Kemi är läran som behandlar sammansättningen, strukturen och egenskaperna hosmateria, såväl som förändringarna den genomgår underkemiska reaktioner.Kemi innebär studiet av olikasubstansers interaktioner och deenergimängder som därvid omsätts.
Teoretisk kemi (är ett samlingsnamn för flera teoretiska varianter av kemi som kan tillämpas inom de mer praktiska varianterna av kemi, t.ex.kvantkemi som kan tillämpas inom nästan alla fält av kemi).
På senare år har ett flertal specialiserade discipliner vuxit fram. Exempel på sådana ärneurokemi (utforskandet avnervsystemets kemi),miljökemi (studiet av kemiska processer i naturen) ochmaterialkemi (studiet av olikamaterial).
Kemi utövades till en början somalkemi, enprotovetenskap ur vilken kemi sedan växte fram.[2]
Kemins ursprung kan spåras till visst äldre utövande, känt somalkemi, en lära som praktiserats under tusentals år i flera delar av världen.[7]
Strukturen på de objekt vi i vardagen använder och egenskaperna hos den materia vi ständigt interagerar med påverkas som en följd av kemiska substansers egenskaper. Till exempel ärstålhårdare änjärn med lägre kolinnehåll på grund av att dess atomer är starkare ihopbundna i en stabilarekristallstruktur; trä brinner eller genomgår snabboxidation eftersom det över en viss temperatur kan reageraspontant medsyre i enkemisk reaktion;socker ochsalt löser sig i vatten till följd av att deras molekylära/joniska egenskaper är sådana att upplösning är fördelaktig under dessa förhållanden.
Övergångarna som studeras inom kemin kommer som resultat av interaktioner mellan antingen olika kemiska substanser eller mellanmateria ochenergi. Traditionell kemi behandlar undersökandet av interaktioner mellan kemiska substanser i ett kemisktlaboratorium med hjälp av olika typer av olika glasverktyg.
Enkemisk reaktion är en omvandling av kemiska substanser till en eller flera andra substanser.[8] En reaktion kan skrivas som enreaktionsformel. Antalet atomer till vänster och höger i ekvationen för en kemisk omvandling är allra oftast lika.
Forntida egyptier banade väg för den syntetiska "våtkemin" för upp till 4000 år sedan.[9] 1000 f.Kr. använde forntida civilisationer tekniker som kom att utgöra basen för flertalet av kemins grenar, tekniker så som utvinning av metall ifrån malm, krukmakeri,jäsning för tillverkning av öl och vin, skapande av pigment för kosmetika och målning, extraktion av kemikalier ifrån växter till mediciner och parfymer, tillverkande av ost, färgning av kläder, garvande av skinn, omvandlande av fett till tvål, tillverkning av glas och skapande av bronslegeringar.
Kemins rötter kan spåras tillbaks till upptäckten avelden och dess effekter. Eld förändrade ett ämne till ett annat under avgivande av stora mängder värme, och var därigenom av stort intresse för mänskligheten. Eld ledde till upptäckten avjärn ochglas. Attguld börjat betraktas som värdefullt ledde till upptäckten för hur man renar fram det, men trots att de underliggande principerna bakom inte var särskilt väl undersökta drog man slutsatsen att det rörde sig om en omvandling snarare än en framrening. Flera lärda ansåg i denna tid att det fanns sätt att omvandla billigare (bas-)metaller till guld. Detta banade väg föralkemin och bland annat jakten efterde vises sten, vilken ansågs kunna utföra denna omvandling endast genom dess beröring.[10] Bland de äldsta bevarade skrifterna om alkemi finnsPapyrus graecus Holmiensis (Stockholmpapyrusen)[11] ochLeiden X-papyrusen.[12]
Flera grekiska filosofer hade funderingar om materiens uppbyggnad.Thales från Miletos (cirka625-547 f.Kr.) ansåg att allt hade en gemensam ursubstans, nämligen vatten.[16]Anaximenes cirka570- cirka526 f.Kr. menade att luft var alltingsurämne.[17]
Omkring 500 år f.Kr. ansåg den grekiske filosofenAnaxagoras ca500-428 att materien var oändligt delbar. En silverkula skulle till exempel kunna delas ett oändligt antal gånger.
Leukippos, som levde på 400-talet f.Kr., ansåg ca 480 f.Kr. däremot att universum var uppbyggt av två beståndsdelar, dels odelbara atomer och dels tomrum. Han menade att atomer var för små för att synas, att de hade olika geometriska former och var i ständig rörelse.
