另一種物質(zhì)的過程。這些變化有時(shí)會(huì)需要使用電磁波，當(dāng)中電磁波負(fù)責(zé)激發(fā)化學(xué)作用。不過有時(shí)化學(xué)都不一定要關(guān)于物質(zhì)之間的反應(yīng)。光譜學(xué)研究物質(zhì)與光之間的關(guān)系，而這些關(guān)系并不涉及化學(xué)反應(yīng)。
研究化學(xué)的學(xué)者稱為化學(xué)家。在化學(xué)家的概念中一切物質(zhì)都是由原子或比原子更細(xì)小的物質(zhì)組成，如電子，中子和質(zhì)子。一堆原子結(jié)合以后可以成為各種其他物質(zhì)，例如分子、離子或者晶體。
當(dāng)代的化學(xué)已發(fā)展出許多不同的學(xué)門，通常每一位化學(xué)家只專精于其中一、兩門。在中學(xué)課程中的化學(xué)，化學(xué)家稱為“普通化學(xué)”(General Chemistry)。普通化學(xué)是化學(xué)的導(dǎo)論。普通化學(xué)課程提供初學(xué)者入門簡(jiǎn)單的概念，相較于專業(yè)學(xué)門領(lǐng)域而言，并不甚深入和精確，但普通化學(xué)提供化學(xué)家直觀、圖像化的思維方式。即使是專業(yè)化學(xué)家，仍用這些簡(jiǎn)單概念來解釋和思考一些復(fù)雜的知識(shí)。
2、名稱及由來
“化學(xué)”一詞最早出現(xiàn)在1857年墨海書館出版的期刊《六合叢談》。偉烈亞力提及王韜在其日記中記載了從戴德生處聽聞的“化學(xué)”一詞。[1][2]
一般公認(rèn)中文中的“化學(xué)”一詞是徐壽翻譯英國(guó)人的書《化學(xué)鑒原》一書時(shí)發(fā)明的。
“化學(xué)”一詞被介紹到日本，取代了原先日語(yǔ)中的譯法“舍密”[3]。
英語(yǔ)中的“化學(xué)”(chemistry)一字的語(yǔ)源有多種說法。一種說法認(rèn)為是由“煉金術(shù)”(alchemy)得名的。英語(yǔ)中"alchemy"一詞源于古法語(yǔ)的"alkemie"和阿拉伯語(yǔ)的"al-kimia"，意為“形態(tài)變化的學(xué)問”(the art of transformation)。阿拉伯語(yǔ)中的"kimia"一字則源于希臘語(yǔ)。
亦有另一種說法認(rèn)為英語(yǔ)中的"chemistry"一字源自埃及語(yǔ)中的"kēme"一字，意思是“土”(earth)。 另?yè)?jù)小道消息，英語(yǔ)中的chemi-這個(gè)詞根來源于漢語(yǔ)閩南話“金液”的發(fā)音kim-i。
3、歷史
門捷列夫像
人類早期對(duì)火的認(rèn)識(shí)
最早的化學(xué)要算是人類對(duì)火的研究。對(duì)于當(dāng)時(shí)的人來說，火可以將一種物體變成另一種物體，所以成為了當(dāng)時(shí)人最有興趣研究的現(xiàn)象。如果沒有火，人類不會(huì)發(fā)現(xiàn)到鐵和玻璃的制造方法。
煉金術(shù)
人類發(fā)現(xiàn)了黃金這種貴重的金屬之后，很多人轉(zhuǎn)而研究怎樣把其他物質(zhì)變成黃金。公元前300年至1500年，煉金術(shù)士皆研究如何將一些便宜的金屬轉(zhuǎn)化成黃金，因此累積了金屬的提取和處理有關(guān)的觀察和技術(shù)。有些煉金術(shù)士主要的工作是制造藥物，中國(guó)當(dāng)時(shí)亦有所謂煉丹術(shù)。2000年前，人類己廣泛使用金、銀、汞、銅、鐵和青銅。當(dāng)時(shí)的人類文明，對(duì)于陶瓷、染色、釀造、造紙、火藥等在工藝方面已有一定成就，在技術(shù)經(jīng)驗(yàn)上，對(duì)物質(zhì)變化的理解已有一定觀察和文獻(xiàn)累積。
早期化學(xué)
早期化學(xué)家收集了很多不同物質(zhì)的資料。在17世紀(jì)以前，化學(xué)成就并不大，之后，多位化學(xué)家紛紛成名，其中之一是 羅伯特·波義耳，他被尊崇為“化學(xué)之父”。到了1750年，化學(xué)己與現(xiàn)在所熟知的甚為相似。1773年，拉瓦錫提出了質(zhì)量守恒定律。接著一些化學(xué)家相繼發(fā)現(xiàn)了各種化學(xué)元素，為后來門捷列夫建立的元素周期表奠定了基礎(chǔ)。1901年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)成立，確認(rèn)了化學(xué)對(duì)人類的貢獻(xiàn)。
近代化學(xué)
