Chemie (odvozeno z arabského slova kimia, alchymie, kde al je arabsky) je věda, která se zabývá vlastnostmi organických a anorganických látek a jejich interakcemi s jinými organickými a anorganickými látkami. Při studiu hmoty se chemie zabývá také pohybem elektronů (viz energie, fyzika, biologie). Vzhledem k rozmanitosti hmoty, která je většinou složena z různých kombinací atomů, chemici často studují, jak atomy různých chemických prvků interagují za vzniku molekul a jak molekuly interagují mezi sebou.
Pestrobarevné chemikálie jsou častým charakteristickým znakem chemie
Chemie je často nazývána centrální vědou, protože spojuje ostatní vědy dohromady.
Její obor je široký a často se překrývá s oborem fyziky, biologie nebo geologie. Chemie zahrnuje mnoho specializovaných dílčích oborů, které se často překrývají s významnými částmi jiných věd. Podobory jsou však velmi specifické – například pro chemii umožňují výrobu a testování silnějších materiálů, syntézu léčiv pro léčbu nemocí a určení mechanismů životních procesů.
Základním prvkem chemie je to, že jsou zapojeny všechny druhy hmoty. Chemie může zahrnovat interakci hmoty s hmotou, nebo zahrnovat hmotu s nemateriálními jevy, jako je energie. Podstatnější pro chemii je interakce jedné látky s druhou, například při chemické reakci, kdy se jedna látka nebo látky přeměňují na jinou, nebo při elektromagnetickém záření (jako ve fotochemii), kdy je chemický proces řízen stimulací světla.
Vědci vyznávající chemii jsou známí jako chemici. Podle současných chemiků se téměř veškerá hmota skládá z elektronů, prvků nebo atomů, iontů, molekul nebo krystalů. Struktura světa, který běžně zažíváme, a vlastnosti hmoty, se kterou běžně interagujeme, jsou dány vlastnostmi chemických látek a jejich interakcemi. Ocel je tvrdá, protože její atomy jsou svázány v krystalické mřížce. Dřevo hoří, protože může spontánně reagovat s kyslíkem v chemické reakci nad určitou teplotu. Voda je kapalina při pokojové teplotě, protože její molekuly se pohybují přibližně více než v pevné, ale méně než v plynu. Člověk může vidět díky interakci světla s molekulami zvanými proteiny v zadní části oka.
S tak velkou oblastí studia je nemožné vědět o chemii vše a velmi obtížné shrnout obor stručně. I ten nejzkušenější a nejzkušenější chemik zná jen velmi úzkou oblast chemie lépe než ostatní, i když většina chemiků má obecné znalosti o mnoha oblastech chemie. Chemie je rozdělena do mnoha oblastí studia nazývaných dílčí obory, na které se chemici specializují. Chemie vyučovaná na střední škole nebo na začátku vysoké školy se často nazývá „obecná chemie“ a má být úvodem do široké škály základních pojmů a dát studentovi nástroje, aby mohl pokračovat v pokročilejších předmětech. Mnohé pojmy prezentované na této úrovni jsou často neúplné a technicky nepřesné, přesto mají mimořádnou užitečnost. Chemici tyto jednoduché, elegantní nástroje a vysvětlení ve své práci pravidelně používají, protože nejlepší možné řešení je často tak ohromně obtížné a skutečné řešení je obvykle nedosažitelné.
Věda o chemii je historicky nedávný vývoj, ale má své kořeny v alchymii, která byla praktikována po tisíciletí po celém světě. Slovo chemie je přímo odvozeno od slova alchymie; nicméně etymologie alchymie je nejasná (viz alchymie).
Chemický jev je jev, který je popsatelný chemií a zahrnuje látky a energii. Chemické jevy jsou spojeny se změnou vlastností látky v důsledku chemické reakce.
Oheň je nepochybně nejokázalejší chemický jev. Chemikové se snaží vysvětlit všechny známé chemické jevy, objevit další a seskupit chemické jevy do tříd se společnými příčinami nebo účinky. Například látky, které reagují s kyslíkem za vzniku jiných látek, projdou oxidací; podobně skupina látek zvaných kyseliny nebo alkálie může reagovat mezi sebou za účelem neutralizace vzájemného účinku, jev známý jako neutralizace. Látky mohou být také disociovány nebo syntetizovány z jiných látek různými chemickými procesy. Chemická reakce je často doprovázena evolucí nebo absorpcí energie, tento jev je studován v rámci subdisciplíny chemie zvané chemická termodynamika/ termochemie. Podobně některé látky vyzařují světlo, aniž by byly zahřívány, jev známý jako fosforescence.