Empedokles cirka 490- cirka 434 f.Kr. lanserade idén om att allt består av jord, luft, eld och vatten.Platon ochAristoteles stödde Empedokles uppfattning.
En kort historisk översikt:
Egyptisk alkemi [3000 f.Kr. – 400 f.Kr.], formulerar tidiga "element"-teorier.[9][18]
Muslimsk alkemi [642 e.Kr. – 1200 e.Kr.], det muslimska erövrandet av Egypten (i synnerhet Alexandria); utvecklandet av vetenskapliga metoder avAlhazen ochGeber (Jābir ibn Hayyān) revolutionerar kemin.[21][22]
Världsledande institutioner [ca 700 - 1300],Visdomens hus (arabiska: بيت الحكمة; Bait al-Hikma), Al-Andalus (arabiska: الأندلس) ochbiblioteket i Alexandria (arabiska: الإسكندرية) bidrar ytterligare till kemins utveckling.
Jābir ibn Hayyān,al-Kindi,al-Razi,al-Biruni ochAlhazen fortsätter att influera kemin, utveckla den och utöka dess gränser vad gäller både kunskap och experiment. Förutom tekniska framsteg vad gäller processer och apparatur, utvecklade araberna metoder för att bättra renheten av substanser såsomalkoholer,syror, ochkrut, vilket vid denna tid inte var tillgängligt för européer.[23][24]
Europeisk alkemi [1100 - nutid], alkemistenPseudo-Geber bygger vidare på arabisk alkemi. Från 1100-talet gjordes allt fler kemiska upptäckter i västra Europa.
De tidigaste pionjärerna inom kemi, och uppfinnarna av den modernavetenskapliga metodiken[26] var medeltida arabiska och persiska vetenskapsmän. De introducerade precisa observationer och kontrolleradeexperiment inom kemin och upptäckte flera kemiska substanser.[27]
Jābir ibn Hayyān (d. 815),al-Kindi (d. 873),al-Razi (d. 925),al-Biruni (d. 1048) ochAlhazen (d. 1039) var alla mycket inflytelserika muslimska kemister.[28] Jābirs arbeten blev vitt kända iEuropa genomlatinska översättningar iSpanien på 1300-talet av en anonym alkemist, senare kalladpseudo-Geber, som också skrev några av sina egna böcker underpseudonymen "Geber". Bidraget ifrån indiska alkemister ochmetallurger under kemins utveckling var också signifikant.[29]
Under 1100-talet börjar araberna överflyglas av Västeuropa, som under 1200-talet tog ledningen inom kemins utveckling. Under den här tiden börjar dockalkemin och jakten på guldskapandets hemlighet att ta över fokus inom kemin. Under perioden fanns dock även framstående forskare, somAlbertus Magnus,Roger Bacon,Arnoldus från Villanova,Raimundus Lullus,Basilius Valentinus med flera.
För vissa utövare var alkemi en intellektuell jakt, som de efter hand allt bättre bemästrade.Paracelsus (1493-1541), till exempel, förkastade 4-element-teorin och med endast en vag förståelse för hans kemikalier och mediciner bildade han en hybrid av alkemi och vetenskap i något som kom att kallasiatrokemi. Bland tidens mer framstående kemister märksGeorgius Agricola (1494–1556) som egentligen var metallurg, men genom sina undersökningar av malmer starkt bidrog till kemins utveckling. ÄvenAndreas Libavius (1560–1616), som egentligen var läkare bör framhållas inom kemins område. Genom sina läkemedelsundersökningar upptäckte han en rad nya föreningar. En annan läkare,Jan Baptista van Helmont, som var den förste som upptäckte att luftens volym avtar om en kropp förbrinner däri, även om han inte förstod orsaken. Han lyckades även skilja olika typer av gaser från varandra. Han kunde även avfärda alkemin genom att konstatera att ingen metall kunde avskiljas från en lösning, om den inte tidigare funnits löst i den.Johann Rudolph Glauber (1604–1688), var en av de första betydande kemister som inte även var läkare, och relativt fri från samtidens förutfattade meningar.[30]
Med Glauber började kemin delvis ändra karaktär, och systematisk analys av tidigare studier fick en större betydelse inom ämnet.[31] Det influerades filosofer såsomSir Francis Bacon (1561-1626) ochRené Descartes (1596-1650), vilka krävde större noggrannhet inom matematiken och att opartiskhet skulle gälla vid vetenskapliga observationer, som ledde till en vetenskaplig revolution. Inom kemin började detta medRobert Boyle (1627-1691) som upptäckte en ekvation känd somBoyles lag, vilken behandlar gasfasens karaktär.[32]