近代化學(xué)始于20世紀(jì)初期蓬勃發(fā)展的量子力學(xué)。萊納斯·鮑林引進(jìn)量子力學(xué)解釋化學(xué)鍵的本質(zhì)，得以用波函數(shù)的線性疊加來描述。質(zhì)子、中子和電子的發(fā)現(xiàn)，使化學(xué)真正由原子尺度來理解化學(xué)反應(yīng)。量子力學(xué)和電子學(xué)的發(fā)展，使得許多新型儀器得以開發(fā)，來探索和分析化合物的結(jié)構(gòu)和成分，如原子和分子光譜儀、X射線、核磁共振和質(zhì)譜儀等。
4、當(dāng)代化學(xué)
當(dāng)代化學(xué)大致分為四大學(xué)門，各學(xué)門又有許多延伸的子學(xué)門和應(yīng)用化學(xué)領(lǐng)域。
四大學(xué)門主要為：
物理化學(xué)是從物理角度分析化學(xué)原理的化學(xué)學(xué)門，可謂近代化學(xué)的原理根基。物理化學(xué)家關(guān)注于分子如何形成結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)變化、分子光譜的根本原理，以及平衡態(tài)等根本問題，涉及的物理包涵熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、量子化學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)等重要物理領(lǐng)域。物理化學(xué)和化學(xué)物理兩者差異不大，端看研究者所關(guān)注或偏向的層面而定。大體而言，物理化學(xué)為四大學(xué)門中最講求數(shù)值精確以及理論架構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)門。諾貝爾獎(jiǎng)得主李遠(yuǎn)哲先生之研究領(lǐng)域化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)即屬物理化學(xué)。
分析化學(xué)開發(fā)分析物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)的方法，使化學(xué)成分得以定性和定量，化學(xué)結(jié)構(gòu)得以確定。分析化學(xué)是化學(xué)家最基礎(chǔ)的訓(xùn)練之一。化學(xué)家在實(shí)驗(yàn)技術(shù)和基礎(chǔ)知識(shí)上的訓(xùn)練，皆得力于分析化學(xué)。當(dāng)代分析化學(xué)著重儀器分析，常用的分析儀器有幾大類，包括原子與分子光譜儀，電化學(xué)分析儀器，核磁共振，X光，以及質(zhì)譜儀。
有機(jī)化學(xué)研究碳，氫，氧，氮，硫等元素組成的化合物的化學(xué)學(xué)門。有機(jī)化學(xué)主要研究有機(jī)化合物的合成途徑和方法，機(jī)構(gòu)和物理性質(zhì)。由于有機(jī)化學(xué)高度的應(yīng)用性和悠久的發(fā)展歷史，通常被普羅大眾視為當(dāng)代化學(xué)的代名詞。有機(jī)合成和新反應(yīng)途徑的開發(fā)，對(duì)于藥物，天然物，生物和材料高分子的開發(fā)，都是極為重要的一環(huán)，對(duì)于化學(xué)工業(yè)有極大的影響。
無(wú)機(jī)化學(xué)有機(jī)化合物以外元素的化學(xué)領(lǐng)域，研究化合物的合成途徑和方法，機(jī)構(gòu)和物理性質(zhì)，最常見的分子體系為金屬錯(cuò)合物。有機(jī)和無(wú)機(jī)化學(xué)領(lǐng)域常有交疊，甚至有密不可分的趨勢(shì)。有機(jī)金屬化學(xué)就是一門結(jié)合有機(jī)和無(wú)機(jī)領(lǐng)域的化學(xué)。
其他延展和應(yīng)用的學(xué)門：
理論化學(xué)從物理的理論去解釋各種化學(xué)現(xiàn)象的學(xué)門。
計(jì)算化學(xué)由于分子體系的復(fù)雜性，分子的反應(yīng)，動(dòng)態(tài)，結(jié)構(gòu)，經(jīng)常是無(wú)法完全以量子力學(xué)做計(jì)算的。因此計(jì)算化學(xué)提供各種簡(jiǎn)約的計(jì)算方法，來預(yù)測(cè)并輔助實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推斷。實(shí)用性上已有諾貝爾獎(jiǎng)的肯定，如1998年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的密度泛函方法。
生物化學(xué)生物化學(xué)是研究生物體內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)和相互作用的學(xué)科，被應(yīng)用于研究細(xì)胞中各組分（例如蛋白質(zhì)，碳水化合物，脂類，核酸以及其他生物分子）的結(jié)構(gòu)和功能。 生物化學(xué)被廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)各項(xiàng)化學(xué)性質(zhì)的研究，特別是應(yīng)用于酶促反應(yīng)的研究。
