” Hóa ” chuyển hướng đến đây. Không nên nhầm lẫn nó với Hóa
Hóa học, một nhánh của khoa học tự nhiên, là ngành nghiên cứu về thành phần, cấu trúc, tính chất, và sự thay đổi của vật chất.[1][2] Hóa học nói về các nguyên tố, hợp chất, nguyên tử, phân tử, và các phản ứng hóa học xảy ra giữa những thành phần đó.
Hóa học đôi khi được gọi là “khoa học trung tâm” vì nó là cầu nối các ngành khoa học tự nhiên khác như vật lý học, địa chất học và sinh học.[3][4]
Tên gọi hóa học trong tiếng Việt khởi nguồn từ tiếng Trung 化學 có âm Hán Việt là hóa học. Từ 化學 hóa học trong tiếng Trung là do William Alexander Parsons Martin đặt ra[5], xuất hiện lần đầu tiên trong quyển thứ sáu của bộ sách viết bằng văn ngôn của Martin có tên là 格物入門 Cách vật nhập môn do Kinh sư Đồng văn quán (京師同文館) xuất bản vào năm Đồng Trị thứ bảy (1868) thời nhà Thanh.[6] 格物入門 Cách vật nhập môn được chia thành bảy quyển là 水學 Thủy học (nước), 氣學 Khí học (khí), 火學 Hỏa học (lửa), 電學 Điện học, 力學 Lực học, 化學 Hóa học, 算學 Toán học.[7]
Hóa học lần đầu được gia nhập vào Nước Ta qua Nam Kỳ thuộc Pháp thời Đệ Nhị Đế chế Pháp và liên tục được giảng dạy sâu rộng ở miền Nam Nước Ta. Cho nên vẫn còn nhiều khái niệm hóa học của được thừa kế từ thời Nam Kỳ còn thuộc Pháp ( axit từ acide, anđêhit từ aldehyde và cách sắp xếp những phần định chức trong mạng lưới hệ thống danh pháp, … ) .
Hóa học tăng trưởng từ giả kim thuật, đã được thực hành thực tế từ hàng ngàn năm trước như ở Trung Hoa, Châu Âu và Ấn Độ .
V.I.T.R.I.O.LMột hình tượng của Hồng hoa Thập tự. Đồ hình miêu tả 7 hành tinh ngự ở trên theo giả kim thuật, và khẩu hiệu huyền bí xung quanh :Khoa giả kim thuật điều tra và nghiên cứu về vật chất, nhưng quốc tế của những nhà giả kim thuật đều dựa trên kinh nghiệm tay nghề trong thực tiễn và công thức bắt nguồn từ thực hành thực tế chứ không dựa vào những điều tra và nghiên cứu khoa học. Mục đích của họ là một chất gọi là ” Hòn đá triết học ” dùng để biến hóa những chất như chì thành vàng. Các nhà giả kim thuật đã thực thi rất nhiều thí nghiệm để tìm ra chất này và qua đó họ đã tăng trưởng nhiều dụng cụ mà ngày này vẫn còn được sử dụng trong kỹ thuật hóa học .Tuy nhiên, không một nhà giả kim thuật nào tìm ra được hòn đá triết học và trong thế kỷ thứ 17, những giải pháp thao tác của khoa giả kim thuật được biến hóa bằng những chiêu thức khoa học. Một phần kiến thức và kỹ năng của những nhà giả kim thuật đang được sử dụng bởi những nhà hóa học, những người thao tác dựa vào Tóm lại hài hòa và hợp lý dựa trên những gì mà họ quan sát được chứ không dựa vào ý nghĩ biến hóa chì thành vàng .
Nhà bác học Mendeleev, người đã có công tạo ra bảng tuần hoàn giúp thôi thúc sự tăng trưởng của hóa học tân tiến
Lịch sử của hóa học có thể được coi như bắt đầu từ lúc Robert Boyle tách hóa học từ khoa giả kim thuật trong tác phẩm The Skeptical Chemist (Nhà hóa học hoài nghi) vào năm 1661 nhưng thường được đánh dấu bằng ngày Antoine Lavoisier tìm ra khí oxy vào năm 1783.
Hóa học có bước tăng trưởng mạnh và phân hóa vào thế kỷ 19. Những nghiên cứu và điều tra của Justus von Liebig về ảnh hưởng tác động của phân bón đã xây dựng ra ngành hóa học nông nghiệp và cung ứng nhiều nhận thức cho ngành hóa vô cơ. Cuộc tìm kiếm một hóa chất tổng hợp thay thế sửa chữa cho chất màu indigo dùng để nhuộm vải là bước khởi đầu của những tăng trưởng vượt bậc cho ngành hóa hữu cơ và dược. Một đỉnh điểm trong sự tăng trưởng của ngành hóa học chính là ý tưởng bảng tuần hoàn nguyên tố của Dmitri Ivanovich Mendeleev và Lothar Meyer. Mendelev đã sử dụng quy luật của bảng tuần hoàn để tiên đoán trước sự sống sót và đặc thù của những nguyên tố germanium, gallium và scandium vào năm 1870. Gallium được tìm thấy vào năm 1875 và có những đặc thù như Mendeleev đã tiên đoán trước .Nghiên cứu trong hóa học đã tăng trưởng trong thời kỳ chuyển tiếp sang thế kỷ 20 đến mức những điều tra và nghiên cứu sâu về cấu trúc nguyên tử đã không còn là lãnh vực của hóa học nữa mà thuộc về vật lý nguyên tử hay vật lý hạt nhân. Mặc dù vậy, những khu công trình điều tra và nghiên cứu này đã mang lại nhiều nhận thức quan trọng về thực chất của sự đổi khác chất hóa học và của những link hóa học. Các động lực quan trọng khác bắt nguồn từ những tò mò trong vật lý lượng tử trải qua quy mô quỹ đạo điện tử .
