Hemija

Hemija proučava sastav,strukturui osobine materije, kao i promene kroz koje ona prođe tokomhemijskih reakcija.

Hemija proučava i interakcije supstanci sa drugim supstancama i energijom.

Hemijailikemija(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.Klasično se izdvajaju četiri ključna polja u hemiji, mada postoji daleko veći broj usko specijalizovanih grana:opšta hemija,neorganska hemija,organska hemijaibiohemija.Hemija je jedna od elementarnih nauka, poredmatematikebliska 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,geologijaiastronomija,s jedne strane, ibiologija,fiziologijaimedicina,s druge.Hemija je grana fizičkih nauka ali postoji određena razlika od fizike.Etimologija pojmahemijanije u potpunosti razjašnjena, pa je u tom pogledu tema određenih neslaganja.Historija hemijese može pratiti i preko određenih faza u njenom razvoju, poputalhemije,koja se praktikovalahiljadama godinau mnogim dijelovima svijeta.

Etimologija

Pojamhemijapotječe 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 pretvaranjaolovaili nekog drugog uobičajenog materijala uzlato.Alhemija se počela praktikovati oko 330. godine, uključivala je proučavanje sastava vode, njenog kretanja, rasta, pridruživanja i izlučivanja iz drugih supstanci, izvlačenjaduhovaiz tijela kao i njihovimspajanjemunutar tijela (Zosim iz Panopolisa).Alhemičari su se u narodnom govoru zvalihemičari,a kasniji sufiks-ijaje dodan kako bi se opisala vještina hemičara kaohemija.

Riječalhemijaje izvedena izarapskeriječial-kimia(الکیمیاء). U korijenu, pojam je posuđen izgrčkogχημία ili χημεία.Dalje, ovaj pojam je možda iegipatskogporijekla. Mnogi vjeruju da jeal-kimiaizvedena iz grčkog χημία, a koja se opet dobila preko riječichemiilikimi,što je drevno imeEgiptau egipatskom jeziku.Po drugom mišljenju,al-kimiaje možda izvedena iz χημεία, u značenjuizliti (spojiti) zajedno.

Definicija

Retrospektivno, definicija hemije se mijenjala kroz historiju, kako su nova otkrića i teorije dodavne nove funkcionalnosti u ovu nauku. Pojamhemija,po mišljenju poznatoghemičaraBoyla1661. koji je smatrao da je ona subjekat materijalnih principa mješanih (složenih) tijela.Dvije godine kasnije, 1663. hemičarChristopher Glaseropisao 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.

Definicija riječihemijaiz 1730. koju je koristioGeorg Ernst Stahlznačila jeumjetnost razdvajanja miješanih, agregatnih i spojenih tijela u njihove sastojke; kao i sastavljanje takvih tijela iz tih sastojaka.Jean-Baptiste Dumasje 1837. smatrao pojamhemijekao nauku koja izučava zakone i efekte molekularnih sila.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.U novije doba, 1998. profesor Raymond Chang proširio je tu definiciju na proučavanje materije i promjena koje se dešavaju s njom.

Pregled

Atomska teorijaje 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 reakcijenema 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.Masaje 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 čineioneimolekule.Atomi stupaju u odnos s drugim atomima (npr. logorska vatra je kombinacija atomakiseonika

iz zraka s atomimaugljikaivodikaiz 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 atomasilicijai atoma kisika iznosi 1:2. Danas znamo da tajzakon određenih proporcijaima 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,termodinamikaikinetika.

Fizikalna hemijazasniva se na modernojfizici,jer jeu načelumoguće 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 mehanikačesto može zanemariti, njezin osnovni pojam -kvantizacija energije- mora se uzeti u obzir. Kemičari koriste kvantne efekte prilikom svihspektroskopskihtehnika (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.

Neke druge multidisciplinarne i specijalizirane grane:znanost materijala,hemijapolimera,hemija životne sredine,farmacija.

Istorija hemije

Demokritovuatomističku filozofiju naknadno je usvojio iEpikur(341–270 p.n.e.)

Alhemičarska laboratorija

Stare civilizacije, poputEgipćana,BabilonacaiIndijacastekle su ogromno praktično znanje o vještinama metalurgije, izradegrnčarijei pravljenja boja, ali o tome nisu razvili sistematsku teoriju.

