什么是化学

它是研究物质的结构、组成、反应、性质和应用或用途的科学分支。它主要关注原子、离子、分子以及它们形成的元素和化合物。此外，化学还研究物质和能量之间的相互作用。化学之父是拉瓦锡。化学的基本定义是物质及其性质的研究。

化学是我们日常生活的一部分。我们周围以及我们的身体里都在不断地发生着化学反应。我们吃的食物会经历化学反应产生能量，行走、跑步等肌肉运动也涉及到化学反应。让我们来看一些日常生活中涉及化学的例子，例如：

• 光合作用：植物通过光合作用制造食物。这是一个化学反应，在阳光的作用下，水和二氧化碳反应生成葡萄糖和氧气。
• 肥皂和洗涤剂：它们是通过一种称为皂化的化学过程生产的，并且它们通过一种称为乳化的化学过程去除污垢。
• 防晒霜：我们涂抹在身上的用于防护有害紫外线的防晒霜和乳液也基于化学。

化学分为五个主要分支，包括有机化学、无机化学、物理化学、分析化学和生物化学。

1) 有机化学

该分支研究有机化合物；即由碳和氢组成的化合物，或者其中碳原子与氢原子键合的化合物，例如碳酸盐化合物。它主要关注有机化合物的结构和化学组成，包括它们的物理和化学性质以及它们发生的化学反应。

有机化学的研究和发展为人类生活做出了巨大贡献，例如药物、疫苗、聚合物和其他有用产品的生产。此外，合成有机化学是有机化学的重要组成部分，它致力于为了实际目的从简单化合物构建特定的化学化合物。

由于碳元素的特殊性质——碳链增长性，有机化学非常多样化。它允许元素与同种原子形成键。碳的这种性质使其能够与其他碳原子形成稳定的键，从而形成复杂而稳定的分子。有机化学之父是弗里德里希·维勒。

有机化学的应用

• 汽油、天然气、木炭、木材等燃料是有机化合物。
• 用于制作衣服的面料，如尼龙、人造丝和聚酯，也是由有机化合物制成的。
• 肥皂、香水、洗发水、指甲油去除剂、染料、蜡烛等的生产也涉及到有机化学。
• 聚乙烯、纤维素、PVC、尼龙等聚合物是有机分子。
• 用于解决皮肤问题和改善美丽的化妆品生产也利用了有机化学。

因此，我们使用的产品大部分都涉及到有机化学，如家具、汽车、食品、糖、计算机等。此外，世界上每一种生物都是有机的。即使是像岩石、空气、水和金属这样的无机物质，通常也含有有机物。

2) 无机化学

该分支研究除碳氢化合物以外的元素及其化合物。例如，研究碳但不研究碳与氢键合的化合物（除有机化合物以外的化合物）。我们可以说它与有机化学相反，有机化学研究含有碳原子与氢原子键合的化合物。无机化学之父是阿尔弗雷德·维尔纳。

在无机化学中，我们研究无机化合物的行为、性质以及物理和化学特征。无机化合物包括晶体结构、矿物质、金属、催化剂和大多数元素。因此，它涵盖了所有非有机物质或可以称为非生命物质的材料。缺乏碳-氢键的无机化合物包括金属、盐、化学物质等。地球上约有 100,000 种无机化合物。

无机化学的应用

无机化合物有许多用途或应用，例如它们可用作催化剂、涂料、表面活性剂、燃料、药物等。例如；

• 氨：用作肥料时是氮的理想来源。它也是一种广泛使用的无机化学品，用于生产纤维、塑料、聚氨酯（耐化学腐蚀的粘合剂、涂料等）、肼（用于火箭和喷气式飞机的燃料）和炸药等。
• 氯：用于生产聚氯乙烯（用于生产管道、家具等），以及生产农用化学品（肥料、杀虫剂、水和土壤处理或消毒）和制药等。
• 二氧化钛：它是钛的氧化物，天然存在。它用作油漆、涂料、塑料、化妆品等的白色粉末颜料。此外，由于其紫外线防护性能，可用作光催化剂。

3) 物理化学

它研究反应的规则和原理。物理化学之父是威廉·奥斯特瓦尔德。它是研究物质在分子和原子水平上的行为以及化学反应如何发生的。它使物理化学家能够理解复杂结构的形成并研究和开发新材料的潜在用途。

它侧重于化学化合物或物质的物理结构以及它们与其他物质反应的方式。因此，它也包括化学反应过程中发生的物理变化。

它还利用物理学的概念来分析物质的化学性质及其反应能力。我们可以说，物理化学同时利用物理学和化学来研究物质的物理性质。

物理化学的重要性或应用

• 它有助于理解化学的其他分支。它有助于理解化学反应中发生的熵变，这对于反应的进一步进行是必要的。
• 它为有机化学中关于有机化合物反应能力的思想提供了解释。
• 它有助于理解过渡金属配合物、有机金属化合物、沸石（在催化中起重要作用）以及 DNA、RNA、蛋白质等生物大分子的结构和行为。

物理化学在日常生活中的一些例子

• 在我们的身体里，细胞使用三磷酸腺苷（ATP）分解为二磷酸腺苷（ADP）和磷酸分子时释放的能量。
• 汽车使用高辛烷值燃料能获得更好的里程，因为化学反应中的燃烧热增加。
• 霓虹灯发光是由于电流或电的流动。电流导致原子周围不同能级上电子的激发。因此，这也涉及到物理化学。