Các nguyên tắc nền tảng của hóa học văn minh[sửa|sửa mã nguồn]
Mô hình cấu trúc nguyên tử hiện tại là quy mô cơ học lượng tử. Hoá học truyền thống lịch sử khởi đầu bằng việc điều tra và nghiên cứu những hạt sơ cấp, những nguyên tử, những phân tử, những chất, sắt kẽm kim loại, tinh thể và những hợp chất khác của vật chất. Vấn đề này hoàn toàn có thể được nghiên cứu và điều tra trong trạng thái rắn, lỏng, hoặc khí, hoàn toàn có thể riêng không liên quan gì đến nhau hoặc hỗn hợp. Các tương tác, phản ứng và đổi khác được nghiên cứu và điều tra trong hóa học thường là hiệu quả của những tương tác giữa những nguyên tử, dẫn đến việc sắp xếp lại những link hóa học giữ những nguyên tử với nhau. Những đổi khác như vậy được nghiên cứu và điều tra trong phòng thí nghiệm hóa học .Phòng thí nghiệm hóa học có khuôn mẫu thường sử dụng nhiều loại dụng cụ thủy tinh trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, những dụng cụ thủy tinh này không phải là TT của hóa học, và rất nhiều những thí nghiệm ( cũng như ứng dụng / công nghiệp ) hóa học được triển khai mà không cần những dụng cụ này .Phản ứng hóa học là sự quy đổi 1 số ít chất thành một hoặc nhiều chất khác nhau. [ 8 ] Cơ sở của sự biến hóa hóa học như vậy là sự sắp xếp lại những electron trong những link hóa học giữa những nguyên tử. Nó hoàn toàn có thể được miêu tả một cách tượng trưng qua một phương trình hóa học, trọng tâm đặt vào những nguyên tử. Số lượng những nguyên tử ở bên trái và bên phải trong phương trình cho một sự đổi khác hóa học là bằng nhau ( khi số lượng những nguyên tử ở hai bên là không đồng đều, quy đổi được gọi là phản ứng hạt nhân hoặc sự phân rã phóng xạ ). Loại phản ứng hóa học mà một chất hoàn toàn có thể trải qua và sự biến hóa nguồn năng lượng hoàn toàn có thể đi kèm tuân theo 1 số ít quy tắc cơ bản nhất định, được gọi là định luật hóa học .Các xem xét về nguồn năng lượng và entropy luôn quan trọng trong hầu hết những điều tra và nghiên cứu hóa học. Các chất hoá học được phân loại theo cấu trúc, trạng thái, cũng như những thành phần hoá học của chúng. Chúng hoàn toàn có thể được nghiên cứu và phân tích bằng những công cụ nghiên cứu và phân tích hóa học, ví dụ : quang phổ và sắc ký. Các nhà khoa học tham gia nghiên cứu và điều tra hóa học được gọi là những nhà hóa học. [ 9 ] Hầu hết những nhà hóa học chuyên về một hoặc nhiều tiểu ngành. Một số khái niệm rất thiết yếu cho việc điều tra và nghiên cứu hóa học ; một số ít trong số đó là : [ 10 ]
Trong hóa học, vật chất được định nghĩa là bất kỳ vật gì có khối lượng tĩnh và thể tích ( chiếm khoảng trống nhất định ) và được tạo thành từ những hạt. Các hạt tạo nên vật chất cũng có khối lượng tịnh – nhưng không phải toàn bộ những hạt đều có khối lượng tịnh, ví dụ điển hình như photon. Vật chất hoàn toàn có thể là một chất hoá học tinh khiết hoặc một hỗn hợp những chất .
Mô hình hành tinh nguyên tử của RutherfordNguyên tử là đơn vị chức năng cơ bản của hóa học. Nó gồm có một lõi rất đặc gọi là hạt nhân nguyên tử, bao quanh bởi một đám mây điện tử khổng lồ. Hạt nhân được tạo thành từ những proton tích điện dương và những neutron không tích điện ( gọi chung là những nucleon ). Trong khi đó, đám mây điện tử lại gồm những electron tích điện âm có quỹ đạo quanh hạt nhân. Trong một nguyên tử trung hòa về điện, điện tích âm của electron cân đối với điện tích dương của proton. Hạt nhân rất đặc ; khối lượng của một nucleon gấp 1836 lần so với electron, tuy nhiên nửa đường kính của một nguyên tử lại gấp 10000 lần hạt nhân của nó [ 11 ] [ 12 ] .
Nguyên tử cũng là thực thể nhỏ nhất được cho là giữ các tính chất hóa học của nguyên tố, như độ âm điện, khả năng ion hóa, trạng thái oxy hóa, số phối trí (coordination number), và các loại liên kết có thể hình thành (ví dụ liên kết kim loại, ion, cộng hoá trị).
