Hemija proučava sastav,strukturu i osobine materije, kao i promene kroz koje ona prođe tokomhemijskih reakcija.Hemija proučava i interakcije supstanci sa drugim supstancama i energijom.
Hemija ilikemija (srednjovj. lat.chemia,chymia <grč.χημεία,χυμεία: miješanje metala), prirodna nauka koja se bavi proučavanjem građe, osobina i promena supstanci kao i zakona po kojima se te promene dešavaju.[1][2] Klasično se izdvajaju četiri ključna polja u hemiji, mada postoji daleko veći broj usko specijalizovanih grana:opšta hemija,neorganska hemija,organska hemija ibiohemija. Hemija je jedna od elementarnih nauka, poredmatematike bliska je i:fizici,biologiji,farmaciji,medicini. U mnogim poslovima kao i u svakodnevnom životu zastupljena je hemija.
Hemija zauzima centralno mesto međuprirodnim naukama. Između ostalog, bavi se imolekulima, njihovomstrukturom, osobinama i transformacijama, i principima na kojima se osobine molekula zasnivaju. Zbog ove svoje sveobuhvatnosti, hemija ima dosta zajedničkih tema sa drugim prirodnim naukama, kao što sufizika,geologija iastronomija, s jedne strane, ibiologija,fiziologija imedicina, s druge.[3][4] Hemija je grana fizičkih nauka ali postoji određena razlika od fizike.[5] Etimologija pojmahemija nije u potpunosti razjašnjena, pa je u tom pogledu tema određenih neslaganja.Historija hemije se može pratiti i preko određenih faza u njenom razvoju, poputalhemije, koja se praktikovalahiljadama godina u mnogim dijelovima svijeta.
Pojamhemija potječe od riječialhemija, ranijeg skupa aktivnosti koji su obuhvatali elemente iz moderne hemije,metalurgije,filozofije,astrologije,astronomije, misticizma imedicine. Ona se obično smatrala kao potraga za načinom pretvaranjaolova ili nekog drugog uobičajenog materijala uzlato.[6] Alhemija se počela praktikovati oko 330. godine, uključivala je proučavanje sastava vode, njenog kretanja, rasta, pridruživanja i izlučivanja iz drugih supstanci, izvlačenjaduhova iz tijela kao i njihovimspajanjem unutar tijela (Zosim iz Panopolisa).[7] Alhemičari su se u narodnom govoru zvalihemičari, a kasniji sufiks-ija je dodan kako bi se opisala vještina hemičara kaohemija.
Riječalhemija je izvedena izarapske riječial-kimia (الکیمیاء). U korijenu, pojam je posuđen izgrčkog χημία ili χημεία.[8][9] Dalje, ovaj pojam je možda iegipatskog porijekla. Mnogi vjeruju da jeal-kimia izvedena iz grčkog χημία, a koja se opet dobila preko riječichemi ilikimi, što je drevno imeEgipta u egipatskom jeziku.[8] Po drugom mišljenju,al-kimia je možda izvedena iz χημεία, u značenjuizliti (spojiti) zajedno.[10]
Retrospektivno, definicija hemije se mijenjala kroz historiju, kako su nova otkrića i teorije dodavne nove funkcionalnosti u ovu nauku. Pojamhemija, po mišljenju poznatoghemičaraBoyla 1661. koji je smatrao da je ona subjekat materijalnih principa mješanih (složenih) tijela.[11] Dvije godine kasnije, 1663. hemičarChristopher Glaser opisao je hemiju kao naučnuumjetnost, koja izučava rastvorena tijela te iz njih izvlači različite supstance od kojih su ona izgrađena, kao i način kako da ih ponovno spojiti i dovesti ih do savršenosti višeg nivoa.[12]
Definicija riječihemija iz 1730. koju je koristioGeorg Ernst Stahl značila jeumjetnost razdvajanja miješanih, agregatnih i spojenih tijela u njihove sastojke; kao i sastavljanje takvih tijela iz tih sastojaka.[13]Jean-Baptiste Dumas je 1837. smatrao pojamhemije kao nauku koja izučava zakone i efekte molekularnih sila.[14] Ova definicija je kasnije evoluirala, pa se 1947. došlo do značenja nauke o supstancama: njihovoj strukturi, osobinama i reakcijama koje ih pretvaraju u druge supstance, a ovu karakterizaciju hemije prihvatio je iLinus Pauling.[15] U novije doba, 1998. profesor Raymond Chang proširio je tu definiciju na proučavanje materije i promjena koje se dešavaju s njom.[16]
Atomska teorija je osnova kemije. Ta teorija kaže da se sve tvari sastoje od vrlo malih čestica po imenuatomi. Jedan od prvih zakona koji je doveo do utemeljenja kemije kao znanosti bio jeZakon očuvanja mase. Taj zakon kaže da tijekomkemijske reakcije nema primjetne promjene u količini tvari. (Moderna je fizika pokazala da se zapravo radi o očuvanjuenergije, te da su energija i masa povezane.)
Jednostavno rečeno, ako na početku imate 10,000 atoma i napravite mnogo kemijskih reakcija, na kraju ćete opet imati 10,000 atoma.Masa je ostala ista ako uračunamo energiju koja se pritom izgubila ili stekla. Kemija proučava odnose među atomima: ponekad među pojedinačnim atomima, ali češće kad su atomi vezani uz druge atome i čineione imolekule. Atomi stupaju u odnos s drugim atomima (npr. logorska vatra je kombinacija atomakiseonika
iz zraka s atomimaugljika ivodika iz drveta), a mogu imati odnos i sasvjetlom (fotografija nastaje zbog promjena koje svjetlo izaziva na kemikalijama filmske vrpce) i drugim zračenjima.