Sedan länge kände man till att ämnen genom förbränning undergick en grundlig förändring. Man kände även till att exempelvis rost väger mer än det oförbrända järnet. Trots det var man övertygad om att vid förbränningen något försvann från ämnet, snarare än att något upptogs. Den som egentligen skapade en teori runt detta varGeorg Ernst Stahl, som lade fram teorin om att alla brännbara ämnen innehöll ett ämne,flogiston, som vid förbränningen gick bort, en teori som blev mycket populär vid mitten av 1700-talet. DåHenry Cavendish (1731–1810) upptäckte vätgasen, och visade sig ha flera av de egenskaper man tidigare tillskrivit flogiston, bland annat att förvandla "metallkalker" (oxider) till metall, trodde han sig till en börja ha upptäckt detta ämne. Cavendishs upptäckt kom att leda till ett ökat intresse för gaser, ochJoseph Priestleys upptäckt av flera tidigare okända gaser.[33]
Sedan man fått bättre kännedom om gaserna och de kvantitativa förhållandena vid förbränningen blev flogistonteorin ohållbar.Antoine Lavoisier (1743-1794) var den som genom utveckladelagen om massans bevarande, uppställd år 1773, kunde dra upp riktlinjerna för den nya kemin och förklara förbränningen som en kemisk reaktion med syre. Ett annat viktigt namn inom kemins utveckling varClaude Louis Berthollet, som spelade in viktig roll i utforskandet av kemiska ämnensaffinitet och uppställde de första allmänna teoremet för detta. ÄvenMartin Heinrich Klaproth, som var den förste som i Tyskland antog Lavoisiers system, ochLouis Nicolas Vauquelin, som utforskade mineralernas sammansättning och gjorde den känd. ÄvenJeremias Benjamin Richter bör nämnas, då han var den första att studera vikten hos olika grundämnen och upptäckte en systematik hos dessa, något som kom attJohn Dalton 1803 lade fram sinatomteori.[34]
Sedan förståelsen av grundämnena och deras reaktioner blivit kända kom de fortsatta upptäckterna snabbt.Joseph Louis Gay-Lussac som var verksam som både fysiker och kemist, gjorde sig känd genom sina undersökningar över gasernas natur och egenskaper.Humphry Davy blev känd genom att med elektricitet lyckas sönderdela kemiska föreningar, och framställde 1807 alkalimetallerna kalium och natrium. Davy kunde även visa att saltsyra inte innehöll syre och Lavoisiers antagande att alla syror innehöll syre måste överges.Louis Jacques Thénard utarbetade tillsammans med Gay-Lussac en metod att analysera organiska föreningar genom förbränning med syrerika ämnen och uppsamling av förbränningsprodukterna, kolsyra och vatten. Härigenom gavs möjligheten att exakt undersöka organiska föreningar och denorganiska kemin uppstod som en systervetenskap till denoorganiska kemin.Jöns Jacob Berzelius spelade en viktig roll genom att ge det experimentella underlaget till Daltons atomteori och under användning av Gay-Lussacs volymlag och den avEilhard Mitscherlich upptäcktaisomorfin ge en exakt bestämning av grundämnenans atomvikter. Han utvecklade även laboratoriemetodiken och blev betydelsefull genom sin lärobok i kemi.Michael Faraday blev betydelsefull särskilt inomelektrokemin. Han upptäckte även att kroppar av lika kemisk sammansättning i fysiskt avseende vilket tillsammans med Mitscherlichs upptäckt att olika former av kristallisering kan ge olika egenskaper, vilket blev betydelsefullt för framväxten av denfysikaliska kemin.[35]
Den organiska kemin var trots alla framsteg länge ett okänt område, och många trodde ännu att en särskild livskraft krävdes för bildandet av dessa ämnen. Förste sedanFriedrich Wöhler 1828 lyckats framställa ett urinämne av oorganisk material, kom bevis att de organiska ämnena var underkastade samma lagar som de oorganiska.Justus von Liebig är en av de som har varit viktigaste för kemins utveckling, och var i samarbete med Wöhler avgörande för förståelsen av de kemiska ämnenas betydelse jordens bördighet, och utvecklingen av konstgödning. Han sysslade även med växternas användning för djurens näring, studerade köttets beståndsdelar och bidrog till storskalig framställning av "Liebigs köttextrakt". Tillsammans med Wöhler studerade han även organiska syror och gjorde epokgörande undersökningar avurinsyrans natur. Ett annat viktigt namn varMichel-Eugène Chevreul, som genom att studera fettarterna kunde