化學

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唔同化學品(包括氨水硝酸)有唔同色水

呢篇文章講嘅係科學上嘅定義。想搵呢個詞嘅第啲意思,睇下【化學 (搞清楚)

錫(Sn)硫(S)
鑽石(碳其中一隻同素異形體)蔗糖(一隻碳水化合物,即係食糖
氯化鈉(食鹽)碳酸氫鈉(梳打粉)
唔同化學物質有唔同形態,由左到右、由上到下數:(Sn)同(S);鑽石其中一隻同素異形體)同蔗糖(一隻碳水化合物,即係食糖);氯化鈉(食鹽)同碳酸氫鈉(梳打粉)。

化學,字面解即係變化嘅科學,係古時西方鍊金術嘅一個分支。現今人所謂嘅化學係指由原子層面研究物質嘅學術。研究化學嘅人叫做化學家,就循住呢個方向去解構各種物質嘅結構、特性同埋變化,物質之間嘅關係,以及當兩種物質相互影響而發生改變嘅時候能量嘅變化。

化學主要研究原子同埋原子嘅組合,例如分子結晶體同埋金屬,呢啲都係日常生活經常見到嘅嘢。現代化學指出,一種物質嘅特性好取決於佢喺原子層面上嘅結構。化學同埋物理係現代自然科學之中兩科算得上係最重要嘅學科。

化學概論[編輯]

科隆大學生物化學學院實驗室入面嘅工作枱
喺化學反應入面,連接原子嘅鍵斷裂之後重新形成,變成有唔同特性嘅物質。譬如響一個好熱嘅煉鋼爐入面,氧化鐵(一種化合物)同一氧化碳(另一種化合物)產生化學反應,產生(一種化學元素)同二氧化碳(另一種化合物)。

好多人叫化學做「中心科學」(Central science),因為佢將科學嘅其他分支,例如物理、材料科學納米科技生物學同埋地質學連埋一齊。化學嘅好多專科都同其他科學學派有重疊嘅地方。不過呢啲分支又好獨特,例如特強物科嘅製作、藥物嘅製作同生命過程嘅研究。

化學其中一個基本嘅成份係佢嘅研究涉及物質。所謂嘅涉及可以係兩種物質互相影響,亦可以係物質同其他無實體嘅嘢,例如能量,之間嘅影響。傳統嘅化學好多時都係講兩種物質相遇、變化,亦即係一般人成日講嘅「化學反應」;又或者係一種物質變成另一種物質個過程。呢啲變化有時會用到電磁波,當中電磁波負責激發化學作用。不過有時化學都唔一定要講反應。光譜學研究物質同光之間嘅關係,而呢啲關係並唔涉及化學反應。

研究化學嘅人叫做化學家。喺化學家嘅概念裏面一切物質都係由原子或者比原子更加細粒嘅物質組成。一堆原子合埋之後可以成為各種其他嘢,例如分子離子或者結晶體。地球上一切嘅嘢,生活入面一切嘅物件同埋物質,佢哋嘅特性都係受化學特性物理特性所掌管。

之所以咁硬,因為佢入面啲原子組成咗一個好大嘅結晶,每粒原子都同隔離嗰粒黐到勁實。燒得著,因為佢同空氣入面嘅一超過特定溫度就會自動發生反應,發同發液體,因為佢入面啲粒子嘅活動程度大過固體而少過氣體曉睇嘢,因為入面有啲遇光會變化嘅蛋白質,同個腦傳送訊息

正因為化學有咁多嘢好讀,無人有能力知晒所有嘢,亦都無人可以同化學嘅界綫落一個好準確嘅定義。大部分化學家都係化學入面每瓣都知少少;但係就算係知名嘅化學家其實都只不過係比其他人喺化學其中一個範籌知多少少。

