Kemija je grana fizikalne znanosti koja proučava sastav, struktura, svojstva i promjene tvari . [1] [2] Kemija uključuje teme kao što su svojstva pojedinih atoma , kako se atomi tvore kemijske veze za stvaranje kemijskih spojeva , interakcije tvari kroz intermolekularnim silama koje daju obzira njegove opće osobine i interakcija između tvari kroz kemijske reakcije u obliku različitih tvari.
Kemija se ponekad naziva centralni znanost jer premošćuje druge prirodne znanosti , uključujući fiziku , geologiju i biologiju . [3] [4] Za razlikama između kemije i fizike vidjeti usporedbu kemije i fizike . [5]
Znanstvenici se ne slažu o etimologiji kemije riječi . Povijest kemije može se pratiti do alkemije , koja je prakticira već nekoliko tisućljeća u raznim dijelovima svijeta.Riječ kemija dolazi od riječi alkemije koja je ranije niz praksi koje su obuhvaćena elemente kemije, metalurgije, filozofije, astrologije, astronomije, misticizma i medicine. To se često doživljava kao povezane s potragom pretvoriti olovo ili neki drugi zajednički polazni materijal u zlato. [6] Alkemija, koja se prakticira oko 330, je proučavanje sastava voda, kretanja, rast, koji predstavljaju, disembodying, crtež rakija od tijela i lijepljenje duhova unutar tijela ( Zosimos ). [7] alkemičar je naziva " kemičar " u narodnim jezikom, a kasnije i sufiks "-ry" je upisan u to opisati umjetnost kemičara kao "kemija ".
Riječ alkemija se opet izvodi iz arapski riječ al-kīmīā (الکیمیاء). U porijekla, izraz je posuđen iz grčkog χημία ili χημεία. [8] [9] To može imati egipatskog porijekla, jer je al-kīmīā je izvedeno iz grčkog χημία, koji je opet izveden iz riječi kemijskih ili Kimi, koji je drevni naziv Egipta u Egipćanina . [8] Alternativno, al-kīmīā može potjecati od χημεία, što znači "baciti zajedno". [10]
Definicija
U retrospektivi, definicija kemije promijenio tijekom vremena, kao nova otkrića i teorije dodati funkcionalnost znanosti. Pojam "chymistry", u pogledu istaknuo znanstvenik Robert Boyle u 1661., značilo temu materijalnih načela mješovitih tijela. [11] U 1663. kemičar Christopher Glaser opisao "chymistry" kao znanstvena umjetnosti, kojom se uči raspustiti tijela, i izvući iz njih različite tvari u njihovom sastavu, i kako ih ponovno ujediniti, uzdiže ih na višu savršenstva. [12]
1730 definicija riječi "kemija", kako se koristi od strane Georg Ernst Stahl , znači umijeće rješavanja mješoviti, spoj, ili ukupni tijela u svojim načelima; i skladanja takva tijela iz tih načela. [13] Godine 1837., Jean-Baptiste Dumas smatra se riječ "kemija" da se odnosi na znanost koja se bavi zakonima i učincima molekularnih sila. [14] Ova definicija dalje razvijao sve dok se, 1947, on je došao da znači znanost o tvari: njihovoj strukturi, njihovim svojstvima i reakcijama koje ih mijenjaju u druge tvari - karakterizaciju prihvaćen od strane Linus Pauling . [15] u novije vrijeme, 1998. godine, profesor Raymond Chang proširio definiciju "kemija" znači proučavanje materije i promjene ona prolazi. [16]
Povijest
Glavni članak: Povijest kemije
Vidi također: Alkemiju i Timeline kemije
Demokrit 'atomist filozofija je kasnije usvojio Epikur (341-270 pne).
Rane civilizacije, kao što su Egipćani [17] Babilonci , Indijanci [18] skupio praktično znanje o umjetnosti metalurgije, keramike i boje, ali nije razviti sustavnu teoriju.
Osnovni kemijski hipoteza prvi put pojavila u klasičnoj Grčkoj s teorijom četiri elementa kao što je iznio definitivno by Aristotel navodi da je vatra , zrak , zemlja i voda su osnovni elementi iz kojih se sve nastale kao kombinacija. Grčki atomizam datira 440 godina prije Krista koji proizlaze iz djela filozofa poput Demokrita i Epikura . U 50. godine prije Krista, rimski filozof Lukrecije dopunjena teorije u svojoj knjizi De rerum natura (o prirodi stvari). [19] [20] Za razliku od suvremenih koncepcija znanosti, grčki atomizam bio čisto filozofski u prirodi, uz malo brige za empirijska opažanja i nije briga za kemijske pokuse. [21]
U helenističkom svijetu umjetnost alkemije prvo cvale, druženje magije i okultizma u proučavanju prirodnih tvari s krajnjim ciljem transmutirajući elemente u zlato i otkrivanja eliksir vječnog života. [22] Alchemy otkrivena je i prakticira široko kroz Arapina svijet nakon muslimanskih osvajanja , [23] i od tamo, difuzno u srednjovjekovne i renesansne Europe preko latinskih prijevoda. [24]
Kemija kao znanost
Pod utjecajem novih empirijskih metoda koje su nametali sir Francis Bacon i drugima, skupina kemičara na Oxfordu , Robert Boyle , Robert Hooke i Ivan Mayow počela preoblikovati stare alkemijskih tradicije u znanstvene discipline. Boyle naročito se smatra kao začetnika kemije zbog njegove najvažniji rad, klasične kemije teksta suzdržana Chymist gdje se diferencijacija između tvrdnjama alkemije i empirijskih znanstvenih otkrića novog kemije. [25] On je formulirao Boyle je zakon , odbacio klasične "četiri elementa" i predložio mehanicističko alternativu atoma i kemijskih reakcija koje bi mogle biti predmet rigorozne eksperimenta. [26]
Antoine-Laurent de Lavoisier se smatra "ocem moderne kemije." [27]
Teorija flogiston (supstanca na korijenu svih izgaranja) je iznio je njemački Georg Ernst Stahl je početkom 18. stoljeća, a samo je poništio kraja stoljeća francuski kemičar Antoine Lavoisier , kemijska analoga Newton fizika; koji je učinio više nego bilo koji drugi uspostaviti novu znanost o pravilnom teorijsko uporište, koje tumačenje načela održanja mase i razvoj novog sustava kemijske nomenklature koji se koristi i danas. [28]
Prije njegovog rada, ipak, mnogo važnih otkrića je napravio, posebno u vezi s prirodom 'zrak' koji je otkrio da se sastoji od mnogo različitih plinova. Škotski kemičar Joseph Black (prvi eksperimentalni kemičar) i Nizozemac JB van Helmont otkrio ugljikov dioksid , ili ono crno pod nazivom 'fiksni zrak' u 1754, Henry Cavendish otkrio vodik i razjašnjen po svojstvima i Joseph Priestley i neovisno, Carl Wilhelm Scheele izolirani čisti kisik .
