化學(xué)
化學(xué)
化學(xué)(化學(xué))
化學(xué)是在原子、分子層次上研究物質(zhì)性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)與變化規(guī)律；創(chuàng)造新物質(zhì)的科學(xué)。世界由物質(zhì)組成，化學(xué)則是人類用以認識和改造物質(zhì)世界的主要方法和手段之一。它是一門歷史悠久而又富有活力的學(xué)科，它的成就是社會文明的重要標(biāo)志。
定義
“化學(xué)”一詞，若單是從字面解釋就是“變化的科學(xué)”�；瘜W(xué)如同物理一樣皆為自然科學(xué)的基礎(chǔ)科學(xué)�；瘜W(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。很多人稱化學(xué)為“中心科學(xué)”，因為化學(xué)為部分科學(xué)學(xué)門的核心，如材料科學(xué)、納米科技、生物化學(xué)等�；瘜W(xué)是在原子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、及變化規(guī)律的科學(xué)，這也是化學(xué)變化的核心基礎(chǔ)�，F(xiàn)代化學(xué)下有五門二級學(xué)科：無機化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)與高分子化學(xué)。
特點
化學(xué)是重要的基礎(chǔ)科學(xué)之一，是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，在與物理學(xué)、生物學(xué)、地理學(xué)、天文學(xué)等學(xué)科的相互滲透中，得到了迅速的發(fā)展，也推動了其他學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展。例如，核酸化學(xué)的研究成果使今天的生物學(xué)從細胞水平提高到分子水平，建立了分子生物學(xué)。
研究對象
化學(xué)對我們認識和利用物質(zhì)具有重要的作用。宇宙是由物質(zhì)組成的，化學(xué)則是人類認識和改造物質(zhì)世界的主要方法和手段之一，它是一門歷史悠久而又富有活力的學(xué)科，與人類進步和社會發(fā)展的關(guān)系非常密切，它的成就是社會文明的重要標(biāo)志。 從開始用火的原始社會，到使用各種人造物質(zhì)的現(xiàn)代社會，人類都在享用化學(xué)成果。人類的生活能夠不斷提高和改善，化學(xué)的貢獻在其中起了重要的作用。
研究方法
對各種星體的化學(xué)成分的分析，得出了元素分布的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了星際空間有簡單化合物的存在，為天體演化和現(xiàn)代宇宙學(xué)提供了實驗數(shù)據(jù)，還豐富了自然辯證法的內(nèi)容。
元素周期表元素周期表是化學(xué)的核心。元素周期表是元素周期律用表格表達的具體形式，它反映元素原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和它們之間相互聯(lián)系的規(guī)律。元素周期表簡稱周期表.元素周期表有7個周期，有16個族和4個區(qū)。元素在周期表中的位置能反映該元素的原子結(jié)構(gòu)。周期表中同一橫列元素構(gòu)成一個周期。同周期元素原子的電子層數(shù)等于該周期的序數(shù)。同一縱行（第Ⅷ族包括3個縱行）的元素稱“族”。族是原子內(nèi)部外電子層構(gòu)型的反映。例如外電子構(gòu)型，IA族是ns1，IIIA族是ns2np1，O族是ns2np4， IIIB族是（n-1） d1·ns2等。元素周期表能形象地體現(xiàn)元素周期律。根據(jù)元素周期表可以推測各種元素的原子結(jié)構(gòu)以及元素及其化合物性質(zhì)的遞變規(guī)律。當(dāng)年，門捷列夫根據(jù)元素周期表中未知元素的周圍元素和化合物的性質(zhì)，經(jīng)過綜合推測，成功地預(yù)言未知元素及其化合物的性質(zhì)�，F(xiàn)科學(xué)家利用元素周期表，指導(dǎo)尋找制取半導(dǎo)體、催化劑、化學(xué)農(nóng)藥、新型材料的元素及化合物。 現(xiàn)代化學(xué)的元素周期律是1869年俄國科學(xué)家德米特里·伊萬諾維奇·門捷列夫（Dmitri Ivanovich Mendeleev )首先整理，他將當(dāng)時已知的63種元素依原子量大小并以表的形式排列，把有相似化學(xué)性質(zhì)的元素放在同一行，就是元素周期表的雛形。利用周期表，門捷列夫成功的預(yù)測當(dāng)時尚未發(fā)現(xiàn)的元素的特性(鎵、鈧、鍺)。1913年英國科學(xué)家莫色勒利用陰極射線撞擊金屬產(chǎn)生X射線，發(fā)現(xiàn)原子序越大，X射線的頻率就越高，因此他認為核的正電荷決定了元素的化學(xué)性質(zhì)，并把元素依照核內(nèi)正電荷(即質(zhì)子數(shù)或原子序)排列，經(jīng)過多年修訂后才成為當(dāng)代的周期表。
歷史概述
化學(xué)的歷史淵源非常古老，可以說從人類學(xué)會使用火，就開始了最早的化學(xué)實踐活動。我們的祖先鉆木取火、利用火烘烤食物、寒夜取暖、驅(qū)趕猛獸，充分利用燃燒時的發(fā)光發(fā)熱現(xiàn)象。當(dāng)時這只是一種經(jīng)驗的積累�；瘜W(xué)知識的形成、化學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了漫長而曲折的道路。它伴隨著人類社會的進步而發(fā)展，是社會發(fā)展的必然結(jié)果。而它的發(fā)展，又促進生產(chǎn)力的發(fā)展，推動歷史的前進�；瘜W(xué)的發(fā)展，主要經(jīng)歷以下幾個時期：
萌芽時期
從遠古到公元前1500年，人類學(xué)會在熊熊的烈火中由黏土制出陶器、由礦石燒出金屬，學(xué)會從谷物釀造出酒、給絲麻等織物染上顏色，這些都是在實踐經(jīng)驗的直接啟發(fā)下經(jīng)過長期摸索而來的最早的化學(xué)工藝，但還沒有形成化學(xué)知識，只是化學(xué)的萌芽時期。古時候，原始人類為了他們的生存，在與自然界的種種災(zāi)難進行抗?fàn)幹�，發(fā)現(xiàn)和利用了火。原始人類從用火之時開始，由野蠻進入文明，同時也就開始了用化學(xué)方法認識和改造天然物質(zhì)。燃燒就是一種化學(xué)現(xiàn)象。（火的發(fā)現(xiàn)和利用，改善了人類生存的條件，并使人類變得聰明而強大。）掌握了火以后，人類開始食用熟食；繼而人類又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些物質(zhì)的變化，如發(fā)現(xiàn)在翠綠色的孔雀石等銅礦石上面燃燒炭火，會有紅色的銅生成。在中國，春秋戰(zhàn)國由青銅社會開始轉(zhuǎn)型，鐵器牛耕引發(fā)的社會變革推動了化學(xué)的發(fā)展。 這樣，人類在逐步了解和利用這些物質(zhì)的變化的過程中，制得了對人類具有使用價值的產(chǎn)品。人類逐步學(xué)會了制陶、冶煉；以后又懂得了釀造、染色等等。這些由天然物質(zhì)加工改造而成的制品，成為古代文明的標(biāo)志。在這些生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)上，萌發(fā)了古代化學(xué)知識。
丹藥時期
約從公元前1500年到公元1650年，化學(xué)被煉丹術(shù)、煉金術(shù)所控制。為求得長生不老的仙丹或象征富貴的黃金，煉丹家和煉金術(shù)士們開始了最早的化學(xué)實驗，而后記載、總結(jié)煉丹術(shù)的書籍也相繼出現(xiàn)。雖然煉丹家、煉金術(shù)士們都以失敗而告終，但他們在煉制長生不老藥的過程中，在探索“點石成金”的方法中實現(xiàn)了物質(zhì)間用人工方法進行的相互轉(zhuǎn)變，積累了許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的條件和現(xiàn)象，為化學(xué)的發(fā)展積累了豐富的實踐經(jīng)驗。當(dāng)時出現(xiàn)的“化學(xué)”一詞，其含義便是“煉金術(shù)”。但隨著煉丹術(shù)、煉金術(shù)的衰落，人們更多地看到它荒唐的一面，實際上，化學(xué)方法轉(zhuǎn)而在醫(yī)藥和冶金方面得到正當(dāng)發(fā)揮，中、外藥物學(xué)和冶金學(xué)的發(fā)展為化學(xué)成為一門科學(xué)準(zhǔn)備了豐富的素材。與此同時，進一步分類研究了各種物質(zhì)的性質(zhì)，特別是相互反應(yīng)的性能。這些都為近代化學(xué)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)，許多器具和方法經(jīng)過改進后，仍然在今天的化學(xué)實驗中沿用。煉丹家在實驗過程中發(fā)明了火藥，發(fā)現(xiàn)了若干元素，制成了某些合金，還制出和提純了許多化合物，這些成果我們至今仍在利用。
燃素時期
這個時期從1650年到1775年，是近代化學(xué)的孕育時期。隨著冶金工業(yè)和實驗室經(jīng)驗的積累，人們總結(jié)感性知識，進行化學(xué)變化的理論研究，使化學(xué)成為自然科學(xué)的一個分支。這一階段開始的標(biāo)志是英國化學(xué)家波義耳為化學(xué)元素指明科學(xué)的概念。繼之，化學(xué)又借燃素說從煉金術(shù)中解放出來。燃素說認為可燃物能夠燃燒是因為它含有燃素，燃燒過程是可燃物中燃素放出的過程，盡管這個理論是錯誤的，但它把大量的化學(xué)事實統(tǒng)一在一個概念之下，解釋了許多化學(xué)現(xiàn)象。在燃素說流行的一百多年間，化學(xué)家為解釋各種現(xiàn)象，做了大量的實驗，發(fā)現(xiàn)多種氣體的存在，積累了更多關(guān)于物質(zhì)轉(zhuǎn)化的新知識。特別是燃素說，認為化學(xué)反應(yīng)是一種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一種物質(zhì)的過程，化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)守恒，這些觀點奠定了近代化學(xué)思維的基礎(chǔ)。這一時期，不僅從科學(xué)實踐上，還從思想上為近代化學(xué)的發(fā)展做了準(zhǔn)備，這一時期成為近代化學(xué)的孕育時期。16世紀(jì)開始，歐洲工業(yè)生產(chǎn)蓬勃興起，推動了醫(yī)藥化學(xué)和冶金化學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展。使煉金術(shù)轉(zhuǎn)向生活和實際應(yīng)用，繼而更加注意物質(zhì)化學(xué)變化本身的研究。在元素的科學(xué)概念建立后，通過對燃燒現(xiàn)象的精密實驗研究，建立了科學(xué)的氧化理論和質(zhì)量守恒定律，隨后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律，為化學(xué)進一步科學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
發(fā)展期
這個時期從1775年到1900年，是近代化學(xué)發(fā)展的時期。1775年前后，拉瓦錫用定量化學(xué)實驗闡述了燃燒的氧化學(xué)說，開創(chuàng)了定量化學(xué)時期，使化學(xué)沿著正確的軌道發(fā)展。19世紀(jì)初，英國化學(xué)家道爾頓提出近代原子學(xué)說，突出地強調(diào)了各種元素的原子的質(zhì)量為其最基本的特征，其中量的概念的引入，是與古代原子論的一個主要區(qū)別。近代原子論使當(dāng)時的化學(xué)知識和理論得到了合理的解釋，成為說明化學(xué)現(xiàn)象的統(tǒng)一理論。接著意大利科學(xué)家阿伏加德羅提出分子概念。自從用原子-分子論來研究化學(xué)，化學(xué)才真正被確立為一門科學(xué)。這一時期，建立了不少化學(xué)基本定律。俄國化學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律，德國化學(xué)家李比希和維勒發(fā)展了有機結(jié)構(gòu)理論，這些都使化學(xué)成為一門系統(tǒng)的科學(xué)，也為現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 19世紀(jì)下半葉，熱力學(xué)等物理學(xué)理論引入化學(xué)之后，不僅澄清了化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的概念，而且可以定量地判斷化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方向和條件。相繼建立了溶液理論、電離理論、電化學(xué)和化學(xué)動力學(xué)的理論基礎(chǔ)。物理化學(xué)的誕生，把化學(xué)從理論上提高到一個新的水平。通過對礦物的分析，發(fā)現(xiàn)了許多新元素，加上對原子分子學(xué)說的實驗驗證，經(jīng)典性的化學(xué)分析方法也有了自己的體系。草酸和尿素的合成、原子價概念的產(chǎn)生、苯的六環(huán)結(jié)構(gòu)和碳價鍵四面體等學(xué)說的創(chuàng)立、酒石酸拆分成旋光異構(gòu)體，以及分子的不對稱性等等的發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致有機化學(xué)結(jié)構(gòu)理論的建立，使人們對分子本質(zhì)的認識更加深入，并奠定了有機化學(xué)的基礎(chǔ)。
現(xiàn)代時期
二十世紀(jì)的化學(xué)是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的科學(xué)，實驗與理論一直是化學(xué)研究中相互依賴、彼此促進的兩個方面。進入20世紀(jì)以后，由于受到自然科學(xué)其他學(xué)科發(fā)展的影響，并廣泛地應(yīng)用了當(dāng)代科學(xué)的理論、技術(shù)和方法，化學(xué)在認識物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、合成和測試等方面都有了長足的進展，而且在理論方面取得了許多重要成果。在無機化學(xué)、分析化學(xué)、有機化學(xué)和物理化學(xué)四大分支學(xué)科的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了新的化學(xué)分支學(xué)科。 近代物理的理論和技術(shù)、數(shù)學(xué)方法及計算機技術(shù)在化學(xué)中的應(yīng)用，對現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展起了很大的推動作用。19世紀(jì)末，電子、X射線和放射性的發(fā)現(xiàn)為化學(xué)在20世紀(jì)的重大進展創(chuàng)造了條件。 在結(jié)構(gòu)化學(xué)方面，由于電子的發(fā)現(xiàn)開始并確立的現(xiàn)代的有核原子模型，不僅豐富和深化了對元素周期表的認識，而且發(fā)展了分子理論。應(yīng)用量子力學(xué)研究分子結(jié)構(gòu)。 從氫分子結(jié)構(gòu)的研究開始，逐步揭示了化學(xué)鍵的本質(zhì)，先后創(chuàng)立了價鍵理論、分子軌道理論和配位場理論�；瘜W(xué)反應(yīng)理論也隨著深入到微觀境界。應(yīng)用X射線作為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新分析手段，可以洞察物質(zhì)的晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)。測定化學(xué)立體結(jié)構(gòu)的衍射方法，有X射線衍射、電子衍射和中子衍射等方法。其中以X射線衍射法的應(yīng)用所積累的精密分子立體結(jié)構(gòu)信息最多。 研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的譜學(xué)方法也由可見光譜、紫外光譜、紅外光譜擴展到核磁共振譜、電子自選共振譜、光電子能譜、射線共振光譜、穆斯堡爾譜等，與計算機聯(lián)用后，積累大量物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)的'資料，正由經(jīng)驗向理論發(fā)展。電子顯微鏡放大倍數(shù)不斷提高，人們可以直接觀察分子的結(jié)構(gòu)。 經(jīng)典的元素學(xué)說由于放射性的發(fā)現(xiàn)而產(chǎn)生深刻的變革。從放射性衰變理論的創(chuàng)立、同位素的發(fā)現(xiàn)到人工核反應(yīng)和核裂變的實現(xiàn)、氘的發(fā)現(xiàn)、中子和正電子及其它基本粒子的發(fā)現(xiàn)，不僅是人類的認識深入到亞原子層次，而且創(chuàng)立了相應(yīng)的實驗方法和理論；不僅實現(xiàn)了古代煉丹家轉(zhuǎn)變元素的思想，而且改變了人的宇宙觀。 作為20世紀(jì)的時代標(biāo)志，人類開始掌握和使用核能。放射化學(xué)和核化學(xué)等分支學(xué)科相繼產(chǎn)生，并迅速發(fā)展；同位素地質(zhì)學(xué)、同位素宇宙化學(xué)等交叉學(xué)科接踵誕生。元素周期表擴充了，已有109號元素，并且正在探索超重元素以驗證元素“穩(wěn)定島假說”。與現(xiàn)代宇宙學(xué)相依存的元素起源學(xué)說和與演化學(xué)說密切相關(guān)的核素年齡測定等工作，都在不斷補充和更新元素的觀念。 酚醛樹脂的合成，開辟了高分子科學(xué)領(lǐng)域。20世紀(jì)30年代聚酰胺纖維的合成，使高分子的概念得到廣泛的確認。后來，高分子的合成、結(jié)構(gòu)和性能研究、應(yīng)用三方面保持互相配合和促進，使高分子化學(xué)得以迅速發(fā)展。 各種高分子材料合成和應(yīng)用，為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、交通運輸、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事技術(shù)，以及人們衣食住行各方面，提供了多種性能優(yōu)異而成本較低的重要材料，成為現(xiàn)代物質(zhì)文明的重要標(biāo)志。高分子工業(yè)發(fā)展為化學(xué)工業(yè)的重要支柱。20世紀(jì)是有機合成的黃金時代�；瘜W(xué)的分離手段和結(jié)構(gòu)分析方法已經(jīng)有了很大發(fā)展，許多天然有機化合物的結(jié)構(gòu)問題紛紛獲得圓滿解決，還發(fā)現(xiàn)了許多新的重要的有機反應(yīng)和專一性有機試劑，在此基礎(chǔ)上，精細有機合成，特別是在不對稱合成方面取得了很大進展。 