化學入面有好多唔同嘅分支,而每位化學家通常都係精一兩瓣;喺中學教嗰啲化學,化學家就通常叫做「普及化學」。普及化學算係化學咁多個門派嘅大導論,幫學生選擇專修邊瓣。好多普及化學教嘅概念其實都唔多完善同埋唔多精確,不過就好有用。好多時化學家都會用呢啲簡單嘅念來解釋一啲極度複雜嘅嘢,因為佢哋都知道要畀一個好詳盡嘅解釋係一件好難、接近無可能嘅事,就算解得出都無人聽得明。

雖然佢有鍊金術嘅根底,但喺歷史上化學係一門無乜歷史嘅學說。英文「化學」(Chemistry)一字就係直接由「鍊金術」(Alchemy)走出來。

歷史[編輯]

門捷列夫像

最早嘅化學要算係人類對嘅研究。對於當時嘅人來講,火有能力將一樣嘢變成另一樣嘢,所以成為當時人最有興趣研究嘅現象。如果無火,人類唔會發現到點整同埋玻璃。後來,當人發現咗呢種貴金屬之後,好多人變成研究點樣將其他嘢變成金。呢啲研究促成咗一種原科學protoscience)-鍊金術嘅誕生。之後,各界鍊金術士又發明咗好多化學生產過程,為現代化學嘅誕生鋪路。現代化學係由1873年拉瓦錫Antoine Lavoisier)提出質量守衡定律conservation of mass)開始出現。接住落來化學家發現咗各種化學元素,為後來門捷列夫Дми́трий Ива́нович Менделе́евDmitri Mendeleev)建立元素週期表奠定基礎。1901年諾貝爾化學獎成立,認定化學對人類嘅貢獻。

化學嘅分支[編輯]

滴定管,一種常用嘅實驗室儀器
做緊實驗嘅人
穿梭機外殼靠化學工程研究,先至承受到返大氣層時攝氏1500度嘅高溫。

化學分為幾個大門派,喺佢哋之外又有好多跨越門派嘅研究方向同項目。

基本概念[編輯]

命名系統[編輯]

喺化學入面,呢個命名系統係指將各種化學品命名嘅方法。呢啲命名系統畀咗每一款嘢一個好有系統嘅名。有機化合物會根據有機命名系統改名,而無機化合物就會根據無機命名系統改名。

原子[編輯]

原子結構

一粒原子即係一舊由一個有正電荷原子核同埋一堆帶負電荷嘅電子組成嘅粒子。原子核入面有質子中子。一個原子入面嘅電子組成佢嘅電子殼,而電子殼入面個負電荷會啱啱好平衡到原子核入面個正電荷,令到成個原子呈中性。

元素[編輯]

內文: 元素

一種元素即係所有原子核入面有一樣咁多粒質子嘅原子嘅統稱,例如呢種元素入面所有原子都係得一粒質子。呢個概念掉轉來諗又得:所有原子核入面有六粒質子嘅原子都係,所有原子核入面有九十二粒質子嘅都係。元素呢樣嘢又有另外一個方便嘅定義,就係所有唔可以用化學方法再去分解嘅嘢都係元素。

喺咁多種列舉元素嘅方法入面,最常用同埋最方便嘅莫過於元素週期表。週期表根據原子序數來排啲原子,而原子序數就係一粒原子入面質子嘅數量。因為佢個奇怪擺法,擺埋一齊嘅元素,無論係同一個直行、同一個橫行定係純粹喺附近,都有一啲大致上固定嘅關係。

同一種元素可能有好多個唔同嘅同位素。佢哋除咗相對原子質量有些少分別,或者有啲因為大多、大少質子而導致原子核唔穩定之外其他嘢大致一樣。

化合物[編輯]

一粒氯化鈉結晶

化合物係一啲以唔同元素用固定比例結合而成嘅物質。呢個成份嘅比例決定咗佢嘅化學特性。例如係用以二比一組合而成,結果佢三個原子之間就造咗一個104.5°度嘅角度出來。唔同化合物同埋元素之間嘅變化叫做化學反應

分子[編輯]

