Kemio

naturscienco pri la strukturo kaj kvalito de materio, atomoj, kaj molekuloj
(Alidirektita el Kemia)

Kemio (aŭ ĥemio) estas la scienco, kiu studas:

  1. la konsiston kaj la strukturon de la materio,
  2. la ecojn de la materio,
  3. la ŝanĝiĝojn, kiuj okazas al la materio kaj la kondiĉojn necesajn por estigi aŭ eviti tiajn ŝanĝiĝojn.

Ĉia materio apartenas al unu el la du ĉefaj kategorioj: aŭ pura substancomiksaĵo. Gravas rimarki, ke ekzistas signifa diferenco inter la terminoj "substanco" kaj "pura substanco". Substanco estas ĝenerala termino por iu ajn speco de materio.

Kemiistoj studas la ĥemiajn elementojn. Ĉiu elemento havas nur unu specon de atomo. En la kemio la elementoj diferencas laŭ la nombro de la elektronoj en siaj atomoj kaj laŭ siaj atompezoj. Ĉiu atomo de iu elemento havas la saman nombron da protonoj, sed la nombro de neŭtronoj povas varii, farante malsamajn izotopojn. Se al atomo mankas elektrono, la atomo estas jonigita.

Karbono estas elemento tre grava por la vivo. La kombinaĵoj kun karbono estas organikaj, kaj la kombinaĵoj sen karbono estas neorganikaj.

EtimologioRedakti

 
Gravuraĵo de Pieter Bruegel la pliaĝa: La alkemiisto.

La vorto kemio devenas el la novgreka χημεία [çiːˈmiːa], laŭlitere "[la arto de metal-]gisado" en la senco de metamorfozo. Ekde la 13-a jarcento ekzistis la vorto alkemio, tio estas "la arto pri orfabrikado"[1]: la vorto devenas verŝajne el la araba al-kīmiyá, kiu povas signifi interalie "ŝtono de la saĝuloj", eble el la malnova greka χυμεία, chymeía, "la gisado", aŭ el la kopta/antikva egipta kemi, "nigraj teroj".

HistorioRedakti

 
La "alkemiistaj figuroj" de Nicolas Flamel.

La kemio de antikveco konsistis el la kolektita praktika sciaro pri materiŝanĝiĝprocedoj kaj naturfilozofaj ideoj. La kemio de la mezepoko evoluiĝis el alkemio, kiun oni praktikis en Ĉinujo, Eŭropo kaj Hindujo jam de jarmiloj.

Alkemiistoj okupiĝis kaj pri la nobeligo de metaloj (produktado de oro el aliaj nenobelaj metaloj), sed ankaŭ pri la eltrovo de kuraciloj, aŭ ĉionkuracilo por ĉiuj malsanoj. Ĉefe por la produktado de oro, alkemiistoj serĉis eliksiron, la ŝtonon de la saĝuloj, kiu ŝanĝu nenobelan ("malsanan") metalon en nobelan ("sanan"). Ankaŭ en la medicina fako de alkemio oni serĉis eliksiron, la viveleksiron, tio estas kuracilo por ĉiaj malsanoj, kiuj fine ankaŭ donos nemortemon. Tamen neniu alkemiisto iam ajn trovis la ŝtonon de la saĝuloj aŭ la viveliksiron.

Ĝis la fino de la 16-a jarcento la imaga mondo de alkemiistoj kutime ne baziĝis je sciencaj esploroj, sed pri spertaĵoj kaj empiriaj receptoj. Alkemiistoj multe eksperimentis kaj uzis por notado la samajn simbolojn kiel astrologoj. La mistera maniero de iliaj eksperimentoj, kiel la ofte estigitaj koloraj flameroj, fumo aŭ eksplodoj igis ilin konataj kaj foje persekutitaj kiel magiistoj kaj sorĉistoj. Alkemiistoj uzis la samajn aparatojn kaj ilojn por siaj eksperimentoj, kiajn oni uzas ankoraŭ nuntempe.

Alberto la GrandaAlbertus Magnus estis fama alkemiisto. Kiel klerikano li traktis tiajn temojn kaj trovis dum eksperimentado novan kemian elementon, nome arsenon. Nur Paracelsus evoluigis alkemion de empiria al pli eksperimenta scienco, kiu iĝis la bazo de la moderna kemio.

Kemio kiel scienco ricevis gravajn impulsojn en la 18-a kaj 19-aj jarcentoj: ĝi estis starigita sur la bazojn de mezurprocedoj kaj eksperimentoj - kiel la uzo de la pesilo kaj la pruveblo de hipotezoj kaj teorioj pri materioj kaj materiŝanĝiĝoj.