Một nguyên tố hóa học là một chất tinh khiết chỉ gồm có một loại nguyên tử, đặc trưng bởi số proton đơn cử trong hạt nhân của những nguyên tử, được gọi là số hiệu nguyên tử và được biểu lộ bằng ký hiệu Z. Nguyên tử khối là tổng của số proton và neutron trong một hạt nhân. Mặc dù toàn bộ những hạt nhân của tổng thể những nguyên tử thuộc một nguyên tố sẽ có cùng một số hiệu nguyên tử, chúng hoàn toàn có thể không nhất thiết phải có cùng nguyên tử khối ; những nguyên tử của một nguyên tố có nguyên tử khối khác nhau được gọi là đồng vị. Ví dụ, tổng thể những nguyên tử với 6 proton trong hạt nhân là những nguyên tử của nguyên tố carbon, nhưng nguyên tử carbon hoàn toàn có thể có nguyên tử khối là 12 hoặc 13. [ 12 ]Sự trình diễn tiêu chuẩn của những nguyên tố hóa học là sắp xếp vào bảng tuần hoàn, sắp xếp những nguyên tố theo số hiệu nguyên tử. Bảng tuần hoàn được sắp xếp thành những nhóm, hoặc những cột, và những chu kỳ luân hồi hoặc những hàng. Bảng tuần hoàn rất có ích trong việc xác lập khuynh hướng tuần hoàn. [ 13 ]
Bảng tuần hoàn hóa học của nguyên tố hóa học. Màu khác nhau biểu lộ những loại nguyên tố khác nhau
Cấu trúc của cacbon dioxide, một ví dụ về hợp chất hóa học
Hợp chất là một chất hoá học tinh khiết cấu trúc từ nhiều hơn một nguyên tố. Các đặc thù của một hợp chất thường ít giống với những thành phần cấu trúc nên nó. [ 14 ] Danh pháp chuẩn của những hợp chất được lao lý bởi Liên minh Quốc tế về Hóa học thuần túy và Hóa học ứng dụng ( IUPAC ). Các hợp chất hữu cơ được đặt tên theo mạng lưới hệ thống danh pháp hữu cơ [ 15 ]. Tên của những hợp chất vô cơ được tạo ra theo mạng lưới hệ thống danh pháp vô cơ. Khi một hợp chất có nhiều hơn một phần, chúng hoàn toàn có thể được chia thành hai phần chính, những thành phần tích điện dương và những tích điện âm. [ 16 ] Thêm vào đó, Dịch Vụ Thương Mại Tóm tắt Hóa chất ( CAS ) đã đưa ra một giải pháp để sắp xếp những chất hoá học. Lúc này mỗi chất hoá học hoàn toàn có thể phân biệt được bởi 1 số ít hiệu được gọi là số ĐK CAS .
Một phân tử là phần nhỏ nhất không hề phân loại của một chất hoá học tinh khiết với đặc tính hóa học duy nhất, nghĩa là nó có năng lực triển khai 1 số ít phản ứng hóa học với những chất khác. Tuy nhiên, định nghĩa này chỉ tốt so với những chất cấu trúc từ những phân tử, mà điều này không đúng với nhiều chất ( xem dưới đây ). Các phân tử thường là một tập hợp những nguyên tử kết nối với nhau bằng những link cộng hóa trị, sao cho cấu trúc này là trung hòa về điện tích và tổng thể những điện tử hóa trị được ghép nối với những điện tử khác trong những link hoặc trong những cặp đơn ( không ở trong link ) .
Như đã nói, các phân tử tồn tại như các đơn vị trung hòa điện, không giống như các ion. Khi quy tắc này bị phá vỡ, “phân tử” lúc này có một điện tích, đôi khi chúng được đặt tên là một ion phân tử hoặc một ion đa nguyên tử. Tuy nhiên, các ion phân tử thường chỉ có ở dạng tách hoàn toàn, chẳng hạn như một chùm trực tiếp trong chân không ở một phổ kế khối. Rất nhiều ion đa nguyên tử này ở trong đất (ví dụ các ion sunfat hoặc nitrat thường gặp),nói chung chúng không được coi là “phân tử” trong hóa học. Một số phân tử có chứa một hoặc nhiều electron không ghép cặp, tạo ra các gốc tự do. Hầu hết các gốc tự do tương đối phản ứng, nhưng một số, chẳng hạn như nitric oxit (NO) có thể ổn định.
Cấu hình bộ khung benzen trên mặt phẳng 2 – DCác nguyên tố khí ” trơ ” hoặc khí hiếm ( heli, neon, argon, krypton, xenon và radon ) sống sót ở đơn vị chức năng nhỏ nhất là dưới dạng những nguyên tử đơn độc, nhưng những chất hóa học tách biệt khác thì gồm những phân tử hoặc những mạng nguyên tử link với nhau một cách nào đó. Các phân tử xác lập được hoàn toàn có thể là những chất quen thuộc như nước ( H2O ), không khí ( 0 x ), và nhiều hợp chất hữu cơ như rượu ( C2H6O hoặc C2H5OH ), đường ( C12H22O11 ), xăng và những dược phẩm khác nhau .Tuy nhiên, không phải toàn bộ những chất hoặc những hợp chất hóa học gồm có những phân tử rời rạc, và thực tiễn hầu hết những chất rắn tạo thành lớp vỏ rắn, lớp phủ và lõi của Trái Đất là những hợp chất hóa học mà không có những phân tử. Các loại chất khác, ví dụ điển hình như những hợp chất ion và những chất rắn trong mạng, được sắp xếp theo cách mà không tìm thấy sống sót của những phân tử thực ra. Thay vào đó, những chất này được khám phá dưới dạng đơn vị chức năng công thức hoặc đơn vị chức năng tế bào là cấu trúc lặp lại nhỏ nhất trong chất. Ví dụ về những chất như vậy là những muối ( như muối ăn ), chất rắn như carbon và kim cương, sắt kẽm kim loại, silica và những khoáng chất silicat quen thuộc như thạch anh và granit .Một trong những đặc tính chính của một phân tử là thông số kỹ thuật của nó ; thường được gọi là cấu trúc hóa học. Trong khi cấu trúc của những phân tử nguyên tử cấu trúc từ hai nguyên tử, ba hoặc bốn hoàn toàn có thể dễ đoán, ( dạng thẳng, hình chóp góc … ) thì cấu trúc của những phân tử đa nguyên tử, đượccấu thành từ hơn 6 nguyên tử ( của một số ít nguyên tố ) hoàn toàn có thể rất quan trọng so với đặc thù hoá học của nó .
