化學

化學（英文：chemistry，嚟自alchemy－即係煉金術噉解），廣東話日常用語又叫kem1，係一門自然科學，用科學方法研究物質同埋物質嘅各種特性，尤其係物質可以點樣變化：化學嘅範疇包括咗研究化學元素（原子嘅唔同款）以及係化合物（由若干隻元素結合而成嘅物質）嘅組成、結構同特性；除此之外，化學家仲成日研究物質點反應－化學反應簡單講就係兩款或者以上嘅物質互動，分別噉變成第啲款嘅物質，仲有係化學反應發生嗰陣嘅能量變化（例如有啲化學反應發生嗰陣會釋放熱）等嘅問題。
好多人嗌化學做「中心科學」（central science），噉係因為化學喺概念上處於好多領域嘅中間。好似係化學同物理學以及生物學之間嘅啦掕噉：物理學研究宇宙嘅基本定律（物理定律），原則上宇宙萬物－包括物質同唔係物質嘅嘢－都會跟從呢啲定律，亦即係話化學嘅研究對象冚唪唥都會守物理定律，所以化學知識需要建基喺物理學上，例子有用量子力學解釋一啲原子層面嘅現象（化學反應涉及原子之間交換電子）；另一方面，生物學研究嘅係生命，已知嘅生命全部都係由物質組成嘅－生物學研究嘅嘢冚唪唥都要守某啲化學上嘅法則，所以生物學需要用到化學上嘅知識（生物化學）了解生命嘅某啲特性，例如係研究碳水化合物等生命必需嘅化合物嘅合成過程噉。總括嚟講，化學局部建基於物理學，又擔當「做生物學嘅基礎一部份」嘅角色，概念上位於呢兩個領域嘅「中間」。
除咗理論研究之外，化學知識仲相當有實用價值，例如化學工程（chemical engineering）就係工程學當中專門用化學知識嚟設計人造系統嘅子領域，包括會用化學上嘅知識嚟合成好多對現代社會嚟講好有用嘅材料。化學咁有理論同實用價值，於是就廣泛噉畀人視為現代科學嘅重要一環。
化學哲學（philosophy of chemistry）係門科學哲學，指哲學家同化學家對於「化學呢家嘢應該點搞」嘅睇法。喺呢方面，化學同第啲科學領域一樣，會跟足科學方法嚟去研究物質。化學界會：
上述嘅過程會係噉不斷重複，直至手上嘅理論做得到完全準確嘅預測為止－於是乎化學就有持續嘅發展，做到愈嚟愈準確嘅預測。到咗現代，化學經已有完整嘅理論體系，有多個理論解釋物質嘅本質，而呢啲理論每個都閒閒地俾化學家驗證過上百次－好經得起考驗，所以學界一般認為，呢啲理論係有返咁上下正確嘅模型（approximately accurate models）－能夠充分噉描述現實。而且化學仲會不斷噉去搵新嘅現象研究，睇吓呢啲理論能唔能夠解釋新現象，又或者使唔使諗新嘅理論。
定義上，化學就係「研究物質（matter）嘅科學」，所以搞清楚咗「科學係咩」之後，另一樣要做嘅嘢就係答以下呢條問題：
喺現代化學裏面，物質一般都係定義做具有以下呢啲特徵嘅嘢：
當中頭嗰兩點齋靠普通日常觀察經已可以大致上得知。至於第三點，可以由化學反應嘅角度諗，想像以下呢兩句相對立（兩句嘢冇得同時成立）嘅假說：
首先，由日常生活當中經已可以得知化學反應嘅現象：好多時，一隻物質喺接觸到某啲特定物質而且又有某啲特定環境條件嗰陣都會變樣，慢慢（或者好快）噉變做第隻物質，例如係生鏽嘅現象噉，就算一個人完全唔知現代嘅化學知識，佢都能夠觀察得到好多金屬－尤其係鐵－喺潮濕嘅環境下接觸到空氣（當中嘅氧）慢慢噉變質，變成唔同種嘅鏽。
19 世紀初嘅英國化學家道耳頓（John Dalton）做咗大量嘅實驗同觀察。佢發現咗一個重要嘅事實：