La laboroj de Justus von Liebig pri la efikomaniero de sterko fondis agrokemion kaj alportis gravajn konojn pri la neorganika kemio. La serĉado de sintetika anstataŭaĵo de la farbilo indigo por farbi teksaĵojn estis la elirpunkto por la evoluo de la organika kemio kaj de la farmakologio. En ambaŭ fakoj Germanujo havis ĝis la komenco de la 20-a jarcento absolutan antaŭrangan pozicion, kiu ebligis ekzemple la fabrikadon de eksplodaĵoj necesaj por la unua mondmilito ne el importitaj nitratoj, sed per katalizo el aera azoto laŭ la procezo de Haber-Bosch.

La aŭtarkiaj streboj de la nazioj donis pliajn impulzojn al kemio kiel scienco. Por sendependiĝi de la nafto-importoj evoluiĝis procedoj por fluigi terkarbon (procezo de Fischer-Tropsch). Alia ekzemplo estis la kreado de sintetika kaŭĉuko por fabriki pneŭojn.

Nuntempe kemio estas grava parto de kulturo. Kemiaj produktoj ekzistas ĉie, eĉ kiam oni ne konscias pri tio. Tamen akcidentoj de la kemia industriego, kiel ekzemple tiu de Seveso en Italujo kaj de Bhopalo en Barato, donis tre negativan bildon al kemio, tiel ke frapfrazoj kiel "for de kemio!"[2] populariĝis, kvankam tio enfermas gravan kontraŭdiron, ĉar absolute ĉio ĉirkaŭe estas kemio, nome komponita de atomoj kaj molekuloj, kiuj konstante povas ŝanĝiĝi kaj fakte ŝanĝiĝas, partikulare se temas pri organikaj estaĵoj.

Modernaj principojRedakti

 
Laboratorio, Instituto de Biokemio, Universitato de Kolonjo en Germanio.

La nuntempa modelo de atoma strukturo estas la Kvantum-mekanika modelo.[3] Tradicia kemio startis per la studo de elementaj partikloj, atomoj, molekuloj,[4] substancoj, metaloj, kristaloj kaj aliaj agregaĵoj de materio. Materio povas esti studita en solida, likva, gasa kaj plasma statoj, ĉu izole ĉu kombine. La interagoj, reakcioj kaj transformoj kiuj estas studitaj en kemio estas kutime la rezulto de interagadoj inter atomoj, kio kondukis al rearanĝoj de la kemiaj ligiloj kiuj tenas atomojn kune. Tiaj kondutoj estas studitan en kemiaj laboratorioj.

La kemiaj laboratorioj stereotipe uzas variajn formojn de laboratoria vitrujaro. Tamen vitrujaro ne estas centra por kemio, kaj granda parto de la eksperimentoj (same kiel la aplikita/industria) kemio estas farata sen ĝi.

 
Solvaĵoj de substancoj en reakciaj boteloj, inkludantaj amonian hidroksidon kaj nitratan acidon, diferencigitaj per diversaj koloroj.

Kemia reakcio estas transformo de kelkaj substancoj en unu aŭ pliaj diferencaj substancoj.[5] La bazo de tia kemia transformado estas la rearanĝo de elektronoj en la kemiaj ligiloj inter atomoj. Ĝi povas esti simbole priskribita pere de kemiaj ekvacioj de simboloj kaj formuloj, kiuj kutime roluligas atomojn kiel subjektoj. La nombro de atomoj kaj maldekstre kaj dekstre de la ekvacio por kemia transformado estas egala. (Kiam la nombro de atomoj en unu flanko estas malegala, la transformado estas referencata kiel nuklea reakcioradioaktiva malkompono.) La tipo de kemiaj reakcioj kiujn substanco povas suferi kaj la energiŝanĝoj kiuj povas akompani ĝin estas limigitaj per kelkaj bazaj reguloj, konataj kiel sciencaj leĝoj.

Konsideroj pri energio kaj entropio estas sendube gravaj en preskaŭ ĉiuj kemiaj studoj. Kemiaj substancoj estas klasigitaj laŭ terminoj de ties strukturo, fazo, same kiel laŭ ties kemiaj komponoj. Ili povas esti analizitaj uzante ilojn por kemia analizo, ekz. spektroskopio kaj kromatografio. Sciencistoj kiuj dediĉas sin al la kemia esplorado estas konataj kiel kemiistoj.[6] Plej kemiistoj specializiĝas en unu aŭ pliaj sub-fakoj. Kelkaj konceptoj estas esencaj por la studo de kemio; kelkaj el tiuj estas la jenaj:[7]

MaterioRedakti

  Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Materio.