Neobično se brzo otkrilo da se atomi gotovo uvijek slažu u određenim omjerima: silicijski pijesak je struktura gdje omjer atomasilicija i atoma kisika iznosi 1:2. Danas znamo da tajzakon određenih proporcija ima iznimke (npr. integrirani strujni krugovi).
Drugo ključno otkriće: kad god se izvodi određena kemijska reakcija, količina stečene ili izgubljene energije uvijek je ista. To je dovelo do važnih pojmova kao što suravnoteža,termodinamika ikinetika.
Fizikalna hemija zasniva se na modernojfizici, jer jeu načelu moguće opisati sve kemijske sustave koristeći teorijukvantne mehanike. Ta je teorija matematički složena i kosi se sa zdravim razumom. Ipak, u praksi se samo najjednostavniji kemijski sustavi mogu istraživati isključivo kroz kvantnu mehaniku, te se za praktične svrhe moraju raditi aproksimacije. Zato u većem dijelu kemije nije potrebno detaljno znanje kvantne mehanike, jer se važne posljedice te teorije (prvenstveno orbitalna aproksimacija) mogu razumjeti i primijeniti na jednostavniji način.
Iako sekvantna mehanika često može zanemariti, njezin osnovni pojam -kvantizacija energije - mora se uzeti u obzir. Kemičari koriste kvantne efekte prilikom svihspektroskopskih tehnika (i raznih drugih stvari), iako mnogi kemičari nisu svjesni toga! Osim toga, često se i fizika može zanemariti, a konačni rezultat (npr.spektar NMR) svejedno može imati smisla.
Potpun fizikalni opis kemije mora također uzeti u obzirrelativnost, koja je druga glavna teorija moderne fizike, također matematički složena. Srećom, efekti relativiteta važni su samo u izuzetno preciznim izračunima atomske strukture, koji se uglavnom tiču težih elemenata, dok je u praksi relativnost nevažna za gotovo čitavu kemiju.
Kemija se obično dijeli ovako:analitička hemija, koja određuje sastav i dijelove tvari;organska hemija, koja proučava ugljikove spojeve;anorganska hemija, koja istražuje šire elemente koje organska hemija ne naglašava;biohemija, proučavanje kemije u biološkom sustavu; ifizikalna hemija, koja je osnova svih drugih grana jer obuhvaća fizikalne osobine tvari i teorije za njihovo istraživanje.
Demokritovu atomističku filozofiju naknadno je usvojio iEpikur (341–270 p.n.e.)Alhemičarska laboratorija
Stare civilizacije, poputEgipćana,[17]Babilonaca iIndijaca[18] stekle su ogromno praktično znanje o vještinama metalurgije, izradegrnčarije i pravljenja boja, ali o tome nisu razvili sistematsku teoriju.
Osnovne hemijskehipoteze prvo su se pojavile uklasičnoj Grčkoj u vidu teorije "četiri elementa" što je konačno uobličioAristotel navodeći da suvatra,zrak, zemlja ivoda četiri temeljna elementa čijim je kombiniranjem izgrađeno sve ostalo. Grčki atomizam potječe iz 440tih p.n.e., nastao u djelima filozofa kao što suDemokrit iEpikur.Rimski filozof Lukrecije je 50 p.n.e. razvio ovu teoriju u svojoj knjiziDe rerum natura ("O prirodi stvari").[19][20] Za razliku od modernog koncepta nauke, grčki atomizam je bio čisto filozofske prirode, sa vrlo slabim vezama sa iskustvenim posmatranjima i bez ikakvog osvrta na hemijske eksperimente.[21]
Vještina alhemije je najprije doživjela procvat u helenističkom svijetu, gdje su se miješalemagija iokultizam u proučavanje prirodnih supstanci, s krajnjim ciljem pretvaranja elemenata uzlato i otkrivanje napitka vječnog života.[22] Alhemija je otkrivena i praktikovana širom arapskog svijeta nakon pojaveislama,[23] a od tamo se prelila u srednjovjekovnu irenesansnu Evropu preko latinskih prevoda.[24]
Pod utjecajemnovih iskustvenih metoda koje su predložiliFrancis Bacon i drugi, grupa hemičara na Univerzitetu uOxfordu,Robert Boyle,Robert Hooke iJohn Mayow počeli su da iznova oblikuju stare alhemijske tradicije u naučnu disciplinu. Naročito se Boyle smatra za osnivača i "oca" hemije zbog svog najvažnije rada, teksta iz oblasti klasične hemije "Skeptični hemičar" (The Sceptical Chymist) gdje su navedene osnovne razlike između postavki alhemije i iskustvenih naučnih otkrića nove hemije.[25] On je, između ostalog, objavio iBoyleov zakon, čime je odbio klasične postavke "četiri elementa" i predložio mehanističke alternative atoma ihemijskih reakcija koje bi mogle biti subjekat strogih eksperimenata.[26]
Teorijuflogistona (supstance koja je u osnovi svakog sagorijevanja) predložio je NijemacGeorg Ernst Stahl početkom 18. vijeka a tu teoriju je tek krajem tog vijeka opovrgnuo francuski hemičarAntoine Lavoisier, "hemijski" pandan Newtonu u fizici; koji je učinio više od bilo koga drugog za osnivanje nove nauke na ispravnim teoretskim osnovama, tako što je rasvijetlio princip održanja mase i razvio novi sistem hemijske nomenklature, koji se i danas manje-više koristi.[28]
Međutim, prije ovog njegovog rada, postignuta su mnoga važna otkrića, naročito u vezi prirodezraka, za koji se ispostavilo da je sastavljen iz mnogih različitih gasova. Škotski hemičarJoseph Black (prvi eksperimentalni hemičar) i HolanđaninJ. B. van Helmont otkrili suugljik-dioksid, ili ono što je Black nazivao "fiksni zrak" 1754. godine;Henry Cavendish je otkriovodik i rasvijetlio mnoge njegove osobine, dok suJoseph Priestley i, nezavisno od njega,Carl Wilhelm Scheele izdvojili čistikisik.