4) 分析化学

它涉及元素的化学物质的分离、鉴定和定量研究。它可以采用经典方法和现代方法或仪器。它还分析两种化合物反应生成第三种化合物的反应以及反应生成第三种化合物的反应物的量。

我们可以说它涉及以下方法

• 分离过程：要分析的化学成分从混合物中分离出来。
• 鉴定：化学成分在分离后通过定性分析进行鉴定。
• 定量：使用定量分析方法确定样品中组分的浓度或量。

分析化学中使用的方法

分析化学中使用的方法分为经典方法和仪器方法。

经典方法

有多种经典方法可以检查给定样品或物质中化合物的存在与否，例如；

• 黄金酸试法，将试样在石头上摩擦，留下可见的痕迹。在痕迹上涂抹硝酸，如果痕迹消失，则试样不是金；如果痕迹保留，则是金。
• 卡斯特尔-迈耶试验，使用酚酞检测样品中是否存在血红蛋白。
• 焰色试验，通过将样品暴露在火焰中来检查样品中元素的含量。通过观察火焰颜色的变化来鉴定元素。
• 重量分析法，用于测定水合物中水的含量。将水合物加热，然后计算损失的水的重量。

仪器方法

• 光谱法：在该方法中，测量电磁辐射与给定样品颗粒之间的相互作用。
• 电化学分析：将样品置于电化学池中。然后测量通过样品的电流。
• 量热仪：它用于测量化学反应的热。在该方法中，测量样品在化学反应中产生的热量。

分析化学进一步分为两个子分支，如下所示；

i) 定量分析：它涉及测量给定样品中存在的一个或多个组分的绝对或相对数量或浓度。

例如；当化学家研究固体物质时，他们首先使用定性方法来鉴定样品中存在的化合物。然后他们使用定量分析方法来确定样品中该化合物的确切含量。定量分析的一些例子是重量分析法和容量分析法。

ii) 定性分析:

顾名思义，它涉及确定特定化合物的质量，而与数量无关。因此，在此方法中，只测量质量，不测量数量。例如，在化学反应中是否发生颜色变化。在盐分析中使用了各种定性分析方法来鉴定无机盐的阳离子或阴离子。

分析化学的应用

• 它用于确定药品在制药公司的保质期。
• 它检查药品中的掺杂物。
• 它可以检查土壤中植物生长所需的矿物质和营养物质的浓度。
• 在色谱分析中，它用于对个人的血样进行分类。
• 它还可以检查食品样品中是否存在杂质。
• 它用于检查血样中的胆固醇和葡萄糖含量。
• 它也是法医学、临床分析和环境分析的一部分。

5) 生物化学

它研究生物体或生物系统中发生的化学过程和变化。它还研究生物系统中存在的物质或化学物质的结构、组成和化学反应。

它结合化学和生物学来更好地理解消化、呼吸、排泄等生物过程，并且还研究碳水化合物、脂质、蛋白质、酸、DNA、RNA等生物分子。生物化学之父是卡尔·纽伯格。他本人也提出了“生物化学”一词。

生物化学进一步分为以下几个主要分支；

• 分子遗传学：它研究基因。它可以与基因工程相关。
• 农业生物化学：它研究如何利用生物化学来提高农业生产。
• 分子生物化学：该分支研究核酸（DNA、RNA）、蛋白质、酶、氨基酸等大分子。
• 免疫化学：它是生物化学的一个分支，研究与免疫系统相关的化学物质和化学反应。
• 临床生物化学：它涉及研究或测量人体血液、尿液和其他体液中发现的天然或非天然化学物质。

生物化学的应用或重要性

• 它用于理解食物颗粒转化为能量过程中发生的化学过程。
• 它有助于理解酶的催化功能。
• 它用于培育高产的植物品种，如作物和水果。
• 它用于生产各种药物、药品、补充剂等。
• 它用于鉴定血液、尿液和其他体液中的化学物质。
• 它用于基因改造，以生产更多抗病的物种。

除了上述五个分支外，随着时间的推移还引入了各种其他化学分支，例如工业化学、核化学等。

• 工业化学

它研究用于将原材料及其衍生物转化为对人类有益的产品的工业过程。因此，该化学分支涉及研究物理和化学方法及其在大规模生产产品中的应用。因此，它涉及将原材料及其衍生物转化为有益产品。

工业化学的应用

它用于生产各种有益产品。例如；氮气和氢气用于形成氨（N₂ + 3H₂ → 2 NH₃），氨在化肥工业中用于生产硝酸铵化肥。类似地，从地壳中提取的石油被转化为乙烯，乙烯是一种衍生物，然后被转化为聚乙烯。

• 核化学

它侧重于原子核的变化和性质，而传统化学主要侧重于原子的电子结构。我们可以说它研究原子核的变化对原子或元素或分子的物理和化学性质的影响。此外，它还研究辐射、核反应及其应用。

核化学的应用

• 它在医学、工业、农业、研究等领域提供了各种应用。
• 它用于治疗和诊断疾病。它可以提供人体内部的图像，并且可以在不影响健康细胞的情况下杀死肿瘤细胞。
• 它通过使用核反应产生的热量来发电。
• 它有助于防止农田中的昆虫生长。
• 它用于对医院中的医疗设备和其他物品（如注射器、心脏瓣膜、手术手套等）进行消毒。
• 它有助于航天探索计划，因为它可以通过安装在航天器上的无人发电机提供电力。
• 它能够为海水淡化提供所需的大量能量，海水淡化是指从海水中去除盐分以使其可饮用的过程。