De chemie is een tak van de natuurkunde dat de samenstelling, structuur, eigenschappen en studieverandering stof. [1] [2] Chemie behandelt onderwerpen als de eigenschappen van afzonderlijke atomen, hoe atomen chemische bindingen maken chemische verbindingen, de interacties van stoffen door middel van intermoleculaire krachten die kwestie zijn algemene eigenschappen te geven, en de interacties tussen de stoffen door middel van chemische reacties op verschillende stoffen te vormen.

Chemie wordt ook wel de centrale wetenschap, omdat het een brug andere natuurwetenschappen, zoals natuurkunde, geologie en biologie. [3] [4] Voor de verschillen tussen chemie en fysica zie Vergelijking van de chemie en fysica. [5]

De geleerden zijn het oneens over de etymologie van het woord chemie. De geschiedenis van de chemie kan worden herleid tot de alchemie, die waren beoefend meerdere millennia in diverse delen van de wereld.

Etymologie

Chemie
Geschiedenis Schets Index Woordenlijst Categorie Portaal
v t e

Het woord chemie komt van het woord alchemie, een eerdere set van praktijken die elementen van de chemie, metallurgie, filosofie, astrologie, astronomie, mystiek en geneeskunde omvatte; het wordt algemeen gedacht van [door wie?] als de zoektocht om lood of een ander gemeenschappelijk uitgangsmateriaal in goud te veranderen. [6] Alchemy, die rond 330 werd beoefend, is de studie van de samenstelling van het water, beweging, groei, belichamen, disembodying, tekenen de geesten van organen en het hechten van de geesten binnen lichamen (Zosimos). [7] Een alchemist is een ‘apotheek’ in de volksmond heet, en later het achtervoegsel “ry” werd toegevoegd aan dit om de kunst van het beschrijven chemicus als “chemie”.

Het woord alchemie op zijn beurt is afgeleid van het Arabische woord al-Kimia (الکیمیاء). In oorsprong is de term geleend van de Griekse χημία of χημεία. [8] [9] kan dit hebben Egyptische afkomst. Veel [kwantificeren] geloven dat al-Kimia is afgeleid van het Griekse χημία, die op zijn beurt afgeleid van het woord Chemi of Kimi, die de oude naam van Egypte in Egypte. [8] Als alternatief, al-Kimia kan ontlenen χημεία , wat “samen geworpen”. [10]

Definitie

Achteraf gezien, is de definitie van chemie veranderd in de tijd, als nieuwe ontdekkingen en theorieën toe te voegen aan de functionaliteit van de wetenschap. De term “Chymistry”, in de ogen van opgemerkt wetenschapper Robert Boyle in 1661, het onderwerp van de materiële principes van gemengde lichamen bedoeld. [11] In 1663 de chemicus Christopher Glaser beschreven “Chymistry” als een wetenschappelijke kunst, waardoor één leert om lichamen op te lossen en uit te trekken van de verschillende substanties op hun samenstelling, en hoe ze weer te verenigen en hen te verheffen tot een hogere volmaaktheid. [12]

De 1730 definitie van het woord “Chemistry”, zoals gebruikt door Georg Ernst Stahl, betekent de kunst van gemengde oplossing, verbinding of geaggregeerde lichamen in hun principes; en componeren dergelijke organen van deze beginselen. [13] In 1837, Jean-Baptiste Dumas beschouwd als het woord “chemie” te verwijzen naar de betrokken met de wetten en de gevolgen van moleculaire krachten wetenschap. [14] Deze definitie verder evolueerde tot in 1947, het ging om de wetenschap van de stoffen verstaan: hun structuur, hun eigenschappen, en de reacties die ze veranderen in andere stoffen – een karakterisering door geaccepteerd Linus Pauling. [15] Meer recent, in 1998, professor Raymond Chang verbreed de definitie van “chemie” de studie van kwestie en de veranderingen ondergaat betekenen. [16]

Geschiedenis

Vroege beschavingen, zoals de Egyptenaren [17] Babyloniërs, Indiërs [18] vergaarde praktische kennis over de kunst van de metallurgie, aardewerk en kleurstoffen, maar niet de ontwikkeling van een systematische theorie.

Een basis chemische hypothese ontstond in Klassiek Griekenland met de theorie van de vier elementen definitief geopperd door Aristoteles stellen dat dat vuur, lucht, aarde en water waren de fundamentele elementen waaruit alles wordt gevormd als een combinatie. Griekse atomism dateert uit 440 voor Christus , afkomstig uit werken van filosofen als Democritus en Epicurus. In 50 voor Christus, de Romeinse filosoof Lucretius uitgebreid op de theorie in zijn boek De rerum natura (Op de aard der dingen). [19] [20] In tegenstelling tot de moderne concepten van de wetenschap, de Griekse atomism was puur filosofisch van aard, met weinig aandacht voor empirische observaties en geen zorg voor chemische experimenten. [21]

In de Hellenistische wereld de kunst van de alchemie eerste verspreidden, vermenging magie en occultisme in de studie van natuurlijke stoffen met het uiteindelijke doel van transmuteren elementen in goud en het ontdekken van het elixer van het eeuwige leven. [22] Alchemy werd ontdekt en in praktijk op grote schaal in de hele Arabische wereld na de islamitische veroveringen, [23] en van daar, verspreid in de middeleeuwen en de renaissance Europa via Latijnse vertalingen. [24]