U svom periodnog sustava, Dmitrij Ivanovič Mendeljejev je predvidio postojanje 7 novih elemenata, [29] i stavio svih 60 elemenata poznate u to vrijeme u svojim ispravnim mjestima. [30]
Engleski znanstvenik John Dalton predložio suvremenu teoriju atoma ; da su sve tvari sastoje od nedjeljivih 'atoma' materije, te da su različiti atomi različitog atomske težine.
Razvoj elektrokemijskih teorije kemijske kombinacije dogodila u ranom 19. stoljeću kao rezultat rada dva znanstvenika, posebice, JJ Berzelius i Humphry Davy , omogućeno prethodne izum od galvanski hrpe od strane Alessandro Volta . Davy otkrio devet novih elemenata uključujući i alkalijskih metala tako da ih izdvaja iz njihovih oksida s električnom strujom. [31]
Britanski William Prout prvi predložio određivanje svih elemenata njihovom atomskom težinom kao i svi atomi imao masu koja je egzaktna višekratnik atomske mase vodika. JAR Newlands smišljen rani tablice elemenata, koji je tada bio razvio u moderno periodnom od elementi [32] u 1860 od strane Dmitrij Ivanovič Mendeljejev i nezavisno od strane nekoliko drugih znanstvenika, uključujući Julius Lothar Meyer . [33] [34] inertni plinovi, kasnije nazvan plemeniti plinovi su otkrili William Ramsay u suradnji s Lord Rayleigh na kraju stoljeće, time punjenje u osnovnoj strukturi tablice.
Organska kemija je razvio Justus von Liebig i drugima, nakon Friedrich Wöhler je sinteza uree što se pokazalo da su živi organizmi su se, u teoriji, može svesti na kemiju. [35] Drugi ključni napredak 19. stoljeća; razumijevanje valentni veza ( Edward Frankland 1852.) te primjene termodinamike za kemiju ( JW Gibbs i Svante Arrhenius u 1870).
Kemijska struktura
Top: Očekivani rezultati: alfa čestice prolaze kroz šljiva puding modelu atoma nesmetano.
Dno: Promatrano rezultati: mali dio čestica su skrenut, što ukazuje na veličinu, koncentraciju naboj .
Na prijelazu iz dvadesetog stoljeća teoretski underpinnings kemije napokon su shvatili zbog niza značajnih otkrića koja uspjeli sondiranja i otkrivanju samu prirodu unutarnjoj strukturi atoma. Godine 1897., JJ Thomson od Sveučilišta Cambridge otkrili elektron i ubrzo nakon što je francuski znanstvenik Becquerel , kao i par Pierre i Marie Curie je istraživao fenomen radioaktivnosti . U nizu pionirskih eksperimenata raspršenja Ernest Rutherford na Sveučilištu Manchester otkrili unutarnju strukturu atoma i postojanje protona, razvrstani i objasnio različite vrste radioaktivnosti i uspješno preobraziti prvi element bombardiranjem dušika s alfa česticama .
Njegov rad na atomske strukture poboljšana je na svojim učenicima, danski fizičar Niels Bohr i Henry Moseley . Elektronska teorija kemijskih veza i molekularnih orbitala je razvijen od strane američkih znanstvenika Linus Pauling i Gilbert N. Lewis .
Godina 2011. proglašena je od strane Ujedinjenih naroda, kao Međunarodne godine kemije. [36] To je bila inicijativa Međunarodna unija za čistu i primijenjenu kemiju i Ujedinjenih naroda za obrazovanje, znanost i kulturu i uključuje kemijske društva, akademika, i institucije diljem svijeta i oslanjali su se na pojedine inicijative za organiziranje lokalnih i regionalnih aktivnosti.
Načela moderne kemije
Laboratorij Instituta za biokemiju, Sveučilište u Kölnu .
Trenutni model atomske strukture je kvantno mehanički modela . [37] Tradicionalna kemija počinje s proučavanjem elementarnih čestica , atoma , molekula , [38] tvari , metali, kristali i drugi agregati materije. Ovo pitanje se može proučavati u čvrste, tekuće ili plina država , pojedinačno ili u kombinaciji. U interakcije , reakcije i promjene koje su proučavali u kemiji su obično rezultat međudjelovanja atoma, što dovodi do pregradnje kemijskih veza koje drže atome zajedno. Takva ponašanja su proučavane u kemijskom laboratoriju .
Kemija laboratorij stereotipno koristi različite oblike laboratorijskog stakla . Međutim stakleni nije ključna za kemiju, a velik dio eksperimentalnog (kao i primjenjuje / industrijski) Kemija je učinjeno bez njega.