Engleski naučnikJohn Dalton postavio je modernu teoriju atoma; po kojoj su sve supstance sastavljene iz nevidljivihatoma materije i da različiti atomi imaju različite atomske težine. Razvojelektrohemijske teorije hemijskih kombinacija desio se početkom 19. vijeka naročito kao rezultat rada dvojice naučnikaJacob Berzeliusa iHumphryja Davyja, a zasnovanog na ranijim otkrićima elektrostatičkog stuba koji je napravioAlessandro Volta. Davy je otkrio devet novih elemenata uključujućialkalne metale izdvajajući ih iz njihovih oksida pomoću električne struje.[29]
BritanacWilliam Prout prvi je predložio sortiranje svih hemijskih elemenata prema njihovim atomskim težinama, tako što je sve poznate atome izrazio omjerom njihove težine prema atomskoj težini vodika.Newlands je napravio prvobitni sistem elemenata, koji su kasnije razvili u moderniperiodni sistem elemenata[30] NijemacLothar Meyer i RusDmitrij Ivanovič Mendeljejev tokom 1860tih.[31] Inertne gasove, kasnije nazvaniplemeniti gasovi, otkrio jeWilliam Ramsay u saradnji saLordom Rayleighjem krajem 19. vijeka, pa su s tim otkrićem popunjene osnovne strukture tabele periodnog sistema.
gore: očekivani rezultati: alfa-čestice prolaze kroz model atomapudinga od šljiva bez prepreka. dolje: dobijeni rezultati: manji dio čestica je odbijen, dajući indiciju da postoji malehni, koncentrični naboj (atomsko jezgro).
Tek početkom 20. vijeka konačno su shvaćene teoretske osnove hemije nakon serije značajnih otkrića, koji su rezultat uspjelih pokusa u istraživanju prave prirode unutrašnje strukture atoma. Godine 1897. J. J. Thomson je na UniverzitetuCambridge otkrioelektron a vrlo brzo njega je francuski naučnik Becquerel kao i bračni parPierre iMarie Curie istraživali fenomenradioaktivnosti. U seriji pionirskih eksperimenataErnest Rutherford je na Univerzitetu uManchesteru otkrio unutrašnju strukturu atoma i postojanjeprotona, klasificirao je i objasnio različite vrste radioaktivnog zračenja i uspješno transmutirao prvi element bombardujućidušik alfa-česticama.
Njegov rad na atomskoj strukturi razvili su i poboljšali njegovi učenici, danski fizičarNiels Bohr i EnglezHenry Moseley. Elektronsku teoriju hemijskih veza i molekulskih orbitala razvili su američki naučniciLinus Pauling iGilbert N. Lewis.
Godinu 2011.Ujedinjeni narodi su proglasili Međunarodnom godinom hemije.[33] Godina je proglašena na inicijativuIUPAC-a (Međunarodne unije čiste i primijenjene hemije) te UN organizacije za nauku, obrazovanje i kulturu, a uključivao je hemijska društva, akademije i institucije u svijetu a zasnivala se na individualnim inicijativama za organiziranje lokalnih i regionalnih aktivnosti.
Laboratorija za hemiju na Istitutu za biohemiju Univerziteta u Kelnu.
Analitička hemija jenauka koja se bavi proučavanjem hemijskih i fizičkih procesa na osnovu kojih se može odrediti kvalitativni i kvantitativni sastav ispitivanesupstance. Zbog toga se ova nauka deli na dve oblasti: kvalitativnu i kvantitativnuanalizu. Kvalitativna analiza po pravilu prethodi kvantitativnoj i njome se utvrđuje iz kojih seelemenata,jona,atomskih (funkcionalnih) grupa imolekula sastoji ispitivana supstanca. Kvantitativna analiza se zasniva na utvrđivanju ili količina ispitivanih supstanci ili odnosa u kome se date supstance nalaze.Metode kojima se pri tome analitička hemija koristi se mogu podeliti na hemijske, fizičke i fizičko-hemijske.
Hemija je zapravo nauka koja proučava sastav i osobine supstanci, kao i pojave koje se dešavaju kada supstance reaguju jedna sa drugom. Neorganska hemija predstavlja veliki deo hemije jer ona proučava hemijska svojstva ireakcije svih hemijskih elemenata i njihovihjedinjenja kao i hemijske procese koji se zbivaju među njima. Izuzetak čine jedinjenja (četvorovalentnog)ugljenika koje izučava organska hemija.
