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化学

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化学是研究物质组成结构以及属性,和它们在化学反应当中变化的科学
在化学反应当中,连接原子的键断裂并重新形成,形成了具有不同性状的物质。在一个巨热的炼钢炉当中,氧化铁即一种化合物和一氧化碳形成了铁(一种化学元素)和另外一种化合物:二氧化碳。
香港科技大学生物化学学院实验室中的工作台

化学拉丁语Chemia希腊语Χημεία,德语:Chemie英语:Chemistry,法语:Chimie,西班牙语:Química)是一门研究物质的性质、组成、结构、变化,以及物质变化规律的科学。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[1],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。

“化学”一词,若单从字面解释就是“变化的科学”之意。化学主要研究的是化学物质[2]互相作用的科学. 化学如同物理皆为自然科学基础科学。很多人称化学为“中心科学英语The central science”,因为化学为部分科学学门的核心,如材料科学纳米科技生物化学等。

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,如电子中子质子[3]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

化学亦经常被称之为“中心科学”,因为其连接物理概念及其他科学,如生物学。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(德语:Allgemeine Chemie英语:General Chemistry,法语:Chimie Générale)。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。

辞源

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”,意思是“”(earth)。

中国,“化学”一词最早出现在1857年墨海书馆出版的期刊《六合丛谈[4]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[5][6]。一般认为中文中的“化学”一词是徐寿翻译英国人的书《化学鉴原》一书时发明的。

“化学”一词被介绍到日本,取代了原先日语中的译法“舍密”[7][4]

历史

人类早期对火的认识

最早的化学要算是人类对的研究。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,人类不会发现到玻璃的制造方法。

炼金术

人类发现了黄金这种贵重的金属之后,很多人转移研究怎样把其他物质变成黄金。公元前300年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,人类已广泛使用青铜。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,其中较有成就者如:罗伯特·波义耳。到了1750年,化学仍有几分神秘色彩,并为不正确的理论支配着。直到1773年拉瓦锡提出了质量守恒定律,并以氧化还原反应解释燃烧现象,推翻了盛行于中世纪的燃素说,才开启了现代化学之路他因此被尊崇为“化学之父”。接着道尔顿整合当时的化学知识并以自身的实验所得提出了划时代的原子说,此后,一些化学家相继发现了各种化学元素,后来门捷列夫建立了元素周期表另化学视界更臻完备。1901年,化学家诺贝尔以其遗产成立了诺贝尔化学奖表扬对化学,对人类有贡献者。

现代化学

现代化学始于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,得以用波函数线性叠加来描述。质子中子电子的发现,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,如原子分子光谱仪X射线核磁共振质谱仪等。

当代化学

移液器,一种生化常用的实验仪器
正在做实验的人

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:

其他延展和应用的学门: