"化學"的搜尋報告

化学是一门研究物质的性质、组成、结构和变化，研究物質之間的關係，以及當兩種物質相互影響而發生改變的時候能量產生的變化的科学。「化學」一詞，若單從字面解釋就是「變化的科學」之意。現代所謂的化學是指由原子層面研究物質的學問。
化學主要研究原子和原子的組合，例如分子、晶體和金屬等，這些都是日常生活經常看到的東西。現代化學指出，一種物質的性質是取決於它們在原子層面上的結構。化學和物理可說是現代自然科學中兩門最重要的學科。
很多人稱化學為「中心科學」（Central science），因為化學將科學的其他學科，例如材料科學、奈米科技、生物化學等學科連上。化學的很多學門都與其他科學學科有相同的地方。
化學研究的對象涉及物質，可以是兩種物質互相影響，亦可以是物質與其他不是實體的東西，例如能量之間的影響。傳統的化學常常都是關於兩種物質接觸、變化，即「化學反應」；又或者是一種物質變成另一種物質的過程。這些變化有時會需要使用電磁波，當中電磁波負責激發化學作用。不過有時化學都不一定要關於物質之間的反應。光譜學研究物質與光之間的關係，而這些關係並不涉及化學反應。
研究化學的學者稱為化學家。在化學家的概念中一切物質都是由原子或比原子更細小的物質組成，如電子，中子和質子。一堆原子結合以後可以成為各種其他物質，例如分子、離子或者結晶體。地球上一切的東西，生活中一切的物件和物質的特性都是受化學性質和物理性質所掌管。
鋼之所以那麼硬，是因為它們中的原子組成了一個很大的結晶，每粒原子都與鄰近的原子結合得很牢。木之所以能燃燒，因為它們與空氣中的氧只要超過某溫度就會發生反應，發光和發熱。水是液體，因為它們中的粒子的活動程度大於固體而少於氣體。人有視覺，因為眼中有些遇到光會變化的蛋白質，把訊息傳到腦中。
當代的化學已發展出許多不同的學門，通常每一位化學家只專精於其中一、兩個。在中學課程中的化學，化學家稱為「普通化學」（General Chemistry）。普通化學是化學的導論。普通化學課程提供初學者入門簡單的概念，相較於專業學門領域而言，並不甚深入和精確，但普通化學提供化學家直觀、圖像化的思維方式。即使是專業化學家，仍用這些簡單概念來解釋和思考一些複雜的知識。
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歷史
最早的化學要算是人類對火的研究。對於當時的人來說，火可以將一種物體變成另一種物體，所以成為了當時人最有興趣研究的現象。如果沒有火，人類不會發現到鐵和玻璃的製造方法。

人类早期对火的认识



當人發現了金這一種貴重的金屬之後，很多人去研究怎樣把其他物質變成金。公元前300年到1500年，煉金術士的主要興趣是期望將一些便宜的金屬轉化成黃金，也因此累積了金屬的提取和處理有關的觀察和技術。跟着的一百年煉金術士主要的工作是製造藥物，中国當時亦有所謂炼丹术。2000年前，人類己廣泛使用金，銀，汞（即水銀），銅，鐵和青銅。當時的人類文明，對於陶瓷、染色、釀造、造纸、火药等在工艺方面已有一定成就，在技術經驗上，對物質變化的理解已有一定觀察和文獻累積。部分科學史學者認為，煉金術可能對後來的化学的雏形和近代化学的形成、发展有一定影響。
然而，無論是煉金術或煉丹術，其目的、理論架構和思想，仍離真正的科學相距甚遠。

炼金术
早期的化學家收集了很多不同物質的資料。但是化學到了16世紀仍然發展的很慢。在17世紀期間出現了好幾位著名的化學家，其中之一是罗伯特·波义耳，他被尊崇為「化學之父」。在這之後，很多新發現一個接着一個的出現。到了1850年，化學己與現在所熟知的甚為相似。1773年，拉瓦錫（Antoine Lavoisier）提出了質量守恆定律。接著一些化學家相繼發現了各種化學元素，為後來門得列夫（Дми́трий Ива́нович Менделе́ев）建立的元素週期表奠定了基礎。1901年，諾貝爾化學獎成立，確認了化學對人類的貢獻。

早期化学
近代化學始於20世紀初期蓬勃發展的量子力學。萊納斯·鮑林引進量子力學解釋化學鍵的本質，得以用波函數的線性疊加來描述。質子、中子和電子的發現，使化學真正由原子尺度來理解化學反應。量子力學和電子學的發展，使得許多新型儀器得以開發，來探索和分析化合物的結構和成分，如原子和分子光譜儀、X射線、核磁共振和質譜儀等。