Osnovne hemijskehipotezeprvo su se pojavile uklasičnoj Grčkoju vidu teorije "četiri elementa" što je konačno uobličioAristotelnavodeći da suvatra,zrak,zemlja ivodačetiri temeljna elementa čijim je kombiniranjem izgrađeno sve ostalo. Grčki atomizam potječe iz 440tih p.n.e., nastao u djelima filozofa kao što suDemokritiEpikur.Rimskifilozof Lukrecije je 50 p.n.e. razvio ovu teoriju u svojoj knjiziDe rerum natura( "O prirodi stvari" ).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.

Vještina alhemije je najprije doživjela procvat u helenističkom svijetu, gdje su se miješalemagijaiokultizamu proučavanje prirodnih supstanci, s krajnjim ciljem pretvaranja elemenata uzlatoi otkrivanje napitka vječnog života.Alhemija je otkrivena i praktikovana širom arapskog svijeta nakon pojaveislama,a od tamo se prelila u srednjovjekovnu irenesansnuEvropu preko latinskih prevoda.

Hemija kao nauka

Pod utjecajemnovih iskustvenih metodakoje su predložiliFrancis Baconi drugi, grupa hemičara na Univerzitetu uOxfordu,Robert Boyle,Robert HookeiJohn Mayowpočeli 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.On je, između ostalog, objavio iBoyleov zakon,čime je odbio klasične postavke "četiri elementa" i predložio mehanističke alternative atoma ihemijskih reakcijakoje bi mogle biti subjekat strogih eksperimenata.

Antoine-Laurent de Lavoisierse smatra "ocem moderne hemije".

Teorijuflogistona(supstance koja je u osnovi svakog sagorijevanja) predložio je NijemacGeorg Ernst Stahlpočetkom 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.

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 Helmontotkrili suugljik-dioksid,ili ono što je Black nazivao "fiksni zrak" 1754. godine;Henry Cavendishje otkriovodiki rasvijetlio mnoge njegove osobine, dok suJoseph Priestleyi, nezavisno od njega,Carl Wilhelm Scheeleizdvojili čistikisik.

Engleski naučnikJohn Daltonpostavio je modernu teoriju atoma; po kojoj su sve supstance sastavljene iz nevidljivihatomamaterije i da različiti atomi imaju različite atomske težine. Razvojelektrohemijsketeorije hemijskih kombinacija desio se početkom 19. vijeka naročito kao rezultat rada dvojice naučnikaJacob BerzeliusaiHumphryja Davyja,a zasnovanog na ranijim otkrićima elektrostatičkog stuba koji je napravioAlessandro Volta.Davy je otkrio devet novih elemenata uključujućialkalne metaleizdvajajući ih iz njihovih oksida pomoću električne struje.

BritanacWilliam Proutprvi je predložio sortiranje svih hemijskih elemenata prema njihovim atomskim težinama, tako što je sve poznate atome izrazio omjerom njihove težine prema atomskoj težini vodika.Newlandsje napravio prvobitni sistem elemenata, koji su kasnije razvili u moderniperiodni sistem elemenataNijemacLothar Meyeri RusDmitrij Ivanovič Mendeljejevtokom 1860tih.Inertne gasove, kasnije nazvaniplemeniti gasovi,otkrio jeWilliam Ramsayu saradnji saLordom Rayleighjemkrajem 19. vijeka, pa su s tim otkrićem popunjene osnovne strukture tabele periodnog sistema.

Organsku hemijurazvio jeJustus von Liebigi njegovi savremenici, nakon što jeFriedrich Wöhlersintetiziraoureukojim je zapravo potvrđeno da se živi organizmi, teoretski, mogu posmatrati i svesti pod hemijske zakone.Druga važna otkrića 19. vijeka bila su, između ostalog, razumijevanjevalencijeveze (Edward Frankland1852. godine) i primjenatermodinamikeu hemiji (J. W. GibbsiSvante Arrheniustokom 1870tih).

