Kemi

För andra betydelser, seKemi (olika betydelser).

Kemi är läran som behandlar sammansättningen, strukturen och egenskaperna hosmateria,såväl som förändringarna den genomgår underkemiska reaktioner.

Kemi innebär studiet av olikasubstansersinteraktioner och deenergimängdersom därvid omsätts.

Kemi(arabiska:كيمياءlatin:chem (kēme), ordetsetymologiär dock omtvistad) är ennaturvetenskapsom studerarmateria,och dess sammansättning, uppträdande, struktur och egenskaper, såväl som de ändringar den genomgår vidkemiska reaktioner.Kemin undersöker olika typer avatomer,joner,molekyler,kristalleroch andra tillstånd av materia, antingen för sig eller i kombination, vilka involverar begreppenenergiochentropii relation till spontaniteten hoskemiska processer.

Traditionellt delas kemins grenar in efter vilken typ av materia de behandlar. Dessa områden inkluderar:

• Oorganisk kemi(utforskandet av oorganisk materia).
• Organisk kemi(utforskandet av organisk (kolbaserad) materia).
• Biokemi(utforskandet avkemiska substanserhosorganismer).
• Fysikalisk kemi(utforskandet av kemiska processer med användning av fysikaliska modeller och sammanhang).
• Analytisk kemi(analys av prover för att få förståelse för deras kemiska sammansättning och kemiska struktur).
• Kärnkemi(däratomkärnanär i fokus och man studerarradioaktivpåverkan på kemiska reaktioner, olikaisotoperskemiska egenskaper, såväl som omvandling av grundämnen genomfusion,fissioneller naturligtsönderfall).
• Teoretisk kemi(är ett samlingsnamn för flera teoretiska varianter av kemi som kan tillämpas inom de mer praktiska varianterna av kemi, t.ex.kvantkemisom kan tillämpas inom nästan alla fält av kemi).

På senare år har ett flertal specialiserade discipliner vuxit fram. Exempel på sådana ärneurokemi(utforskandet avnervsystemetskemi),miljökemi(studiet av kemiska processer i naturen) ochmaterialkemi(studiet av olikamaterial).

Kemi utövades till en början somalkemi,enprotovetenskapur vilken kemi sedan växte fram.

Sammanfattning

Kemi är läran om interaktionerna mellankemiska substanser,vilka består avatomereller endastsubatomära partiklar:protoner,elektronerochneutroner. Atomer kombinerade bildarmolekylerellerkristaller.Kemi kallas ibland för "den centrala vetenskapen" (en: the central science) eftersom den sammanbinder flera andra naturvetenskapliga områden såsomastronomi,fysik,materialvetenskap,biologiochgeologi.

Kemins ursprung kan spåras till visst äldre utövande, känt somalkemi,en lära som praktiserats under tusentals år i flera delar av världen.

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 ärstålhårdareänjärnmed lägre kolinnehåll på grund av att dess atomer är starkare ihopbundna i en stabilarekristallstruktur;trä brinner eller genomgår snabboxidationeftersom det över en viss temperatur kan reageraspontantmedsyrei enkemisk reaktion;sockerochsaltlöser sig i vatten till följd av att deras molekylära/joniska egenskaper är sådana att upplösning är fördelaktig under dessa förhållanden.

Ettlaboratoriumpå institutet för biokemi vidKölns universitet.

Övergångarna som studeras inom kemin kommer som resultat av interaktioner mellan antingen olika kemiska substanser eller mellanmateriaochenergi.Traditionell kemi behandlar undersökandet av interaktioner mellan kemiska substanser i ett kemisktlaboratoriummed hjälp av olika typer av olika glasverktyg.

Enkemisk reaktionär en omvandling av kemiska substanser till en eller flera andra substanser.En reaktion kan skrivas som enreaktionsformel.Antalet atomer till vänster och höger i ekvationen för en kemisk omvandling är allra oftast lika.

Energiochentropiär två mycket viktiga begrepp i nästan all kemi. Kemiska substanser klassificeras efter deras struktur, skepnad, såväl som deraskemiska sammansättning.De kan analyseras med hjälp av olika metoder inomkemisk analys,exempelvis medspektroskopiochkromatografi.

Historia

Forntida egyptierbanade väg för den syntetiska "våtkemin" för upp till 4000 år sedan.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,jäsningför 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.