Chất và hỗn hợp[sửa|sửa mã nguồn]
Một chất hoá học là một loại vật chất với thành phần và tập hợp những thuộc tính xác lập [ 17 ]. Một tập hợp những chất được gọi là hỗn hợp. Ví dụ về hỗn hợp là không khí và những kim loại tổng hợp. [ 18 ]
Mol và lượng chất[sửa|sửa mã nguồn]
Mol là một đơn vị chức năng giám sát biểu lộ một lượng chất ( còn gọi là lượng hóa học ). Mol được định nghĩa là số nguyên tử tìm thấy đúng mực 0,012 kg ( 12 gram ) carbon-12, trong đó nguyên tử cacbon-12 không link, ở trạng thái nghỉ và trạng thái nền [ 19 ]. Số lượng những thực thể trên mỗi mol được gọi là hằng số Avogadro và được xác lập một cách thực nghiệm là khoảng chừng 6,022 × 1023 mol − 1. [ 20 ] Nồng độ mol là lượng chất đặc biệt quan trọng trên một thể tích dung dịch, và thường được ghi dưới dạng trong moldm − 3. [ 21 ]
Thể hoặc trạng thái
[sửa|sửa mã nguồn]
Nước ở thể rắn tạo nên những nhũ băng này
Ngoài các tính chất hóa học cụ thể phân biệt các chất hóa học khác nhau, các chất hóa học có thể tồn tại trong một vài thể hay trạng thái khác nhau. Phần lớn, việc phân loại hóa chất độc lập với các phân loại theo thể này; tuy nhiên, một số thể đặc biệt là không tương thích với các tính chất hóa học nhất định. Thể là một tập hợp các trạng thái của một hệ thống hóa học có các đặc tính cấu trúc tương tự nhau, đặt trong một loạt các điều kiện, chẳng hạn như áp suất hoặc nhiệt độ.
Sự chuyển thể giữa ba thể quen thuộc : rắn, lỏng, khí
Các tính chất vật lý, chẳng hạn như mật độ và độ chiết quang thường là các giá trị đặc trưng của thể. Thể của vật chất được xác định bởi quá trình chuyển thể, đó là khi năng lượng đưa vào hoặc đưa ra khỏi hệ thống thoát ra sắp xếp lại cấu trúc của hệ thống, thay vì thay đổi các các điều kiện.
Đôi khi sự độc lạ giữa những thể hoàn toàn có thể liên tục hay không rõ ràng ; thay vì có ranh giới tách biệt, trong trường hợp này vật chất được coi là ở trạng thái siêu tới hạn. Khi ba thể cùng sống sót với những điều kiện kèm theo nhất định, nó tạo nên một điểm ba trạng thái ; và vì điểm này là không đổi khác, đó là một cách thuận tiện để xác lập một tập hợp những điều kiện kèm theo cho từng thể .Các ví dụ quen thuộc nhất của những thể là rắn, lỏng và khí. Nhiều chất có nhiều thể rắn. Ví dụ, sắt có ba thể rắn ( alpha, gamma, và delta ) biến hóa tùy theo nhiệt độ và áp suất. Một sự độc lạ chính giữa những thể rắn là cấu trúc tinh thể, hoặc sự sắp xếp của những nguyên tử. Một thể khác thường gặp trong nghiên cứu và điều tra hóa học là thể lỏng, tức là trạng thái của những chất hòa tan trong dung môi ( thường là trong nước ) .
Các thể ít quen thuộc hơn bao gồm plasma, ngưng tụ Bose-Einstein và ngưng tụ fermion cùng với các giai đoạn thuận từ và sắt từ của vật liệu từ tính. Mặc dù hầu hết các thể là quen thuộc trong các hệ thống ba chiều, nó cũng có thể định nghĩa các tương tự trong các hệ thống hai chiều, điều này đã thu hút được sự quan tâm của nó đối với các hệ thống sinh học.
Các nguyên tử kết nối với nhau trong những phân tử hoặc tinh thể được gọi là link với nhau. Một link hóa học hoàn toàn có thể được tưởng tượng như thể sự cân đối đa cực giữa những điện tích dương trong hạt nhân và những điện tích âm giao động xung quanh chúng. [ 22 ] Không chỉ là phản ứng hút và đẩy đơn thuần, nguồn năng lượng và sự phân bổ là đặc trưng cho năng lực một điện tử tạo link với một nguyên tử khác .
lấy điện tử hóa trị từ một nguyên tử khác (trái ngược với chia sẻ, xảy ra trong liên kết cộng hóa trị)Một miêu tả cho quy trình tạo link ion giữa natri ( Na ) và clo ( Cl ) để tạo thành natri chloride, hay chính là muối ăn. Liên kết ion tương quan đến một nguyên tửđiện tử hóa trị từ một nguyên tử khác ( trái ngược với, xảy ra trong link cộng hóa trị )Một link hóa học hoàn toàn có thể là một link cộng hóa trị, link ion, link hydro hoặc chỉ là lực Van der Waals. Mỗi loại link này được gán cho một số ít tiềm năng. Những tiềm năng tạo ra những tương tác giữ những nguyên tử với nhau trong những phân tử hoặc tinh thể. Trong nhiều hợp chất đơn thuần, triết lý hóa trị, quy mô VSEPR, và khái niệm số oxy hóa hoàn toàn có thể được sử dụng để lý giải cấu trúc phân tử và thành phần .