一個分子係化合物嘅最根本組織,唔用化學方法拆唔開。大部分分子都係由兩個或者以上原子組成,但係都有啲特例,例如氣分子,得一個原子。呢啲原子,如果多過一個,係由化學鍵黐埋。

離子[編輯]

內文: 離子

離子係原子做完化學反應之後嘅結果,佢哋比起正常嘅同一款元素少咁啲或者多咁啲電子。正離子(例如離子Na+)同埋負離子(例如離子Cl-)夾埋可以成為一個電荷中性嘅(例如食鹽NaCl)。有啲離子係由幾個原子組成,而佢哋進行化學作用嘅時候又唔會散開,例如磷酸鹽(PO43-)、(NH4+)。

化學品[編輯]

鹽酸產生化學反應

化學品代指一切有確實化學構造同埋化學成份嘅物質,所以又叫化學物質。佢哋可以係元素、化合物或者混合物mixture)。日常生活入面,我哋會遇到嘅嘢多數都係混合物,例如合金空氣同埋生物

化學鍵[編輯]

化學鍵係一種將一個化合物入面唔同原子黐埋嘅力量。化學鍵有好多種,當中共價鍵離子鍵同埋金屬鍵比較常見。好多時一個原子嘅穏定氧化數可以幫人推測一個化合物嘅結構。不過,當啲嘢越來越覆雜,氧化數就再唔能夠用來幫人估計化合物嘅結構,到時就需要拆開個化合物,用量子力學研究。

物理特性[編輯]

湧上沙灘造成,就係水同嘅物理特性

物質有時會係液體,有時會係固體,有時會係氣體,呢啲叫做物質嘅相態。一件嘢軟唔軟、透唔透光、透光嘅話佢個折射率refractive index)係幾多,呢啲都係一件物質嘅物理特性。總言之,物理特性即係一樣物質唔靠化學作用都可以斷定到嘅特性。

化學作用[編輯]

化學作用係一個令到一種物質變成另一種物質嘅過程。嗰個改變既可以係令到一大堆細細粒嘅分子賴埋一舊,變成一粒巨型分子,又可以係將一舊巨型分子拆返散成為一堆細細粒嘅分子,甚至係同一個分子入面啲原子走位,成個分子個嘅原子總數無變過,都叫化學作用。無論如何,大部分化學反應入面都會涉及化學鍵嘅形成或者消失。

如果一樣嘢同做完化學反應,我哋就話佢俾人氧化咗。一種同一種做化學反應,令到雙方嘅腐蝕性都無咗,咁就叫中和。通過化學反應,物質又可以由一款變成另一款。化學家同藥劑師大量生產化學品就係一個例子。

定律[編輯]

占士焦耳用嚟研究能量守恒定律嘅儀器

化學入面有唔少定律,當中比較出名同埋比較重要嘅有:

化學工業[編輯]

內文: 化學工業

化學工業(即係化工)係當代經濟活動當中好重要嘅一部分,全球50大化學品製造商響2004年一共銷售咗5870億美元嘅業績,利潤有成8.1%,當中研發成本只係佔咗2.1% [1]

學科分類[編輯]

用波同棍表示咖啡因(C8H10N4O2)嘅原子結構
化學家維勒觀察緊尿素合成過程嘅動畫。

化學學科主要包括:

其他重有放射性元素核化學放射分析化學同位素化學輻射化學核燃料反應堆裂變產物化學、、地球化學海洋化學大氣化學環境化學宇宙化學星際化學藥物化學農業化學石油化學木材化學土壤化學煤化學食品化學化學地理學天體化學岩石化學空間化學膠體與介面化學等等。

引用資料[編輯]

  • 朗文化學詞典,朗文(香港),1997
  1. "Top 50 Chemical Producers". Chemical & Engineering News 83 (29): 20–23. July 18, 2005. http://pubs.acs.org/cen/coverstory/83/8329globaltop50.html

睇埋[編輯]