Chemie als wetenschap

Onder invloed van de nieuwe empirische methoden geopperd door Sir Francis Bacon en anderen, een groep van chemici van Oxford, Robert Boyle, Robert Hooke en John Mayow begon de oude alchemistische tradities vorm te geven in een wetenschappelijke discipline. Boyle in het bijzonder wordt beschouwd als de grondlegger van de chemie als gevolg van zijn belangrijkste werk, de klassieke chemie tekst Sceptische Chymist, waar het onderscheid wordt gemaakt tussen de vorderingen van de alchemie en de empirische wetenschappelijke ontdekkingen van de nieuwe chemie. [25] Hij formuleerde de wet van Boyle, verwierp de klassieke ‘vier elementen’ en stelde een mechanistische alternatief van atomen en chemische reacties die kunnen worden onderworpen aan strenge experiment. [26]

De theorie van phlogiston (een stof die aan de wortel van alle verbranding) werd voorgelegd door de Duitse Georg Ernst Stahl in het begin van de 18e eeuw en werd alleen vernietigd door het einde van de eeuw door de Franse chemicus Antoine Lavoisier, de chemische analoog van Newton in fysica; die wel meer dan alle andere voor de nieuwe wetenschap over de juiste theoretische voet vast te stellen, door het ophelderen van het principe van behoud van massa en het ontwikkelen van een nieuw systeem van chemische nomenclatuur gebruikt om deze dag. [28]

Voordat hij echter veel belangrijke ontdekkingen was gemaakt, specifiek de aard van de “air” die werd ontdekt bestaat uit verschillende gassen. De Schotse chemicus Joseph Black (de eerste experimentele apotheek) en de Nederlander JB van Helmont ontdekte kooldioxide, of wat Black genaamd ‘vaste lucht’ in 1754; Henry Cavendish ontdekt waterstof en opgehelderd zijn eigenschappen en Joseph Priestley en onafhankelijk, Carl Wilhelm Scheele geïsoleerde zuivere zuurstof.

Engels wetenschapper John Dalton voorgesteld de moderne theorie van de atomen; alle stoffen zijn samengesteld uit ondeelbare “atomen” van materie en die verschillende atomen hebben verschillende atoomgewichten.

De ontwikkeling van de elektrochemische theorie van chemische combinaties zich in het begin van de 19e eeuw als het resultaat van het werk van twee wetenschappers in het bijzonder, JJ Berzelius en Humphry Davy, mogelijk gemaakt door de eerdere uitvinding van de fotovoltaïsche paal door Alessandro Volta. Davy ontdekte negen nieuwe elementen zoals de alkalimetalen door ze extraheren uit hun oxiden met elektrische stroom. [31]

Britse William Prout eerst voorgesteld het bestellen van alle elementen van hun atomair gewicht alle atomen had een gewicht dat een exact veelvoud is van het atoomgewicht van waterstof. Was JAR Newlands bedacht een vroege lijst van elementen, die vervolgens werd ontwikkeld tot de moderne periodiek systeem van elementen [32] in de jaren 1860 door Dmitri Mendeleev en onafhankelijk door diverse andere wetenschappers zoals Julius Lothar Meyer. [33] [34] De inerte gassen, later genoemd edelgassen werden ontdekt door William Ramsay ism Lord Rayleigh eind de eeuw, waardoor in de basisstructuur van de tabel vullen.

Organische chemie werd ontwikkeld door Justus von Liebig en anderen, na Friedrich Wöhler synthese van ’s ureum, die bewees dat levende organismen waren, in theorie, herleidbaar tot de chemie. [35] Andere cruciale 19e eeuw vooruitgang waren; een goed begrip van valentie binding (Edward Frankland in 1852) en de toepassing van de thermodynamica chemie (JW Gibbs en Svante Arrhenius in de jaren 1870).

Chemische structuur

Aan het begin van de twintigste eeuw de theoretische onderbouwing van de chemie waren eindelijk begrepen te wijten aan een reeks opmerkelijke ontdekkingen die er in geslaagd indringende en het ontdekken van de aard van de interne structuur van de atomen. In 1897, JJ Thomson van Cambridge University ontdekte de elektronen en kort na de Franse wetenschapper Becquerel en het koppel Pierre en Marie Curie onderzochten het verschijnsel radioactiviteit. In een reeks baanbrekende verstrooiingsexperimenten Ernest Rutherford aan de Universiteit van Manchester ontdekte de interne structuur van het atoom en het bestaan van het proton, geclassificeerd en legde de verschillende soorten radioactiviteit en succesvol omgevormd het eerste element door het bombarderen stikstof met alfadeeltjes.

Zijn werk op atomaire structuur werd verbeterd door zijn studenten, de Deense fysicus Niels Bohr en Henry Moseley. De elektronische theorie van chemische bindingen en molecuulorbitalen werd ontwikkeld door de Amerikaanse wetenschappers Linus Pauling en Gilbert Lewis.

Het jaar 2011 werd uitgeroepen door de Verenigde Naties als het Internationaal Jaar van de Chemie. [36] Het was een initiatief van de IUPAC en van de Verenigde Naties voor onderwijs, wetenschap en cultuur en het gaat om chemische samenlevingen, academici en instellingen wereldwijd en vertrouwde op individuele initiatieven van lokale en regionale activiteiten te organiseren.