Podobory chemie
Chemie se obvykle dělí na několik hlavních dílčích oborů. Existuje také několik hlavních mezioborových a specializovanějších oborů chemie.
Dalšími obory jsou Astrochemie, Atmosférická chemie, Chemické inženýrství, Chemo-informatika, Elektrochemie, Environmentální chemie, Geochemie, Zelená chemie, Historie chemie, Materiálová věda, Medicínská chemie, Molekulární biologie, Molekulární genetika, Nanotechnologie,Jaderná chemie, Organometalická chemie, Petrochemie, Farmakologie, Fotochemie, Fytochemie, Polymerová chemie, Supramolekulární chemie, Povrchová chemie a Termochemie.
Hlavní článek: nomenklatura IUPAC
Nomenklatura odkazuje na systém pojmenovávání chemických sloučenin. Existují dobře definované systémy pro pojmenovávání chemických druhů. Organické sloučeniny jsou pojmenovány podle systému organické nomenklatury. Anorganické sloučeniny jsou pojmenovány podle systému anorganické nomenklatury.
Atom je soubor hmoty skládající se z kladně nabitého jádra (atomového jádra), které obsahuje protony a neutrony a které udržuje určitý počet elektronů pro vyrovnání kladného náboje v jádře.
Hlavní článek: Chemický prvek
Prvek je třída atomů, které mají v jádru stejný počet protonů. Toto číslo je známé jako atomové číslo prvku. Například všechny atomy se 6 protony v jádrech jsou atomy chemického prvku uhlík a všechny atomy s 92 protony v jádrech jsou atomy prvku uran.
Nejpohodlnější prezentace prvků je v periodické tabulce, která seskupuje prvky s podobnými chemickými vlastnostmi. K dispozici jsou také seznamy prvků podle názvu, symbolu a atomového čísla. Prvky mají navíc mnoho izotopů.
Hlavní článek: Chemická sloučenina
Sloučenina je látka s pevným poměrem chemických prvků, která určuje složení, a zvláštní organizací, která určuje chemické vlastnosti. Například voda je sloučenina obsahující vodík a kyslík v poměru dva ku jedné, s kyslíkem mezi vodíky a s úhlem 104,5° mezi nimi. Sloučeniny vznikají a přecházejí chemickými reakcemi.
Molekula je nejmenší nedělitelná část čisté sloučeniny nebo prvku, která si zachovává soubor jedinečných chemických vlastností. Molekula se skládá ze dvou nebo více atomů kovalentně vázaných k sobě.
Iont je nabitý druh nebo atom nebo molekula, která ztratila nebo získala elektron. Pozitivně nabité kationty (např. sodný kationt Na+) a negativně nabité anionty (např. chlorid Cl-) mohou tvořit neutrální soli (např. chlorid sodný NaCl). Příklady polyatomárních iontů, které se během acidobazické reakce nerozdělí, jsou hydroxid (OH-), nebo fosfát (PO43-).
Hlavní článek: Chemická látka
Chemická látka může být prvek, sloučenina nebo směs sloučenin, prvků nebo sloučenin a prvků. Většina hmoty, se kterou se setkáváme v našem každodenním životě, je ten či onen druh směsi, např. vzduch, slitiny, biomasa atd.
Hlavní článek: Chemická vazba
Chemická vazba je interakce, která drží pohromadě atomy v molekulách nebo krystalech. V mnoha jednoduchých sloučeninách lze teorii valenční vazby a koncept oxidačního čísla použít k predikci molekulární struktury a složení. Podobně lze teorie z klasické fyziky použít k predikci mnoha iontových struktur. U složitějších sloučenin, jako jsou kovové komplexy, teorie valenční vazby selhává a jsou nezbytné alternativní přístupy, které jsou založeny na kvantové chemii, jako je molekulární orbitální teorie.
Hlavní článek: Fáze (hmota)
Fáze je soubor stavů chemického systému, které mají podobné objemové strukturální vlastnosti za různých podmínek, jako je tlak nebo teplota. Fyzikální vlastnosti, jako je hustota a index lomu, mají tendenci spadat do hodnot charakteristických pro danou fázi. Fáze hmoty je definována fázovým přechodem, což znamená, že energie vložená do systému nebo z něj odebíraná přechází do přeskupení struktury systému, místo aby měnila objemové podmínky.
Někdy může být rozdíl mezi fázemi spojitý místo toho, aby měl diskrétní hranici, v tomto případě je hmota považována za nadkritický stav. Když se tři stavy setkají na základě podmínek, je to známé jako trojný bod a protože je to invariantní, je to pohodlný způsob, jak definovat množinu podmínek.