utreda det kemiska förloppet vidtvålkokningen och genom sina undersökningar avstearinet ge impulsen till dess användning vid ljustillverkning.Jean-Baptiste Dumas bidrog till jordbrukskemins utveckling i Frankrike och var betydelsefull genom sina arbeten om molekylernas lägen i organiska kroppar.August Wilhelm von Hofmann bidrog genom sina undersökningar avanilinfärgerna till att kemisterna inte bara intresserade sig för ämnenas egenskaper och atomvikt utan även efter deras inre struktur.Adolf von Baeyer fortsatte von Liebigs arbete och lyckades skapa syntetiskt framställdindigo.August Kekulé blev betydelsefull inom den organiska kemi genom sin formulering av dek Kekuléskabenzolformeln.[36]
En atoms kärna och dess antal protoner är vad som ger den sin identitet som grundämne.Litium har tre protoner,syre har åtta, ochkisel har fjorton etc. Antalet neutroner i kärnan bestämmer vilken isotop av ett grundämne atomen är. Det finns både stabila och radioaktiva isotoper av de flesta grundämnen. Till exempel harkol en instabil isotop som har fjorton neutroner och kallaskol-14. Den enklaste atomenväteatomens första isotop saknar dock helt neutroner. Om en atomkärna är isolerad och saknar heltelektronskal så är den en fullständigt positivt laddadkatjon. Om antalet elektroner överstiger antalet protoner i kärnan, så blir hela atomen en negativt laddadanjon. Fältet inom kemin där atomkärnan specifikt står i centrum kallas förkärnkemi.
En proton är enbaryon (ibland också kallad för enelementarpartikel), vars antal i atomkärnan bestämmer atomens identitet. Den består av tvåuppkvarkar och ennerkvark, som endast kan existera inom varandras proximitet. Tekniskt sett är en enskild proton en positivvätejon.
En neutron är likt protoner enbaryon (ibland också kallad för enelementarpartikel), fast omvänt uppbyggd av två nedkvarkar och en uppkvark. Den saknar dessutom helt elektrisk laddning. Antalet neutroner i atomkärnan relativt till antalet protoner bestämmer vilken isotop av ett grundämne atomen är. Neutroner har inte någon större påverkan på kemiska reaktioner då de ej attraherar eller attraheras av elektriska laddningar, men kan ändå hos lättare grundämnen göra att reaktionsmekanismer sker långsammare och därmed ge nya kemiska egenskaper. Som exempel på detta så finns det en mindre skillnad på kemiska egenskaper mellan en vanligvattenmolekyl och en molekyl avtungt vatten. Olika isotoper kan också kräva mer eller mindre energi för att bytaaggregationstillstånd. Till exempel kan kokpunkter hos flytande ämnen variera.
En elektron är enelementarpartikel och består ej av kvarkar. Den har en lika stor laddning som protoner men är negativ, och har ungefär 2'000 gånger mindre massa än protoner och neutroner. Således är det främst atomkärnan som utgör atomens massa men främst elektroner som utgör atomens volym. Det är elektroner i en atoms yttersta elektronskal, så kalladevalenselektroner, som ansvarar för de allra flesta kemiska reaktioner. Detta sker genom att elektroner ges, tas eller delas av olika atomkärnor.
Elektroner som tillhör en atom existerar i ett tillstånd som kan liknas vid ett "moln" av sannolikhet. EnligtWerner Heisenbergsosäkerhetsprincip så kan inte både en elektrons hastighet och lokalitet vara bestämd irumtiden vid samma tidpunkt. Dessa tillstånd hos atomers elektroner kallas förorbitaler. I det periodiska systemet så delas orbitaler in i fyra block;s-blocket,p-blocket,d-blocket ochf-blocket.
Ettgrundämne är ett kemiskt ämne som består av endast en typ av atomer. Olika grundämnen karaktäriseras av antaletprotoner i grundämnetsatomkärna. Detta antal benämns som grundämnetsatomnummer. Exempelvis tillhör samtliga atomer med 6 protoner i sin atomkärna grundämnet kol, och alla atomer med 92 protoner i sin atomkärna grundämneturan. Baserat på antalet protoner finns det 92 stycken naturliga grundämnen. Ytterligare 18 har blivit erkända avIUPAC som endast artificiellt existerande. Även om samtliga atomkärnor av ett grundämne har samma antal protoner kan antaletneutroner skilja sig ifrån antalet protoner. Denna typ av atomer benämnsisotoper, och det kan finnas flera olika isotoper av samma grundämne.