bát tử đã thỏa mãn cho nguyên tử C (với tám electron trong vỏ hóa trị của nó) và quy tắc song tử đã thỏa mãn cho nguyên tử H (với hai electron trong vỏ hóa trị của chúng).Trong phân tử mê-tan ( CH4 ), nguyên tử cacbon san sẻ một cặp electron hóa trị với từng nguyên tử hydro ( tổng số là 4 nguyên tử ). Do đó, quy tắcđã thỏa mãn nhu cầu cho nguyên tử C ( với tám electron trong vỏ hóa trị của nó ) và quy tắcđã thỏa mãn nhu cầu cho nguyên tử H ( với hai electron trong vỏ hóa trị của chúng ) .Một link ion được hình thành khi một sắt kẽm kim loại mất đi một hoặc nhiều electron của nó, trở thành một cation tích điện dương, và những electron sau đó được thu được bởi nguyên tử phi kim, trở thành một anion tích điện âm. Hai ion tích điện trái dấu sẽ lôi cuốn bởi nhau, và link ion là lực mê hoặc giữa chúng. Ví dụ, natri ( Na ), một sắt kẽm kim loại, mất một điện tử để trở thành một Na + ( cation ), trong khi clo ( Cl ), một phi kim, thu được điện tử này để trở thành Cl − ( anion ). Các ion được giữ lại với nhau do lực hút tĩnh điện, và hợp chất natri chloride ( NaCl ), hay tên thông dụng hơn là muối ăn, được hình thành .
Trong một liên kết cộng hoá trị, một hoặc nhiều cặp electron hóa trị được chia sẻ bởi hai nguyên tử, tạo nên nhóm các nguyên tử liên kết với nhau trung hòa về điện hay phân tử. Các nguyên tử sẽ chia sẻ các điện tử hóa trị trong một cách để tạo ra một cấu hình electron khí hiếm (với tám electron trong vỏ ngoài cùng của chúng) cho mỗi nguyên tử. Các nguyên tử có xu hướng kết hợp theo cách mà mỗi chúng có tám electron trong vỏ ngoài cùng, và sao cho là tuân thủ quy tắc bát tử (xem Liên kết ion). Tuy nhiên, một số nguyên tố như hydro và lithi chỉ cần hai điện tử trong vỏ ngoài cùng của chúng để đạt được cấu hình ổn định này; các nguyên tử này được cho là tuân theo quy tắc song tử (duet), và theo cách này, chúng sẽ đạt tới cấu hình điện tử của heli trong khí quyển, một khí hiếm chỉ có hai điện tử trong vỏ bên ngoài của nó.
Tương tự, những kim chỉ nan từ vật lý cổ xưa hoàn toàn có thể được sử dụng để Dự kiến nhiều cấu trúc ion. Với những hợp chất phức tạp hơn, ví dụ điển hình như phức tạp sắt kẽm kim loại, kim chỉ nan hóa trị sẽ ít có giá trị hơn. Lúc này, những giải pháp tiếp cận khác, như triết lý quỹ đạo phân tử ( orbital ), thường được sử dụng. Xem sơ đồ về orbital điện tử .
Trong toàn cảnh hóa học, nguồn năng lượng là một thuộc tính của một chất do hiệu quả của cấu trúc nguyên tử, phân tử hoặc cấu trúc tổng hợp của nó. Vì một sự biến hóa hóa học đi cùng với sự đổi khác một hoặc nhiều cấu trúc này, nó luôn đi kèm với việc tăng hoặc giảm nguồn năng lượng của những chất tương quan. Một số nguồn năng lượng được chuyển giao giữa môi trường tự nhiên xung quanh và những chất phản ứng dưới dạng nhiệt hoặc ánh sáng ; do đó những loại sản phẩm của một phản ứng hoàn toàn có thể nhiều hoặc ít nguồn năng lượng hơn những chất phản ứng .
Một phản ứng được cho là giải phóng năng lượng nếu trạng thái cuối cùng thấp hơn về quy mô năng lượng so với trạng thái ban đầu; trong trường hợp phản ứng thu năng lượng thì ngược lại. Một phản ứng được gọi là tỏa nhiệt nếu phản ứng thải nhiệt ra môi trường xung quanh; trong trường hợp phản ứng thu nhiệt, phản ứng hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh.
Các phản ứng hóa học thường không hề xảy ra trừ khi những chất phản ứng vượt qua hàng rào nguồn năng lượng gọi là nguồn năng lượng hoạt hóa. Tốc độ phản ứng hóa học ( ở nhiệt độ nhất định T ) tương quan đến nguồn năng lượng hoạt hóa E, bởi yếu tố phân bổ của Boltzmann – đó là Phần Trăm của một phân tử có nguồn năng lượng lớn hơn hoặc bằng với E ở nhiệt độ nhất định T. Sự nhờ vào có tính lũy thừa của tần suất phản ứng lên nhiệt độ được gọi là phương trình Arrhenius. Năng lượng kích hoạt thiết yếu cho một phản ứng hóa học hoàn toàn có thể dưới dạng nhiệt, ánh sáng, điện hoặc lực lượng cơ học dưới dạng siêu âm. [ 23 ]
Một khái niệm liên quan là năng lượng tự do, cũng cân nhắc cả khái niệm entropy, là một phương tiện rất hữu ích để dự đoán tính khả thi của phản ứng và xác định trạng thái cân bằng của một phản ứng hóa học, trong nhiệt động học hóa học. Một phản ứng chỉ khả thi nếu tổng lượng thay đổi trong năng lượng tự do Gibbs là âm,
Δ
G
, nếu nó bằng không, phản ứng hóa học được cho là ở trạng thái cân bằng.