Demokritosatomismadopterades sedan avEpikuros(341–270 BCE).

Kemins rötter kan spåras tillbaks till upptäckten aveldenoch 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 avjärnochglas.Attguldbörjat 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 föralkeminoch bland annat jakten efterde vises sten,vilken ansågs kunna utföra denna omvandling endast genom dess beröring.Bland de äldsta bevarade skrifterna om alkemi finnsPapyrus graecus Holmiensis(Stockholmpapyrusen)ochLeiden X-papyrusen.

Iantikens Greklandgåratomismtillbaka så långt som 440 år f.Kr., indikerat av bokenDe Rerum Naturaförfattad av den romerskeLucretius50 år f. Kr.Mycket av utvecklingen av de tidiga framreningsmetoderna beskrivs avPlinius den äldrei hans verkNaturalis Historia.

Flera grekiska filosofer hade funderingar om materiens uppbyggnad.Thales från Miletos(cirka625-547f.Kr.) ansåg att allt hade en gemensam ursubstans, nämligen vatten.Anaximenescirka570- cirka526f.Kr. menade att luft var alltingsurämne.

Omkring 500 år f.Kr. ansåg den grekiske filosofenAnaxagorasca500-428att 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.

Empedoklescirka 490- cirka 434 f.Kr. lanserade idén om att allt består av jord, luft, eld och vatten.PlatonochAristotelesstödde Empedokles uppfattning.

En kort historisk översikt: Egyptisk alkemi [3000 f.Kr. – 400 f.Kr.], formulerar tidiga "element" -teorier. Grekisk alkemi [332 f.Kr. – 642 e.Kr.],Alexander den store,kung över detantika kungadömet Makedonien,erövrar Egypten och banar väg förbiblioteket i Alexandria,som blev ett av världens största bibliotek. Muslimsk alkemi [642 e.Kr. – 1200 e.Kr.], det muslimska erövrandet av Egypten (i synnerhet Alexandria); utvecklandet av vetenskapliga metoder avAlhazenochGeber(Jābir ibn Hayyān) revolutionerar kemin. 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-BiruniochAlhazenfortsätter 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. Europeisk alkemi [1100 - nutid], alkemistenPseudo-Geberbygger vidare på arabisk alkemi. Från 1100-talet gjordes allt fler kemiska upptäckter i västra Europa. Kemi [1661],Boyleskriver textenThe Sceptical Chymist. Kemi [1787],LavoisierskriverElements of Chemistry. Kemi [1803],Daltonpublicerar sinatomteori.

De tidigaste pionjärerna inom kemi, och uppfinnarna av den modernavetenskapliga metodikenvar medeltida arabiska och persiska vetenskapsmän. De introducerade precisa observationer och kontrolleradeexperimentinom kemin och upptäckte flera kemiska substanser.

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.Jābirs arbeten blev vitt kända iEuropagenomlatinskaöversättningar iSpanienpå 1300-talet av en anonym alkemist, senare kalladpseudo-Geber,som också skrev några av sina egna böcker underpseudonymen"Geber". Bidraget ifrån indiska alkemister ochmetallurgerunder kemins utveckling var också signifikant.

Antoine Laurent de Lavoisierformuleradelagen om massans bevarandeår 1773 och bidrog därmed till utvecklandet av den moderna kemin.

Under 1100-talet börjar araberna överflyglas av Västeuropa, som under 1200-talet tog ledningen inom kemins utveckling. Under den här tiden börjar dockalkeminoch 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 Valentinusmed 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.

Med Glauber började kemin delvis ändra karaktär, och systematisk analys av tidigare studier fick en större betydelse inom ämnet.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.

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 Priestleysupptäckt av flera tidigare okända gaser.

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 ämnensaffinitetoch 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 Richterbör nämnas, då han var den första att studera vikten hos olika grundämnen och upptäckte en systematik hos dessa, något som kom attJohn Dalton1803 lade fram sinatomteori.