Organska hemija je, najopštije postavljeno, hemijska disciplina koja se bavi proučavanjemugljenika i njegovih jedinjenja.[34] Nešto konkretnije, to jenauka koja proučava svojstva, strukturu i reaktivnostorganskih jedinjenja, kao i načine na koji se ta saznanja mogu primeniti usintezi željenih jedinjenja. I pored sugestivnog naziva, spektar struktura kojima se bavi organska hemija nipošto nije ograničen na supstance poreklom iz živog sveta; naprotiv, organska sinteza bavi se dobijanjem novih organskih jedinjenja iz najrazličitijih prekursora. Ipak, za sva jedinjenja kojima se bavi organska hemija zajedničko je da sadržečetvorovalentni ugljenik.
Početkom19. veka izbiljaka su izolovane organske supstance koje su po svojim osobinama bile potpuno drugačije od svih do tada poznatih jedinjenja. Doktrinavitalizma, koju je zastupao veliki broj hemičara tadašnjice, tvrdila je da je osobenost svih takvih jedinjenja prisustvo „životne sile“ (latinski:vis vitalis), bez čijeg učešća je ujedno i nemoguće sintetisati organsku materiju. Ovakav rigidan stav po kojem sinteza organskih struktura (koje su tada smatrane posebno složenima) može da se odigra samo u živim organizmima, a nikako u reakcionoj smeši, efektivno je zakočio dalji razvoj organske hemije.1828. godine, međutim,nemački hemičarFridrih Veler je sasvim slučajno, u pokušaju da dobijeamonijum-cijanat izcijanatne kiseline iamonijaka, dobio supstancu koju je uspešno identifikovao kaoureju. Ureja je danas poznata kao značajan finalni produktmetabolizma sisara, ali je i u Velerovo vreme bila klasifikovana kao organsko jedinjenje, jer je ranije bila izolovana izurina.Velerovom sintezom srušen je postulat da je nemoguće dobiti organsko jedinjenje iz neorganskih prekursora. Ovo otkriće predstavljalo je prekretnicu u razvitku organske hemije koje je dovelo do njene velike ekspanzije.
Tokom protekla dva veka naučna osnova organske hemije znatno je proširena, zahvaljujući i razvoju drugih hemijskih disciplina. Ima velike implikacije u brojnim drugim poljima nauke i privrede —petrohemiji,farmaciji, industrijiplastičnih masa,prehrambenoj industriji, industrijiboja ilakova...
Fizička hemija je nastala kombinovanjem znanja izfizike, hemije,termodinamike ikvantne mehanike da bi se opažene makroskopske pojave opisale na atomskom i molekulskom nivou, dakle, fizička hemija se bavi vezom između mikroskopskih i makroskopskih osobina materije. Na primer, veličinamolekula u tečnosti može da se odredi na osnovu merenja njenog indeksa prelamanja igustine, ili na osnovu toplotnog kapaciteta i površinskog napona.
Biohemija je most izmeđubiologije i hemije koji proučava kako kompleksnehemijske reakcije stvaraju život. Biohemija je hibridni deo hemije koji konkretno proučava hemijske procese u živim organizmima. Ovaj članak diskutuje samo kopnenu biohemiju, koja počiva naugljeniku ivodi. Kako svi oblici života koje danas imamo na planeti imaju zajedničko poreklo, prema tome imaju i slične biohemije, kao što sugenetički kod istereohemija mnogih biomolekula. Nepoznato je da li su naizmenične biohemije uopšte i moguće.
Biohemija proučava strukturu i fuknciju celularnih komponenti, kao što suproteini,ugljeni hidrati,lipidi,nukleinske kiseline i ostalibiomolekuli. Iako postoji ogroman broj različitih biomolekula, oni se često sastoje od istih jedinica koje se ponavljajumonomera, ali koji se ponavljaju u različitim sekvencima. Nedavno, biohemija je počela da se fokusira na proučavanje reakcija u kojima sukatalizatorienzimi, i na proučavanje osobina proteina.
Teorijska hemija je podoblast hemije koja koristi znanja iz fizike da se objasne ili predvide hemijski fenomeni. U prethodnim godinama činila ju je samokvantna hemija, tj. primena kvantne mehanike da bi se rešili problemi u hemiji. Gruba potpodela teorijske hemije su elektronske strukture, dinamika i statistička mehanika. U procesu rešavanja problema, sve tri potgrane mogu biti uključene u različitom stepenu. Od krajaDrugog svetskog rata, razvojračunara je omogućio sistematski razvojračunske hemije, veštine ravijanja i primene računarskih programa za rešavanje hemijskih problema. Teorijska hemija se u velikoj meri preklapa sa (teorijskom ili eksperimentalnom)fizikom kondenzovane materije imolekularnom fizikom.
