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化學，字面解即係變化嘅科學，係古時鍊金術嘅一個分支。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。

## [編輯] 化學概論

科隆大學生物化學學院實驗室入面嘅工作枱

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野，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，佢地嘅特性都係受化學特性同物理特性所掌管。

鋼之所以咁硬，因為佢入面啲原子組成左一個好大嘅結晶，每粒原子都同隔離嗰粒黐到勁實。木燒得著，因為佢同空氣入面嘅氧一超過特定溫度就會自動發生反應，發光同發熱。水係液體，因為佢入面啲粒子嘅活動程度大過固體而少過氣體。人曉睇野，因為眼入面有啲遇光會變化嘅蛋白質，同個腦傳送訊息。

正因為化學有咁多野好讀，無人有能力知晒所有野，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野，因為佢地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，但係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。

## [編輯] 歷史

門捷列夫像

最早嘅化學要算係人類對火嘅研究。對於當時嘅人來講，火有能力將一樣野變成另一樣野，所以成為左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鐵同埋玻璃。後來，當人發現左金呢種貴金屬之後，好多人變成左研究點樣將其他野變成金。呢啲研究促成左一種原科學(protoscience)－鍊金術嘅誔生。之後，各界鍊金術士又發明左好多化學生産過程，為現代化學嘅誔生鋪路。現代代學係由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左各種化學元素，為後來門捷列夫(Дми́трий Ива́нович Менделе́ев, Dmitri Mendeleev)建立元素週期表奠定基礎。1901年，諾貝爾化學獎成立，認定左化學對人類嘅貢獻。

## [編輯] 化學嘅分支

滴定管，一種常用嘅實驗室儀器
做緊實驗嘅人

化學分為幾個大門派，喺佢地之外又有好多跨越門派嘅研究方向同項目。

- 分析化學係一門研究物質樣本，從而分析佢地入面啲化學成分同埋物理結構嘅科學。分析化學通常都會用一啲各個化學門派通用嘅實驗工具同埋方法。呢啲通用嘅方法喺理論化學以外嘅各個門派都會用到。
- 生物化學係研究生物入面各種化學物質、化學作用同埋物質之間嘅互動過程嘅科學。生物化學、有機化學同埋藥物化學之間嘅關係十分之密切。生物化學好多時都會畀人同分子生物學同埋遺傳學一齊研究。
- 有機化學即係人類對有機化合物嘅研究，簡單啲來講即係碳化合物嘅科學。有機化學主要研究呢啲碳化物嘅化學特性同埋物理結構。
- 無機化學係一門對無機化合物嘅研究。值得一提嘅係，有機同無機中間條界綫其實並唔絕對。有機金屬化學就係一門介乎有機同埋無機中間嘅化學。
- 有機金屬化學係研究一啲有碳同金屬原子之間嘅化學鍵嘅化合物嘅化學分支。
- 物理化學係從物理角度分析各種化學作用根底原理嘅化學門派。物理化學家對一個化學作用最有興趣嘅係當中能量嘅轉變同埋化學作用中間嘅力學。熱化學、反應速度、電化學、統計力學以及光譜學都係物理化學入面常見嘅課題。物理化學同分子物理有好多重覆嘅地方，而物理化學家甚至會用微積分去解釋化學現象同埋訂立化學方程。物理化學有時又同量子化學同埋理論化學關係密切，擺埋一齊來講。
- 理論化學係從數學或者物理嘅純理論去解釋各種化學現象嘅門派。第二次世界大戰之後，電腦嘅高速發展促成左計算化學嘅進步。由還原論(reductionism)個角度來睇，其實理論化學根本就係物理而唔係化學。
- 計算化學其實嚴格來講係一門藝術，因為佢旨在用電腦程式來解決化學上嘅問題，結果做做下越做越理論化，最後變左藝術。
- 熱化學係研究各種化學反應途中化學能同其他能量形式之間嘅轉換嘅化學。
- 電化學係研究各種因為電力推動而發生嘅化學作用或者會喺運作途中産生電力嘅化學作用嘅科學門派。生活中常見嘅各種電池就係電化學嘅研究成果。
- 光化學研究各種化學物質，尤其係原子同埋細粒嘅分子，同光之間嘅互動。
- 聲化學研究化學品同埋聲音之間嘅互動。
- 藥物化學研究化學物質點樣用喺藥物入面，從而改變藥物嘅功效，做出醫病嘅作用。佢其實係幾個化學門派，包括有機化學、生物化學、物理化學，同埋幾個唔屬於化學嘅科學門派，包括藥理學、分子生物學同埋統計學撈埋嘅結果。
- 量子化學用量子力學同埋其他純理論手段解釋各種化學現象。量子化學家，通常即係量子物理學家，鍾意用一粒原子入面電子同埋質子嘅排列以及佢地之間嘅空隙有幾闊來說明點解一個化學反應會咁發生。
- 核子化學研究唔同嘅次原子粒子點走埋一齊，形成一個原子核，同埋研究一個原子核入面啲野點變化。
- 天文化學研究外太空嘅化學物質，分析佢地嘅成分、結構同地球上面嘅物質有咩唔同。
- 大氣化學係一種對地球大氣層同埋其他星球嘅大氣層嘅研究。大氣化學都會研究環境變化途中發生過乜野化學反應。
- 環境化學從化學角度研究自然環境入面生物嘅變化。
- 綠色化學研究點樣從化學角度減低污染。
- 資訊化學用電腦去解決化學上嘅問題。
- 地球化學研究地殼入面各種物質嘅化學特性，解釋佢地嘅構造。
- 石油化學從化學角度研究石油同天然氣嘅特性與及煉油技術。
- 高分子化學研究啲好鬼大粒嘅分子，即係高分子，例如發泡膠點樣造出來同埋有啲咩野特性。高分子化學亦都會研究點樣令到一大堆細細粒嘅分子黐埋變成一粒高分子。
- 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 (van der Waals force) 、抗水效應 (hydrophobic effect)嘅運作。
- 化學工程研究點樣將化學品或者其他物料變得更加有用。