Sedan förståelsen av grundämnena och deras reaktioner blivit kända kom de fortsatta upptäckterna snabbt.Joseph Louis Gay-Lussacsom var verksam som både fysiker och kemist, gjorde sig känd genom sina undersökningar över gasernas natur och egenskaper.Humphry Davyblev 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 Thénardutarbetade 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 keminuppstod som en systervetenskap till denoorganiska kemin.Jöns Jacob Berzeliusspelade en viktig roll genom att ge det experimentella underlaget till Daltons atomteori och under användning av Gay-Lussacs volymlag och den avEilhard Mitscherlichupptäcktaisomorfinge en exakt bestämning av grundämnenans atomvikter. Han utvecklade även laboratoriemetodiken och blev betydelsefull genom sin lärobok i kemi.Michael Faradayblev 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.

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 Wöhler1828 lyckats framställa ett urinämne av oorganisk material, kom bevis att de organiska ämnena var underkastade samma lagar som de oorganiska.Justus von Liebigär 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 avurinsyransnatur. Ett annat viktigt namn varMichel-Eugène Chevreul,som genom att studera fettarterna kunde utreda det kemiska förloppet vidtvålkokningenoch genom sina undersökningar avstearinetge impulsen till dess användning vid ljustillverkning.Jean-Baptiste Dumasbidrog till jordbrukskemins utveckling i Frankrike och var betydelsefull genom sina arbeten om molekylernas lägen i organiska kroppar.August Wilhelm von Hofmannbidrog genom sina undersökningar avanilinfärgernatill att kemisterna inte bara intresserade sig för ämnenas egenskaper och atomvikt utan även efter deras inre struktur.Adolf von Baeyerfortsatte von Liebigs arbete och lyckades skapa syntetiskt framställdindigo.August Kekuléblev betydelsefull inom den organiska kemi genom sin formulering av dek Kekuléskabenzolformeln.

Upptäckterna av de kemiskagrundämnenahar en lång historia som sträcker sig från den tidiga alkemin, med kulmen vid introduktionen av detperiodiska systemetavDmitrij Mendelejev(1834-1907).

Grundläggande koncept

Flerakonceptär essentiella inom kemi, dessa är bland annat:

Atom

Enatomär den basala enheten inom kemi, förutom friaprotoner,neutroner,samtelektroner.Den består av en positivt laddad kärna (atomkärnan), vilken oftast innehåller protoner och neutroner, samt ett antal elektroner som tillsammans balanserar atomens laddning. Atomen är den minstaentitetsom har påvisats påverka grundämnens kemiska egenskaper, såsomelektronegativitet,löslighet,föredraget/föredragnaoxidationsstadium,elektronkonfigurationoch föredragna typer avkemiska bindningar(såsommetallbindningar,jonbindningarochkovalenta bindningar).

Atomkärnan

En atoms kärna och dess antal protoner är vad som ger den sin identitet som grundämne.Litiumhar tre protoner,syrehar åtta, ochkiselhar 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 harkolen instabil isotop som har fjorton neutroner och kallaskol-14.Den enklaste atomenväteatomensförsta isotop saknar dock helt neutroner. Om en atomkärna är isolerad och saknar heltelektronskalså 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.

Proton

En proton är enbaryon(ibland också kallad för enelementarpartikel), vars antal i atomkärnan bestämmer atomens identitet. Den består av tvåuppkvarkaroch ennerkvark,som endast kan existera inom varandras proximitet. Tekniskt sett är en enskild proton en positivvätejon.

Neutron

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 vanligvattenmolekyloch en molekyl avtungt vatten.Olika isotoper kan också kräva mer eller mindre energi för att bytaaggregationstillstånd.Till exempel kan kokpunkter hos flytande ämnen variera.

Elektron

En elektron är enelementarpartikeloch 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.

Orbitaler

Elektroner som tillhör en atom existerar i ett tillstånd som kan liknas vid ett "moln" av sannolikhet. EnligtWerner Heisenbergsosäkerhetsprincipså kan inte både en elektrons hastighet och lokalitet vara bestämd irumtidenvid 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-blocketochf-blocket.

Grundämne

Periodiska systemet. Grupperna löper lodrätt och perioderna vågrätt.

Ettgrundämneär ett kemiskt ämne som består av endast en typ av atomer. Olika grundämnen karaktäriseras av antaletprotoneri 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 avIUPACsom endast artificiellt existerande. Även om samtliga atomkärnor av ett grundämne har samma antal protoner kan antaletneutronerskilja 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 namnsåsomalkalimetaller,alkaliska jordmetaller,halogenerochädelgaser.Tack vare särskilda trender i kemiska egenskaper följer indelningen delvis egenskaper såsomatomradie,elektronegativitet,med flera.