Hemijska struktura

gore:očekivani rezultati: alfa-čestice prolaze kroz model atomapudinga od šljivabez 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 UniverzitetuCambridgeotkrioelektrona vrlo brzo njega je francuski naučnik Becquerel kao i bračni parPierreiMarie Curieistraživali fenomenradioaktivnosti.U seriji pionirskih eksperimenataErnest Rutherfordje na Univerzitetu uManchesteruotkrio unutrašnju strukturu atoma i postojanjeprotona,klasificirao je i objasnio različite vrste radioaktivnog zračenja i uspješno transmutirao prvi element bombardujućidušikalfa-česticama.

Njegov rad na atomskoj strukturi razvili su i poboljšali njegovi učenici, danski fizičarNiels Bohri EnglezHenry Moseley.Elektronsku teoriju hemijskih veza i molekulskih orbitala razvili su američki naučniciLinus PaulingiGilbert N. Lewis.

Godinu 2011.Ujedinjeni narodisu proglasili Međunarodnom godinom hemije.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.

Podela

Analitička hemija

Laboratorija za hemiju na Istitutu za biohemiju Univerziteta u Kelnu.

Analitička hemijajenaukakoja 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 imolekulasastoji ispitivana supstanca. Kvantitativna analiza se zasniva na utvrđivanju ili količina ispitivanih supstanci ili odnosa u kome se date supstance nalaze.Metodekojima se pri tome analitička hemija koristi se mogu podeliti na hemijske, fizičke i fizičko-hemijske.

Neorganska hemija

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 ireakcijesvih hemijskih elemenata i njihovihjedinjenjakao i hemijske procese koji se zbivaju među njima. Izuzetak čine jedinjenja (četvorovalentnog)ugljenikakoje izučava organska hemija.

Organska hemija

Organska hemija je, najopštije postavljeno, hemijska disciplina koja se bavi proučavanjemugljenikai njegovih jedinjenja.Nešto konkretnije, to jenaukakoja proučava svojstva, strukturu i reaktivnostorganskih jedinjenja,kao i načine na koji se ta saznanja mogu primeniti usinteziželjenih 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 sadržečetvorovalentniugljenik.

Početkom19. vekaizbiljakasu 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 “(lat.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,nemačkihemičarFridrih Velerje sasvim slučajno, u pokušaju da dobijeamonijum-cijanatizcijanatne kiselineiamonijaka,dobio supstancu koju je uspešno identifikovao kaoureju.Ureja je danas poznata kao značajan finalni produktmetabolizmasisara, ali je i u Velerovo vreme bila klasifikovana kao organsko jedinjenje, jer je ranije bila izolovana izurina.Velerovom sintezomsrušen 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,industrijibojailakova...

Glavni akcenat u organskoj hemiji danas je naorganskojihiralnoj sintezi,zatimzelenoj hemiji,mikrotalasnoj hemijii hemijifulerena.

Fizička hemija

Fizička hemija je nastala kombinovanjem znanja izfizike,hemije,termodinamikeikvantne mehanikeda 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, veličinamolekulau tečnosti može da se odredi na osnovu merenja njenog indeksa prelamanja igustine,ili na osnovu toplotnog kapaciteta i površinskog napona.

Biohemija

Kompjuterski prikaz molekulaDNK(1D65)

Biohemija je most izmeđubiologijei hemije koji proučava kako kompleksnehemijske reakcijestvaraju život. Biohemija je hibridni deo hemije koji konkretno proučava hemijske procese u živim organizmima. Ovaj članak diskutuje samo kopnenu biohemiju, koja počiva naugljenikuivodi.Kako svi oblici života koje danas imamo na planeti imaju zajedničko poreklo, prema tome imaju i slične biohemije, kao što sugenetički kodistereohemijamnogih 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 kiselinei 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.

Biohemijametabolizmaćelije i biohemijaendokrinog sistemasu dva domena koja su intenzivno studirana. Druge oblasti koje spadaju pod pojam biohemije su genetički kod (DNK,RNK),sinteza proteina,transport kroz ćelijsku membranuitransdukcija signala.

Teorijska hemija

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,razvojračunaraje 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 materijeimolekularnom fizikom.

Principi moderne hemije

Laboratorija na institutu za biohemiju,Univerzitet u Kölnu.

Danas prihvaćeni model atomske strukture jekvantnomehanički model.Tradicionalna hemija počinje proučavanjem elementarnih čestica,atoma,molekula,hemijskih jedinjenja,metala,kristalai 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 reakcijaje transformacija nekih supstanci u jednu ili više drugačijih supstanci.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 reakcijailiradioaktivniraspad. Vrste hemijskih reakcija u koje mogu stupati supstance i promjene energije povezane sa njima obuhvaćene su određenim osnovnim pravilima, poznatim kao hemijski zakoni.