Principes van de moderne scheikunde

Het huidige model van atoomstructuur is de kwantummechanische model. [37] De traditionele chemie begint met de studie van elementaire deeltjes, atomen, moleculen, [38] stoffen, metalen, kristallen en andere aggregaten materie. Deze kwestie kan worden bestudeerd in vaste, vloeibare of gas staten, afzonderlijk of in combinatie. De interacties, reacties en transformaties die worden bestudeerd in de chemie zijn meestal het gevolg van interacties tussen atomen, leidt tot herschikkingen van de chemische bindingen die atomen bij elkaar houden. Dergelijke gedragingen worden bestudeerd in een chemisch laboratorium.

Het chemisch laboratorium stereotypically maakt gebruik van diverse vormen van laboratoriumglaswerk. Maar glaswerk niet centraal chemie en veel experimentele (alsmede toegepaste / industriële) chemie wordt uitgevoerd zonder.

Een chemische reactie is een transformatie van sommige stoffen in één of meer verschillende substanties. [39] De basis van dergelijke chemische omzetting is de herschikking van elektronen in de chemische bindingen tussen atomen. Het kan symbolisch weergegeven door een chemische vergelijking, waarvoor meestal atomen onderwerpen. Het aantal atomen links en rechts in de vergelijking voor een chemische omzetting gelijk. (Wanneer het aantal atomen aan weerszijden ongelijk wordt de transformatie aangeduid als een nucleaire reactie of radioactief verval.) Het type chemische reacties een substantie kan ondergaan en de energie veranderingen die kan gepaard worden beperkt door bepaalde fundamentele regels bekend als chemische wetten.

Energie en entropie overwegingen zijn altijd belangrijk in bijna alle chemische studies. Chemische stoffen worden ingedeeld volgens hun structuur, fase evenals hun chemische samenstelling. Ze kunnen worden geanalyseerd met de hulpmiddelen van chemische analyse, bv spectroscopie en chromatografie. De wetenschappers die zich bezighouden met chemisch onderzoek zijn bekend als chemici. [40] De meeste chemici specialiseren in een of meer sub-disciplines. Verschillende concepten zijn essentieel voor de studie van de chemie; sommige van hen zijn: [41]

Materie

In chemie, materie wordt gedefinieerd als iets dat moet rust massa en volume (het neemt ruimte) en bestaat uit deeltjes. De deeltjes die make-up hebben kwestie rustmassa en – niet alle deeltjes rust massa, zoals de foton. Materie kan een zuiver chemische substantie of een mengsel van stoffen. [42]

Atoom

Het atoom is de basiseenheid van chemie. Het bestaat uit een dichte kern genoemd atoom kern omgeven door een spatie genoemd elektronenwolk. De kern bestaat uit positief geladen protonen en ongeladen neutronen (samen genoemd kerndeeltjes), terwijl de elektronenwolk bestaat uit negatief geladen elektronen die rond de kern. In een neutrale atoom, de negatief geladen elektronen balans van de positieve lading van de protonen. De kern is dicht; de massa van een proton is 1836 keer die van een elektron, doch de straal van een atoom ongeveer 10.000 maal die van de kern. [43] [44]

Het atoom is ook de kleinste entiteit die kan worden overwogen om het behouden chemische eigenschappen van het element, zoals elektronegativiteit, ionisatiepotentiaal, voorkeur oxidatietoestand (s), coördinatieaantal en geprefereerde soorten bindingen vormen (bijvoorbeeld metaal, ionische , covalente).

Element

Een element is een zuivere stof die bestaat uit een enkel type atoom, gekenmerkt door een bepaald aantal protonen in de kernen van zijn atomen, zogenaamde atoomnummer en weergegeven door het symbool Z. Het massagetal is de som van het aantal protonen en neutronen in de nucleus. Hoewel alle kernen van alle atomen die tot één element hetzelfde atoomnummer hebben, kunnen zij niet noodzakelijkerwijs dezelfde massagetal; atomen van een element dat verschillende massagetallen worden genoemd isotopen. Bijvoorbeeld, alle atomen met 6 protonen in hun kernen zijn atomen van het chemische element koolstofatomen, maar koolstofatomen kunnen massagetallen van 12 of 13 hebben [44]

De standaard presentatie van de chemische elementen in het periodiek systeem, welke elementen van atoomnummer bestelt. De periodieke tabel is gerangschikt in groepen, of kolommen, en periodes, of rijen. Het periodiek systeem is nuttig bij het identificeren van periodieke trends. [45]

Samenstelling

Een verbinding is een chemisch zuivere stof samengesteld uit meerdere elementen. De eigenschappen van een verbinding hebben weinig gelijkenis met die van zijn elementen. [46] De standaard naamgeving van verbindingen wordt door de set IUPAC (IUPAC). Organische stoffen zijn genoemd naar de biologische nomenclatuur systeem. [47 ] Anorganische verbindingen worden genoemd volgens het anorganische nomenclatuur systeem. [48] Naast de Chemical Abstracts Service heeft een methode index chemische stoffen ontwikkeld. In dit schema is elke chemische substantie identificeerbaar door een aantal die bekend staat als de CAS-registratienummer.