En ofta använd sammanställning av de kemiska grundämnena är detperiodiska systemet, som grupperar grundämnena efter atomnummer. Det periodiska systemet är också uppdelat igrupper (lodräta kolumner) och iperioder (vågräta kolumner). Grupperna består i regel av kemiska grundämnen med liknande kemiska egenskaper och benämns med olikatriviala namn såsomalkalimetaller,alkaliska jordmetaller,halogener ochädelgaser. Tack vare särskilda trender i kemiska egenskaper följer indelningen delvis egenskaper såsomatomradie,elektronegativitet, med flera.
Enkemisk förening är ett kemiskt ämne sammansatt av olika grundämnen, vilka bestämmer substansens kemiska struktur och sammansättning. Struktur och sammansättning bestämmer i sin tur ämnets kemiska egenskaper. Exempelvis ärvatten en kemisk förening som består avväte ochsyre i kvoten 2 till 1, med syreatomen lokaliserad mellan de två väteatomerna i en vinkel på 104,5°.
Enkemisk substans är en typ av materia med en bestämdkemisk sammansättning och bestämda kemiska egenskaper.[38] Strikt sett är inte blandningar av grundämnen ellerkemiska föreningar kemiska substanser, utankemikalier. De flesta substanser vi stöter på i vardagen är någon form av blandning:luft,legeringar,biomassa, etcetera.
Kemiska substansersnomenklatur är en kritisk del av det kemiska språket. Historiskt namngavs kemiska substanser efter dess upptäckare, något som ledde till både viss förvirring och svårighet. Nuförtiden tillämpas ett väldefinierat namngivningssystem reglerat avInternational Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) som ger möjlighet att med namn identifiera specifika föreningar. Dessutom harChemical Abstracts Service utvecklat en metod för att ge index åt kemiska substanser, ett index som kallasCAS-nummer.
En molekylstruktur illustrerar bindningarna och de relativa atompositionerna hos atomerna i en molekyl, såsom förpaklitaxel här.
Enmolekyl består vanligtvis av atomer ihopbundna medkovalenta bindningar på ett sådant sätt att strukturen är elektriskt neutral, till skillnad ifrånjoner, och så att allavalenselektroner är associerade med andra elektroner i antingen bindningar eller ifria elektronpar.
Geometrin hos en molekyl är ofta av vikt, och benämns som dessmolekylära geometri. Geometrin hos molekyler med endast ett fåtal atomer kan ofta vara triviala, men strukturen hos molekyler med många atomer kan vara helt avgörande för dess kemiska natur.
Enmol är den mängd kemisk substans som innehåller lika många elementära enheter (atomer, molekyler eller joner) som det finns i 0,012kilogram (eller 12gram)kol-12, där kol-12-atomerna är obundna, ej involverade i reaktion och befinner sig i dess lägsta energistadium.[39] Detta antal är känt somAvogadros konstant och ärempiriskt bestämt. Värdet är approximativt 6,02214179 × 1023 mol−1.[40] Ett sätt att försöka förstå betydelsen av termenmol är att jämföra det med termer såsomdussin. På samma sätt som att ett dussin är lika med 12 är ett mol lika med 6,02214179 × 1023. Termen mol underlättar behandlande av de annars mycket stora talmängderna som uppkommer när man talar om antalet molekyler.
Antalet mol substans i en literlösning benämns som dessmolaritet. Molaritet är grundenheten i vilken man anger koncentrationen av en lösning.
Enjon är en laddad partikel, en atom eller molekyl, som har förlorat eller upptagit en eller fler elektroner. Positivt laddadekatjoner (exempelvis natrium-katjon, Na+) och negativt laddadeanjoner (exempelvisklorid Cl-) kan bilda kristallstrukturer av neutralasalter (exempelvisnatriumklorid NaCl).