Razmatranja oenergijiientropijisu 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 suspektroskopijaihromatografija.Naučnici koji se bave hemijskim istraživanjima nazivaju sehemičarima.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:

Materija

Dijagram atoma zasnovan na Rutherfordovom modelu

U hemiji,materijaje 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.

Atom

Najprostiji model atoma helijuma, sa atomskim jezgrom koje se sastoji od dva protona i dva neutrona oko koga kruže dva elektrona.

Atom (grčkiάτομον (atomon) - nedeljiv) je najmanji delićsupstance,tj.hemijskog elementakoji ispoljava sve osobine tog hemijskog elementa. Atom se sastoji iz jezgra i elektronskog omotača.

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.

Molekul

Molekulska struktura vode.

Model štapića i kugle molekulekofeina(C₈H₁₀N₄O₂).

Molekul je najmanja jedinicahemijskog jedinjenjakoja zadržava hemijski sastav i svojstva. Molekul se sastoji iz višeatoma,istoghemijskog elementakao kodkiseonika,(O₂), ili iz različitih elemenata kao kodvode(H₂O).

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. RecimomakromolekulDNKkad bi se izvadio iz jedra ćelije i razmotao dostigao bi dužinu jednog do dva metra.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 hemijea naročitoinstrumentalne metode.

Odnos elemenata koji grade jedinjenje, izražava se empirijskom formulom. Na primer, vodu gradevodoniki 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 etarima isti odnos kao etanol, na primer. Molekuli koji se sastoje od istih atoma, ali u različitom rasporedu se zovuizomeri.

Hemijskaili 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 masaje 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.

Mol

Mol (simbol: mol) je jedna od sedamSI osnovnih jedinicakoja merikoličinu supstancesistema.Jedan mol je količinasupstancekoja sadrži tolikočesticakoliko imaatomau tačno 0,012kilogramaugljenikaizotopaC12. Ova količina je poznata kaoAvogadrov broji približno iznosi 6,0221415 × 10²³.

Zbog vezejedinice atomske masesaAvogadrovim brojem,praktični način iskazivanja ovoga za atome ili molekule je:Količina supstance koja sadrži isti brojgramakao i brojatomske masesupstance.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 atomakiseonikaili ukupno 3 mola atoma.

Element

Ugljen-dioksid(CO₂), primjer hemijskog spoja

Hemijski element se karakteriše određenim brojem protona ujezgrunjegovih atoma. Ovaj broj se nazivaatomski brojelementa. Na primer, svi atomi sa 6 protona u svom jezgru su atomi hemijskog elementaugljenika,a svi atomi sa 92 protona su atomiuranijuma.Izotopinekog hemijskog elementa mogu imati različiti broj neutrona u svom jezgru, dok im je broj protona isti. Na primer, običanvodonikima samo jedan proton u jegru, a njegovi izotopideuterijumitricijumimaju po jedan proton i po jedan, odnosno dva neutrona u svom jezgru.

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.

Jedinjenje

Dvodimenzionalni skeletni model molekulebenzena(C₆H₆)

Hemijsko jedinjenje je čista supstanca koja se sastoji iz dva ili više elemenata.Atomikoji sačinjavaju jedinjenje su međusobno vezanihemijskim vezamai 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 naorganskaineorganska.Osim ovih, postoje i razne potpodele (nakiseline,baze,soli,oksideitd.)

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.Neorganski spojevidobijaju ime u skladu sa neorganskom nomenklaturom.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.

Smeša

Limunadaje smeša.

Primjeri čistih hemijskih supstanci. S lijeva na desno: elementikalaj(Sn) isumpor(S),dijamant(alotropugljika),saharoza(čisti šećer) inatrijum-hlorid(so) inatrijum-hidrogenkarbonat(soda bikarbona), koje su ionski spojevi.