熱化學(xué)是以熱力學(xué)的觀點(diǎn)來研究化學(xué)的，以焓、熵等狀態(tài)函數(shù)來描述和預(yù)言化學(xué)物質(zhì)穩(wěn)定性和化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的結(jié)果。
電化學(xué)是研究各種因?yàn)殡娏ν苿?dòng)而發(fā)生的化學(xué)作用或者會(huì)在運(yùn)作途中產(chǎn)生電力的化學(xué)作用的科學(xué)學(xué)門。生活中常見的各種電池就是電化學(xué)的研究成果。
光化學(xué)研究各種化學(xué)物質(zhì)，受到各種頻率光線照射之后的化學(xué)反應(yīng)變化。
藥物化學(xué)研究化學(xué)物質(zhì)怎樣用于藥物中，從而改變藥物的功效，做出醫(yī)病的作用。它其實(shí)是幾個(gè)化學(xué)門派，包括有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、物理化學(xué)，及幾個(gè)不屬于化學(xué)的科學(xué)學(xué)門，包括藥理學(xué)、分子生物學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的結(jié)合。
量子化學(xué)用量子力學(xué)及其他純理論手段解釋各種化學(xué)現(xiàn)象。
核子化學(xué)研究不同的次原子粒子怎樣走在一起，形成一個(gè)原子核，及研究一個(gè)原子核中的物質(zhì)如何變化。
放射化學(xué)是化學(xué)的一個(gè)分支，旨在研究那些參與化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)屬于或帶有放射性同位素的化學(xué)反應(yīng)的一門學(xué)科。例如，采用碘的放射性同位素 125I 標(biāo)記各種蛋白質(zhì)或激素，以便利用放射免疫分析技術(shù)，檢測(cè)血清標(biāo)本之中相應(yīng)物質(zhì)的濃度。
天文化學(xué)研究外太空的化學(xué)物質(zhì)，分析它們的成分、結(jié)構(gòu)與地球上的物質(zhì)有什么不同。
大氣化學(xué)是一種對(duì)地球大氣層及其他星球的大氣層的研究。大氣化學(xué)都會(huì)研究環(huán)境變化途中發(fā)生過什么化學(xué)反應(yīng)，是大氣科學(xué)的一個(gè)重要分支學(xué)科。
環(huán)境化學(xué)從化學(xué)角度研究自然環(huán)境中生物的變化。
綠色化學(xué)研究怎樣從化學(xué)角度減低污染。
資訊化學(xué)用電腦去解決化學(xué)上的問題。
地球化學(xué)研究地殼中各種物質(zhì)的化學(xué)特性，解釋它們的構(gòu)造。
石油化學(xué)從化學(xué)角度研究石油及天然氣的特性及煉油技術(shù)。
高分子化學(xué)研究比較大的分子，即是高分子，例如發(fā)泡膠怎樣造出來和有些什么特性。高分子化學(xué)亦會(huì)研究怎樣令很多分子結(jié)合為一粒高分子。
超分子化學(xué)研究共價(jià)鍵以外各種化學(xué)鍵，例如氫鍵、范德華力 、疏水效應(yīng)的運(yùn)作。
5、基本概念
命名法
在化學(xué)中，命名法是指將各種化學(xué)品命名的方法。對(duì)不同類別的化學(xué)品，化學(xué)命名法也有不同。例如，有機(jī)化合物遵循有機(jī)化學(xué)命名法，無(wú)機(jī)化合物遵循無(wú)機(jī)化學(xué)命名法，而最常見的化合物——二元化合物的俗名也有一套習(xí)慣，參見二元化合物。
原子
一粒原子是由原子核及外圍帶負(fù)電荷的電子組成的粒子，一般而言是化學(xué)研究的最小尺度范疇。原子核由質(zhì)子和中子組成。電子帶負(fù)電荷，質(zhì)子帶正電荷，個(gè)數(shù)相同使得電荷平衡，令整個(gè)原子呈中性。
元素
一種元素即是所有原子核內(nèi)有一樣多的質(zhì)子的原子的統(tǒng)稱，例如氫這種元素中所有原子都是只有一粒質(zhì)子。這個(gè)概念換過來說亦可：所有原子核中有六粒質(zhì)子的原子都是碳，所有原子核中有九十二粒質(zhì)子的都是鈾。元素亦有另一定義，就是所有不可以用化學(xué)方法分解的物質(zhì)都是元素。