En substans kan ofta klassificeras som ensyra eller som enbas. Denna urskiljning gör oftast på basis av en särskild typ av reaktion, nämligen utbytet av protoner mellan kemiska substanser. Den amerikanske kemistenGilbert Newton Lewis utvecklade denna definition och lät den omfatta även reaktioner som inte äger rum i en vattenlösning. Definitionen Lewis arbetade fram lade fokus på det laddningsutbyte som äger rum i reaktionen. Det finns flera andra sätt efter vilka substanser kan bli klassificerade som syror eller baser, något som blir uppenbart i konceptets historia.[41]
Utöver de specifika kemiska egenskaper som används för att särskilja olika kemiska ämnen kan de dessa också existera i olikafaser. Oftast påverkas inte särskiljningen av ämnen av dessa bulkegenskaper, men det finns ovanliga faser som är inkompatibla med vissa kemiska egenskaper. Fas är ett specifikare begrepp änaggregationstillstånd; materia i samma aggregationstillstånd kan vara uppdelat på flera olika faser, men materia i olika aggregationstillstånd bildar alltid olika faser. Vilken fas ett ämne befinner sig i beror på omgivningenstemperatur ochtryck, något som kan beskrivas i ett fasdiagram. Normalt är endast en av faserna termodynamiskt stabil, men vid en fasgräns (en linje i fasdiagrammet) är två former stabila. Där tre fasgränser möts har ämnet entrippelpunkt, och alla tre faserna befinner sig ijämvikt. EnligtGibbs fasregel kan inte fler än tre fasgränser mötas i samma punkt. Ibland kan distinktionen mellan faserna vara kontinuerlig, istället för att ha en precis avgränsning, och i så fall anses materien vara isuperkritiskt tillstånd.
Redox är ett koncept som bygger på att kemiska föreningars atomer kan förlora eller få elektroner. Föreningar som kan oxidera andra föreningar sägs vara oxidativa och kallas gemensamt oxidationsmedel eller elektronacceptorer. Ett oxidativt ämne avlägsnar elektroner ifrån ett annat ämne. På samma vis kallas ämnen med möjlighet att föra över elektroner till ett annat ämne för reduktionsmedel eller elektrondonatorer. Ett reduktionsmedel överför elektroner till ett annat ämne, och oxideras själv således. Oxidation och reduktion refererar egentligen korrektare till en ändring ioxidationstal; en egentlig överföring av elektroner kanske inte inträffar. Således definieras oxidation bättre som en ökning i oxidationstal, och reduktion som en minskning i oxidationstal.
Enkemisk bindning är en attraktion mellan atomer eller molekyler som står för bildandet av kemiska föreningar, vilka består av två eller fler associerade atomer. En kemisk bindning är attraktionen som uppstår på grund av elektromagnetiska krafter mellan motsatta laddningar, antingen mellan elektroner och cellkärna, eller som ett resultat av dipol-attraktion. Styrkan hos kemiska bindningar varierar mycket; det finns "starka bindningar" så somkovalent bindning ellerjonbindning och "svaga bindningar" såsomdipol-dipolbindning,van der Waals-bindning ellervätebindning.
I många enkla föreningar räcker ofta teorier såsomVSEPR-teorin och konceptetoxidationstal för att förklara de kemiska strukturerna och dess sammansättning. På liknande sätt kan teorier frånklassisk fysik användas för att beskriva mångajoners struktur. Mer komplicerade föreningar, såsommetallkomplex, kräver dock generellt attmolekylär orbital-teori tillämpas.
Enkemisk reaktion är en process som leder till omvandlingen av ett kemiskt ämne till ett annat.[42] Kemiska reaktioner kan antingen varaspontana och inte behöva någon tillsats av energi, eller icke-spontana, som då inträffar endast efter tillsats av någon typ av energi, exempelvis värme, ljus eller elektricitet.
Kemiska reaktioner inkluderar dels omvandlingar som strikt involverar omfördelning av elektroner i bildande och brytande av kemiska bindningar, men inkluderar även omvandlande avelementarpartiklar såväl somkärnreaktioner. Några vanliga typer av kemiska reaktioner, som alla endast involverar bildande och brytande av kemiska bindningar, inkluderar oxidation, reduktion,dissociation,syra-basreaktion ochomlagring.
En kemisk reaktion kan illustreras med enreaktionsformel. I en kemisk reaktion som inte involverar en kärnreaktion är antalet atomer på båda sidor i ekvationen lika, för kärnreaktioner är detta dock endast sant för kärnpartiklarna protoner och neutroner.[43] De kemiska ämnena som initialt reagerar i en kemisk reaktion kallasreaktanter.
Den sekvens av steg i vilken en omorganisation av de kemiska bindningarna kan äga rum under en kemisk reaktion benämns som reaktionensreaktionsmekanism. En kemisk reaktion kan visualiseras som att ske i ett antal steg, vilka alla kan ske med olika hastighet. Mångaintermediat med varierande stabilitet kan då studeras under en reaktions gång. Flera forskare idag specialiserar sig på att undersöka och föreslå mekanismer för olika kemiska reaktioner.