## [編輯] 基本概念

### [編輯] 命名系統

喺化學入面，呢個命名系統係指將各種化學品命名嘅方法。呢啲命名系統畀左每一款野一個好有系統嘅名。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。

### [編輯] 原子

一粒原子即係一舊由一個有正電荷嘅原子核同埋一堆帶負電荷嘅電子組成嘅粒子。原子核入面有質子同中子。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。

### [編輯] 元素

  主文： 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，例如氫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碳，所有原子核入面有九十二粒質子嘅都係鈾。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。佢地除左重量有些少分別，或者有啲因為大多、大少質子而導致原子核唔穏定之外其他野大致一樣。

### [編輯] 化合物

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左佢嘅化學特性。例如水係用氫同氧以二比一組合而成，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。

### [編輯] 分子

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，例如氦氣分子，得一個原子。呢啲原子，如果多過一個，係由化學鍵黐埋。

### [編輯] 離子

  主文： 離子

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

### [編輯] 化學品

鹽酸同氨產生化學反應

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，我地會遇到嘅野多數都係混合物，例如合金、空氣同埋生物。

### [編輯] 化學鍵

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。

### [編輯] 物理特性

水湧上沙灘造成浪，就係水同沙嘅物理特性

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。一件野軟唔軟、透唔透光、透光的話佢個折射率(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。

### [編輯] 化學作用

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。

如果一樣野同氧做完化學反應，我地就話佢畀人氧化咗。一種酸同一種鹼做化學反應，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。

### [編輯] 定律

化學入面有唔少定律，當中比較出名同埋比較重要嘅有：

- 質量守恒定律：做完一個化學作用之後，所有嘢嘅質量加埋應該同做反應之前一樣。
- 能量守恒定律：化學作用唔可以產生或者破壞能量，只可以將能量由一款變成另一款。

## [編輯] 引用資料

- 朗文化學詞典，朗文(香港), 1997

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