近代化学
當代化學大致分為四大學門，各學門又有許多延伸的子學門和應用化學領域。
四大學門主要為：
其他延展和應用的學門：

物理化學是從物理角度分析化學原理的化學分支，可謂近代化學的原理根基。物理化學家關注於分子如何形成結構、動態變化、分子光譜的根本原理，以及平衡態等根本問題，涉及的物理包涵熱力學、動力學、量子化學、統計力學等重要物理領域。物理化學和化學物理兩者差異不大，端看研究者所關注或偏向的層面而定。大體而言，物理化學為四大學門中最講求數值精確以及理論架構嚴謹的學門。諾貝爾獎得主李遠哲先生之研究領域化學反應動力學即屬物理化學。
分析化學開發分析物質成分、結構的方法，使化學成分得以定性和定量，化學結構得以確定。分析化學是化學家最基礎的訓練之一，化學家在實驗技術和基礎知識上的訓練，皆得力於分析化學。當代分析化學著重儀器分析，常用的分析儀器有幾大類，包括原子與分子光譜儀，電化學分析儀器，核磁共振，X光，以及質譜儀。
有機化學研究碳，氫，氧，氮，硫等元素組成的化合物的化學學門。有機化學主要研究有機化合物的合成途徑和方法，機構和物理性質。由於有機化學高度的應用性和悠久的發展歷史，通常被普羅大眾視為當代化學的代名詞。有機合成和新反應途徑的開發，對於藥物，天然物，生物和材料高分子的開發，都是極為重要的一環，對於化學工業有極大的影響。
無機化學有機化合物以外元素的化學領域，研究化合物的合成途徑和方法，機構和物理性質，最常見的分子體系為金屬錯合物。有機和無機化學領域常有交疊，甚至有密不可分的趨勢。有機金屬化學就是一門結合有機和無機領域的化學。
理論化學從物理的理論去解釋各種化學現象的學門。
計算化學由於分子體系的複雜性，分子的反應，動態，結構，經常是無法完全以量子力學做計算的。因此計算化學提供各種簡約的計算方法，來預測並輔助實驗結果的推斷。實用性上已有諾貝爾獎的肯定，如1998年獲諾貝爾化學獎的密度泛函方法。
生物化學生物化學是研究生物體內發生的化學反應和相互作用的學科，被應用於研究細胞中各組分（例如蛋白質，碳水化合物，脂類，核酸以及其他生物分子）的結構和功能。 生物化學被廣泛應用於蛋白質各項化學性質的研究，特別是應用於酶促反應的研究。
電化學是研究各種因為電力推動而發生的化學作用或者會在運作途中産生電力的化學作用的科學學門。生活中常見的各種電池就是電化學的研究成果。
光化學研究各種化學物質，受到各種頻率光線照射之後的化學反應變化。
藥物化學研究化學物質怎樣用於藥物中，從而改變藥物的功效，做出醫病的作用。它其實是幾個化學門派，包括有機化學、生物化學、物理化學，及幾個不屬於化學的科學學門，包括藥理學、分子生物學和統計學的結合。
量子化學用量子力學及其他純理論手段解釋各種化學現象。
核子化學研究不同的次原子粒子怎樣走在一起，形成一個原子核，及研究一個原子核中的物質如何變化。
天文化學研究外太空的化學物質，分析它們的成分、結構與地球上的物質有什麼不同。
大氣化學是一種對地球大氣層及其他星球的大氣層的研究。大氣化學都會研究環境變化途中發生過什麼化學反應，是大氣科學的一個重要分支學科。
環境化學從化學角度研究自然環境中生物的變化。
綠色化學研究怎樣從化學角度減低污染。
資訊化學用電腦去解決化學上的問題。
地球化學研究地殼中各種物質的化學特性，解釋它們的構造。
石油化學從化學角度研究石油及天然氣的特性及煉油技術。
高分子化學研究比較大的分子，即是高分子，例如發泡膠怎樣造出來和有些什麼特性。高分子化學亦會研究怎樣令很多分子結合為一粒高分子。
超分子化學研究共價鍵以外各種化學鍵，例如氫鍵、范德華力 、疏水效應的運作。

基本概念
在化學中，命名系統是指將各種化學品命名的方法。這些命名系統給每一種東西一個有系統的名字。有機化合物會根據有機命名系統命名，而無機化合物則會根據無機命名系統改名。