Kemisk förening

Enkemisk föreningär 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 ärvattenen kemisk förening som består avväteochsyrei kvoten 2 till 1, med syreatomen lokaliserad mellan de två väteatomerna i en vinkel på 104,5°.

Kemisk substans

Enkemisk substansär en typ av materia med en bestämdkemisk sammansättningoch bestämda kemiska egenskaper.Strikt sett är inte blandningar av grundämnen ellerkemiska föreningarkemiska substanser, utankemikalier.De flesta substanser vi stöter på i vardagen är någon form av blandning:luft,legeringar,biomassa,etcetera.

Kemiska substansersnomenklaturär 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 Serviceutvecklat en metod för att ge index åt kemiska substanser, ett index som kallasCAS-nummer.

Molekyl

En molekylstruktur illustrerar bindningarna och de relativa atompositionerna hos atomerna i en molekyl, såsom förpaklitaxelhär.

Enmolekylbestår vanligtvis av atomer ihopbundna medkovalenta bindningarpå ett sådant sätt att strukturen är elektriskt neutral, till skillnad ifrånjoner,och så att allavalenselektronerär 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.

Mol

Enmolär 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.Detta antal är känt somAvogadros konstantoch ärempirisktbestämt. Värdet är approximativt 6,02214179 × 10²³mol⁻¹.Ett sätt att försöka förstå betydelsen av termenmolär 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 literlösningbenämns som dessmolaritet.Molaritet är grundenheten i vilken man anger koncentrationen av en lösning.

Joner och salter

Enjonär 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(exempelviskloridCl^-) kan bilda kristallstrukturer av neutralasalter(exempelvisnatriumkloridNaCl).

Joner igasfaskallas ofta förplasma.

Syror och baser

En substans kan ofta klassificeras som ensyraeller 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 Lewisutvecklade 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.

Fas

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 omgivningenstemperaturochtryck,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 fasregelkan 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.

De vanliga exemplen på faser brukar varafast fas,vätskefasochgas.Många föreningar har möjlighet att uppnå flera fasta faser. Exempelvis kanjärnvara i tre fasta faser (alfa, gamma och delta) som varierar beroende på temperatur och tryck. Mindre kända faser inkluderar bland annatplasma,Bose–Einstein-kondensatochfermioniskt kondensat,samt demagnetiskamaterialens faserparamagnetismochferromagnetism.

Redox

Redoxär 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.

Kemisk bindning

Illustration avatom- ochmolekylorbitaler.

Enkemisk bindningär 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 bindningellerjonbindningoch "svaga bindningar" såsomdipol-dipolbindning,van der Waals-bindningellervätebindning.

I många enkla föreningar räcker ofta teorier såsomVSEPR-teorinoch konceptetoxidationstalför att förklara de kemiska strukturerna och dess sammansättning. På liknande sätt kan teorier frånklassisk fysikanvändas för att beskriva mångajonersstruktur. Mer komplicerade föreningar, såsommetallkomplex,kräver dock generellt attmolekylär orbital-teori tillämpas.

Kemisk reaktion

Enkemisk reaktionär en process som leder till omvandlingen av ett kemiskt ämne till ett annat.Kemiska reaktioner kan antingen varaspontanaoch 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 avelementarpartiklarsåväl somkärnreaktioner.Några vanliga typer av kemiska reaktioner, som alla endast involverar bildande och brytande av kemiska bindningar, inkluderar oxidation, reduktion,dissociation,syra-basreaktionochomlagring.

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.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. Mångaintermediatmed varierande stabilitet kan då studeras under en reaktions gång. Flera forskare idag specialiserar sig på att undersöka och föreslå mekanismer för olika kemiska reaktioner.

Kärnreaktion

Det finns en annan typ av reaktion som involverar atomer som kallas förkärnreaktiondär reaktionen sker iatomkärnanistället för mellan atomers valenselektroner. Till skillnad från envanligkemisk reaktion så är dessa fenomen begränsade till enskilda atomer, även om de indirekt kan påverka kemiska substanser. Dessutom kan dessa reaktioner påverka atomkärnansmassaolikt andra kemiska reaktioner som involverar utbytet av elektroner. Det finns ett helt fält av kemi som är tillägnat dessa reaktioner vid namnkärnkemi.