Molecuul

Een molecule is het kleinste ondeelbare gedeelte van een zuivere chemische substantie die zijn unieke reeks chemische eigenschappen heeft, dat is, zijn potentieel om een bepaalde reeks chemische reacties met andere substanties te ondergaan. Echter, deze definitie werkt alleen goed voor stoffen die zijn samengesteld uit moleculen, die niet geldt voor vele stoffen (zie hieronder). Moleculen zijn typisch een reeks atomen gebonden door covalente bindingen, zodanig dat de structuur elektrisch neutraal is en alle valentie elektronen gepaard met andere elektronen of in banden of vrije elektronenparen.

Aldus moleculen bestaan als elektrisch neutrale eenheden tegenstelling ionen. Wanneer deze regel is gebroken, waardoor de “molecuul” een last, het resultaat is soms genoemd een moleculaire ion of polyatomisch ion. De afzonderlijke en aparte aard van de moleculaire begrip vereist gewoonlijk dat moleculaire ionen alleen goed gescheiden vorm, zoals een gerichte bundel in een vacuüm in een te massaspectrometer. Geladen polyatomic verzamelingen die in vaste stoffen (bijvoorbeeld gemeenschappelijke sulfaat of nitraat-ionen) in het algemeen niet beschouwd als “moleculen” chemie.

De “inerte” of edelgas elementen (helium, neon, argon, krypton, xenon en radon) bestaan uit lone atomen hun kleinste discrete eenheid, maar de andere geïsoleerde chemische elementen bestaan uit moleculen of netwerken van atomen gebonden aan elkaar in zekere zin. Identificeerbare moleculen componeren bekende stoffen zoals water, lucht, en vele organische stoffen, zoals alcohol, suiker, benzine, en de verschillende geneesmiddelen.

Niet alle stoffen of chemische verbindingen bestaan uit discrete moleculen, en zelfs de meeste van de vaste stoffen die het vaste korst, mantel en kern van de aarde zijn chemische verbindingen zonder moleculen. Deze andere soorten stoffen zoals ionische verbindingen en netwerk vaste stoffen, zijn georganiseerd op zodanige wijze dat de aanwezigheid van herkenbare moleculen zodanig ontbreken. In plaats daarvan worden deze stoffen besproken in termen van formule eenheden of eenheidscellen als de kleinste herhalende structuur in de stof. Voorbeelden van dergelijke stoffen zijn anorganische zouten (zoals tafelzout), vaste stoffen zoals koolstof en diamant, metalen en bekende silica en silicaten zoals kwarts en graniet.

Een van de belangrijkste kenmerken van een molecule de geometrie vaak de structuur. Hoewel de structuur van twee atomen, triatomic of tetra atomaire moleculen triviaal, (lineaire, hoekige piramidale enz.) De structuur van polyatomische moleculen die zijn gevormd uit meer dan zes atomen (van verscheidene elementen) kan voor zijn chemische aard zijn.

Stof en mengsel

Voorbeelden van zuivere chemische stoffen. Van links naar rechts: de elementen tin (Sn) en zwavel (S), diamant (een allotroop van koolstof), sucrose (zuivere suiker) en natriumchloride (zout) en natriumbicarbonaat (zuiveringszout), die zowel ionische verbindingen .

Een chemische substantie is een soort kwestie met een welomlijnde samenstelling en een reeks eigenschappen. [49] Een verzameling van stoffen wordt een mengsel genoemd. Voorbeelden van mengsels zijn lucht en legeringen. [50]

Mol en de hoeveelheid van de stof

De mol is een meeteenheid die geeft een hoeveelheid stof (ook wel chemische hoeveelheid). De mol wordt gedefinieerd als het aantal atomen in precies 0,012 kilogram (of 12 gram) van koolstof-12, waarbij de koolstof-12 atomen unbound, in rust en in hun grondtoestand. [51] Het aantal eenheden per mol de zogenaamde constante Avogadro, en empirisch bepaald ongeveer 6,022 x 10 23 mol -1 zijn. [52] molaire concentratie is de hoeveelheid van een bepaalde stof per volume oplossing en is verbreid in mol dm -3. [ 53]

Fase

Naast de specifieke chemische eigenschappen die verschillende chemische classificaties onderscheiden kunnen chemicaliën in verscheidene fasen. Grotendeels zijn de chemische classificaties onafhankelijk van deze bulkfase classificaties; Maar wat meer exotische fasen onverenigbaar met bepaalde chemische eigenschappen. Een fase een set van toestanden van een chemisch systeem dat soortgelijke bulk structurele eigenschappen, over een bereik van omstandigheden, zoals druk of temperatuur.

Fysische eigenschappen, zoals dichtheid en brekingsindex neigen te vallen binnen waarden kenmerk van de fase. De fase van de stof wordt bepaald door de faseovergang, dat is wanneer energie in steken of buiten het systeem gaat in het herschikken van de structuur van het systeem, in plaats van het veranderen van de bulk omstandigheden.

Soms is het onderscheid tussen fasen continu in plaats van een afzonderlijke grens zijn, in dit geval de zaak wordt geacht in een superkritische toestand. Wanneer drie toestanden voldoen basis van de omstandigheden is het bekend als een tripelpunt en aangezien dit invariant is een handige manier om een aantal voorwaarden definiëren.