Det finns en annan typ av reaktion som involverar atomer som kallas förkärnreaktion där reaktionen sker iatomkärnan istället för mellan atomers valenselektroner. Till skillnad från envanlig kemisk reaktion så är dessa fenomen begränsade till enskilda atomer, även om de indirekt kan påverka kemiska substanser. Dessutom kan dessa reaktioner påverka atomkärnansmassa olikt andra kemiska reaktioner som involverar utbytet av elektroner. Det finns ett helt fält av kemi som är tillägnat dessa reaktioner vid namnkärnkemi.[44]
Kemisk jämvikt uppkommer när fler än en möjlig kemisk förening är möjlig. Exempel på detta är en blandning av flera olika kemiska föreningar som kan reagera med varandra, eller när en förening kan befinna sig i fler än en typ av fas. Ett system med kemiska föreningar som befinner sig vid jämvikt, trots oförändrade koncentrationer av de olika ämnena, är oftast intestatiskt; de kemiska föreningarnas molekyler fortsätter att reagera med varandra trots jämvikten, och ger på så vis upphov till endynamisk jämvikt. Således beskriver konceptet kemisk jämvikt fallet då parametrar såsom de kemiska koncentrationerna hålls konstanta över tid, men som trots detta oftast är dynamisk.
Inom kemi ärenergi en egenskap hos kemiska ämnen som uppkommer till följd av dessatom- ellermolekylstruktur eller sammanlagda struktur. Eftersom en kemisk omvandling alltid associeras med en förändring i en eller flera av dessa strukturer, så kommer en omvandling alltid innebära enökning ellerminskning av energin hos de kemiska ämnen som är involverade. Viss energi kan växlas med omgivningen i form avvärme ellerljus, vilket gör attreaktanternas totala energi både kan ha ökat eller minskat. En reaktion sägs varaexoterm om den totala energin hos reaktanterna minskar, alltså avger energi till omgivningen. Tvärtom sägs en reaktion varaendoterm om upptag ifrån omgivningen sker.
En kemisk reaktion är aldrig möjlig om inte reaktanterna överstiger en energibarriär som benämns somaktiveringsenergin. Hastigheten av en kemisk reaktion vid en given temperatur förhåller sig till aktiveringsenergin, E, enligtBoltzmanns ekvation - alltså sannolikheten att molekyler har en högre eller samma energi som E vid en given temperatur T. Detta exponentiella förhållande mellan reaktionshastighet och temperatur är känt somArrhenius ekvation. Aktiveringsenergin som krävs för en kemisk reaktion kan tillföras som ljus, elektricitet, mekanisk kraft eller i form av ultraljud.
Ett relaterat koncept ärfri energi, vilket också tarentropi i beräkning. Fri energi är inomkemisk termodynamik mycket användbart för att förutsäga huruvida en reaktion kommer genomföras och för att fastställa en reaktions jämviktspunkt. En reaktion är möjlig endast om den totala förändringen iGibbs fria energi är negativ,; om den är lika med noll sägs reaktionen vara i jämvikt.
Det finns endast ett begränsat antal energinivåer för elektroner, atomer och molekyler. Dessa bestäms avkvantmekanikens lagar, vilka kräverkvantisering av energi.
Vilken fas ett kemiskt ämne befinner sig i bestäms alltid av dess egen och omgivningens energi. När de intramolekylära krafterna inom ett ämne är tillräckligt starka för att omgivningens energi inte ska överstiga dem, befinner sig ämnet i en mer ordnad fas som vätska eller fast ämne såsom med exempelvis vatten (H2O), som är en vätska vid rumstemperatur då dess molekyler interagerar medvätebindningar. Detta till skillnad ifrånsvavelväte (H2S), som är en gas vid rumstemperatur och standardtryck då dess molekyler interagerar med svagaredipol-dipolbindningar.
Att det finns karaktäristiska energinivåer för olika kemiska ämnen är användbart för analyser genom att undersökaspektrallinjer. Olika typer av spektra används ofta med tekniker inom kemiskspektroskopi, exempelvisIR,NMR ochESR. Spektroskopi används också för att identifiera sammansättningen av avlägsna objekt, såsom stjärnor och galaxer, genom att analysera dess strålningsspektra.
Termenkemisk energi används ofta för att indikera potentialen hos ett kemiskt ämne att omvandlas genom en kemisk reaktion, eller potentialen att omvandla andra ämnen.
Kemi delas ofta in i flera underdiscipliner. Det finns förutom detta också flera områden som går tvärs över disciplinerna, och områden som är mer specialiserade.[45]
Analytisk kemi är en gren inom kemin som inriktar sig på undersökning av prover för att deras beståndsdelar och kemiska struktur. Analytisk kemi använder flera standardiserade experimentella metoder. Dessa metoder kan användas inom alla kemiska discipliner, förutom de rent teoretiska.