En kemio, materio estas difinita kiel io kiu havas ripozan mason kaj volumenon (ĝi okupas spacon) kaj estas farita per partikloj. Ankaŭ la partikloj kiuj formas materion havas ripozan mason – ne ĉiuj partikloj havas ripozan mason, kiel la fotono. Materio povas esti pura kemia substancomiksaĵo de substancoj.[8]

AtomoRedakti

  Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Atomo.
 
Diagramo de atomo bazita sur la modelo Bohr.

La atomo estas la baza unuo de kemio. Ĝi konsistas el densa kerno nome atoma nukleo ĉirkaŭita de spaco okupita per elektronaro. La nukleo estas formita de pozitive ŝarĝitaj protonoj kaj neŝarĝitaj neŭtronoj (kune nomitaj nukleonoj), dum la elektronaro konsistas el negative ŝarĝitaj elektronoj kiuj orbitas ĉirkaŭ la nukleo. En neŭtrala atomo, la negative ŝarĝitaj elektronoj ekvilibrigas la pozitivan ŝarĝon de la protonoj. La nukleo estas densa; la maso de nukleono estas proksimume 1836 fojojn tiu de elektrono, kvankam la radiuso de atomo estas ĉirkaŭ 10 000 fojojn tiu de sia nukleo.[9][10]

La atomo estas ankaŭ la plej malgranda ento kiu povas esti kapabla reteni la kemiajn proprecojn de la elemento, kiel estas la elektronegativeco, joniga energio, preferataj oksidiĝaj statoj, kunordiga nombro, kaj preferataj tipoj de ligoj kiuj forma (ekz., metalaj, jona, kovalenta).

ElementoRedakti

 
Normiga formo de la perioda tabelo de kemiaj elementoj. La koloroj reprezentas diferencajn kategoriojn de elementoj.
  Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Kemia elemento.

Kemia elemento estas pura substanco kiu estas komponita de unusola tipo de atomo, karakterizita de sia partikulara nombro de protonoj en la nukleoj de siaj atomoj, konata kiel atoma nombro kaj reprezentata pere de la simbolo Z. La masnombro estas la sumo de la nombro de protonoj kaj neŭtronoj en nukleo. Kvankam ĉiuj la nukleoj de ĉiuj atomoj apartenantaj al unu elemento havas la saman atoman nombron, ili ne necese havas la saman masnombron; atomoj de elemento kiu havas diferencajn masnombrojn estas konata kiel izotopoj. Por ekzemplo, ĉiuj atomoj kun 6 protonoj en siaj nukleoj estas atomoj de la kemia elemento karbono, sed atomoj de karbono povas havi masnombrojn de 12 aŭ 13.[10]

La normiga prezentado de kemiaj elementoj estas en la perioda tabelo, kiu ordigas elementojn laŭ atoma nombro. La perioda tabelo estas aranĝita en grupoj, aŭ kolumnoj, kaj periodoj, aŭ linioj. La perioda tabelo estas utila por identigi periodajn proprecojn.[11]

KomponaĵoRedakti

 
Karbona dioksido (CO2), ekzemplo de kemia komponaĵo.
  Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Kemia komponaĵo.

Komponaĵo estas pure kemia substanco komponita el pli ol unu elemento. La proprecoj de komponaĵo montras malmultan similecon kun tiuj de siaj elementoj.[12] La normiga nomenklaturo de komponaĵoj estas decidita de la Internacia Unio de Pura kaj Aplikata Kemio (IUPAK). organikaj kombinaĵoj estas nomitaj laŭ la sistemo de organika nomenklaturo.[13] La nomoj por la neorganikaj kombinaĵoj estas kreata laŭ la sistemo de neorganika nomenklaturo. Kiam komponaĵo havas pli ol unu komponanto, ili estas dividataj en du klasoj, nome elektropozitivaj kaj elektronegativaj komponantoj.[14] Aldone, la usona servo "Chemical Abstracts Service" organizis metodon por indeksigi kemiajn substancojn. En tiu skemo ĉiu kemia substanco estas identigebla per numero konata kiel CAS-numero.

MolekuloRedakti

  Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Molekulo.
 
Bul-bastona reprezentaĵo de molekulo de kafeino (C8H10N4O2).

Molekulo estas la plej malgranda nedividebla parto de pura kemia substanco kiu havas sian unikan aron de kemiaj proprecoj, tio estas, ties potencialo por elteni ian aron de kemiaj reagoj kun aliaj substancoj. Tamen, tiu difino bone funkcias nur por substancoj kiuj estas komponitaj el molekuloj, kio ne okazas en multaj substancoj (vidu sube). Molekuloj estas tipe aro de atomoj kunligitaj per kovalentaj ligoj, tiel ke la strukturo estas elektre neŭtrala kaj ĉiuj valentaj elektronoj estas parigitaj kun aliaj elektronoj ĉu per ligoj ĉu en izolaj paroj.