De meest bekende voorbeelden van fasen zijn vaste stoffen, vloeistoffen en gassen. Veel stoffen vertonen meerdere vaste fasen. Zo zijn er drie fasen van massief ijzer (alfa-, gamma- en delta) die variëren op basis van temperatuur en druk. Een belangrijkste verschil tussen stevige fasen is de kristalstructuur, of regeling, van de atomen. Andere fase voorkomende in de studie van chemie is de waterfase, welke de stand van opgeloste stoffen in waterige oplossing (dat wil zeggen, in water).

Minder bekende fasen omvatten plasma, Bose-Einstein condensaten en fermionische condensaten en de paramagnetische en ferromagnetische fasen van magnetische materialen. Hoewel de meeste bekende fasen behandelen driedimensionale systemen, is het ook mogelijk om analoga in tweedimensionale systemen, die aandacht heeft gekregen voor zijn relevantie voor systemen definiëren biologie.

Bonding

Atomen samenkleven in moleculen of kristallen worden gezegd te verlijmen met elkaar. Een chemische binding kan worden gevisualiseerd als multipool evenwicht tussen de positieve ladingen in de kernen en de negatieve ladingen oscillerende alles. [54] Meer dan eenvoudige aantrekking en afstoting, de energieën en verdelingen kenmerken de beschikbaarheid van een elektron te binden aan een ander atoom .

Een chemische binding kan zijn covalente binding, een ionische binding, een waterstofbrug of alleen vanwege vanderwaalskrachten. Elk van dergelijke banden wordt toegeschreven aan een aantal mogelijkheden. Deze mogelijkheden maken van de interacties die atomen bij elkaar houden in moleculen of kristallen. In vele eenvoudige verbindingen valentiebinding theorie, de valentie Electron Pair Repulsie model (VSEPR) en het begrip oxidatiegetal kan worden gebruikt om moleculaire structuur en samenstelling te verklaren.

Een ionische binding wordt gevormd wanneer een metalen verliest één of meer van de elektronen steeds een positief geladen kation en de elektronen worden vervolgens verkregen door de niet-metaal atoom, wordt een negatief geladen anion. De twee tegengesteld geladen ionen trekken elkaar, en de ionische obligatie is de elektrostatische aantrekkingskracht tussen hen. Bijvoorbeeld, natrium (Na), een metaal, verliest een elektron een Na + kation tijdens worden chloor (Cl), een niet-metalen, krijgt dit elektron worden Cl -. De ionen worden bijeengehouden door elektrostatische aantrekking en dat samengestelde natriumchloride (NaCl) of gewoon keukenzout wordt gevormd.

In een covalente binding, een of meer paren van de valentie-elektronen worden gedeeld door twee atomen: de resulterende elektrisch neutrale groep gebonden atomen wordt aangeduid als een molecuul. Atomen valentie-elektronen zodanig te delen als het creëren edelgas elektronenconfiguratie (acht elektronen in de buitenste schil) voor elk atoom. Atomen die de neiging te combineren zodanig dat ze elk acht elektronen in hun valentie wordt gezegd dat het volgen octetregel. Echter, sommige elementen zoals waterstof en lithium hoeft slechts twee elektronen in hun buitenste schil om deze stabiele configuratie te bereiken; deze atomen wordt gezegd dat het duet regel te volgen, en zo ze bereiken de elektronenconfiguratie van het edelgas helium, dat twee elektronen in de buitenste schil heeft.

Evenzo theorieën van klassieke fysica kan worden gebruikt om vele Ionische structuren te voorspellen. Bij meer gecompliceerde verbindingen, zoals metaalcomplexen, valentieband theorie minder geschikt en alternatieve benaderingen, zoals moleculaire orbitaal theorie, wordt algemeen gebruikt. Zie diagram op elektronische orbits.

Energie

In de context van de chemie, energie een attribuut van een substantie ten gevolge van zijn atomaire, moleculaire of geaggregeerde structuur. Aangezien een chemische omzetting gaat gepaard met een verandering in één of meer van dergelijke structuren, wordt steeds gepaard met een toename of afname van de energie van de betrokken stoffen. Sommige energie wordt overgedragen tussen de omgeving en de reactanten van de reactie in de vorm van warmte of licht; waardoor de producten van een reactie kan meer of minder energie dan de reactanten.

Een reactie wordt gezegd dat exergonic indien de eindtoestand lager op energieschaal dan de begintoestand; bij endergonic reacties is de situatie omgekeerd. Een reactie schijt exotherm als de reactie releases warmte aan de omgeving; in het geval van endotherme reacties, het reactiemengsel absorbeert warmte uit de omgeving.

Chemische reacties zijn onveranderlijk niet mogelijk tenzij de reactanten overwinnen een energie barrière bekend als de activatie-energie. De snelheid van een chemische reactie (bij bepaalde temperatuur T) is gerelateerd aan de activeringsenergie E, door de Boltzmann bevolkingsfactor – Dat de waarschijnlijkheid van een molecule om energie groter zijn dan of gelijk aan E bij de bepaalde temperatuur T. Deze exponentiële afhankelijkheid van een reactiesnelheid op temperatuur bekend als de Arrhenius-vergelijking. De activeringsenergie die nodig is voor een chemische reactie optreedt kan in de vorm van warmte, licht, elektriciteit of mechanische kracht in de vorm van ultrageluid. [55]

Een verwant concept vrije energie, die ook omvat entropie overwegingen, is een handig middel voor het voorspellen van de uitvoerbaarheid van een reactie en het bepalen van de toestand van evenwicht van een chemische reactie, in chemische thermodynamica. Een reactie is uitvoerbaar wanneer het totale verandering van de Gibbs vrije energie is negatief, ; als deze gelijk aan de chemische reactie nul wordt gezegd dat bij evenwicht.