Kemijska reakcija je transformacija nekih tvari u jednu ili više različitih tvari. [39] Temelj takvom kemijskom transformacijom je pregrađivanje elektrona u kemijske veze između atoma. To se može simbolički prikazana kroz kemijske jednadžbe , koji uobičajeno znači atome kao subjekata. Broj atoma na lijevoj i desnoj strani u jednadžbi kemijske transformacije jednaka. (Kada je broj atoma na obje strane je različit, transformacija se govori kao o nuklearnoj reakciji ili radioaktivnim raspadom .) Vrsta kemijskih reakcija tvar može pretrpjeti i promjene energije koji ga prate su ograničeni određenim osnovnim pravilima, poznati kao kemijski zakoni.
Energetski i entropije razmatranja su uvijek važni u gotovo svim kemijskim istraživanjima. Kemijske tvari se svrstavaju u smislu njihove strukture , faze, kao i njihova kemijskog sastava . Mogu se analizirati pomoću alata za kemijske analize , npr spektroskopije i kromatografije . Znanstvenici koji se bave kemijskom istraživanju su poznati kao kemičara . [40] Većina kemičari specijalizirati u jednom ili više pod-disciplina. Nekoliko pojmovi su bitni za studij kemije; neki od njih su: [41]
stvar
Glavni članak: Materija
U kemiji, stvar je definirana kao išta što ima masu mirovanja i volumen (zauzima prostor), te se sastoji od čestica . Čestice koje čine predmet ima masu mirovanja, kao i - nije sve čestice imaju masu mirovanja, poput fotona . Tvari može biti čista kemijska tvar ili smjesa tvari. [42]
Atom
Dijagram atoma na temelju Rutherford modelu
Atom je osnovna jedinica kemije. Sastoji se od guste jezgre zove atomska jezgra okružena prostorom zove elektron oblak . Jezgra se sastoji od pozitivno nabijenih protona i bez naboja neutrona (pod zajedničkim nazivom nukleona ), dok elektron oblak sastoji od negativno nabijenih elektrona koje kruže oko jezgre. U neutralnom atomu je negativno nabijeni elektroni uravnoteženi pozitivnom naboju protona. Jezgra je gusta; masa za nukleonu je 1,836 puta veći od elektrona, a polumjer atoma je oko 10.000 puta veća od njegove jezgre. [43] [44]
Atom je najmanji entitet koji može biti predviđena zadržati kemijska svojstva od elemenata, kao što su elektronegativnosti , ionizacijski potencijal , poželjni oksidacijskom stanju (a), koordinacijski broj i preferiranim vrstama vezama pri čemu tvore (npr metalni , ionska , kovalentna ).
Element
Standardni oblik periodnog sustava kemijskih elemenata. Boje predstavljaju različite kategorije elemenata
Glavni članak: kemijski element
Kemijski element čista tvar koja se sastoji od jednog tipa atoma, naznačen time njegova određeni broj protona u jezgri njegovih atoma, poznate kao atomski broj , a označena je simbolom Z. Maseni broj je zbroj broja protona i neutrona u jezgri. Iako su sve jezgre sve atome pripadaju jedan element imati isti atomski broj, možda ne mora imati isti maseni broj; Atomi nekog elementa koji imaju različite masene brojeve su poznati kao izotopa . Na primjer, svi atomi sa 6 protone u svojim jezgre su atomi kemijski element ugljik , a atomi ugljika mogu imati masene brojeve 12 i 13. [44]
Standardni prikaz kemijskih elemenata u periodnom sustavu , koja raspoređuje elemente atomskom broju. Periodnog sustava raspoređeni u grupama , ili stupce, i razdoblja , ili redaka. Periodnog sustava je korisna u identificiranju periodičnih kretanja . [45]
Spoj
Ugljični dioksid (CO2), primjer kemijskog spoja
Glavni članak: Kemijski spoj
Spoj je čista kemijska supstanca sastoji od više od jednog elementa. Svojstva spoja imaju malo sličnosti sa onima iz njegovih elemenata. [46] Standardna nomenklatura spojeva određen je Međunarodna unija za čistu i primijenjenu kemiju (IUPAC). Organski spojevi nazvani su prema organskim nomenklature sustava. [47 ] anorganski spojevi nazvani su u skladu s anorganskom nomenklature sustava. [48] Osim toga, Chemical Abstracts Service osmislila je način na index kemijskih tvari. U ovoj shemi svaka kemijska tvar se može identificirati po broju poznat kao njegov cas registarski broj .
Molekula
Glavni članak: Molekula
Lopta-i-stick reprezentacija kofeina molekule (C 8 H 10 N 4 O 2).
Molekula je najmanji nedjeljivo dio čiste kemijske tvari koja ima jedinstveni skup kemijskih svojstava, odnosno njegov potencijal proći određeni skup kemijskih reakcija s drugim tvarima. Međutim, ova definicija radi samo dobro za tvari koje se sastoje od molekula, što nije istina mnoge tvari (vidi dolje). Molekule su obično skup atomima zajedno kovalentnih veza , kao što je struktura električno neutralna i svi valentni elektroni su spareni s drugim elektrona bilo u vezama ili na usamljeni parova .
Dakle, molekule postoje kao električki neutralne jedinice, za razliku od iona. Kada je prekršio ovo pravilo, ukazuje na "molekula" naboj, rezultat ponekad naziva i molekulski ion ili poliatomske ion. Međutim, specifične i odvojeno priroda molekulske koncepta obično zahtijeva molekularni ioni biti nazočne samo u dobro odvojen oblik, kao što je usmjeren snop u vakuumu u spektrometru masa . Nabijene poliatomske zbirki smještenih u krute tvari (na primjer, zajednički sulfat ili nitrat iona) općenito se ne smatraju "molekula" u kemiji.