已知質量唔會無端端少咗或者多咗，原子論能夠解釋得到呢種現象－想像錫同氧都係由一大柞細細粒、冇得斬件嘅原子組成嘅，錫原子同氧原子喺質量等特性上有差異，而兩者之間嘅化學反應涉及錫粒子同氧粒子結合，（例如）每粒錫粒子都會同一粒或者兩粒氧粒子結合，會出兩種唔同嘅產物；相比之下，如果假說 2 係真，就會出現「點解 100 克嘅錫唔能夠淨係消耗 20.25 克咁多嘅氧？」噉嘅問題。基於以上呢個觀察同埋第啲打後嘅實驗證據，道耳頓等嘅早期化學家就主張，物質係由原子（冇得斬件嘅細粒粒子）組成嘅。到咗廿一世紀初，化學界同物理學界經已完全噉確立咗原子論－化學家都係以「物質冚唪唥都係由離散（discrete）嘅粒子組成嘅」為前題做化學上嘅研究。
現代化學包括咗研究物質嘅各種特性，大致上可以分做三大範疇：
原子（atom）嘅概念可以話係現代化學嘅根基。化學元素（簡單講即係做得到化學反應嘅物質）冚唪唥都係由原子構成嘅。根據現代科學對原子嘅理解，一粒原子主要有以下嘅組成部份：
當中原子核仲有得再細分做質子（proton）同中子（neutron）呢兩種再細啲嘅粒子，當中前者帶正電荷，後者冇電荷－所以原子核總體係帶正電荷。電子殼帶有若干數量帶負電荷嘅電子（electron）。質子同中子大粒過電子好多－據估計，質子嘅質量大約係電子嘅 1,836 倍咁多，但喺呈中性電荷嘅原子嗰度，電子殼入面嘅負電荷會啱啱好平衡到原子核入面嘅正電荷。
電子同質子嘅發現源於 19 世紀中物理學上用映像管做嘅研究：當時啲物理學家發現，駁咗電嘅映像管（下圖嘅抽象圖解）條陰極（cathode）會射一啲肉眼睇唔到嘅、有質量而且帶有負電荷嘅嘢出嚟－
而且打後嘅研究仲試過，搵多種用唔同材料造嘅陰極嚟搞同樣嘅實驗，發現用唔同材料造嘅陰極都出到噉嘅現象。於是科學界就萌生咗「電子」嘅概念－原子當中有質量極細、兼且帶負荷嘅組成部份。而且電子嘅存在亦都表示，原子入面實係有一啲帶同等正電荷嘅嘢，所以原子整體先會帶中性電荷；而打後由紐西蘭物理學家盧瑟福（Ernest Rutherford）喺廿世紀頭嗰廿年做嘅一系列實驗顯示，用多種材料造嘅陽極會射出一啲帶正電荷、質量大過電子好多嘅嘢出嚟－萌生咗「質子」嘅概念；而量子力學上嘅發展亦都引致科學界喺 1930 年代初發現中子。
對原子嘅研究引起咗元素（element）嘅諗頭：古希臘嗰陣嘅人經已有個諗法，諗住「元素係物質嘅基本，是但搵嚿物質，嚿物質都係由元素當中嘅若干款以某啲型式結合埋一齊形成嘅」；由 19 世紀尾至廿世紀初嘅原子研究表示，
呢兩個諗法自然引起咗一個猜想－「原子會唔會有好多唔同款，而呢啲款之間喺質子數量同電子數量上有差異？」。事實係，早喺現代原子論成形打前，經已有煉金術同化學等領域嘅研究者喺度觀念極大量唔同嘅化學反應，發現有某啲類型嘅物質係「冇得靠化學反應分解嘅」，呢啲物質一係就係同第啲物質結合又或者係做另外一啲物質結合嗰陣嘅副產物（「邊樣嘢係結合而成嘅產物」可以由重量等嘅資訊得知）；不過要去到廿世紀初，光譜學（spectroscopy；簡化噉講，電子數量唔同嘅原子喺俾光射到嗰陣會有唔同嘅行為，而呢啲差異可以攞嚟搵出一嚿物質有邊啲元素喺入面）等領域上有咗突破先至造就到現代化學上對元素嘅理解。
喺廿一世紀初嘅化學上，元素係跟原子序數（atomic number；定義係「隻元素每粒原子入面有幾多粒質子」）嚟排嘅：
化學反應（chemical reaction）泛指令一柞化學物質（反應物；reagent）變成另外一柞化學物質（反應產物；product）嘅過程。化學反應發生嗰陣好多時都會有明顯、肉眼睇得到嘅變化－例如係出白煙（反應產物當中有白色嘅氣體）或者形成晶體（反應產物當中有曉結晶嘅固體）呀噉。