Er bestaan slechts beperkte mogelijke toestanden van energie voor elektronen, atomen en moleculen. Deze worden bepaald door de regels van de kwantummechanica, die vereisen kwantisatie van de energie van een gebonden systeem. De atomen / moleculen in een hogere energietoestand wordt gezegd blij te zijn. De moleculen / atomen van substantie in een opgewekte energie staat zijn vaak veel meer reactief; dat is, ontvankelijker voor chemische reacties.

De fase van een substantie wordt steeds bepaald door de energie en de energie van de omgeving. Wanneer de intermoleculaire krachten van een substantie zijn dusdanig dat de energie van de omgeving niet volstaat om hen te overwinnen, komt het in een meer geordende fase zoals vloeibaar of vast zoals het geval met water (H2O); een vloeistof bij kamertemperatuur omdat de moleculen zijn gebonden door waterstofbindingen. [56] Overwegende dat waterstofsulfide (H2S) een gas bij kamertemperatuur en standaarddruk, zoals de moleculen zijn gebonden door zwakkere dipool-dipool interacties.

De overdracht van energie van de ene chemische stof ander afhankelijk van de grootte van energie quanta uitgezonden door één substantie. Echter, wordt warmte-energie vaak gemakkelijk van vrijwel elke stof een andere omdat de fononen verantwoordelijk voor trillings en rotatie-energieniveaus in een substantie veel minder energie dan fotonen voor de elektronische energieoverdracht ingeroepen. Aldus, omdat vibrationele en rotationele energieniveaus hechter zijn dan elektronische energieniveaus, warmte wordt gemakkelijker overgebracht tussen substanties met betrekking tot licht of andere vormen van elektronische energie. Zo wordt ultraviolette elektromagnetische straling niet overgebracht met evenveel werkzaamheid van de ene substantie naar een andere als thermische of elektrische energie.

Het bestaan van kenmerkende energieniveaus voor verschillende chemische stoffen is bruikbaar voor hun identificatie door de analyse van spectraallijnen. Verschillende soorten spectra worden vaak gebruikt in de chemische spectroscopie, bijvoorbeeld IR, microgolf, NMR, ESR, etc. spectroscopie wordt ook gebruikt om de samenstelling van verre voorwerpen te identificeren – als sterren en verre melkwegen – door het analyseren van hun stralingsspectra.

De term chemische energie wordt vaak gebruikt om het potentieel van een chemische substantie aan om een transformatie te ondergaan door een chemische reactie of andere chemische substanties te transformeren.

Reactie

Als een chemische stof getransformeerd als gevolg van de interactie met een andere stof of energie, wordt een chemische reactie zou hebben plaatsgevonden.Een chemische reactie is daarom een begrip in verband met de “reactie” van een substantie wanneer het in nauw contact met elkaar, hetzij als een mengsel of een oplossing; blootstelling aan een bepaalde vorm van energie, of beide. Het resulteert in wat energie-uitwisseling tussen de bestanddelen van de reactie en met de omgeving, die kan zijn ontworpen schepen, vaak laboratoriumglaswerk.

Chemische reacties kunnen leiden tot de vorming of dissociatie van moleculen, dat wil zeggen, moleculen uiteenvallen twee of meer kleinere molecules, of herschikking van atomen binnen of over moleculen. Chemische reacties omvatten gewoonlijk het maken of verbreken van chemische bindingen. Oxidatie, reductie, dissociatie, zuur-base neutralisatie en moleculaire herschikking zijn enkele van de meest gebruikte soorten chemische reacties.

Een chemische reactie kan symbolisch weergegeven door een chemische vergelijking. Terwijl in een niet-nucleaire chemische reactie het aantal en de soort atomen aan beide zijden van de vergelijking gelijk zijn, een nucleaire reactie dit geldt alleen voor kerndeeltjes viz. protonen en neutronen. [57]

De opeenvolging van stappen waarin de reorganisatie van chemische bindingen kunnen plaatsvinden in de loop van een chemische reactie zijn genoemd mechanisme. Een chemische reactie kan worden beoogd plaatsvinden in een aantal stappen, die elk een andere snelheid hebben. Veel reactietussenproducten met veranderlijke stabiliteit kunnen zo tijdens een reactie worden overwogen. Reactie mechanismen worden voorgesteld om de uit te leggen kinetiek en de relatieve product mix van een reactie. Vele fysieke chemici gespecialiseerd in het onderzoeken van en het voorstellen van de mechanismen van diverse chemische reacties. Verscheidene empirische regels, zoals de Woodward-Hoffmann regels vaak van pas komen, terwijl het voorstellen van een mechanisme voor een chemische reactie.

Volgens de IUPAC goud boek, een chemische reactie “een proces dat resulteert in de onderlinge omzetting van chemische species.” [58] Dienovereenkomstig is een chemische reactie kan worden een elementaire reactie of een stapsgewijze reactie. Een extra waarschuwing wordt gemaakt, in dat deze definitie omvat gevallen waarin de onderlinge omzetting van conformeren is experimenteel waarneembaar. Dergelijke opspoorbare chemische reacties impliceren normaal reeksen moleculaire entiteiten zoals aangegeven door deze definitie, maar het is vaak conceptueel geschikt om de term ook gebruikt voor veranderingen met betrekking tot enkele moleculaire entiteiten (dwz ‘microscopische chemische events’).

