分析化学
大部分的材料出现在地球上,如木,煤炭,矿物质,或空气,是许多不同和不同的化学物质的混合物。每一个纯化学物质(例如,氧气,铁或水)有一组特征的属性,赋予其化学特性。例如,铁是一种常见的银白色金属融化在1535°C,非常可塑的,很容易与氧结合形成共同的物质赤铁矿和磁铁矿。铁的混合金属的检测,或在一个复合如磁铁矿的一个分支分析化学名为定性分析。测量的实际数量的某种物质称为的化合物或混合物定量分析。定量分析测量已确定,例如,铁72.3%,的质量,磁铁矿,常见矿物黑砂沿着海滩和银行。多年来,化学家发现了化学反应,表明这种元素物质的存在,容易看到和识别产品的生产。铁能被探测到的通过化学手段如果它存在于样本的数量1百分率或更大。一些非常简单的定性测试揭示特定的化学元素的存在更小。的黄色火焰,钠是可见的,如果样品被点燃1000000000克的钠。这样的分析测试允许化学家确定杂质的类型和数量在各种物质和确定的属性很纯的材料。常见的物质实验室实验通常有杂质水平的不到0.1%。对于特殊应用程序,可以购买的化学物质有杂质总额不到0.001%。纯物质的识别和分析化学混合物使所有其他化学物质学科蓬勃发展。
分析化学的重要性从来没有比今天更大。在现代社会,各种需求的安全食品,负担得起的消费品,丰富能源和劳动节约型技术地方上一个很大的负担环境。所有化学制造业生产废物除了所需的物质,和废物处理并不总是小心地进行。中断的环境从文明的曙光出现,污染问题增加了全球人口的增长。分析化学的技术是依靠大量维持良性的环境。不良物质在水、空气、土壤、和食品必须确定,固定的,回到原点、安全、经济的方法消除或中和。一旦污染物的数量被认为是危险评估,它成为重要的检测有害物质浓度远低于危险水平。分析化学家寻求发展越来越准确和敏感技术和仪器。
精密的分析仪器,往往伴随着计算机、改善了化学家可以识别物质的准确性,降低检测极限。一般使用的分析技术气相色谱法,分离气体混合物通过不同组件的混合物通过一个长,窄栏的吸收剂多孔材料。这种吸收剂的不同气体相互作用的不同材料和通过列在不同的利率。列的单独的气体流出,他们可以被传递到另一个分析仪器称为质谱计,根据他们的质量分离物质组成离子。一个组合气体相色谱仪光谱仪可以迅速识别单个组件的化学混合物的浓度可能不会超过十亿分之几。相似或更大的敏感性可以获得有利的条件下使用技术,如原子吸收,极谱法、中子活化。仪器的速度创新这种分析仪器通常在10年内过时的介绍。新仪器更准确和更快的和广泛使用的环境和药物化学领域。
无机化学
现代化学、日期或多或少的接受守恒定律质量在18世纪晚期,最初关注那些没有与生物有关的物质。这些物质的研究中,通常有很少或没有碳,构成的纪律无机化学。早期作品试图识别简单substances-namely,元素是成分的更复杂的物质。一些元素,比如黄金和碳,已经知道自古以来,和许多其他被发现和研究整个19世纪和20世纪初建造的。今天,超过100人是已知的。这种简单无机的研究化合物作为氯化钠(食盐)导致了现代化学的一些基本概念,定比定律提供一个明显的例子。这个法律规定,对于大多数纯化学物质组成元素总是出现在固定比例由质量(例如,每100克盐含有39.3克的钠和60.7克的氯)。盐的结晶形式,被称为岩盐由混合钠和氯原子,钠原子对于每一个氯。这种化合物,形成完全由两个元素的结合,称为二元化合物。在无机化学二元化合物是非常普遍的,他们表现出小结构不同。出于这个原因,无机化合物的数量是有限的尽管大量的元素可能会相互反应。如果三个或三个以上元素在一种物质结合,结构的可能性变得更大。
