化學
化學
化學(化學)
化學是在原子、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。世界由物質(zhì)組成，化學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科，它的成就是社會文明的重要標志。
定義
“化學”一詞，若單是從字面解釋就是“變化的科學”�；瘜W如同物理一樣皆為自然科學的基礎(chǔ)科學。化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學。很多人稱化學為“中心科學”，因為化學為部分科學學門的核心，如材料科學、納米科技、生物化學等�；瘜W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，這也是化學變化的核心基礎(chǔ)。現(xiàn)代化學下有五門二級學科：無機化學、有機化學、物理化學、分析化學與高分子化學。
特點
化學是重要的基礎(chǔ)科學之一，是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，在與物理學、生物學、地理學、天文學等學科的相互滲透中，得到了迅速的發(fā)展，也推動了其他學科和技術(shù)的發(fā)展。例如，核酸化學的研究成果使今天的生物學從細胞水平提高到分子水平，建立了分子生物學。
研究對象
化學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，人類都在享用化學成果。人類的生活能夠不斷提高和改善，化學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)科學家利用元素周期表，指導尋找制取半導體、催化劑、化學農(nóng)藥、新型材料的元素及化合物。 現(xiàn)代化學的元素周期律是1869年俄國科學家德米特里·伊萬諾維奇·門捷列夫（Dmitri Ivanovich Mendeleev )首先整理，他將當時已知的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)測當時尚未發(fā)現(xiàn)的元素的特性(鎵、鈧、鍺)。1913年英國科學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代的周期表。
歷史概述
化學的歷史淵源非常古老，可以說從人類學會使用火，就開始了最早的化學實踐活動。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。當時這只是一種經(jīng)驗的積累�；瘜W知識的形成、化學的發(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，人類學會在熊熊的烈火中由黏土制出陶器、由礦石燒出金屬，學會從谷物釀造出酒、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工藝，但還沒有形成化學知識，只是化學的萌芽時期。古時候，原始人類為了他們的生存，在與自然界的種種災(zāi)難進行抗爭中，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方法認識和改造天然物質(zhì)。燃燒就是一種化學現(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，成為古代文明的標志。在這些生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)上，萌發(fā)了古代化學知識。
丹藥時期
約從公元前1500年到公元1650年，化學被煉丹術(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)生化學變化的條件和現(xiàn)象，為化學的發(fā)展積累了豐富的實踐經(jīng)驗。當時出現(xiàn)的“化學”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，化學方法轉(zhuǎn)而在醫(yī)藥和冶金方面得到正當發(fā)揮，中、外藥物學和冶金學的發(fā)展為化學成為一門科學準備了豐富的素材。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，進行化學變化的理論研究，使化學成為自然科學的一個分支。這一階段開始的標志是英國化學家波義耳為化學元素指明科學的概念。繼之，化學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，但它把大量的化學事實統(tǒng)一在一個概念之下，解釋了許多化學現(xiàn)象。在燃素說流行的一百多年間，化學家為解釋各種現(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，認為化學反應(yīng)是一種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一種物質(zhì)的過程，化學反應(yīng)中物質(zhì)守恒，這些觀點奠定了近代化學思維的基礎(chǔ)。這一時期，不僅從科學實踐上，還從思想上為近代化學的發(fā)展做了準備，這一時期成為近代化學的孕育時期。16世紀開始，歐洲工業(yè)生產(chǎn)蓬勃興起，推動了醫(yī)藥化學和冶金化學的創(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)化學變化本身的研究。在元素的科學概念建立后，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，為化學進一步科學的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
發(fā)展期