在這么多種列舉元素的方法中，最常用和最方便的莫過于元素周期表。周期表根據(jù)原子序數(shù)來排列原子，而原子序數(shù)就是一粒原子中質(zhì)子的數(shù)量。因?yàn)檫@個(gè)奇怪的排列，排在一起的元素，無(wú)論是同一個(gè)直行、同一個(gè)橫行還是純粹在附近，都有一些大致上固定的關(guān)系。
同一種元素可能有很多個(gè)不同的同位素。它們除了重量有些分別，或者有的因?yàn)樘唷⑻僦凶佣鴮?dǎo)致原子核不穏定之外其他東西大致一樣。
化合物
化合物是一些以不同元素用固定比例結(jié)合而成的物質(zhì)。成份的比例決定了它的化學(xué)特性。例如水是用氫同氧以二比一組合而成，結(jié)果它三個(gè)原子之間就造了一個(gè)104.5度的角度出來。不同化合物及元素之間的變化稱為化學(xué)反應(yīng)。
分子
一個(gè)分子是化合物的最根本組織，不用化學(xué)方法是拆不開的。大部分分子都是由兩個(gè)或以上原子組成，但是都有些特例，例如氦氣分子，只有一個(gè)原子。這些原子，如果多于一個(gè)，是由化學(xué)鍵結(jié)合。
離子
離子是帶電荷的物質(zhì)，可以由原子或分子失去或得到電子形成。正離子（例如鈉離子Na+）和負(fù)離子（例如氯離子Cl？）結(jié)合可以成為電荷中性的鹽（例如食鹽NaCl）。有些離子是由幾個(gè)原子組成，而它們進(jìn)行化學(xué)作用的時(shí)候又不會(huì)分離，例如磷酸根離子(PO43？)、銨離子(NH4+)。氣相的離子通常被稱為等離子體。
化學(xué)品
化學(xué)品泛指一切有確實(shí)化學(xué)構(gòu)造及化學(xué)成份的物質(zhì)，所以又稱化學(xué)物質(zhì)。它們可以是元素、化合物或混合物。日常生活中，我們會(huì)遇到的東西多數(shù)都是混合物，例如合金。
化學(xué)鍵
化學(xué)鍵是指組成分子或材料的粒子之間互相作用的力量，其中粒子可以是原子、離子或是分子。化學(xué)鍵的物理本質(zhì)來自于原子和原子之間電子的電力，量子力學(xué)上意指原子間電子的波函數(shù)線性疊加。化學(xué)鍵是化學(xué)最重要的概念之一，物理理論本質(zhì)由萊納斯·鮑林建立。化學(xué)家為能簡(jiǎn)潔表述化學(xué)鍵并規(guī)避量子力學(xué)的復(fù)雜性，將化學(xué)鍵分類為共價(jià)鍵、離子鍵和金屬鍵，較弱的鍵結(jié)如氫鍵等。無(wú)論分類為何，其物理本質(zhì)都是相同的。
分子間力
分子間力是不同分子之間的作用力，主要有氫鍵，范德華力，親水作用／疏水作用等，這種作用力比化學(xué)鍵弱，容易打開或重新組合，但是是形成分子空間排列和架構(gòu)的重要作用力，是現(xiàn)代化學(xué)的重要研究方向之一。
物理特性
物質(zhì)有時(shí)會(huì)是液體，有時(shí)會(huì)是固體，有時(shí)會(huì)是氣體，這些叫作物質(zhì)的相態(tài)。一件物質(zhì)是否軟、透不透光、透光的話它的折射率是多少，這些都是一件物質(zhì)的物理特性。總而言之，物理特性即是一種物質(zhì)不靠化學(xué)作用都可以斷定到的特性。
化學(xué)反應(yīng)
化學(xué)反應(yīng)是一種物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N物質(zhì)的過程，涉及分子中元素的交換和化學(xué)鍵的轉(zhuǎn)移、形成或消失。化學(xué)反應(yīng)形成的改變既可令很多獨(dú)立的分子結(jié)合，也可將一個(gè)較大型的分子拆開成為很多獨(dú)立的小分子，甚至是同一分子內(nèi)有原子移動(dòng)，即使原子的數(shù)量沒有改變，但仍會(huì)構(gòu)成化學(xué)反應(yīng)。
定律
化學(xué)反應(yīng)的守恒必須符合物理守恒定律，反應(yīng)前后應(yīng)符合：
質(zhì)量守恒定律：一個(gè)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，物質(zhì)的總質(zhì)量不會(huì)有任何變化。
能量守恒定律：化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的能量總和不變，只是能量形式依照反應(yīng)模式而變化。
電荷守恒定律：化學(xué)反應(yīng)前后的電荷數(shù)應(yīng)守恒。
注釋及參考資料
[1]參看《朗文化學(xué)詞典》，香港：朗文出版社出版，1997年
[2]有關(guān)“化學(xué)”一詞的譯名來源亦可參看譯名“化學(xué)”的誕生
[3]注釋：“舍密”一字是音譯自荷蘭語(yǔ)中的"chemie"一字的
參考文獻(xiàn)
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（引自：維基百科網(wǎng)）