Các phân tử nước đang link với nhau bằng link hydro ( đường nét đứt )Có sống sót những trạng thái nguồn năng lượng hạn chế so với điện tử, nguyên tử và phân tử. Điều này được xác lập bởi những quy tắc của cơ học lượng tử, yên cầu phải lượng tử hóa nguồn năng lượng của một mạng lưới hệ thống bị ràng buộc. Các nguyên tử / phân tử ở trạng thái nguồn năng lượng cao hơn được cho là kích thích. Các phân tử / nguyên tử của chất trong trạng thái nguồn năng lượng kích thích thường phản ứng nhiều hơn ; có nghĩa là, tương thích cho phản ứng hóa học .Trạng thái hay thể của một chất được xác lập một cách không bao giờ thay đổi bởi nguồn năng lượng và nguồn năng lượng ở thiên nhiên và môi trường xung quanh nó. Khi lực giữa những phân tử của một chất lớn hơn nguồn năng lượng của thiên nhiên và môi trường xung quanh, thì đó thường là thể lỏng hoặc rắn như với trường hợp với nước ( H2O ) ; một chất lỏng ở nhiệt độ phòng chính bới những phân tử của nó được bởi link hydro. [ 24 ] Trong khi hydrogen sulfide ( H2S ) là một khí ở nhiệt độ phòng và áp suất tiêu chuẩn, vì những phân tử của nó link yếu hơn bởi tương tác lưỡng cực-lưỡng cực .Việc chuyển nguồn năng lượng từ một chất hóa học này sang một chất khác nhờ vào vào lượng nguồn năng lượng được phát ra từ một chất. Tuy nhiên, nguồn năng lượng nhiệt thường được chuyển thuận tiện từ hầu hết chất này sang chất khác do tại những phonon, chịu nghĩa vụ và trách nhiệm cho những mức nguồn năng lượng giao động và luân chuyển mức nguồn năng lượng trong một chất, có ít nguồn năng lượng hơn những photon được viện dẫn để chuyển nguồn năng lượng điện tử. Do đó, những mức nguồn năng lượng giao động và luân chuyển nằm gần nhau hơn mức nguồn năng lượng điện tử, nhiệt thuận tiện được chuyển giữa những chất, so với những dạng khác như : ánh sáng hoặc những dạng nguồn năng lượng điện tử khác. Ví dụ, bức xạ điện từ tia cực tím không được chuyển giao hiệu suất cao từ chất này sang chất khác như là nguồn năng lượng nhiệt hoặc điện .
Sự tồn tại của các mức năng lượng đặc trưng cho các chất hoá học khác nhau rất hữu ích cho việc xác định chúng bằng cách phân tích các đường quang phổ. Các loại phổ khác nhau thường được sử dụng trong quang phổ hóa học, ví dụ: NIRS, vi sóng, NMR, EPR (cộng hưởng thuận từ electron)… Quang phổ cũng được sử dụng để xác định thành phần của những ngôi sao ở xa và các thiên hà xa xôi bằng cách phân tích phổ xạ của chúng.
Phổ phát xạ của sắtThuật ngữ nguồn năng lượng hóa học thường được sử dụng để chỉ ra tiềm năng của một chất hóa học để trải qua một quy trình quy đổi trải qua một phản ứng hóa học hoặc để biến hóa những chất hóa học khác .
Phản ứng hóa học[sửa|sửa mã nguồn]
Trong phản ứng hóa học, những link giữa những nguyên tử được bẻ gãy và hình thành nên những chất khác nhau có những đặc thù khác nhau. Trong một lò cao, oxide sắt, một hợp chất, phản ứng với carbon monoxit để hình thành sắt, một trong những nguyên tố hóa học, và carbon dioxide
Khi một chất hóa học được biến đổi do sự tương tác của nó với một chất khác hoặc với năng lượng, ta có thể nói một phản ứng hóa học đã xảy ra. Phản ứng hóa học là một khái niệm liên quan đến “phản ứng” của một chất khi tiếp xúc gần với chất khác, cho dù là hỗn hợp hoặc dung dịch; hoặc tiếp xúc với một số dạng năng lượng, hoặc cả hai. Nó tạo ra một số trao đổi năng lượng giữa các thành phần của phản ứng cũng như với môi trường hệ thống, môi trường này có thể được là các hộp chứa được thiết kế đặc dụng – thường là dụng cụ thí nghiệm thủy tinh.
Các phản ứng hóa học hoàn toàn có thể dẫn đến sự hình thành hoặc phân ly của những phân tử – tức là những phân tử sẽ bị phân tách thành hai hoặc nhiều phân tử nhỏ hơn ; hoặc sắp xếp lại những nguyên tử trong hoặc ngoài những phân tử. Phản ứng hóa học thường tương quan đến việc tạo ra hoặc phá vỡ những link hóa học. Các phản ứng thường gặp là oxy hóa-khử, phản ứng tách, trung hoà acid-base và tái sắp xếp nguyên tử .