A 2-D skeletni modela od benzena molekule (C6 H6)
U "inertnih" ili plemeniti elemenata plina ( helij , neon , argon , kripton , ksenon i radon ) se sastoji od kao njihov najmanje odvojene jedinice usamljeni atoma, a drugi izolirani kemijski elementi sastoje od bilo molekula ili mreža atoma povezanih međusobno na neki način. Prepoznatljiva molekule sastaviti poznate tvari kao što su voda, zrak, i mnogih organskih spojeva kao što su alkohol, šećer, benzin, i raznih lijekova .
Međutim, nisu sve tvari ili kemijski spojevi sastoje od zasebnih molekula, i zapravo većina krutih tvari koje čine čvrstu koru, plašt i jezgra Zemlje su kemijski spojevi bez molekula. Ove druge vrste tvari, kao što su ionske spojeve i mrežnih krutih tvari , su organizirani na takav način da nedostaje postojanje prepoznatljive molekula po sebi. Umjesto toga, ove tvari se raspravlja u smislu formule jedinica ili jedinica stanicama kao najmanji ponavljajuće strukture unutar tvari. Primjeri takvih tvari su mineralne soli (kao kuhinjske soli ), kao što su tvari ugljika i dijamanta, metala, i poznate silicijevog dioksida i silikata minerali , kao što su kvarcni i granit.
Jedna od glavnih karakteristika molekula je njegova geometrija često nazivaju njegova struktura . Iako je struktura diatomski, troatoman ili tetra atomskih molekula može biti trivijalna, (linearni, kutna piramidalni itd) struktura poliatomske molekula, koje su činili više od šest atoma (od više elemenata) može biti od presudne važnosti za kemijsku prirodu.
Tvar i smjesu
Cín.png Sumpor-sample.jpg
Diamants maclés 2 (République d'Afrique du Sud) .jpg šećer 2xmacro.jpg
Sal (U blizini) .jpg Natrij bicarbonate.jpg
Primjeri čistih kemijskih tvari. S lijeva na desno: elemenata kositar (Sn) i sumpora (S), dijamant (što je allotrope od ugljika ), saharoza (čisti šećer), i natrijev klorid (sol) i natrijevog bikarbonata (sode bikarbone), koje su obje ionski spojevi ,
Kemijska tvar je vrsta materije s određenom sastavu i skup svojstava . [49] Zbirka tvari zove mješavina. Primjeri smjesa su zrak i legure . [50]
Mole i količina tvari
Glavni članak: krtica
Mol je jedinica za mjerenje koja označava količinu tvari (također se naziva kemijskih sredstava). Mol je definirana kao broj atoma nalaze na točno 0.012 kilogramu (ili 12 grama) i ugljika-12 , gdje ugljik-12 C su nevezani na ostatak i u osnovnom stanju . [51] Broj subjekata po molu je poznat kao Avogadrov konstanta , te se određuje empirijski biti približno 6,022 × 10 23 mol -1. [52] Molarna koncentracija je količina određenog spoja po volumenu otopine , te se obično prijavljen u mol dm -3. [ 53]
Faza
Primjer fazne promjene
Glavni članak: Faza
Osim specifičnih kemijskih svojstva koja razlikuju različite kemijske klasifikacije, kemikalije mogu postojati u nekoliko faza. Za veći dio, kemijske klasifikacije su neovisne od tih rasutih faze klasifikacija; Ipak, neke egzotičnije faze nisu u skladu s određenim kemijskim svojstvima. Faza je skup stanja kemijske sustava koji imaju slične rasutih strukturna svojstva, u rasponu od stanja, kao što je pritisak ili temperature .
Fizikalna svojstva, kao što je gustoća i indeks loma obično spadaju u vrijednosti karakteristiku faze. Faza materije određen je fazni prijelaz , pri čemu se energija stavlja u ili uzeti iz sustava ide u reorganizaciju strukture sustava, umjesto mijenjanja prividnu uvjetima.
Ponekad je razlika između faza može biti kontinuirana umjesto diskretne granice, u ovom slučaju se smatra stvar da se u superkritičnom države. Kada se tri države ispunjavaju ovisno o uvjetima, što je poznato kao trojne točke , a budući da je ovo nepromjenljivi, to je zgodan način da se definiraju niz uvjeta.
Najpoznatiji primjeri faze su krutine , tekućine i plinovi . Mnoge tvari koje pokazuju više krute faze. Na primjer, postoje tri faze čvrstog željeza (alfa, gama i delta) koje se razlikuju ovisno o temperaturi i tlaku. Naručitelj razlika između čvrstih faza je kristalna struktura , ili raspored, od atoma. Druga faza uobičajeno susreću u proučavanju kemije je vodena faza, koja je stanje tvari otopljene u vodenoj otopini (to jest u vodi).
Manje poznate faze uključuju plazmu , Bose-Einsteinove kondenzata i fermionic kondenzata i paramagnetične i feromagnetskih faze magnetskih materijala. Dok većina poznatih faze nositi s trodimenzionalnim sustava, također je moguće definirati analoga u dvodimenzionalnih sustava, koji je dobio pozornost zbog svoje važnosti za sustave u biologiji .