Danas prihvaćeni model atomske strukture jekvantnomehanički model.[36] Tradicionalna hemija počinje proučavanjem elementarnih čestica,atoma,molekula,[37]hemijskih jedinjenja,metala,kristala i drugih agregata materije. Ova materija se može proučavati u tri (uobičajena) agregatna stanja: čvrstom, tečnom ili gasovitomstanju, bilo u pojedinačnom ili njihovoj kombinaciji. Međudjelovanja, reakcije i transformacije koje se proučavaju u hemiji obično su rezultat interakcije između atoma, koji dovode do reorganiziranja hemijskih veza koje drže atome povezane jedne s drugima. Takva ponašanja se ispituju u hemijskim laboratorijama. Prema stereotipskim mišljenjima, u hemijskim laboratorijama se koriste razni oblicilaboratorijskog posuđa. Međutim, posuđe nije osnovno u hemijskim naukama, a veliki broj eksperimenata u hemiji, kako primijenjenoj tako i u industrijskoj, izvodi se bez njega.
Hemijska reakcija je transformacija nekih supstanci u jednu ili više drugačijih supstanci.[38] Osnova za takve hemijske transformacije je reorganiziranje elektrona u hemijskim vezama između atoma. One se simbolički mogu predstaviti pomoću hemijskih jednačina, koje obično uključuju atome kao subjekte. Broj atoma na lijevoj i na desnoj strani jednačine moraju biti jednaki. Samo u posebnim slučajevima kada broj atoma na suprotnim stranama jednačine nije isti, takva transformacija se nazivanuklearna reakcija iliradioaktivni raspad. Vrste hemijskih reakcija u koje mogu stupati supstance i promjene energije povezane sa njima obuhvaćene su određenim osnovnim pravilima, poznatim kao hemijski zakoni.
Razmatranja oenergiji ientropiji su nezamjenjivo važna u gotovo svim oblastima hemije. Hemijske supstance se dijele po njihovoj strukturi, fazama, kao i po hemijskom sastavu. One se mogu analizirati koristeći alate hemijske analize kao što suspektroskopija ihromatografija. Naučnici koji se bave hemijskim istraživanjima nazivaju sehemičarima.[39] Većina modernih hemičara se specijalizira u jednoj ili više podoblasti hemije. Za detaljno izučavanje hemije postoje brojni koncepti od nezamjenjivog značaja, a neki od njih su:[40]
U hemiji,materija je definirana kao sve ono što ima masu u mirovanju i zapreminu (zauzima prostor) i sačinjeno je od čestica. Čestice koje sačinjavaju materiju također imaju vlastitu masu u mirovanju, ali je nemaju sve čestice, kao što su naprimjerfotoni. Materija može biti čista supstanca ili smjesa dvije ili više supstanci.[41]
Najprostiji model atoma helijuma, sa atomskim jezgrom koje se sastoji od dva protona i dva neutrona oko koga kruže dva elektrona.
Atom (grčki άτομον (atomon) - nedeljiv) je najmanji delićsupstance, tj.hemijskog elementa koji ispoljava sve osobine tog hemijskog elementa. Atom se sastoji iz jezgra i elektronskog omotača.[41]
Jezgro čine:
Protoni, sa pozitivnim naelektrisanjem i jediničnom masom i
Neutroni, koji imaju jediničnu masu ali nisu naelektrisani.
Omotač čine:
Elektroni, koji imaju negativno naelektrisanje i zanemarljivo malu masu.
Hemijske osobine atoma određuje broj protona u njemu (redni broj) i taj broj je jedinstven za svaki element, a masu broj protona i broj neutrona. Atom kao celina je neutralan jer sadrži isti broj elektrona i protona. Atom postaje naeletrisan tako što primi ili otpusti jedan ili više elektrona i postajejon.
Hemijske osobine atoma ne zavise od broja neutrona, pa postoje atomi istog elementa sa različitim brojem neutrona -izotopi.
Molekuli su suviše mali da bi se videli golim okom. Dimenzija su od 0,1 do 100 nanometara (0,0000000001 do 0,0000001 metara) mada ima i izuzetaka. RecimomakromolekulDNK kad bi se izvadio iz jedra ćelije i razmotao dostigao bi dužinu jednog do dva metra.[42] Međutim i tada bi bio nevidljiv jer bi njegovo 'vlakno' bilo prečnika svega 0,000000005 m. Zato se za određivanje veličine i oblika molekula koriste posebne metodefizičke hemije a naročitoinstrumentalne metode.
Odnos elemenata koji grade jedinjenje, izražava se empirijskom formulom. Na primer, vodu gradevodonik i kiseonik u odnosu 2:1, H2O, a etilalkohol, (etanol)ugljenik, vodonik i kiseonik u odnosu 2:6:1, C2H6O. Ovaj odnos ne mora uvek da određuje jedinstveni molekul -dimetil etar ima isti odnos kao etanol, na primer. Molekuli koji se sastoje od istih atoma, ali u različitom rasporedu se zovuizomeri.
Hemijska ili molekulska formula određuje tačnije redosled atoma koji grade molekul, pa je formula etanola CH3CH2OH a dimetiletra CH3OCH3. Za predstavljanje složenijih molekula gde atomi mogu biti različito raspoređeni u prostoru koriste se strukturne formule.Molekulska masa je zbir masa atoma koji čine molekul, i poput atomske, izražava se u atomskim jedinicama mase (atomska jedinica mase = 1/12 maseizotopa12C).Dugo se mislilo da su dužine hemijski veza i njihovi uglovi u molekulu konstantni. Međutim, modernim strukturnim metodama nađeno je da se geometrija hemijske veze neznatno menja, naročito kod složenijih molekula.