化學反應有得分做好多唔同種類，而某啲種類嘅化學反應好常見，所以喺化學嘅學術研究上仲有咗一啲特定嘅名。例如中和反應（neutralization）就係泛指一種酸同一種鹼做化學反應，令到雙方嘅腐蝕性都冇咗。
喺廿一世紀嘅化學上，一場化學反應一般會攞化學方程式（chemical equation）嚟表達，一條化學方程式會用啲化學元素嘅符號嚟表示出嗰場化學反應入面有啲乜嘢元素郁咗同埋係點郁法，條式左邊嘅係反應物，而右邊嘅係反應產物，而且每嚿嘢仲會掕住個數表示每場反應要幾多粒嗰隻化學物質嘅粒子，即係好似下面條式噉：
喺呢場反應入面，一粒氫分子（H2{\displaystyle {\ce {H2}}}）同一粒氟分子（F2{\displaystyle {\ce {F2}}}）首先各自折開變成兩粒氫原子同兩粒氟原子，而佢哋再結合形兩粒氟化氫（2{\displaystyle {\ce {2}}}粒HF{\displaystyle {\ce {HF}}}）分子－氫同氟呢兩種唔同嘅物質變咗做一種新物質。而除咗講清楚場反應涉及咗邊啲反應物同產物之外，一條化學方程式好多時仲會表示埋場反應產生嘅物理變化，例如放熱反應泛指發生嗰陣會釋放熱嘅化學反應，下面呢條式係表達緊甲烷（CH4{\displaystyle {\ce {CH4}}}）燃燒（同氧氣做反應）嘅過程：
上面條式掕住嘅「ΔH⚬」係所謂嘅反應焓（enthalpy of reaction），簡單講就係反映場反應涉及嚿做反應嘅嘢出現咗幾多嘅熱能變化，負數就表示場反應釋放咗熱。化學方程式嘅做法令到寫化學嘢嗰陣唔使吓吓都出嗮場化學反應啲物質嘅全名，而且又清楚。
反應率（reaction rate）係指一場化學反應行得有幾快。化學反應率嘅定義可以噉樣諗：
反應率可以受到好多因素影響，包括係溫度、（啲反應物嘅）濃度、壓力、溶劑同埋催化劑呀噉。例如係溫度噉，有好多維持生命必需嘅化學反應，都係要喺適當嘅溫度之下先至行得到嘅（溫度唔啱會搞到反應率大跌），所以身體熱得滯或者凍得滯都可以搞到身體好多重要嘅化學反應行唔到，嚴重起上嚟可以引致死亡。
化學鍵（chemical bond）最基本上係指原子等粒子之間形成嘅吸引力。考慮三點：
諗咗以上呢幾點之後一個自然嘅結論係，原子之間可以「黐埋一齊」，而「黐埋一齊」之後出嘅物質喺各種特性上可以同原先嗰啲物質有異；喺廣義上，呢啲令好似原子等做到化學反應嘅粒子「黐埋一齊」嘅力量就係所謂嘅化學鍵。
化合物（chemical compound）包括由多個一隻元素以固定比例同透過化學反應結合而成嘅物質，好似係水噉，水係一氧化二氫（H2O{\displaystyle {\ce {H2O}}}）－由氧（O{\displaystyle {\ce {O}}}）同氫（H{\displaystyle {\ce {H}}}）呢兩隻元素組成，而兩者喺水入面嘅比例係 1:2 －喺純水入面，每兩粒氫原子就有一粒氧原子。元素之間喺一種化合物入面嘅比例決定咗後者嘅化學特性。喺現代化學上，一隻化合物一般會用化學符號嘅形式寫出嚟，例如水嘅符號係「H2O{\displaystyle {\ce {H2O}}}」，表示每粒水分子有兩粒氫（H{\displaystyle {\ce {H}}}）同一粒氧（O{\displaystyle {\ce {O}}}）組成。