Một phản ứng hóa học có thể được mô tả một cách biểu tượng bằng phương trình hóa học. Trong phản ứng hóa học phi-hạt-nhân, số lượng và loại nguyên tử ở cả hai phía của phương trình đều như nhau, đối với phản ứng hạt-nhân, điều này chỉ đúng đối với các hạt trong hạt nhân như proton và neutron.[25]
Chuỗi những bước trong đó những link hóa học được tổ chức triển khai lại xảy ra trong quy trình phản ứng hóa học được gọi là chính sách phản ứng. Một phản ứng hóa học hoàn toàn có thể được dự kiến diễn ra theo một số ít bước, mỗi bước hoàn toàn có thể có vận tốc khác nhau. Nhiều phản ứng trung gian với độ không thay đổi hoàn toàn có thể do đó hoàn toàn có thể được dự kiến trong quy trình phản ứng. Các chính sách phản ứng được đề xuất kiến nghị để lý giải động học và hỗn hợp mẫu sản phẩm tương đối của một phản ứng. Nhiều nhà hóa lý chuyên mày mò và yêu cầu những chính sách phản ứng hóa học khác nhau. Một số quy tắc thực nghiệm, giống như quy tắc Woodward-Hoffmann thường có ích trong khi đề xuất kiến nghị một chính sách cho một phản ứng hóa học .Theo sách IUPAC, một phản ứng hoá học là ” một quy trình dẫn đến sự chuyển hóa lẫn nhau giữa những loại chất hoá học “. [ 26 ] Theo đó, một phản ứng hóa học hoàn toàn có thể là một phản ứng cơ bản hoặc một phản ứng qua nhiều bước .
Ion và muối[sửa|sửa mã nguồn]
Bài cụ thể : Ion
+ (cation) và Cl− (anion). Lưu ý nếu tính tổng thể của hợp chất này không tích điện.Cấu trúc lưới tinh thể của Kali chloride ( KCl ), một muối được hình thành do sự mê hoặc của K ( cation ) và Cl ( anion ). Lưu ý nếu tính toàn diện và tổng thể của hợp chất này không tích điện .Một ion là một thành phần mang điện tích, hoàn toàn có thể là một nguyên tử hoặc một phân tử, đã mất hoặc lấy được một hoặc nhiều điện tử. Khi một nguyên tử mất một điện tử và do đó có nhiều proton hơn electron, nguyên tử là một ion tích điện dương hoặc cation. Khi một nguyên tử thu được một electron và do đó có nhiều điện tử hơn proton, nguyên tử là một ion tích điện âm hoặc anion. Cation và anion hoàn toàn có thể tạo thành mạng lưới tinh thể của muối trung hòa, như ion Na + và Cl − tạo thành NaCl. Các ví dụ về những ion đa nguyên tử không phân rã trong những phản ứng acid – base là hydroxide ( OH − ) và phosphate ( PO43 − ) .Plasma gồm có chất khí đã được ion hóa trọn vẹn, thường thì là qua nhiệt độ cực cao .
Tính acid và base[sửa|sửa mã nguồn]
Một chất có thể thường được phân loại như một acid hoặc một base. Có một số lý thuyết khác nhau giải thích những hành vi cơ bản của axit. Đơn giản nhất là thuyết Arrhenius: một axit là một chất tạo ra ion
H
+
{displaystyle {ce {H+}}}
OH
−
{displaystyle {ce {OH-}}}
H
+
{displaystyle {ce {H+}}}
trong một phản ứng hóa học; mở rộng hơn, base là chất nhận được ion
H
+
{displaystyle {ce {H+}}}
đó.
Lý thuyết phổ cập thứ ba là triết lý Lewis, dựa trên sự hình thành những link hoá học mới. Lý thuyết của Lewis lý giải rằng : acid là một chất có năng lực nhận một cặp electron từ một chất khác trong quy trình hình thành link, còn base là một chất hoàn toàn có thể phân phối một cặp electron để tạo thành một link mới. Theo triết lý này, điều quan trọng được trao đổi là điện tích. Có 1 số ít cách khác mà một chất hoàn toàn có thể được phân loại như một acid hoặc một base, như thể vật chứng cho lịch sử dân tộc của khái niệm này .Độ mạnh của acid thường được đo bằng hai chiêu thức. Một phép đo, dựa trên định nghĩa Arrhenius về axit, tức là độ pH, là một phép đo nồng độ ion H + { displaystyle { ce { H + } } } trong dung dịch, được biểu lộ bằng thang logarit. Một phép đo khác, dựa trên định nghĩa Bronsted – Lowry, là hằng số phân ly acid, cho biết năng lực hoạt động giải trí acid tương đối của một chất theo định nghĩa của Bronsted – Lowry. Tức là những chất có Ka cao hơn có nhiều năng lực cho những ion H + { displaystyle { ce { H + } } } trong những phản ứng hóa học hơn là những chất có giá trị Ka thấp hơn .
Phản ứng oxy hóa-khử gồm có tổng thể những phản ứng hóa học mà trong đó những nguyên tử bị biến hóa trạng thái oxy hóa bằng cách thu được điện tử ( quy trình khử ) hoặc mất điện tử ( quy trình oxy hóa ). Các chất có năng lực oxy hóa những chất khác được gọi là chất oxy hóa hoặc tác nhân oxy hóa. Chất oxy hóa vô hiệu những electron khỏi một chất khác. Tương tự, những chất có năng lực khử những chất khác được gọi là chất khử, hoặc tác nhân khử .