這個時期從1775年到1900年，是近代化學發(fā)展的時期。1775年前后，拉瓦錫用定量化學實驗闡述了燃燒的氧化學說，開創(chuàng)了定量化學時期，使化學沿著正確的軌道發(fā)展。19世紀初，英國化學家道爾頓提出近代原子學說，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。近代原子論使當時的化學知識和理論得到了合理的解釋，成為說明化學現(xiàn)象的統(tǒng)一理論。接著意大利科學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，化學才真正被確立為一門科學。這一時期，建立了不少化學基本定律。俄國化學家門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律，德國化學家李比希和維勒發(fā)展了有機結(jié)構(gòu)理論，這些都使化學成為一門系統(tǒng)的科學，也為現(xiàn)代化學的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 19世紀下半葉，熱力學等物理學理論引入化學之后，不僅澄清了化學平衡和反應(yīng)速率的概念，而且可以定量地判斷化學反應(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、電化學和化學動力學的理論基礎(chǔ)。物理化學的誕生，把化學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，加上對原子分子學說的實驗驗證，經(jīng)典性的化學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)，導致有機化學結(jié)構(gòu)理論的建立，使人們對分子本質(zhì)的認識更加深入，并奠定了有機化學的基礎(chǔ)。
現(xiàn)代時期
二十世紀的化學是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的科學，實驗與理論一直是化學研究中相互依賴、彼此促進的兩個方面。進入20世紀以后，由于受到自然科學其他學科發(fā)展的影響，并廣泛地應(yīng)用了當代科學的理論、技術(shù)和方法，化學在認識物質(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、分析化學、有機化學和物理化學四大分支學科的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了新的化學分支學科。 近代物理的理論和技術(shù)、數(shù)學方法及計算機技術(shù)在化學中的應(yīng)用，對現(xiàn)代化學的發(fā)展起了很大的推動作用。19世紀末，電子、X射線和放射性的發(fā)現(xiàn)為化學在20世紀的重大進展創(chuàng)造了條件。 在結(jié)構(gòu)化學方面，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)的晶體化學結(jié)構(gòu)。測定化學立體結(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世紀的時代標志，人類開始掌握和使用核能。放射化學和核化學等分支學科相繼產(chǎn)生，并迅速發(fā)展；同位素地質(zhì)學、同位素宇宙化學等交叉學科接踵誕生。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)代宇宙學相依存的元素起源學說和與演化學說密切相關(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，開辟了高分子科學領(lǐng)域。20世紀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)文明的重要標志。高分子工業(yè)發(fā)展為化學工業(yè)的重要支柱。20世紀是有機合成的黃金時代。化學的分離手段和結(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)。有機化學家還合成了有復雜結(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)的化學問題等，提供了有利的條件。 20世紀以來，化學發(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，在與其它自然科學相互滲透的進程中不斷產(chǎn)生新學科，并向探索生命科學和宇宙起源的方向發(fā)展。
學科分類分科概述
化學變化：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20年代以前，化學傳統(tǒng)地分為無機化學、有機化學、物理化學和分析化學四個分支。20年代以后，由于世界經(jīng)濟的高速發(fā)展，化學鍵的電子理論和量子力學的誕生、電子技術(shù)和計算機技術(shù)的興起，化學研究在理論上和實驗技術(shù)上都獲得了新的手段，導致這門學科從30年代以來飛躍發(fā)展，出現(xiàn)了嶄新的面貌�；瘜W內(nèi)容一般分為生物化學、有機化學、高分子化學、應(yīng)用化學和化學工程學、物理化學、無機化學等七大類共80項，實際包括了七大分支學科。 根據(jù)當今化學學科的發(fā)展以及它與天文學、物理學、數(shù)學、生物學、醫(yī)學、地學等學科相互滲透的情況，化學可作如下分類：
具體分科
無機化學 元素化學、無機合成化學、無機高分子化學、無機固體化學、配位化學(即絡(luò)合物化學）、同位素化學、生物無機化學、金屬有機化學、金屬酶化學等。 有機化學 普通有機化學、有機合成化學、金屬和非金屬有機化學、物理有機化學、生物有機化學、有機分析化學。 物理化學 結(jié)構(gòu)化學、熱化學、化學熱力學、化學動力學、電化學、溶液理論、界面化學、膠體化學、量子化學、催化作用及其理論等。 分析化學 化學分析、儀器和新技術(shù)分析。包括性能測定、監(jiān)控、各種光譜和光化學分析、各種電化學分析方法、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 天然高分子化學、高分子合成化學、高分子物理化學、高聚物應(yīng)用、高分子物理。 核化學 放射性元素化學、放射分析化學、輻射化學、同位素化學、核化學。 生物化學 一般生物化學、酶類、微生物化學、植物化學、免疫化學、發(fā)酵和生物工程、食品化學、煤化學等。 其它與化學有關(guān)的邊緣學科還有：地球化學、海洋化學、大氣化學、環(huán)境化學、宇宙化學、星際化學等。
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