化合物最基本上可以分做有機（organic）同無機（inorganic）兩大類。有機化合物大致上係指有碳同氫之間嘅化學鍵嘅化合物，例子有碳水化合物（carbohydrate；碳水化合物又有好多唔同種，每種嘅成份都唔同）噉－碳嘅一個大特性係能夠同好多唔同嘅元素結合做化合物，產生好多唔同種嘅化合物，而有機化合物有成幾百萬種咁多，可以用嚟組成好多唔同款嘅賀爾蒙同組織；無機化合物基本上就係冇碳同氫之間嘅化學鍵嘅化合物，例如水就係一種無機化合物，有好多無機化合物都對生物嚟講有用，例如水喺生物嘅身體入面成日扮演溶劑（簡單講就係俾啲反應物溶喺入面，而呢樣嘢係好多化學反應嘅必要條件）嘅角色，俾好多維持生命必需嘅化學反應得以進行，而且無機化合物係地殼嘅重要組成部份。
要留意嘅係，化合物有異於混合物（mixture）：混合物定義上係指一柞唔同嘅化學物質喺冇化學反應之下溝埋一齊（冇化學鍵）嘅產物，例如係將幾粒沙倒入水裏面，可以清楚睇到沙同水各自嘅化學特性都冇變－所以喺呢種情況下，兩者形成嘅係一種混合物；混合物嘅最大特徵係可以用唔涉及化學反應嘅方法嚟分返開，例如想像攞個筲箕，假設個筲箕上面啲窿夠細，將混合物倒落去個筲箕嗰度，就可以將沙同水分開。亦都有一啲化學物質就噉望落似係一種化合物，但查實係混合物，例如係空氣噉，古時嘅人好多時都諗住空氣係一種單一物質（睇古典元素當中嘅風），但用各種嘅分離過程做嘅研究發現，查實空氣係由氮氣（N2{\displaystyle {\ce {N2}}}）、二氧化碳（CO2{\displaystyle {\ce {CO2}}}）同氧等嘅多種氣體化學物質溝埋一齊形成嘅混合物。
分離過程（seperation process）係化學嘅一個子領域，專門研究點樣將一樣混合物入面嘅各種唔同化學物質分返開。例如下圖就係喺實驗室做蒸餾（distillation）－一種成日用喺液體混合物身上嘅分離過程－用嘅架撐嘅抽象圖解：
根據廿一世紀初嘅化學知識，化學鍵係透過電子嘅分配將一嚿化合物入面嘅唔同原子黐埋一齊嘅力量，而且仲有得按「點分享電子法」分好多唔同種，例如係共價鍵同離子鍵呀噉：
... 等等。
化學嘅基本目的就係要了解物質嘅變化，而呢門領域有唔少定律（law）。喺科學上，一條定律係句宣言，句宣言係由某啲實證嘅事實嗰度推導出嚟、能夠描述同預測某一類特定現象嘅，最好就係可以用數學方程式嘅方式表達出嚟：
... 等等。
化學仲可以再細分做好多個子領域：廿一世紀初嘅化學子領域之間差異頗大，好多時唔同子領域係專化到彼此之間因為行話多得滯而溝通有困難；通常一位化學家淨係會專攻化學其中一兩門嘅子領域，而唔係佢做嗰範嘅專業化學佢好有可能連睇都睇唔明；喺中學水平教嘅化學一般都係所謂嘅普通化學（general chemistry）－普通化學係化學嘅導論，為初學者提供一啲入門嘅基礎概念（例如係原子同化學反應呀噉），同專業嘅化學領域比起嚟並唔深入，但呢啲概念就算係打咗個基礎－就算係專業嘅化學家都仲會用嗰啲基礎概念嚟解釋同思考進階嘅化學知識。
廿一世紀初嘅化學子領域主要有以下呢啲：
... 等等。
喺學界，化學又有個花名叫「中心科學」（central science）。噉係因為化學呢門領域喺概念上處於好多個科學領域嘅「中間」：
... 等等。下圖係有人畫嘅一幅圖，表示唔同科學學科之間嘅啦掕，「學科 A 有個箭咀指去學科 B」表示「B 嘅知識局部建基於 A」。由幅圖嗰度睇到，物理學有個箭咀指住化學，而化學又有箭咀指住好多個學科－化學身處喺好多個學科嘅中間。