命名系統



一粒原子是由原子核及外圍帶負電荷的電子組成的粒子，一般而言是化學研究的最小尺度範疇。原子核由質子和中子組成。電子帶負電荷，質子帶正電荷，個數相同使得電荷平衡，令整個原子呈中性。

原子



一種元素即是所有原子核內有一樣多的質子的原子的統稱，例如氫這種元素中所有原子都是只有一粒質子。這個概念換過來說亦可：所有原子核中有六粒質子的原子都是碳，所有原子核中有九十二粒質子的都是鈾。元素亦有另一定義，就是所有不可以用化學方法分解的物質都是元素。
在這麼多種列舉元素的方法中，最常用和最方便的莫過於元素週期表。週期表根據原子序數來排列原子，而原子序數就是一粒原子中質子的數量。因為這個奇怪的排列，排在一起的元素，無論是同一個直行、同一個橫行還是純粹在附近，都有一些大致上固定的關係。
同一種元素可能有很多個不同的同位素。它們除了重量有些分別，或者有的因為太多、太少中子而導致原子核不穏定之外其他東西大致一樣。

元素



化合物是一些以不同元素用固定比例結合而成的物質。成份的比例決定了它的化學特性。例如水是用氫同氧以二比一組合而成，結果它三個原子之間就造了一個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反應。

化合物



一個分子是化合物的最根本組織，不用化學方法是拆不開的。大部分分子都是由兩個或以上原子組成，但是都有些特例，例如氦氣分子，只有一個原子。這些原子，如果多於一個，是由化學鍵結合。

分子



離子是带电荷的物质，可以由原子或分子失去或得到电子形成。正離子（例如鈉離子Na)。气相的离子通常被称为等离子体。

離子
化學品泛指一切有確實化學構造及化學成份的物質，所以又稱化學物質。它們可以是元素、化合物或混合物。日常生活中，我們會遇到的東西多數都是混合物，例如合金。

化學品



化學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。化學鍵的物理本質來自於原子和原子之間電子的電力，量子力學上意指原子間電子的波函數線性疊加。化學鍵是化學最重要的概念之一，物理理論本質由萊納斯·鮑林建立。化學家為能簡潔表述化學鍵並規避量子力學的複雜性，將化學鍵分類為共價鍵、離子鍵和金屬鍵，較弱的鍵結如氫鍵等。無論分類為何，其物理本質都是相同的。

化學鍵
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。

分子间力
物質有時會是液體，有時會是固體，有時會是氣體，這些叫作物質的相態。一件物質是否軟、透不透光、透光的話它的折射率是多少，這些都是一件物質的物理特性。總而言之，物理特性即是一種物質不靠化學作用都可以斷定到的特性。

物理特性



化學反應是一種物質轉變為另一種物質的過程，涉及分子中元素的交換和化學鍵的轉移、形成或消失。化學反應形成的改變既可令很多獨立的分子結合，也可將一個較大型的分子拆開成為很多獨立的小分子，甚至是同一分子內有原子移動，即使原子的數量沒有改變，但仍會構成化學反應。
化學家跟藥劑師大量生產的化學品就是一個化學反應的例子。

化學反應
化學反應的守恆必須符合物理守恆定律，反應前後應符合：

質量守恒定律：一個化學反應發生，物質的總質量不會有任何變化。
能量守恒定律：化學反應所產生的能量總和不變，只是能量形式依照反應模式而變化。
電荷守恆定律：化學反應前後的電荷數應守恆。

定律

无机化学

元素化学
无机合成化学
配位化学

配位聚合物化学
无机固態化学
有机金属化学
生物无机化学
有机化学

天然有机化学
有机合成化学
元素有机化学
物理有机化学
有机分析

有機光譜學

紅外光譜學
核磁共振光譜學
紫外光可見光光譜學
物理化学

化学热力学
溶液的性质和溶液理论
结构化学
量子化学
磁化学
晶体化学
化学动力学
催化化学
热化学
光化学
分析化学

定性分析
定量分析
仪器分析

电化学分析
光学分析
放射化学分析
结构分析

官能团分析
立体化学分析
高分子化学

高分子合成
天然高分子
高分子物理化学
高分子物理
放射化学

放射性元素
核化学
放射分析化学
同位素化学
辐射化学
核燃料、反应堆和裂变产物化学
其他分支

计算化学
生物化学
地球化学
海洋化学
大气化学
环境化学
宇宙化学
星际化学
药物化学
农业化学
石油化学
木材化学
土壤化学
化学分类学
化学胚胎学
化学工程
煤化学
食品化学
化学地理学
天体化学
岩石化学
空间化学
化学加工
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