Zbog vezejedinice atomske mase saAvogadrovim brojem, praktični način iskazivanja ovoga za atome ili molekule je:Količina supstance koja sadrži isti brojgrama kao i brojatomske mase supstance. Poštogvožđe, na primer, ima atomsku masu od 55,845, u jednom molu gvožđa ima 55,845 grama (0,055845 kilograma).
Kada se mol koristi da bi se odredila količina supstance, potrebno je navesti i o kojoj vrsti čestica se radi, jer to mogu biti atomi,molekuli,joni... Na primer, 18 grama vode sadrži 1 mol molekula, 2 mola atomavodonika, 1 mol atomakiseonika ili ukupno 3 mola atoma.
Hemijski element se karakteriše određenim brojem protona ujezgru njegovih atoma. Ovaj broj se nazivaatomski broj elementa. Na primer, svi atomi sa 6 protona u svom jezgru su atomi hemijskog elementaugljenika, a svi atomi sa 92 protona su atomiuranijuma.Izotopi nekog hemijskog elementa mogu imati različiti broj neutrona u svom jezgru, dok im je broj protona isti. Na primer, običanvodonik ima samo jedan proton u jegru, a njegovi izotopideuterijum itricijum imaju po jedan proton i po jedan, odnosno dva neutrona u svom jezgru.[45]
Najpogodniji način za prikaz hemijskih elemenata jeperiodni sistem elemenata, u kom su elementi grupisani po svojim atomskim brojevima. Zahvaljujući njenom uređenju, grupe (vertikalne kolone) i periode (horizontalni redovi) elemenata u tabeli dele zajedničke hemijske osobine, ili prate određen trend u karakteristikama kao što suatomski radijus,elektronegativnost, itd.[46]
Hemijsko jedinjenje je čista supstanca koja se sastoji iz dva ili više elemenata.[47]Atomi koji sačinjavaju jedinjenje su međusobno vezanihemijskim vezama i činemolekul (ilikristalnu rešetku). Sastav hemijskih jedinjenja je stalan bez obzira na način njihovog postanka (to znači da je odnos atoma koji su povezani hemijskim vezama uvek isti). Tradicionalno se hemijska jedinjenja dele naorganska ineorganska. Osim ovih, postoje i razne potpodele (nakiseline,baze,soli,okside itd.)
Međunarodna unija za čistu i primijenjenu hemiju (IUPAC) je postavila sistem standardne nomenklature za sve spojeve. Organski spojevi dobijaju ime u skladu sa sistemom organske nomenklature.[48]Neorganski spojevi dobijaju ime u skladu sa neorganskom nomenklaturom.[49] Osim toga Servis hemijskih sažetaka (Chemical Abstracts Service) preporučuje metod indeksiranja hemijskih supstanci. Po toj shemi, svaka hemijska supstanca se može jedinstveno identificirati pomoću broja poznatog kaoCAS registarski broj.
Smeše suskupovi dve ili više različitihsupstanci, za razliku odčistih (prostih) supstanci koje sačinjava samo jedanelement ili jednojedinjenje.Osobine smeša su aditivne, odnosno, ona zadržava osobine svih supstanci koje je čine.[50] Tako će smešagvožđa isumpora imati osobine i jednog i drugog elementa (gvožđe će i dalje imatimagnetna svojstva, a sumporžutu boju).[51] Smeše možemo podeliti na homogene i heterogene. One su običnoheterogene, što znači da se jasno mogu uočiti razlike između supstanci koje ih čine. Međutim, dešava se da su sastojci neke smeše dovoljno mali da se ne mogu videti golim okom, pa takve smeše izgledaju homogeno. Takav je slučaj sakrvlju. Podmikroskopom se vidi da krv sačinjava bezbojnatečnost sa suspendovanimčesticama.Homogena je ona supstanca kod koje jedan deo ima potpuno isti sastav i osobine kao svaki drugi deo. Primeri za prave homogene smeše (jer se heterogenost ne može dokazati) su neki vodenirastvori (šećera,soli itd.). Oslobađanjetoplote,zračenjasvetlosti ili stvaranjestruje supojave koje obično prate nekuhemijsku reakciju. Ukoliko ne dođe do ovih pojava prilikom mešanja supstanci, pretpostavlja se da se nije desilahemijska reakcija, već da se napravila smeša. Sastojci u smeši se razdvajaju korišćenjemfizičkih promena supstanci. Pri tome se mogu koristiti različitafizička svojstva, kao što sumagnetizam,specifična težina, (ne)rastvorljivost u odgovarajućimrastvaračima,tačka topljenja, kao imetode:destilacija,likvacija,difuzija,elutracija,flotacija.
Supstanca je oblik postojanjamaterije koji je dostupan ljudskimčulima. Karakteriše jemasa mirovanja. Sastoji se od veoma sitnihčestica -atoma. Danas je poznato više od 40 milona različitih supstanci, od kojih su neke supstance pronađene uprirodi, dok se druge proizvode veštačkim putem.[52] Bez obzira na koji od ta dva načina pronađene, veliki broj njih, oko 100 hiljada ima praktičnu primenu.[53]
Hemijska veza je privlačna sila između dvaatoma nastala interakcijom njihovih perifernih (valentnih)elektrona.Sila je mnogo jača odenergije toplotnogkretanja tako da su atomi trajno vezani obrazujući stabilnu grupu -molekul. Elektroni su istog naelektrisanja pa bi trebalo da se odbijaju, međutim, u elektronskim orbitalama sparivanje njihovihspinova stabilizuje elektronske parove i ukupan efekat je obrazovanje stabilne veze. Dva osnovna tipa hemijske veze su jonska i kovalenta, ali se u prirodi sreću i 'mešane' veze, odnosno one koje imaju delimično jonski i delimično kovalentni karakter. U prilog tome ide i to što kovalentna veza može bitipolarna inepolarna. Poseban tip veze jemetalna veza koja se stvara između atomametala.