经过一段时间的静止在20世纪早期,无机化学又一次成为一个令人兴奋的研究领域。化合物的硼和氢,被称为硼烷具有独特的结构特点,被迫改变思考无机分子的结构。一些无机物质结构特点被认为只出现在碳化合物,和一些无机聚合物甚至被生产。陶瓷材料组成的无机元素与氧相结合。几个世纪以来,已经由强烈加热陶瓷对象船由矿物粉的粘贴。尽管陶瓷相当困难和稳定在非常高的温度,他们通常是脆弱的。目前,新陶瓷强大到足以被用作在喷气发动机涡轮叶片制造。陶瓷有希望终有一天会取代内燃机的钢铁组件。1987年,一个陶瓷包含钇,钡,铜,氧气YBa,近似公式2铜3O7,被发现超导体在一个温度约100 K。不抵抗的超导体的通道电流,这种新型的陶瓷很可能发现电和磁应用中广泛使用。一个超导陶瓷是如此简单,它可以在做好准备高中实验室。发现说明了化学的不可预知性,对于基本的发现仍然可以用简单的设备和廉价的材料。
许多最有趣的发展无机化学与其他学科的桥梁。有机金属化学调查包含无机元素的化合物结合富含碳的单位。许多有机金属化合物在化学工业中起着重要的作用催化剂,这些物质能够加快反应的速度,即使在只有极少量。已经取得了一些成功的使用这种转化的催化剂天然气相关但更多有用的化学物质。化学家也创造了大量的无机分子包含一个核心的金属原子,如铂,包围着一个shell不同的化学单位。这些化合物,称为金属集群,金属的特性,而其他反应的方式类似于生物系统。微量金属在生物系统等过程至关重要呼吸、神经功能和细胞代谢。这种过程形成生物无机化学的研究对象。尽管有机分子曾经被认为是区分生物的化学特性,现在知道无机化学起着至关重要的作用。
有机化学
有机化合物的化学结构是基于碳。碳的独特之处在于结构的种类和程度可以从原子的三维连接结果。光合作用转化的过程二氧化碳和水和氧的化合物称为碳水化合物。这两个纤维素植物的物质结构刚度,和淀粉植物的能量储存产品,高分子碳水化合物。简单碳水化合物由光合作用形成的原材料无数有机化合物中发现的植物和动物王国。当结合变量数量的氢、氧、氮,硫、磷等元素,碳化合物的结构的可能性变得无限,其数量远远超过了所有有机化合物。有机化学的主要焦点是隔离,净化,这些天然物质结构的研究。许多天然产物是简单的分子。例子包括甲酸(HCO2在蚂蚁H),酒精(C2H5在发酵的水果哦),草酸(C2H2O4在大黄叶子。其他天然产品,如青霉素、维生素B12、蛋白质和核酸,是极其复杂的。纯天然产品的隔离从宿主生物体困难重重,他们可能存在的低浓度。一旦被隔离在纯形式,然而,现代仪器技术可以揭示结构细节量体重仅为一百万克。相关化合物的理化性质和结构特点是物理有机化学的领域。一旦属性赋予在由特定的物质结构单元称为官能团是已知的,就可以设计新颖的分子可能出现所需的属性。的准备,在实验室控制条件下,特定的化合物被称为合成化学。一些产品更容易合成比从他们的天然来源收集和净化。吨的维生素C例如,每年合成。小说许多合成物质属性,使他们特别有用。塑料是一个典型的例子,许多药物和农用化学品。持续合成化学家们面临的挑战是大多数有机物质结构的复杂性。合成所需的物质,原子必须以正确的顺序拼凑和合适的三维关系。正如某一堆木材和砖可以组装在许多方面建造房屋的几个不同的设计,也可以固定数量的原子被连接在一起以各种方式给不同的分子。只有一个结构安排的与自然发生的许多可能性将是相同的分子。抗生素红霉素,例如,包含37个碳,氢,67和13个氧原子和一个氮原子。即使按正确顺序连接在一起,这些118个原子可以产生262144种不同的结构,只有其中一个自然红霉素的特点。有机化合物的丰富,他们在生命化学的基本作用,及其结构多样性他们的研究尤其具有挑战性和令人兴奋的。有机化学是最大的专业范畴中化学的各个领域。