Lijepljenje
Glavni članak: Kemijska veza
Animacija procesa ionskom vezom između natrija (Na) i klor (Cl), kako bi se dobilo natrijev klorid ili kuhinjska sol. Ionska veza uključuje jedan atom uzimanje valentni elektroni iz drugog (za razliku od dijeljenja, koji se javlja kod kovalentnih veza)
Atomi sljepljivanje u molekulama ili kristalima, rekao je da će se spajati s jednom drugom. Kemijska veza može se vizualizirati kao multipole ravnoteža između pozitivnih naboja u jezgri i negativnih naboja oscilirajući o njima. [54] Više od jednostavnog privlačenja i odbijanja, energije i distribucije karakteriziraju dostupnost elektrona da se veže s drugim atomom ,
Kemijska veza može biti kovalentna veza , An ionske veze , A vodikova veza , ili jednostavno zbog Van der Waalsove sile . Svaka od tih vrsta obveznica se pripisuje nekom potencijalu. Ovi potencijali stvaraju interakcije koje drže atome zajedno u molekulama ili kristalima . U mnogim jednostavnim spojevima, teorija valencija obveznica , valentni Shell elektronski par Repulsion Model ( VSEPR ), a koncept oksidacijskog broja mogu se koristiti za objasniti molekularnu strukturu i sastav.
Ionski veza nastaje kada metalni izgubi jednu ili više svojih elektrona, postaju pozitivno nabijeni kation, elektroni zatim su dobivene od nemetalnog atom postaje negativno nabijen anion. Dva suprotno nabijenih iona privlače jedni druge, i ionski veza je elektrostatski privlačna sila između njih. Na primjer, natrij (Na), metalni gubi jedan elektron postati Na + kation a klor (Cl), ne-metala, dobiva to elektron postati Cl -. Ioni se drže zajedno zbog elektrostatskog privlačenja i to spoj natrij klorida (NaCl), i kuhinjska sol, je formirana.
U metanom molekule (CH 4), a atom ugljika dionica i par elektrona valencijom u svakoj od četiri atoma vodika. Dakle, oktet pravilo je zadovoljan atom C (ima osam elektrona u svojoj valentne ljuske), a duet pravilo je ispunjeno za H-atoma (imaju dva elektrona u svojim Valence školjke).
Na kovalentnu vezu, jedan ili više pari valentni elektroni dijele dva atoma, a nastala električki neutralno skupina povezanih atoma je nazvao molekula . Atomi će dijeliti valentni elektroni na takav način bi se stvorili plemeniti plin konfiguraciju elektrona (osam elektrona u svojoj krajnjoj ljusci) za svaki atom. Atomi koji imaju tendenciju da se kombiniraju na takav način da svaki od njih ima osam elektrona u svojoj valentne ljuske su, kako slijedi pravilo okteta . Međutim, neki elementi poput vodika i litija potrebno samo dva elektrona u svojoj krajnjoj ljuske postići taj stabilnu konfiguraciju; ti atomi su, kako slijediti pravilo duet, i na taj način oni su dostizanje konfiguraciju elektrona od plemenitog plina helija koji ima dva elektrona u svojoj vanjskoj ljusci.
Slično tome, teorije iz klasične fizike može se koristiti za predviđanje mnoge ionske strukture. Složenije spojeva, kao što su metalni kompleksi , teorija valentna veza manji primjenljive i alternativni pristupi, kao što su molekularne orbitalnog teoriju, općenito se koriste. Pogledajte dijagram na elektronskim orbitala.
energija
Glavni članak: Energija
U kontekstu kemije, energija je svojstvo tvari kao posljedica njegove atomske , molekularne i agregata strukture . Budući da kemijski transformacija je u pratnji promjene jedne ili više tih vrsta objekata, bez iznimke je popraćena povećanjem ili smanjenjem od energije od tvari koje sudjeluju. Neki energija se prenosi između okoline i reaktanata reakcije u obliku topline ili svjetlosti ; Prema tome, produkti reakcije mogu imati više ili manje energije nego reaktanata.
Reakcija je rekao da se exergonic li konačno stanje je niža na energetskom nivou nego u početno stanje; u slučaju endergonic reakcija je situacija obrnuta. Reakcija je rekao da se egzotermna ako je reakcija otpušta toplinu u okolinu; u slučaju plavoperajna reakcija , reakcija apsorbira toplinu iz okoline.
Kemijske reakcije su uvijek nije moguće, osim ako su reaktanti prebroditi energetsku barijeru poznat kao energije aktivacije . Brzina kemijske reakcije (na određenoj temperaturi T) je povezan s energije aktiviranja E, faktor stanovništva u Boltzmanove {\ displaystyle e ^ {- E / kT}} e ^ {- E / kT} - Da je vjerojatnost molekule imaju energije veću od ili jednak E na danoj temperaturi T. Ovaj eksponencijalna ovisnost o brzini reakcije o temperaturi je poznat kao Arrheniusovoj jednadžbe . Energija aktivacije potrebna za kemijske reakcije za mogu biti u obliku topline, svjetla, struju ili mehaničkom silom u obliku ultrazvuka . [55]
Sličan koncept slobodne energije , koja također uključuje entropije je vrlo korisno sredstvo za predviđanje izvedivost reakcije i određivanja stanja ravnoteže kemijske reakcije u kemijske termodinamike . Reakcija je moguće samo ako je ukupna promjena Gibbsove slobodne energije negativna, {\ displaystyle \ Delta G \ leq 0 \,} \ Delta G \ le 0 \, ; ako je jednak nuli kemijske reakcije je rekao da se u ravnoteži .
Postoje samo ograničeni mogućim stanjima energije za elektrona, atoma i molekula. To su određena pravila kvantne mehanike , koji zahtijevaju kvantizacije energije od vezanog sustava. Atomi / molekule u više energetsko stanje je rečeno da su uzbuđeni. Molekule / atomi tvari u pobuđeno energetsko stanje su često puno bolje reagira; da je pogodniji za kemijske reakcije.
Faza tvari uvijek određuje njegova energija i energija okolice. Kada su međumolekularne sile neke tvari su takve da je energija okoline nije dovoljna da ih pobijedi, to se događa sređenije fazi kao tekućina ili kao što je slučaj s vodom (H 2 O); tekućina pri sobnoj temperaturi, jer su mu molekule se vežu pomoću vodikovih veza . [56] Dok sumporovodik (H2S) je plin na sobnoj temperaturi i standardnom tlaku, kao što su molekule vezane slabije dipol-dipol interakcije .