Nejznámějšími příklady fází jsou pevné látky, kapaliny a plyny. Méně známé fáze zahrnují plazma, Bose-Einsteinovy kondenzáty a fermionové kondenzáty a paramagnetické a feromagnetické fáze magnetických materiálů. I známý led má mnoho různých fází, v závislosti na tlaku a teplotě systému. Zatímco většina známých fází se zabývá trojrozměrnými systémy, je také možné definovat analogie ve dvourozměrných systémech, kterým je věnována velká pozornost kvůli jejich významu pro biologii.
Hlavní článek: Chemická reakce
Chemické reakce jsou transformace v jemné struktuře molekul. Takové reakce mohou vést k tomu, že se molekuly na sebe navážou a vytvoří větší molekuly, molekuly se rozpadnou a vytvoří dvě nebo více menších molekul, nebo k přeskupení atomů uvnitř molekul nebo mezi nimi. Chemické reakce obvykle zahrnují vytváření nebo lámání chemických vazeb.
Hlavní článek: Kvantová chemie
Kvantová chemie popisuje chování hmoty v molekulárním měřítku. V zásadě je možné pomocí této teorie popsat všechny chemické systémy. V praxi mohou být z čistě kvantově mechanického hlediska reálně zkoumány pouze nejjednodušší chemické systémy a pro většinu praktických účelů (např. Hartree-Fock, post Hartree-Fock nebo funkční teorie hustoty, více podrobností viz výpočetní chemie) musí být provedeny aproximace. Podrobné pochopení kvantové mechaniky proto není pro většinu chemie nutné, protože důležité důsledky teorie (především orbitální aproximace) lze pochopit a aplikovat jednodušeji.
Hlavní článek: Chemické právo
Nejzákladnějším pojmem v chemii je zákon zachování hmoty, který říká, že při běžné chemické reakci nedochází k zjistitelné změně množství hmoty. Moderní fyzika ukazuje, že je to vlastně energie, která je zachována, a že energie a hmota spolu souvisí; tento pojem se stává důležitým v jaderné chemii. Zachování energie vede k důležitým pojmům rovnováhy, termodynamiky a kinetiky.
Další zákony chemie rozpracovávají zákon zachování hmoty. Zákon určitého složení Josepha Prousta říká, že čisté chemikálie jsou složeny z prvků v určitém složení; dnes víme, že důležité je i strukturní uspořádání těchto prvků.
Daltonův zákon více proporcí říká, že tyto chemikálie se budou prezentovat v proporcích, které jsou malá celá čísla (tj. 1:2 O:H ve vodě); i když v mnoha systémech (zejména biomakromolekuly a minerály) mají poměry tendenci vyžadovat velká čísla a jsou často zastoupeny jako zlomek. Takové sloučeniny jsou známé jako nestechiometrické sloučeniny
Hlavní článek: Historie chemie
Kořeny chemie lze vystopovat až k fenoménu hoření. Oheň byl mystickou silou, která přeměnila jednu látku na druhou, a tak byl primárním zájmem lidstva. Byl to oheň, který vedl k objevu železa a skla. Poté, co bylo objeveno zlato a stalo se drahým kovem, mnoho lidí se zajímalo o nalezení metody, která by mohla přeměnit jiné látky na zlato. To vedlo k protovědě zvané Alchymie. Alchymisté objevili mnoho chemických procesů, které vedly k rozvoji moderní chemie. Chemii, jak ji známe dnes, vynalezl Antoine Lavoisier se svým zákonem zachování hmoty v roce 1783. Objevy chemických prvků mají dlouhou historii, která vyvrcholila vytvořením periodické tabulky Dmitrijem Mendělejevem. Nobelova cena za chemii vytvořená v roce 1901 poskytuje vynikající přehled o chemických objevech v posledních 100 letech.
Hlavní článek: Etymologie chemie
Etymologie slova chemie sahá až ke starému francouzskému alkemie; nebo arabskému al-kimia: umění transformace.
Analytická chemie • Biochemie • Bioanorganická chemie • Bioorganická chemie • Chemická biologie • Výuka chemie • Klepněte na chemii • Klastrová chemie • Výpočetní chemie • Elektrochemie • Environmentální chemie • Zelená chemie • Anorganická chemie • Materiálové vědy • Lékařská chemie • Jaderná chemie • Organická chemie • Organická chemie • Farmakologie • Farmakologie • Fyzikální chemie • Fotochemie • Polymerová chemie • Chemie pevných látek • Supramolekulární chemie • Teoretická chemie • Termochemie • Mokrá chemie
Astronomie ·
Biologie ·
Chemie ·
Věda o Zemi ·
Fyzika