Jämvikt

Kemisk jämviktuppkommer 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.

Energi

Inom kemi ärenergien egenskap hos kemiska ämnen som uppkommer till följd av dessatom- ellermolekylstruktureller sammanlagda struktur. Eftersom en kemisk omvandling alltid associeras med en förändring i en eller flera av dessa strukturer, så kommer en omvandling alltid innebära enökningellerminskningav energin hos de kemiska ämnen som är involverade. Viss energi kan växlas med omgivningen i form avvärmeellerljus,vilket gör attreaktanternastotala energi både kan ha ökat eller minskat. En reaktion sägs varaexotermom den totala energin hos reaktanterna minskar, alltså avger energi till omgivningen. Tvärtom sägs en reaktion varaendotermom 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, enligtBoltzmannsekvation$e^{-E/kT}$- 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 tarentropii beräkning. Fri energi är inomkemisk termodynamikmycket 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 energiär negativ,$\Delta G\leq 0\,$;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 avkvantmekanikenslagar, vilka kräverkvantiseringav 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,NMRochESR.Spektroskopi används också för att identifiera sammansättningen av avlägsna objekt, såsom stjärnor och galaxer, genom att analysera dess strålningsspektra.

Ett emissionsspektrum förjärn.

Termenkemisk energianvänds ofta för att indikera potentialen hos ett kemiskt ämne att omvandlas genom en kemisk reaktion, eller potentialen att omvandla andra ämnen.

Kemins grenar

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.

• Analytisk kemiär 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.
• Biokemiär den del av kemin som studerarkemiska föreningar,kemiska reaktioneroch kemiska processer som äger rum inom levandeorganismer.Biokemi och organisk kemi är mycket närbesläktade, liktläkemedelskemiochneurokemi.Biokemi är också nära associerat medmolekylärbiologiochgenetik.
• Oorganisk kemistuderar egenskaperna och reaktionerna hos oorganiska föreningar. Distinktionen mellan organisk och oorganisk kemi är inte absolut, och de överlappar varandra, exempelvis inommetallorganisk kemi.
• Materialkemiär 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.
• Neurokemiundersöker neuromolekyler, inklusivesignalsubstanser,peptider,protein, sockerarter ochnukleinsyror,deras interaktioner samt dess roll i bildandet, upprätthållandet och modifierandet av nervsystemet.
• Kärnkemiär ett fält i kemin som studerar bland annat radioaktivitet, processer i atomkärnan och atomkärnans egenskaper.Transmutationär en stor del av kärnkemin, ochisotoptabellenär resultat av, samt viktigt verktyg för, kärnkemin.
• Organisk kemistuderar organiska molekylers strukturer, egenskaper, sammansättning, samt deras mekanismer ochreaktioner.En organisk substans definieras som en förening som innehåller kolatomer.
• Fysikalisk kemiär ett fält som studerar de fysiska och fundamentala grunderna i kemiska system och processer, i synnerhet energin och dynamiken hos dessa. Viktiga områden inkluderarkemisk termodynamik,kinetik,elektrokemi,statistisk mekanik,spektroskopiochastrokemi.Fysikalisk kemi överlappar i hög gradmolekylfysiken.Fältet associeras ofta medkvantkemioch teoretisk kemi. Fysikalisk kemi inkluderar ocksåkemisk fysik,och det är oundvikligt att man som fysikalisk kemist jobbar emellanåt inom detta fält.
• Teoretisk kemianvänder sig av matematik och fysik för att förklara eller förutsäga kemiska fenomen. Inom området återfinns bland annatkvantkemiochberäkningskemi.Teoretisk kemi överlappar mycket med denkondenserade materiens fysikoch molekylärfysik.

Andra områden inkluderaratmosfärskemi,elektrokemi,farmakologi,fotokemi,geokemi,grön kemi,hydrogenering,immunohistokemi,jordbrukskemi,kemins historia,kemisk biologi,kemiteknik,läkemedelskemi,matematisk kemi,mekanokemi,miljökemi,molekylärbiologi,nanoteknik,oenologi,petrokemi,termokemi,ytkemi,och många fler.

Destillationskolonner i industriell skala - ett exempel på kemiteknik.