Prijenos energije iz jednog kemijskog spoja na drugu ovisno o veličini energije kvantom izlazi iz jedne tvari.Međutim, toplinska energija često se lakše prenosi s gotovo bilo koje tvari na drugu, jer fononi odgovorne za vibracijskih i rotacijskih razina energije u tvar imaju mnogo manje energije od fotona pozivaju za elektronički prijenos energije. Prema tome, jer vibracijska i okretnih razina energije su u većoj mjeri na razmaku od elektronskih razina energije, toplina se lakše prenose između tvari u odnosu na svjetlo ili drugim oblicima elektronske energije. Na primjer, ultraljubičasto elektromagnetsko zračenje ne prenosi s koliko učinkovitost s jedne tvari na drugu, kao toplinske ili električne energije.
Postojanje karakteristične razine energije za različite kemijske tvari je korisno za njihovu identifikaciju putem analize spektralne linije . Različite vrste spektra često se koristi u kemijskoj spektroskopija , npr IR , mikrovalna pećnica , NMR , ESR , itd spektroskopija se koristi za identifikaciju sastav udaljenih objekata - kao što su zvijezde i udaljenih galaksija - analizom njihova zračenja spektra.
Spektar emisije željeza
Izraz kemijska energija se često koristi za označavanje potencijal kemijske supstance na transformaciji pomoću kemijske reakcije ili za transformaciju drugih kemijskih tvari.
reakcija
Glavni članak: Kemijska reakcija
Tijekom kemijske reakcije, veze između atoma razbiti i oblika, rezultira različitih tvari s različitim svojstvima. U visokoj peći, željezni oksid, spoj , reagira s ugljikovim monoksidom u obliku željezo, jedan od kemijskih elemenata , i ugljičnog dioksida.
Kada je kemijska tvar pretvara se kao rezultat njegove interakcije s drugom tvari ili s energijom, kemijska reakcija je rekao da su se dogodili. Kemijska reakcija je, dakle, pojam se odnosi na "reakcije" neke tvari, kada je u pitanju u bliskom kontaktu s drugom, bilo u obliku smjese ili otopine ; Izloženost na neki oblik energije, ili oboje. To rezultira u nekoj razmjeni energije između sastojaka reakcije, kao i s okolinom sustava, koji može biti dizajniran plovila, a često laboratorijskog stakla .
Kemijske reakcije može rezultirati u stvaranju i disocijacije molekula, to jest molekule raspada u obliku dva ili više manjih molekula ili pregrađivanje atoma unutar ili preko molekule. Kemijske reakcije obično uključuje izradu ili razbijanje kemijskih veza. Oksidacije, redukcije , disocijacija , kiseline i baze neutralizaciju i molekularna pregrađivanje su neke od najčešće korištenih vrsta kemijskih reakcija.
Kemijski se reakcija može simbolički prikazana putem kemijske jednadžbe . Dok je u ne-nuklearne kemijske reakcije u broj i vrstu atoma na obje strane jednadžbe su jednaki, za nuklearne reakcije to vrijedi samo za nuklearne čestice viz. protoni i neutroni. [57]
Slijed koraka u kojem je reorganizacija kemijskih veza može se odvijaju u toku kemijske reakcije nazivaju svoj mehanizam . Se kemijska reakcija može se zamisliti da se u nizu koraka, od kojih svaka može imati različite brzine. Mnoge reakcije intermedijati s varijabilnim stabilnosti prema tome može se predvidjeti tijekom reakcije. Reakcijski mehanizmi predlaže objasniti kinetike i relativnu mješavinu proizvoda za reakciju. Mnoge fizičke kemičari specijalizirati u istraživanje i predlaganje mehanizama različitih kemijskih reakcija. Nekoliko empirijska pravila, kao što su Woodward-Hoffmann pravila često dolaze u ruci dok predlaže mehanizam za kemijske reakcije.
Prema IUPAC zlata knjige, kemijska reakcija je "proces koji dovodi do interkonverzije kemijske vrste." [58] U skladu s time, kemijske reakcije može biti osnovna reakcija ili postupno reakcije . Dodatni upozorenje je napravio, po tome što ova definicija uključuje slučajeve gdje interkonverzije konformera eksperimentalno promatrati. Takve uočljivih kemijske reakcije obično uključuju seta molekularnih entiteta kao što je navedeno od strane ove definicije, ali je često pojmovno prikladan za korištenje izraza i za promjene koje uključuju jednu molekularnih entiteta (tj 'mikroskopskih kemijskih događanja ").
Ioni i soli
Kristalna rešetka struktura kalij klorida (KCl), sol koja se formira, zbog privlačenja K + kationa Cl - aniona. Spomenuti kako ukupni naboj ionskog spoja je nula.
Glavni članak: Ion
Ion je nabijene čestice, atom ili molekula, koji je izgubio ili dobio jedan ili više elektrona. Kada atom izgubi elektron i tako ima više protona nego elektrona, atom je pozitivno nabijen ion ili kation . Kada je atom dobiva elektron i na taj način ima više elektrona od protone, atom je negativno nabijeni ion ili anion . Kationi i anioni mogu tvoriti kristalnu rešetku neutralne soli , kao što su Na + i Cl - iona koji tvore natrijev klorid , ili NaCl. Primjeri poliatomske ione koji ne razišli u kiselo-bazne reakcije su hidroksid (OH - ) i fosfata (PO 4 3- ).
Plazma se sastoji od plinovite tvari koja je potpuno ioniziranog, obično kroz visoke temperature.