Jon jenaelektrisana čestica (atom ili molekul) koja primila ili izgubila jedan ili više elektrona. Pozitivno naelektrisanikatjoni (na primernatrijumov katjon Na+) i negativno naelektrisanianjoni (na primerhlorov anjon Cl−) mogu da obrazujukristalnu rešetku neutralnesoli (na primernatrijum hlorid ili kuhinjska so NaCl). Primeri višeatomskih jona koji se ne raspadaju tokom kiselinsko-baznih reakcija suhidroksidi (OH−) ifosfati (PO43−).
Gorenje je jedna od najpoznatijih hemijskih reakcija
Hemijske reakcije predstavljaju trajne promene u strukturi polaznihsupstanci (reaktanata ili reagujućih supstanci) i nastajanje novih supstanci (proizvoda) koje se po sastavu i svojstvima razlikuju od polaznih supstanci.
Hemijske reakcije odigravaju se sa promenom supstanci i sa određenim toplotnim efektom, pri čemu se oslobađaenergija ili troši (vezuje ili otpušta). Ukoliko se prilikom reakcije troši ili oslobađa toplota onda se govori otermohemijskim reakcijama. Količinatoplote koja se u toku hemijske reakcije oslobađa ili vezuje naziva setoplota reakcije.
Hemijske reakcije koje se odigravaju oslobađanjem toplote nazivaju seegzotermne reakcije. Hemijske reakcije koje se odigravaju sa vezivanjem toplote nazivaju seendotermne reakcije. Ako je hemijska reakcija u jednom smeru endotermna u drugom je egzotermna i obrnuto.
Nekuhemijsku reakciju uvek pratipovećanje iligubitak energije supstanci koje učestvuju u reakciji. Deo energije se razmenjuje između okoline i reaktanata u oblikutoplote ilisvetlosti, tako da produkti reakcije mogu imati više ili manje energije od reaktanata. Za reakciju se kaže da je egzotermna ako je ukupna količina energije proizvoda reakcije niža od početne energije reaktanata, dok je kod endotermnih reakcija situacija obrnuta.
Hemijske reakcije nisu moguće sve dok energija reaktanata ne pređe energetsku barijeru koja se nazivaenergija aktivacije. Brzina hemijske reakcije (na nekoj temperaturi T) je povezana sa energijom aktivacije E preko Bolcmanovog faktora - što je verovatnoća da molekul ima energiju veću ili jednaku E na datoj temperaturi T. Ova eksponencijalna zavisnost brzine reakcije od temperature naziva seArenijusova jednačina. Energija aktivacije potrebna za izvođenje hemijske reakcije može biti u obliku toplote, svetlosti, elektriciteta ili mehaničke sile u obliku ultrazvuka.[54]
Sa ovim je povezan konceptslobodne energije, koja uključuje i pojamentropije, a koje je vrlo korisno sredstvo za predviđanje izvodljivosti reakcije i određivanja stanja ravnoteže hemijske reakcije. Reakcija je izvodljiva samo ako je ukupna promenaGibsove slobodne entalpije negativna; ako je jednaka nuli za hemijsku reakciju se kaže da je uravnoteži.
Postoje samo ograničena moguća stanja energije elektrona, atoma i molekula. Ona su određena pravilimakvantne mehanike, koja zahtevakvantovanje energije. Za atome/molekule na višem energetskom stanju se kaže da su pobuđeni. Ti atomi/molekuli u pobuđenom stanju su često reaktivniji, što je preduslov za hemijske reakcije.
Agregatno stanje neke supstance je uvek određeno njenom energijom i energijom njene okoline. Kada sumeđumolekulske sile u supstanci takve da energija okruženja nije dovoljna da ih nadjača, supstanca se nalazi u uređenijim stanjima kao što su tečnosti i čvrsta tela, kao što je slučaj sa vodom (H2O), koja je tečnost na sobnoj temperaturi, jer su njeni molekuli povezanivodoničnim vezama.[55] Sa druge stranevodonik sulfid (H2S) je gas na sobnoj temperaturi i normalnom pritisku, jer su njegovi molekuli povezani slabijom dipol-dipol interakcijom.
Prelazak energije sa jedne supstance na drugu zavisi od veličine energetskogkvanta koji emituju supstance. Ipak, toplotna energija se lako prenosi sa skoro svake supstance na drugu jer su vibracioni i rotacioni energetski nivoi supstance smešteni vrlo blizu. Pošto elektronski energetski nivoi nisu blizu jedan drugog,ultraljubičasto elektromagnetno zračenje se ne prenosi istom lakoćom, a slično je i sa električnom energijom.
Termin hemijska energija se često koristi da se nagovesti potencijal supstance da izvrši tranformaciju putem hemijske rekacije odnosno sposobnost da preobrazi druge supstance.