Smeše suskupovidve ili više različitihsupstanci,za razliku odčistih(prostih) supstanci koje sačinjava samo jedanelementili jednojedinjenje.Osobinesmeša su aditivne, odnosno, ona zadržava osobine svih supstanci koje je čine.Tako će smešagvožđaisumporaimati osobine i jednog i drugog elementa (gvožđe će i dalje imatimagnetnasvojstva, a sumporžutu boju).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.Podmikroskopomse vidi da krv sačinjava bezbojnatečnostsa suspendovanimčesticama.Homogenaje 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,soliitd.). Oslobađanjetoplote,zračenjasvetlostiili stvaranjestrujesupojavekoje 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 promenasupstanci. Pri tome se mogu koristiti različitafizička svojstva,kao što sumagnetizam,specifična težina,(ne)rastvorljivostu odgovarajućimrastvaračima,tačka topljenja,kao imetode:destilacija,likvacija,difuzija,elutracija,flotacija.

Supstanca

Supstanca je oblik postojanjamaterijekoji 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.Bez obzira na koji od ta dva načina pronađene, veliki broj njih, oko 100 hiljada ima praktičnu primenu.

Svaka supstanca ima karakteristična svojstva po kojima se manje-više razlikuje od drugih supstanci, na primer:boju,miris,gustinu,temperaturu topljenja,temperaturu ključanja.Navedena i slična svojstva supstanci, koja se određuju pomoću naših čula ili instrumenata, nazivaju sefizička svojstva.Hemijska svojstvasupstanci ispoljavaju se pri njihovimreakcijamasa drugim supstancama.

Hemijske veze

Hemijska veza je privlačna sila između dvaatomanastala interakcijom njihovih perifernih (valentnih)elektrona.Silaje mnogo jača odenergijetoplotnogkretanjatako da su atomi trajno vezani obrazujući stabilnu grupu -molekul.Elektroni su istog naelektrisanja pa bi trebalo da se odbijaju, međutim, u elektronskim orbitalama sparivanje njihovihspinovastabilizuje 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 bitipolarnainepolarna.Poseban tip veze jemetalna vezakoja se stvara između atomametala.

Joni

Kristal kuhinjske soli

Jon jenaelektrisanačestica (atom ili molekul) koja primila ili izgubila jedan ili više elektrona. Pozitivno naelektrisanikatjoni(na primernatrijumovkatjon Na⁺) i negativno naelektrisanianjoni(na primerhlorovanjon Cl⁻) mogu da obrazujukristalnu rešetkuneutralnesoli(na primernatrijum hloridili kuhinjska so NaCl). Primeri višeatomskih jona koji se ne raspadaju tokom kiselinsko-baznih reakcija suhidroksidi(OH⁻) ifosfati(PO₄³⁻).

Jonizovani gasovi se često nazivajuplazma.

Hemijska reakcija

Gorenjeje 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 se grubo mogu podeliti na:

1. Oksido-redukcione reakcije;
2. Komleksne reakcije;
3. Hemijske reakcije pri kojima dolazi dodisocijacijeiasocijacijemolekula, atoma i jona.

Hemijske reakcije odigravaju se sa promenom supstanci i sa određenim toplotnim efektom, pri čemu se oslobađaenergijaili troši (vezuje ili otpušta). Ukoliko se prilikom reakcije troši ili oslobađa toplota onda se govori otermohemijskim reakcijama.Količinatoplotekoja 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.

Energija

Nekuhemijsku reakcijuuvek pratipovećanjeiligubitakenergije supstanci koje učestvuju u reakciji. Deo energije se razmenjuje između okoline i reaktanata u oblikutoploteilisvetlosti,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$e^{-E/kT}$- 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.

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 entalpijenegativna$\Delta G\leq 0\,$;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 zahtevakvantovanjeenergije. 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 stanjeneke supstance je uvek određeno njenom energijom i energijom njene okoline. Kada sumeđumolekulske sileu 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.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 energetskogkvantakoji 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 zračenjese ne prenosi istom lakoćom, a slično je i sa električnom energijom.

Postojanje karakterističnih linija energetskih prelaza različitih supstanci je korisno za njihovu identifikaciju analizomspektralnih linijarazličitih vrsta spektara, koja se često koristi u hemijskojspektroskopiji,kao na primer uinfracrvenojilimikrotalasnoj spektroskopiji,nuklearnoj magnetnoj rezonanciji,rezonanciji elektronskog spina,itd. Ovo se koristi za identifikaciju sastava udaljenih objekata, kao što su zvezde ili udaljene galaksije, analizom njenog spektra.