Kiselost i lužnatost
Kada bromovodik (HBr), na slici, otopi se u vodi, tvori jako kisele bromovodična kiselina
Glavni članak: Acidobazni reakcija
Tvar se često može se klasificirati kao kiselinom ili bazom . Postoji nekoliko različitih teorija koje objašnjavaju acidobazne ponašanje. Najjednostavnije je Arrhenius teoriji , u kojem se navodi od kiselinu je tvar koja hydronium iona kad se otopi u vodi, a baza je ona koja hidroksid ioni kada se otopi u vodi. Prema Bronsted-Lowry teorijskog kiselina-baza , kiseline su tvari koje doniraju pozitivan vodika ion na drugu tvar u kemijskoj reakciji; samim time, baza je tvar koja prima tu vodikov ion.
Treći zajednički teorija je Lewisova teorija acidobazna , koja se temelji na stvaranju novih kemijskih veza. Lewis teorija objašnjava da kiselina je tvar koja može prihvatiti par elektrona od druge tvari tijekom procesa formiranja veze, a baza je tvar koja može osigurati par elektrona da formira novu vezu. Prema toj teoriji, ključni stvari koje se razmjenjuju se naplaćuje. [59] [ nepouzdani izvor? ] Postoji nekoliko drugih načina na koje tvar može biti klasificirana kao kiseline ili baze, kao što je vidljivo u povijesti tog koncepta. [60]
Koncentracija kiseline se obično mjeri na dva načina. Jedno mjerenje temelji na definiciji Arrheniusovoj kiselosti je pH , što je mjera koncentracije hydronium iona u otopini, kao što je navedeno u negativnom logaritamskom mjerilu. Dakle, rješenja koja imaju nizak pH imaju koncentraciju iona visoke hydronium, a može se reći da se više kisela. Druga mjerenja, na temelju definiciji Bronsted-Lowry, je konstanta disocijacije kiseline (K ), koji mjeri relativnu sposobnost tvari da djeluje kao kiselina pod definicijom Bronsted-Lowry kiseline. To je, tvari s višim K a imaju veću vjerojatnost da doniraju vodikovih iona u kemijskim reakcijama od onih s nižim K od vrijednosti.
Redox
Glavni članak: Redox
Redox ( crvena uction- vola idation) reakcije uključuju sve kemijske reakcije u kojima atomi imaju svoje oksidacijsko stanje mijenjati bilo dobivanjem elektrona (smanjenje) ili gubitka elektrona (oksidacije). Tvari koje imaju sposobnost za oksidaciju druge tvari je rečeno da su oksidacijski i poznati su kao sredstva za oksidiranje , oksidansi ili oksidatorima. Oksidansa uklanja elektron iz druge supstance. Slično tome, tvari koje imaju sposobnost smanjivanja druge tvari je rečeno da su redukcijska i poznati su kao reducense , Mn, ili redukcije.
Redukcijskim prenosi elektrone drugom tvari, te se na taj način se oksidira. I zato što "donira" elektrona također se naziva i elektron donor. Oksidacija i redukcija pravilno odnositi na promjenu u oksidacijskim brojem-stvarnog prijenosa elektrona može nikada dogoditi. Tako, oksidacija bolje definiran kao povećanje oksidacijskog broja , a smanjenje kao smanjenje oksidacijskim brojem.
ravnoteža
Glavni članak: Kemijska ravnoteža
Iako je koncept ravnoteže široko se upotrebljava u znanosti, u kontekstu kemije proizlazi kad god se niz različitih stanja kemijskog sastava moguće, kao što je, na primjer, u mješavini nekoliko kemijskih spojeva koji se mogu međusobno reagirati, ili kada je supstanca može biti prisutna u više od jedne vrste faze.
Sustav kemijskih tvari u ravnoteži, iako ima nepromjenjivu sastav, najčešće nije statična ; Molekule tvari i dalje reagirati jedna s drugom, tako dajući do dinamičke ravnoteže . Tako se pojam opisuje stanje u kojem se parametri kao što su kemijski sastav ostaju nepromijenjeni tijekom vremena.
Kemijski zakoni
Glavni članak: Kemijska zakon
Kemijske reakcije upravljaju određenim zakonima koji su postali temeljni pojmovi u kemiji. Neki od njih su:
Avogadrov zakon
Beer-Lambert zakon
Boyle zakon (1662, koji se odnosi tlak i volumen)
Charlesov zakon (1787, koji se odnosi volumena i temperature)
Fick zakoni difuzije
Gay-Lussac zakon (1809., koja se odnosi tlak i temperatura)
Le chatelierovo načelo
Henryjev zakon
Hess je zakon
Zakon o očuvanju energije dovodi do važnih pojmova ravnoteže , termodinamike i kinetike .
Zakon o održanju mase i dalje biti sačuvana u izoliranim sustavima , čak i moderne fizike. Međutim, posebna teorija relativnosti pokazuje da je zbog ekvivalencija mase i energije , kad god je uklonjen nematerijalni "energija" (toplina, svjetlo, kinetička energija) od non-izolirani sustav, neki masovno će se izgubiti s njim. Visoki gubici energije rezultirati gubitkom weighable količine mase, važna tema u nuklearnoj kemije .
Zakon o određenom sastavu , iako je u mnogim sustavima (posebno biomacromolecules i minerala) omjeri imaju tendenciju da zahtijevaju velike brojeve, te su često prikazani kao frakcije.
Zakon višestrukih razmjera
Raoultov Zakon
Praksa
Subdisciplines
Pitanje knjiga new.svg
Ovaj članak se oslanja uglavnom ili u cijelosti na jednog jedinog izvora . Relevantni rasprava može se naći na stranici za razgovor . Molim pomoć poboljšati ovaj članak uvođenjem citata na dodatne izvore. (Rujan 2014.)