Ionen en zouten

Een ion is geladen species, een atoom of een molecule, die is verloren of gewonnen één of meer elektronen. Wanneer een atoom verliest een elektron en heeft dus meer protonen dan elektronen, de atoom een positief geladen ion of kation. Wanneer een atoom krijgt een elektron en heeft dus meer elektronen dan protonen, de atoom een negatief geladen ion of anion. Kationen en anionen kunnen een kristallijn rooster van neutrale vormen zouten, zoals Na + en Cl – ionen vormen natriumchloride of NaCl. Voorbeelden van polyatomic ionen die niet opgesplitst in zuur-base reacties zijn hydroxide (OH -) en fosfaat (PO 4 3-).

Plasma is samengesteld uit gasvormig materie die volledig is geïoniseerd, meestal door middel van hoge temperatuur.

Aciditeit en basiciteit

Een stof kan vaak worden aangemerkt als een zuur of een base. Er zijn verschillende theorieën die zuur-base gedrag te verklaren. Het eenvoudigste is Arrhenius theorie, die stelt dan een zuur is een stof die geproduceerd waterstofionen wanneer het wordt opgelost in water en een base die veroorzaakt hydroxide-ionen wanneer opgelost in water. Volgens Bronsted-Lowry zuur-base theorie, zuren zijn stoffen die een positief doneren waterstof ion op een andere stof in een chemische reactie; bij uitbreiding, een basis is de stof die dat waterstofionen ontvangt.

Een derde gangbare theorie is Lewiszuur-base theorie, gebaseerd op de vorming van nieuwe chemische bindingen. Lewis theorie verklaart dat een zuur is een stof die kan accepteren een paar elektronen uit een andere substantie in wording binding, terwijl een base een stof die een elektronenpaar kan geven aan een nieuwe binding te vormen. Volgens deze theorie, de cruciale dingen worden uitgewisseld zijn kosten. [59] [onbetrouwbare bron?] Er zijn verschillende andere manieren waarop een stof kan worden aangemerkt als een zuur of een base, zoals blijkt uit de geschiedenis van dit concept. [60]

Zuursterkte wordt gewoonlijk gemeten door twee methoden. Een meting op basis van de Arrhenius definitie van zuren, is pH, een meting van de waterstofionen ionenconcentratie in de oplossing, uitgedrukt op een negatieve logaritmische schaal. Aldus oplossingen die een lage pH hebben een hoge hydroniumion concentratie en kan worden gezegd zuurder zijn. De andere metingen op basis van de Bronsted-Lowry definitie, is de zure dissociatieconstante (K a), die het relatieve vermogen van een stof om als een zuur onder de Bronsted-Lowry definitie van een zuur meet. Dat wil zeggen stoffen met een hogere K een vaker waterstofionen doneren chemische reacties dan die met lagere K een waarde.

Redox

Redox (rode uction- os idation) reacties omvatten alle chemische reacties waarin atomen hebben hun oxidatietoestand veranderd door een van beide het verkrijgen van elektronen (reductie) of verliezen elektronen (oxidatie). Stoffen die het vermogen om andere stoffen oxideren worden gezegd oxidatief zijn en staan bekend als oxiderende middelen, oxidatiemiddelen of oxidatiemiddelen. Een oxidatiemiddel verwijdert elektronen uit een andere substantie. Ook stoffen die de mogelijkheid om andere stoffen te beperken, worden genoemd reducerend te zijn en staan bekend als reductiemiddelen, reductiemiddelen of verloopstukken.

Een reductant elektronen overdraagt aan een andere stof, en is zelf dus geoxideerd. En omdat het “schenkt” elektronen het wordt ook genoemd een elektronendonor. Oxidatie en reductie juist betrekking op een verandering in oxidatiegetal-de feitelijke overdracht van elektronen nooit voorkomen. Aldus wordt oxidatie beter gedefinieerd als een toename van oxidatiegetal en reductie een afname oxidatiegetal.

Evenwicht

Hoewel het concept van evenwicht wordt veel gebruikt in wetenschappen, in de context van de chemie, het ontstaat wanneer een aantal verschillende staten van de chemische samenstelling mogelijk, zoals bijvoorbeeld in een mengsel van verscheidene chemische verbindingen die kunnen reageren met elkaar, of wanneer een substantie aanwezig kan zijn in meer dan één soort fase.

Een systeem van chemische substanties bij evenwicht alhoewel hebben van een onveranderlijke samenstelling is meestal niet statisch; molecules van de substanties blijven met elkaar reageren waardoor aanleiding tot een dynamisch evenwicht. Dus het concept beschrijft de staat waarin de parameters zoals chemische samenstelling blijven onveranderd in de tijd.