Emisioni spektargvožđa

Termin hemijska energija se često koristi da se nagovesti potencijal supstance da izvrši tranformaciju putem hemijske rekacije odnosno sposobnost da preobrazi druge supstance.

Agregatno stanje

Primjeri promjene agregatnog stanja

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 stanjeje skup stanja hemijskog sistema u kojem on ima slične strukturne osobine, pod određenim uslovima okoline, od kojih su dva najznačajnija:pritisakitemperatura.

Fizičke osobine, poputgustoćeiindeksa prelamanjateže 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 jevodenaodnosno 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, teparamagnetskeiferomagnetskefazemagnetičnihmaterijala. 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 ubiološkimsistemima.

Poznati hemičari

4

Vidi još

• Periodni sustav elemenata
• Nobelova nagrada za hemiju
• Balansiranje hemijskih jednačina
• Alhemija

Literatura

• Atkins, Peter; de Paula, Julio (2009) [1992].Elements of Physical Chemistry(5th izd.). New York:Oxford University Press.ISBN978-0-19-922672-6.
• Burrows, Andrew; Holman, John; Parsons, Andrew; Pilling, Gwen; Price, Gareth (2009).Chemistry³.Italy:Oxford University Press.ISBN978-0-19-927789-6.
• Housecroft, Catherine E.; Sharpe, Alan G. (2008) [2001].Inorganic Chemistry(3rd izd.). Harlow, Essex: Pearson Education.ISBN978-0-13-175553-6.
• Atkins, P.W.Galileo's Finger(Oxford University Press)ISBN0-19-860941-8
• Atkins, P.W.Atkins' Molecules(Cambridge University Press)ISBN0-521-82397-8
• Kean, Sam.The Disappearing Spoon - and other true tales from the Periodic Table(Black Swan) London, 2010ISBN978-0-552-77750-6
• Levi, PrimoThe Periodic Table(Penguin Books) [1975] translated from the Italian by Raymond Rosenthal (1984)ISBN978-0-14-139944-7
• Stwertka, A.A Guide to the Elements(Oxford University Press)ISBN0-19-515027-9
• „Dictionary of the History of Ideas”.Arhivirano izoriginalana datum 2008-03-10.Pristupljeno 2015-04-21.
• 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.Chemistry6th 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.
• Donald Voet, Judith G. Voet (2005).Biochemistry(3 izd.). Wiley.ISBN978-0-471-19350-0.
• Atkins, P.W.Physical Chemistry(Oxford University Press)ISBN0-19-879285-9
• Atkins, P.W. et al.Molecular Quantum Mechanics(Oxford University Press)
• McWeeny, R.Coulson's Valence(Oxford Science Publications)ISBN0-19-855144-4
• 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
• Mendeleev D. I. Periodičeskiй zakon: V 3 t.na saйte Runivers
• Nekrasov B. V. Osnovы obщeй himii, t. 1. — M.: «Himiя», 1973
• Himičeskaя эnciklopediя, p. red. Knunяnc I. L., t. 5. — M.: «Sovetskaя эnciklopediя», 1988
• Himiя: Sprav. izd./ V. Šreter, K.-H. Lautenšleger, H. Bibrak i dr.: Per. s nem. — M.: Himiя, 1989
• Džon Mur. (2011).Himiя dlя čaйnikov.M.: Dialektika.ISBN978-5-8459-1773-7.
• N. L. Glinka..Obщaя himiя.M.: Integral-Press.ISBN5-89602-017-1.
• Džua M. (1966).Istoriя himii.Mir. str. 452.
• Dubinskaя A. M., Prizment Э. L. Himičeskie эnciklopedii, v kn.: Himičeskiй эnciklopedičeskiй slovarь. — M., 1983
• Potapov V. M., Kočetova Э. K. Himičeskaя informaciя. Gde i kak iskatь himiku nužnыe svedeniя. — M., 1988
• Kuznecov, Vladimir IvanovičObщaя himiя: tendencii razvitiя.M.: Vыsšaя škola, 1989.

Vanjske veze

	UWikimedijinoj ostavinalazi se članak na temu:Chemistry
	Potražite izrazhemijauW(j)ečniku,slobodnom rječniku.