Pored specifičnih hemijskih osobina koji svrstavaju po različitim hemijskim klasifikacijama, hemikalije mogu postojati u nekolikoagregatnih stanja. U večini slučajeva, hemijske klasifikacije su nezavisne od ovih klasifikacija po stanju, međutim, određene egzotične faze nisu kompatibilne sa određenim hemijskim osobinama.Agregatno stanje je skup stanja hemijskog sistema u kojem on ima slične strukturne osobine, pod određenim uslovima okoline, od kojih su dva najznačajnija:pritisak itemperatura.
Fizičke osobine, poputgustoće iindeksa prelamanja teže da se kreću unutar vrijednosti karakterističnih za određeno agregatno stanje. Stanje materije se definira kaofazni prijelaz, u kojem, kada se energija dovede ili odvede iz sistema, prelazi u "preorganiziranje" strukture sistema, umjesto promjene općenitih uslova. Ponekad distikcija između faza može biti kontinuirana umjesto da ima jasnu granicu, u tom slučaju za materiju se kaže da je u superkritičnom stanju. Kada se tri stanja nalaze istovremeno pod određenim okolnostima, takvi uslovi se nazivajutrojna tačka, a pošto je ona invarijanta, uobičajeno se ona definira kao skup određenih uslova.
Najpoznatiji primjeri agregatnih stanja su čvrsta tijela, tekućine igasovi. Mnoge supstance mogu postojati u oblika u čvrstoj fazi. Naprimjer, postoje tri faze čvrstogželjeza (alfa, gama i delta) koje variraju u odnosu na temperaturu i pritisak. Osnovna razlika između čvrstih faza jekristalna struktura, ili aranžiranje atoma. Druga faza koja se obično javlja u studijama hemije jevodena odnosno tečna faza, koja je stanje supstance rastvorene u vodenom rastvoru (tj. u vodi).
Nešto manje uobičajene faze su stanjeplazme, Bose-Einsteinovog kondenzata i fermionskog kondenzata, teparamagnetske iferomagnetske fazemagnetičnih materijala. Iako se većina uobičajenih stanja odnosi u trodimenzionalne sisteme, tako je moguće definirati i analoge u dvodimenzionalnim sistemima, koje imaju posebnu pažnju zbog njihove relevatnosti ubiološkim sistemima.
↑Hemija. (n.d.). Merriam-Websterov medicinski rječnik, Pristupljeno 19. augusta 2007.
↑Theodore L. Brown, H. Eugene Lemay, Bruce Edward Bursten, H. Lemay.Chemistry: The Central Science. Prentice Hall; 8. izd. (1999).ISBN0-13-010310-1. str 3–4.
↑Carsten Reinhardt.Chemical Sciences in the 20th Century: Bridging Boundaries. Wiley-VCH, 2001.ISBN3-527-30271-9. str 1–2.
↑Strathern, P. (2000).Mendeleyev's Dream – the Quest for the Elements. New York: Berkley Books,ISBN978-0-312-26204-4
↑8,08,1Pojam "alhemija", u:The Oxford English Dictionary, J. A. Simpson, E. S. C. Weiner, vol. 1, 2. izd., 1989,ISBN0-19-861213-3.
↑"Arabic alchemy", Georges C. Anawati, str. 853–885 u:Encyclopedia of the history of Arabic science, ur. Roshdi Rashed i Régis Morelon, London: Routledge, 1996, vol. 3,ISBN0-415-12412-3.
↑Weekley, Ernest (1967).Etymological Dictionary of Modern English. New York: Dover Publications.ISBN0-486-21873-2
↑Boyle, Robert (1661). The Sceptical Chymist. New York: Dover Publications, Inc. (reprint). ISBN0-486-42825-7.
Atkins, P.W., Overton, T., Rourke, J., Weller, M. and Armstrong, F.Shriver and Atkins inorganic chemistry (4th edition) 2006 (Oxford University Press)ISBN0-19-926463-5
Chang, Raymond.Chemistry 6th ed. Boston: James M. Smith, 1998.ISBN0-07-115221-0.
Clayden Jonathan, Nick Greeves, Stuart Warren, Peter Wothers (2001). Organic chemistry. Oxford, Oxfordshire: Oxford University Press. ISBN0-19-850346-6.
Pauling, L.The Nature of the chemical bond (Cornell University Press)ISBN0-8014-0333-2
Pauling, L., and Wilson, E. B.Introduction to Quantum Mechanics with Applications to Chemistry (Dover Publications)ISBN0-486-64871-0
Smart and MooreSolid State Chemistry: An Introduction (Chapman and Hall)ISBN0-412-40040-5
Stephenson, G.Mathematical Methods for Science Students (Longman)ISBN0-582-44416-0
Charles E. Mortimer:Chemie – Das Basiswissen der Chemie. Thieme, Stuttgart 2003,ISBN3-13-484308-0.
Joachim Kranz, Manfred Kuballa:Chemie im Alltag. Cornelsen Scriptor, Berlin 2003,ISBN3-589-21692-1.
Pedro Cintas:Der Weg zu chemischen Namen und Eponymen: Entdeckung, Priorität und Würdigung. In:Angewandte Chemie. 116(44) (2004),ISSN0044-8249, S. 6012–6018.
Wächter, Michael: Tabellenbuch der Chemie. Daten zur Analytik, Laborpraxis und Theorie, Wiley-VCH, Weinheim 2012, 1. Aufl.,ISBN978-3-527-32960-1
.jpg)
_3D_ball.png)
.jpg)
.jpg)