Một chất khử chuyển các electron sang một chất khác, và do đó nó bị oxy hóa. Và bởi vì nó “tặng” điện tử, nó còn được gọi là chất cho điện tử. Thuật ngữ “oxy hóa” và “khử” có lẽ đề cập đến một sự thay đổi số oxy hóa – sự chuyển giao thực sự của điện tử có thể không bao giờ xảy ra. Như vậy, quá trình oxy hóa được định nghĩa tốt hơn là sự tăng số oxy hóa, và khử là một sự giảm số oxy hóa.
Mặc dù khái niệm cân bằng được sử dụng rộng rãi trong khoa học, trong bối cảnh hóa học, nó phát sinh bất cứ khi nào một số trạng thái khác nhau của thành phần hoá học là khả thi, ví dụ, trong một hỗn hợp của một số hợp chất hóa học có thể phản ứng với nhau, hoặc khi một chất có thể có mặt trong nhiều hơn một trạng thái.
Một mạng lưới hệ thống những chất hoá học ở trạng thái cân đối, mặc dầu hoàn toàn có thể có thành phần không biến hóa, thường không tĩnh ; những phân tử của những chất liên tục phản ứng với nhau do đó tiến đến sự cân đối động. Do đó khái niệm này diễn đạt trạng thái trong đó những thông số kỹ thuật như thành phần hóa học không đổi khác theo thời hạn .
Tầm quan trọng[sửa|sửa mã nguồn]
Phản ứng hóa học xảy ra trong đời sống hằng ngày ví dụ như trong lúc nấu ăn, làm bánh hay rán mà trong đó những biến hóa chất xảy ra một cách rất phức tạp đã góp thêm phần tạo nên mùi vị đặc trưng cho món ăn. Thêm vào đó thức ăn được phân tách ra thành những thành phần riêng không liên quan gì đến nhau và cũng được biến hóa thành nguồn năng lượng .
Liên hệ với khoa học khác[sửa|sửa mã nguồn]
Hóa học nghiên cứu và điều tra về đặc thù của những nguyên tố và hợp chất, về những biến hóa hoàn toàn có thể có từ một chất này sang một chất khác, tiên đoán trước đặc thù của những hợp chất chưa biết đến cho tới nay, cung ứng những giải pháp để tổng hợp những hợp chất mới và những giải pháp đo lường và thống kê hay nghiên cứu và phân tích để tìm những thành phần hóa học trong những mẫu thử nghiệm .Mặc dù toàn bộ những chất đều được cấu trúc từ 1 số ít loại ” đá thiết kế xây dựng ” tương đối ít, tức là từ khoảng chừng 80 đến 100 nguyên tố trong số 118 nguyên tố được biết đến nhưng sự tích hợp và sắp xếp khác nhau của những nguyên tố đã mang lại đến vài triệu hợp chất khác nhau, những hợp chất mà đã tạo nên những loại vật chất khác nhau như nước, cát ( chất ), mô sinh vật và mô thực vật. Thành phần của những nguyên tố quyết định hành động những đặc thù vật lý và hóa học của những chất và làm cho hóa học trở thành một bộ môn khoa học to lớn .Cũng như trong những bộ môn khoa học tự nhiên khác, thí nghiệm trong hóa học là cột trụ chính. Thông qua thí nghiệm, những kim chỉ nan về cách đổi khác từ một chất này sang một chất khác được phác thảo, kiểm nghiệm, lan rộng ra và khi thiết yếu thì cũng được phủ nhận .Tiến bộ trong những chuyên ngành khác nhau của hóa học thường là những điều kiện kèm theo tiên quyết không hề thiếu cho những nhận thức mới trong những bộ môn khoa học khác, đặc biệt quan trọng là trong những lãnh vực của sinh học và y học, cũng như trong lãnh vực của vật lý ( Ví dụ như việc sản xuất những chất siêu dẫn mới ). Hóa sinh, một chuyên ngành to lớn, đã được xây dựng tại nơi tiếp xúc giữa hóa học và sinh vật học và là một chuyên ngành không hề thiếu được khi muốn hiểu về những quy trình trong sự sống, những quy trình mà có liên hệ trực tiếp và không hề tách rời được với sự biến hóa chất .Đối với y học thì hóa học không hề thiếu được trong cuộc tìm kiếm những thuốc trị bệnh mới và trong việc sản xuất những dược phẩm. Các kỹ sư thường tìm kiếm vật tư chuyên dùng tùy theo ứng dụng ( vật tư nhẹ trong sản xuất máy bay, vật tư thiết kế xây dựng chịu lực và vững chắc, những chất bán dẫn đặc biệt quan trọng tinh khiết, … ). Ở đây bộ môn khoa học vật tư đã tăng trưởng như là nơi tiếp xúc giữa hóa học và kỹ thuật .
Trong công nghiệp[sửa|sửa mã nguồn]
Công nghiệp hóa học là một ngành kinh tế rất quan trọng. Công nghiệp hóa học sản xuất các hóa chất cơ bản như axít sunfuric hay amonia, thường là nhiều triệu tấn hằng năm, cho sản xuất phân bón và chất dẻo và các mặt khác của đời sống và sản xuất công nghiệp. Mặt khác, ngành công nghiệp hóa học cũng sản xuất rất nhiều hợp chất phức tạp, đặc biệt là dược phẩm. Nếu không có các hóa chất được sản xuất trong công nghiệp thì cũng không thể nào sản xuất máy tính hay nhiên liệu và chất bôi trơn cho công nghiệp ô tô.
Hóa học thường được chia thành nhiều phân ngành chính. Ngoài ra còn có 1 số ít nghành nghề dịch vụ liên ngành và chuyên ngành .