一方面，合成了各種有特種結(jié)構(gòu)和特種性能的有機化合物；另一方面，合成了從不穩(wěn)定的自由基到有生物活性的蛋白質(zhì)、核酸等生命基礎(chǔ)物質(zhì)。有機化學(xué)家還合成了有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的天然有機化合物和有特效的藥物。這些成就對促進科學(xué)的發(fā)展起了巨大的作用；為合成有高度生物活性的物質(zhì)，并與其他學(xué)科協(xié)同解決有生命物質(zhì)的合成問題及解決前生命物質(zhì)的化學(xué)問題等，提供了有利的條件。 20世紀(jì)以來，化學(xué)發(fā)展的趨勢可以歸納為：由宏觀向微觀、由定性向定量、由穩(wěn)定態(tài)向亞穩(wěn)定態(tài)發(fā)展，由經(jīng)驗逐漸上升到理論，再用于指導(dǎo)設(shè)計和開拓創(chuàng)新的研究。一方面，為生產(chǎn)和技術(shù)部門提供盡可能多的新物質(zhì)、新材料；另一方面，在與其它自然科學(xué)相互滲透的進程中不斷產(chǎn)生新學(xué)科，并向探索生命科學(xué)和宇宙起源的方向發(fā)展。
學(xué)科分類分科概述
化學(xué)變化：有其他物質(zhì)生成的變化（燃燒、鋼鐵生銹、食物腐爛、糧食釀酒、動植物呼吸、光合作用……）。 化學(xué)在發(fā)展過程中，依照所研究的分子類別和研究手段、目的、任務(wù)的不同，派生出不同層次的許多分支。在20世紀(jì)20年代以前，化學(xué)傳統(tǒng)地分為無機化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)和分析化學(xué)四個分支。20年代以后，由于世界經(jīng)濟的高速發(fā)展，化學(xué)鍵的電子理論和量子力學(xué)的誕生、電子技術(shù)和計算機技術(shù)的興起，化學(xué)研究在理論上和實驗技術(shù)上都獲得了新的手段，導(dǎo)致這門學(xué)科從30年代以來飛躍發(fā)展，出現(xiàn)了嶄新的面貌�；瘜W(xué)內(nèi)容一般分為生物化學(xué)、有機化學(xué)、高分子化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)和化學(xué)工程學(xué)、物理化學(xué)、無機化學(xué)等七大類共80項，實際包括了七大分支學(xué)科。 根據(jù)當(dāng)今化學(xué)學(xué)科的發(fā)展以及它與天文學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、地學(xué)等學(xué)科相互滲透的情況，化學(xué)可作如下分類：
具體分科
無機化學(xué) 元素化學(xué)、無機合成化學(xué)、無機高分子化學(xué)、無機固體化學(xué)、配位化學(xué)(即絡(luò)合物化學(xué)）、同位素化學(xué)、生物無機化學(xué)、金屬有機化學(xué)、金屬酶化學(xué)等。 有機化學(xué) 普通有機化學(xué)、有機合成化學(xué)、金屬和非金屬有機化學(xué)、物理有機化學(xué)、生物有機化學(xué)、有機分析化學(xué)。 物理化學(xué) 結(jié)構(gòu)化學(xué)、熱化學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、電化學(xué)、溶液理論、界面化學(xué)、膠體化學(xué)、量子化學(xué)、催化作用及其理論等。 分析化學(xué) 化學(xué)分析、儀器和新技術(shù)分析。包括性能測定、監(jiān)控、各種光譜和光化學(xué)分析、各種電化學(xué)分析方法、質(zhì)譜分析法、各種電鏡、成像和形貌分析方法，在線分析、活性分析、實時分析等，各種物理化學(xué)性能和生理活性的檢測方法，萃取、離子交換、色譜、質(zhì)譜等分離方法，分離分析聯(lián)用、合成分離分析三聯(lián)用等。 高分子化學(xué) 天然高分子化學(xué)、高分子合成化學(xué)、高分子物理化學(xué)、高聚物應(yīng)用、高分子物理。 核化學(xué) 放射性元素化學(xué)、放射分析化學(xué)、輻射化學(xué)、同位素化學(xué)、核化學(xué)。 生物化學(xué) 一般生物化學(xué)、酶類、微生物化學(xué)、植物化學(xué)、免疫化學(xué)、發(fā)酵和生物工程、食品化學(xué)、煤化學(xué)等。 其它與化學(xué)有關(guān)的邊緣學(xué)科還有：地球化學(xué)、海洋化學(xué)、大氣化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、宇宙化學(xué)、星際化學(xué)等。
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