化学
化学 (かがく、Chemistry) とは、原子・分子を物質の構成要素と考え、物質の構造・性質・反応を研究する自然科学の一分野である。 幕末から明治初期にかけてはセイミと呼ばれた。
物質の構造
分子は原子から構成されるが、その原子間の結び付きを化学結合と呼ぶ。 分子はある空間的構造をとり、それを分子構造と呼ぶ。 構成原子が同じ分子でも分子構造が異なれば、異なる分子である。
化学反応
複数の物質を混合したり、必要があれば加熱・冷却する事により 異なる化合物ができる。これを化学反応と呼ぶ。 化学反応は物質を構成する原子の間の化学結合の変化により起きる。化学反応前と化学反応後の全体の質量は変わらない。これを質量保存の法則(あるいは質量不変の法則)という。
物質の状態
物質の状態には固態、液態、気態の三態があり、これらの状態にある物体を固体、液体、気体という。 また、相律のように物質を相の立場から取り上げる場合には、固相、液相、気相と呼ぶ。気体は純物質でも混合物でも常に1相であるが、液体の場合には水と油の混合物のように多相となることがある。また固体では、黒鉛とダイヤモンド、カーボンナノチューブのように多種の結晶構造を示すものが多く、これを多形と呼ぶ。 温度、圧力などの状態変数の変化に伴う、ある相から他の相への変化を相転移と呼ぶ。 複数の相が共存した物質系に外部から作用を加えることなく十分長い時間経過させたとき、いかなる変化も観測されない状態を相平衡状態という。相平衡には、熱力学的平衡と化学平衡とがある。
専門分野
原子は電子と原子核とから構成され、化学結合や化学反応は微視的には量子力学を用いて説明できる。化学反応における反応物と生成物の量的関係、物質の状態変化は熱力学や統計力学を用いて説明できる。このように物理法則をもとに化学現象を説明する学問は物理化学と呼ばれる。現代の物理化学は、量子力学を基礎として化学の諸問題を議論する量子化学、物理的方程式からスーパーコンピュータを用いて物質の状態を予測する計算化学など様々に細分化している。研究方法、研究物質の違いによって多くの分野が存在する。しかし、各分野間には関連領域が存在するため明確に区別することは難しい。以下に代表的なものを挙げる。これらを含む化学の他の分野については一覧を参照のこと。
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