Kemins tillämpning

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 kristallersom tillverkats av kemikalier i flera steg och människors tankar och känslor styrs av kemiska signalämnen i hjärnan.

Garvarekan betraktas som ett av världens äldsta yrken. Framställningen av metaller sombronsochjärnvar historiskt viktig för att den gjorde det möjligt att tillverka olikaredskap.

Dricksvattnet frånvattenverkförhindrar att människor insjuknar och dör i sjukdomar som till exempelkolera.Reningsverkgör 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 manölochvinoch använde som måltidsdryck.

Haber-Boschmetodenfixerarkvävefrån luften i industriell skala och används för att tillverkagödningsmedeltilljordbruketoch förser indirekt en stor del av jordens befolkning medlivsmedel.Olikabekämpningsmedelskyddar också grödorna från angrepp avskadedjurochogräs.Problemet med dessa kemikalier är dock att de när de läcker ut från jordbruket ofta har oönskade konsekvenser i form avövergödningav vatten ochtoxiskaegenskaper när de kommer in iekosystemen.

Polymerteknologinförser oss med till exempelpapper,hygienprodukter,konstruktionsmaterial,textilier,lim,lackochmålarfärg.Ett problem som uppstår är dock att eftersom många av dessa material inte finns naturligt så kan de vara svåra för naturen att bryta ned. Dessutom kan mångaadditivläcka ut i naturen och vara giftiga.

Läkemedelsindustrinframställer läkemedel som behandlar olikasjukdomar.Antibiotikaanvänds för att bota sjukdomar som tidigare var dödliga.Preventivmedelger människor möjligheten att njuta avsexutan 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 tillapoteketför destruktion.

Se även

• Kemist
• Kemiundervisning
• Lista över grundämnen

Referenser

Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material frånengelskspråkiga Wikipedia,Chemistry,7 juni 2010.

Vidare läsning

Populärvetenskap

• Enghag, Per (1998-2000).Jordens grundämnen och deras upptäckt.Stockholm: Industrilitteratur.Libris8233595
• Andersson, Stig; Sonesson Artur, Vannerberg Nils-Gösta (1999).Kemin i samhället(2., [omarb. och utök.] uppl.). Stockholm: Liber.Libris8354174.ISBN 91-47-01382-6 (inb.)
• Atkins, P.W. (på engelska).Galileo's Finger.Oxford University Press.ISBN 0-19-860941-8
• Atkins, P.W. (på engelska).Atkins' Molecules.Cambridge University Press.ISBN 0-521-82397-8
• Stwertka, A. (på engelska).A Guide to the Elements.Oxford University Press.ISBN 0-19-515027-9

Introducerande studentlitteratur

• Larsson, Sven (2008).Fysikalisk kemi(1. uppl.). Lund: Studentlitteratur.Libris10637980.ISBN 978-91-44-02182-9
• Bergström, Lars; Johansson Erik (1991).Partiklarnas värld.Lund: Studentlitteratur.Libris7278069.ISBN 91-44-34251-9
• Ellervik, Ulf; Sterner Olov (2007).Organisk kemi(2. uppl.). Lund: Studentlitteratur.Libris10454110.ISBN 978-91-44-03721-9 (inb.)
• 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
• Chang, Raymond. (1998) (på engelska).Chemistry(6e utgåvan). Boston.ISBN 0-07-115221-0
• Voet and Voet (på engelska).Biochemistry.ISBN 0-471-58651-X

Avancerad student- eller akademisk litteratur

• Atkins, P.W. (på engelska).Physical Chemistry.Oxford University Press.ISBN 0-19-879285-9
• Atkins, P.W. et al. (på engelska).Molecular Quantum Mechanics.Oxford University Press
• McWeeny, R. (på engelska).Coulson's Valence.Oxford Science Publications.ISBN 0-19-855144-4
• Pauling, L. (på engelska).The Nature of the chemical bond.Cornell University Press.ISBN 0-8014-0333-2
• Pauling, L., and Wilson, E. B. (på engelska).Introduction to Quantum Mechanics with Applications to Chemistry.Dover Publications.ISBN 0-486-64871-0
• Smart and Moore (på engelska).Solid State Chemistry: An Introduction.Chapman and Hall.ISBN 0-412-40040-5
• Stephenson, G. (på engelska).Mathematical Methods for Science Students.Longman.ISBN 0-582-44416-0