Chemische wetten

Chemische reacties worden geregeerd door bepaalde wetten, die zijn uitgegroeid tot fundamentele concepten in de chemie. Sommigen van hen zijn:

Praktijk

Deeldisciplines

Dit artikel steunt grotendeels of geheel op een enkele bron. Relevante discussie kan worden gevonden op de overleg pagina. Gelieve te helpen verbeteren van dit artikel door de invoering citaten extra bronnen. (September 2014)

Chemie is typisch verdeeld in verscheidene belangrijke subdisciplines. Er zijn ook een aantal belangrijke cross-disciplinair en meer gespecialiseerde gebied van chemie. [61]

• Analytische chemie is de analyse van materiaalmonsters om inzicht te krijgen hun chemische samenstelling en structuur. Analytische chemie neemt gestandaardiseerde experimentele methodes in chemie. Deze werkwijzen kunnen worden gebruikt in alle subdisciplines van chemie, exclusief zuiver theoretische chemie.
• Biochemie is de studie van de chemische producten, chemische reacties en chemische interacties die plaatsvinden in levende organismen. Biochemie en de organische chemie zijn nauw verwant, zoals in medicinale chemie of neurochemie. Biochemistry wordt ook geassocieerd met moleculaire biologie en genetica.
• Anorganische chemie is de studie van de eigenschappen en de reacties van anorganische verbindingen. Het onderscheid tussen organische en anorganische disciplines is niet absoluut en er is veel overlapping, het belangrijkst in de sub-discipline van organometaalchemie.
• Materialen chemie is de voorbereiding, de karakterisering, en het begrip van substanties met een nuttige functie. Het gebied is een nieuwe breedte van studie in gediplomeerde programma’s, en het integreert elementen van alle klassieke terreinen van chemie met een nadruk op fundamentele kwesties die uniek zijn voor materialen. Primaire systemen van studie omvatten de chemie van gecondenseerde fase (vaste stoffen, vloeistoffen, polymeren) en interfaces tussen de verschillende fasen.
• Neurochemie is de studie van neurochemicals; waaronder transmitters, peptiden, eiwitten, lipiden, suikers en nucleïnezuren; hun interacties, en de rol die zij spelen in het vormen van, het handhaven en het wijzigen van het zenuwstelsel.
• Nucleaire chemie is de studie van hoe de subatomaire deeltjes samen komen en kernen. Moderne Transmutatie is een grote component van nucleaire chemie, en de lijst van nucliden is een belangrijk resultaat en hulpmiddel voor dit gebied.
• Organische chemie is de studie van de structuur, de eigenschappen, de samenstelling, de mechanismen, en de reacties van organische verbindingen. Een organische verbinding wordt gedefinieerd als elke verbinding op basis van een koolstofskelet.
• Fysische chemie is de studie van de fysieke en fundamentele basis van chemische systemen en processen. Vooral de energetica en de dynamica van dergelijke systemen en processen van belang voor fysieke chemici. Belangrijke gebieden van studie omvatten chemische thermodynamica, chemische kinetica, elektrochemie, statistische mechanica, spectroscopie, en meer recentelijk, astrochemie. [62] Fysische chemie heeft grote overlapping met moleculaire fysica. Fysische chemie impliceert het gebruik van infinitesimaalrekening het afleiden van vergelijkingen. Het wordt meestal geassocieerd met quantumchemie en theoretische chemie. Fysische chemie een goede discipline van chemische fysica, maar nogmaals, is zeer sterk overlappen.
• Theoretische chemie is de studie van chemie via fundamentele theoretische redeneren (gewoonlijk binnen wiskunde of fysica). Met name de toepassing van de quantummechanica op chemie genoemd quantumchemie. Sinds het einde van de Tweede Wereldoorlog, heeft de ontwikkeling van computers toegestaan een systematische ontwikkeling van computationele chemie, dat is de kunst van het ontwikkelen en toepassen van computerprogramma’s voor het oplossen van chemische problemen. Theoretische chemie heeft grote overlapping met (theoretisch en experimenteel) gecondenseerde materie en moleculaire fysica.

Andere disciplines binnen chemie worden traditioneel gegroepeerd door het type van de zaak wordt onderzocht of de aard van de studie. Deze omvatten anorganische chemie, de studie van anorganische kwestie; organische chemie, de studie van organische (koolstof gebaseerde) zaak, biochemie, de studie van substanties in biologische organismen, fysische chemie, de studie van chemische processen met behulp van fysieke concepten zoals thermodynamica en de kwantummechanica; en analytische chemie, de analyse van materiaalmonsters om inzicht te krijgen hun chemische samenstelling en structuur. Veel meer gespecialiseerde disciplines zijn ontstaan in de afgelopen jaren, bv neurochemie de chemische studie van het zenuwstelsel (zie subdisciplines).

Andere gebieden omvatten agrochemie, astrochemie (en cosmochemie), atmosferische chemie, chemische technologie, chemische biologie, chemo-informatica, elektrochemie, milieuchemie, femtochemie, smaak chemie, stromen chemie, geochemie, groene chemie, histochemie, geschiedenis van chemie, hydrogenering chemie , immunochemie, mariene chemie, materialen wetenschap, wiskundige chemie, mechanochemistry, medicinale chemie, moleculaire biologie, moleculaire mechanica, nanotechnologie, natuurlijk product chemie, oenologie, organometaalchemie, petrochemie, farmacologie, fotochemie, fysische organische chemie, fytochemie, polymeerchemie, radiochemie , solid-state chemie, sonochemistry, supramoleculaire chemie, oppervlaktechemie, synthetische chemie, thermochemie, en vele anderen.

Chemische industrie

De chemische industrie is een belangrijke economische activiteit wereldwijd. De wereldwijde top 50 chemische producenten in 2013 een omzet van US $ 980,5 miljard en een winstmarge van 10,3%. [63]