Kemija se obično podijeljen u nekoliko glavnih pod-disciplina. Tu su i nekoliko glavnih interdisciplinarnog i više specijaliziranih područja kemije. [61]
Analitička kemija je analiza materijalnih uzoraka kako bi se dobio uvid u njihov kemijski sastav i strukturu . Analitička kemija uključuje standardizirane eksperimentalne metode u kemiji. Ovi postupci mogu se koristiti u svim subdisciplines kemije, osim čisto teorijske kemije.
Biokemija je studij od kemikalija , kemijskih reakcija i kemijskih interakcija koje se odvijaju u živim organizmima . Jedinica za biokemiju i organsku kemiju usko povezani, kao u medicinskoj kemiji ili neurokemiju . Biokemija je također povezan s molekularne biologije i genetike .
Anorganska kemija je znanost o svojstvima i reakcijama anorganskih spojeva. Razlika između organske i anorganske disciplina nije apsolutno i ne postoji puno preklapanja, što je najvažnije u pod-discipline organometalne kemije .
Materijali kemija je sintezu, karakterizaciju, te razumijevanje tvari s korisnim funkciju. Polje je nova širina studija u diplomski studij, a integrira elemente iz svih klasičnih područja kemije s naglaskom na temeljna pitanja koja su jedinstvena za materijale. Primarni sustavi studije uključuju kemije kondenzirane faze (krutina, tekućina, polimeri ) i sučelja između različitih faza.
Neurochemistry je proučavanje neurochemicals; uključujući odašiljača, peptida, proteina, lipida, šećera i nukleinskih kiselina; njihove interakcije, te o ulogama koje imaju u formiranju, održavanju i modificiranju živčani sustav.
Nuklearna kemija je znanost o tome kako subatomske čestice dolaze zajedno i čine jezgru. Moderna transmutacije je veliki dio nuklearne kemije, a tablica nuklida je važan rezultat, a alat za ovo područje.
Organska kemija je znanost o strukturi, svojstvima, sastav, mehanizama i reakcija iz organskih spojeva . Organski spoj je definiran kao spoj na bazi ugljikovom kosturu.
Fizikalna kemija je znanost o fizičkoj i temeljne temelju kemijskih sustava i procesa. Konkretno, energetika i dinamiku tih sustava i procesa su od interesa za fizičke kemičara. Važna područja proučavanja uključuju kemijske termodinamike , kemijske kinetike , elektrokemije , statistička mehanika , spektroskopija , au novije vrijeme, astrochemistry . [62] Fizikalna kemija ima veliku preklapanja s molekularne fizike . Fizikalna kemija uključuje korištenje infinitezimalnog računa u izvođenju jednadžbi. To je obično povezana s kvantnom kemije i teorijske kemije. Fizikalna kemija je različita disciplina iz kemijske fizike , ali opet, postoji vrlo jaka preklapaju.
Teorijska kemija je znanost o kemiji putem temeljne teorijske rasuđivanja (obično unutar matematike ili fizike ). Posebno primjena kvantne mehanike na kemiji naziva kvantna kemija . Od kraja Drugog svjetskog rata , razvoj računala omogućio je sustavni razvoj računalne kemije , koji je umijeće razvoju i primjeni računalnih programa za rješavanje kemijske probleme. Teorijska kemija ima veliku preklapanja s (teorijske i eksperimentalne) fizike kondenzirane materije i molekularne fizike .
Ostale discipline unutar kemije tradicionalno su grupirani prema vrsti materije koja se proučavaju ili vrsti studija. To uključuje anorganske kemije , proučavanje anorganske tvari, organske kemije , proučavanje organske (ugljik-based) materije, biokemija , proučavanje tvari koje se nalaze u biološkim organizmima , fizičku kemiju , proučavanje kemijskih procesa u naturalnim pojmove kao što su termodinamike i kvantne mehanike ; i analitička kemija , analiza materijalnih uzoraka kako bi se dobio uvid u njihov kemijski sastav i strukturu . Mnogi više specijaliziranih discipline su se pojavili u posljednjih nekoliko godina, npr Ncurochcmistrv kemijsku proučavanje živčanog sustava (vidi subdisciplines ).
Ostala polja su Agrokemije , astrochemistry (i cosmochemistry ), atmosferska kemija , kemijsko inženjerstvo , biokemiju , kemo-informatike , elektrokemije , kemija okoliša , femtochemistry , kemije okus , protok kemije , geokemije , zelene kemije , histokemiju , povijest kemije , kemija za hidrogeniranje , imunokemijskog , kemija mora , znanosti o materijalima , matematička kemije , Mehanokemija , medicinske kemije , molekularne biologije , molekularne mehanike , nanotehnologija , prirodni kemije proizvoda , vinarstvo , organometalni kemija , petrokemija , farmakologija , fotokemiju , fizički organske kemije , phytochemistry , polimer kemije , radiokemiji , čvrstog stanja kemije , ultrazvučna kemija , supramolekularni kemija , površine kemija , sintetička kemija , termokemija , i mnogi drugi.
Kemijska industrija
Glavni članak: Kemijska industrija
Kemijska industrija predstavlja važnu gospodarsku djelatnost u cijelom svijetu. The Global Top 50 kemijskih proizvođača u 2013. godini imao prodaju od US $ 980,5 milijardi s profitna marža od 10,3%. [63]
Stručni društva
American Chemical Society
Američko društvo za Ncurochcmistrv
Kemijski institut Kanade
Chemical Society of Peruu
Međunarodna unija za čistu i primijenjenu kemiju
Royal Kemijski institut Australski
Royal Netherlands kemijsko društvo
Royal Society of Chemistry
Društvo kemijske industrije
Svjetsko udruženje teorijskih i Computational kemičara
Popis kemije društvima
Nema komentara:
Objavi komentar