化學工程（chemical engineering），簡稱化工，專門思考工程設計當中用到嘅化學反應，包括思考點樣生產有用嘅化合物。工業上有好多重要嘅生產過程都涉及化學反應，簡單嘅例子有由一啲原材料嗰度做化學反應，整出想要嘅有用材料，淨係呢樣嘢經已可以大把嘢搞－有好多化學反應都係需要喺適當嘅溫度、壓力或者催化劑環境之下先至發生得到嘅，而且就算一場化學反應行到，場反應嘅反應率可能都會因為溫度等嘅條件唔啱而唔夠快，唔夠快就表示生產效率會唔夠高；因為噉，化學工程係一門相當專業化嘅領域，專職做化工嘅工程師要好熟識好多種反學化應嘅特性（需要乜環境條件先行到，仲有係啲反應喺乜情況之下行得最快... 呀噉），用呢啲知識嚟幫手設計相關嘅系統，係現代嘅經濟活動當中好重要嘅一部分。
化工仲包括咗好幾門嘅子領域：
... 呀噉。
人類自從好耐之前就有喺度研究物質（廣義上嘅化學）：最早嘅物質研究要數人類對火嘅研究－喺文明誕生（公元前10,000 年至公元前 5,000 年，睇用乜嘢嚟定義文明）之前，人仲未有乜嘢特化嘅架生嚟做化學實驗，但佢哋經已有能力觀察火將一種物質變成另一種物質，例如係將木燒到變成炭噉；打後文明起源之後，人有大規模噉用火嚟整鐵同埋玻璃（兩者嘅製作都會涉及加熱同物質變樣）等嘅材料，而呢啲材料對文明嘅演進嚟講不可或缺。
公元前嘅哲學家仲有喺度思考有關物質嘅理論性問題，例如古典元素（classical elements）就係由古希臘嘅人諗出嚟嘅模型，主張宇宙萬物由地水火風四種元素組成（睇埋東亞嘅五行），呢種諗法經已俾現代化學否決，不過的確算係對物質嘅理論性研究。除此之外，古希臘同古印度等嘅古文明都經已有原子論嘅諗法，不過佢哋冇乜方法嚟驗證原子論，所以原子論喺當時都仲係停留喺哲學諗法嘅階段。
煉金術（alchemy）可以話係化學嘅前身：喺公元前頭嗰兩個千年，人類開始廣泛噉用同開採金呢種貴金屬，令到人對金嘅需求勁升。於是就引起咗煉金術喺中世紀（5 至 15 世紀）嘅歐洲崛起－煉金術研究嘅係點樣將物質變成金，係一種原科學（protoscience；指未有完整嘅科學方法，但有啲似現代科學）。煉金術最後並冇取得成功－現代化學上已知，金係一種元素，靠一般地球環境下嘅方法係唔能夠將第種元素變做金嘅，但煉金術士嘅研究當中發明咗好多將一種物質變做第種物質嘅技術，為現代化學鋪咗路。
一般認為，化學係喺 19 世紀誕生嘅。當時科學方法發展成熟，而且有咗好多對現代化學嚟講必要嘅科學知識：質量守恆嘅諗頭喺 18 世紀嘅科學家之間經已好普遍；道耳頓喺 19 世紀初做咗大量嘅實驗同觀察發現支持原子論嘅實驗結果；而後嚟基於呢啲知識同埋物理學上對原子嘅研究（可以睇吓量子力學），引致俄羅斯化學家門捷列夫（俄文：Дми́трий Ива́нович Менделе́ев；Dmitri Mendeleev）喺 19 世紀尾奠定咗元素週期表，成為現代化學嘅基礎。喺 1901 年，諾貝爾化學獎成立，終於認定化學係一門對人類貢獻重大嘅科學。
喺粵文入面，啲人一般都係用化學嚟指「用科學方法研究物質嘅領域」嘅，呢個字就噉字面解可以理解做變化嘅科學噉嘅意思。另一方面，廣東話日常用語亦都興用kem1嚟稱呼化學，借自英文chemistry嘅第一段音節。
英文字chemistry據講係由alchemy（煉金術）嗰度嚟嘅，反映咗化學嘅歷史－到咗家吓，煉金術已經俾人知佢係冇料到嘅，但煉金術士所學到嘅知識（例如係點樣將一種物質變做第種物質）演化咗做現今嘅人所講嘅化學－用科學方法由原子層面嚟去研究物質嘅一門學問。