Oorganisk kemi studerar egenskaperna och reaktionerna hos oorganiska föreningar. Distinktionen mellan organisk och oorganisk kemi är inte absolut, och de överlappar varandra, exempelvis inommetallorganisk kemi.
Materialkemi är ett ämnesområde som behandlar olika typer av material och deras tekniska egenskaper. Primära forskningsområden inkluderar fasta fasers (fast form, flytande form ochpolymerer) kemi och övergångarna mellan olika faser.
Neurokemi undersöker neuromolekyler, inklusivesignalsubstanser,peptider, protein, sockerarter ochnukleinsyror, deras interaktioner samt dess roll i bildandet, upprätthållandet och modifierandet av nervsystemet.
Kärnkemi är ett fält i kemin som studerar bland annat radioaktivitet, processer i atomkärnan och atomkärnans egenskaper.Transmutation är en stor del av kärnkemin, ochisotoptabellen är resultat av, samt viktigt verktyg för, kärnkemin.
Organisk kemi studerar organiska molekylers strukturer, egenskaper, sammansättning, samt deras mekanismer ochreaktioner. En organisk substans definieras som en förening som innehåller kolatomer.
Olika tillämpningar av kemin har förbättrat livskvaliteten och livslängden för ett stort antal människor, men också skapat nya problem som till exempel miljöförstöring. Mat består av kemiska ämnen, många datorskärmar består avflytande kristaller som tillverkats av kemikalier i flera steg och människors tankar och känslor styrs av kemiska signalämnen i hjärnan.
Garvare kan betraktas som ett av världens äldsta yrken. Framställningen av metaller sombrons ochjärn var historiskt viktig för att den gjorde det möjligt att tillverka olikaredskap.
Dricksvattnet frånvattenverk förhindrar att människor insjuknar och dör i sjukdomar som till exempelkolera.Reningsverk gör att många slipper simma och fiska i vatten som är förorenat av avloppsvatten. Förr i tiden, när dricksvattnet inte hade den kvalitet som det har i västvärlden idag jäste manöl ochvin och använde som måltidsdryck.
Läkemedelsindustrin framställer läkemedel som behandlar olikasjukdomar.Antibiotika används för att bota sjukdomar som tidigare var dödliga.Preventivmedel ger människor möjligheten att njuta avsex utan att oroa sig för en eventuellgraviditet. Läkemedel som läcker ut i miljön kan dock ge oväntade konsekvenser, därför är det viktigt att alltid lämna in oanvända läkemedel tillapoteket för destruktion.
^Theodore L. Brown, H. Eugene Lemay, Bruce Edward Bursten, H. Lemay.Chemistry: The Central Science. Prentice Hall; 8 edition (1999).ISBN 0-13-010310-1. Pages 3-4.
^Chemical Sciences in the 20th Century: Bridging Boundaries. Wiley-VCH, 2001.ISBN 3-527-30271-9. Pages 1-2.
^Durant, Will (på engelska). The Age of Faith (The Story of Civilization, Volume 4). Simon & Schuster. sid. 162-186.ISBN 0-671-01200-2. ”Chemistry as a science was almost created by the Muslims; for in this field, where the Greeks (so far as we know) were confined to industrial experience and vague hypothesis, the Saracens introduced precise observation, controlled experiment, and careful records. They invented and named the alembic (al-anbiq), chemically analyzed innumerable substances, composed lapidaries, distinguished alkalis and acids, investigated their affinities, studied and manufactured hundreds of drugs. Alchemy, which the Muslims inherited from Egypt, contributed to chemistry by a thousand incidental discoveries, and by its method, which was the most scientific of all medieval operations.”
^Ajram, K. (1992). ”Appendix B”. Miracle of Islamic Science. Knowledge House Publishers.ISBN 0-911119-43-4. ”Humboldt regards the Muslims as the founders of chemistry.”
^Durant, Will. Our Oriental Heritage: Simon & Schuster
^Uppfinningarnas bok (red. Arcadius Berglund) band VII, 1903 s. 305-307.
^Uppfinningarnas bok (red. Arcadius Berglund) band VII, 1903 s. 307.
Atkins, P.W., Overton, T., Rourke, J., Weller, M. and Armstrong, F. (2006) (på engelska). Shriver and Atkins inorganic chemistry' (4:e utgåvan). Oxford University Press.ISBN 0-19-926463-5
.jpg)