Tiel, molekuloj ekzistas kiel elektre neŭtralaj unuoj, male al jonoj. Kiam tiu regulo estas rompita, havigante al la "molekulo" ŝarĝon, la rezulto estas foje nomita molekula jono aŭ pluratoma jono. Tamen, la diskreta kaj separata naturo de la molekula koncepto kutime postulas, ke molekulaj jonoj aperu nur en bone-separata formo, kiel direktita radio en vakuo en mas-spektromezurilo. Ŝarĝitaj pluratomaj kolektoj ekzistantaj en solidoj (por ekzemplo, komunaj sulfataj aŭ nitrataj jonoj) estas ĝenerale nekonsiderataj "molekuloj" en kemio. Kelkaj molekuloj enhavas unu aŭ pliajn neparigitajn elektronojn, kreante radikalojn. Plej radikaloj estas kompare reagemaj, sed kelkaj, kiel la Nitrogena monooksido (NO) povas esti stabilaj.

 
Struktura formulo de molekulo de benzeno (C6H6).

La "inertaj" aŭ noblagasaj elementoj (heliumo, neono, argono, kriptono, ksenono kaj radono) estas komponitaj el izolaj atomoj kiel plej malgranda diskreta unuo, sed la aliaj izolaj kemiaj elementoj konsistas el ĉu molekuloj aŭ ĉu retoj de atomoj ligitaj unuj al aliaj iel. Identigeblaj molekuloj komponas familiarajn substancojn kiel akvo, aero, kaj multajn organikajn komponaĵojn kiel alkoholo, sukero, benzino, kaj la variaj kuraciloj.

Tamen, ne ĉiuj substancoj aŭ kemiaj komponaĵoj konsistas el diskretaj molekuloj, kaj ja plej el la solidaj substancoj kiuj dormas la solidan kruston, mantelon kaj kernon de la Tero estas kemiaj komponaĵoj sen molekuloj. Tiuj aliaj tipoj de substancoj, kiel la jonaj komponaĵoj kaj la ĉensolidoj, estas organizitaj tiel ke mankas la ekzisto de identigeblaj molekuloj per se. Anstataŭe, tiuj substancoj estas studataj kiel unuecaj formulojunuecaj ĉeloj kiel la plej malgranda ripetata strukturo ene de la substanco. Ekzemploj de tiaj substancoj estas mineralaj saloj (kiel la tablosalo), solidoj kiel karbono kaj diamantoj, metaloj, kaj familiaraj silico kaj silikatmineraloj kiel kvarco kaj granito.

Unu el la ĉefaj karakteroj de molekulo estas ties geometrio ofte nomata ties strukturo. Kvankam la strukturo de diatomaj, triatomaj aŭ kvar-atomaj molekuloj povas esti triviala (linia, angula piramida ktp.), la strukturo de pluratomaj molekuloj, kiuj estas konstituitaj de pli ol ses atomoj (de kelkaj elementoj) povas esti ŝlosila pro sia kemia naturo.

Substanco kaj miksoRedakti

Kemia substanco estas tipo de materio kun difinita kemia kompono kaj aro de kemiaj proprecoj.[15] Kolekto de substancoj estas nomata mikso. Ekzemploj de miksoj estas aero kaj alojoj.[16]

Fazo de materioRedakti

 
Diagramo montranta rilatojn inter la fazoj kaj la anglalingvajn terminojn uzatajn por priskribi fazŝanĝojn.
  Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Fazo de materio.

Aldone al la specifaj kemiaj proprecoj kiuj distingigas diferencajn kemiajn klasifikojn, kemiaĵoj povas ekzisti en kelkaj fazoj. Por la plej parto, la kemiaj klasigoj estas sendependaj el tiuj kernaj fazklasifikoj; tamen, kelkajpli raraj fazoj estas nekongruebaj kun kelkaj kemiaj proprecoj. Fazo estas serio de statoj de kemia sistemo kiu havas similaajn kernajn strukturajn proprecojn, laŭ ampleksa gamo de kondiĉoj, kiel premotemperaturo.

Fizikaj proprecoj, kiel denseco kaj refrakta indico, tendencas fali ene de valoroj karakteraj de la fazo. La fazo de materio estas difinita de faztransiro, kio okazas kiam energio enmetita aŭ elmetita en aŭ el la sistemo venas rearanĝi la strukturon de la sistemo, anstataŭ ŝanĝi la kernajn kondiĉojn.

Foje la distingo inter fazoj povas esti kontinua anstataŭ havi diskretan limon. En tiu okazo la materio estas konsiderata en superkrita stato. Kiam tri statoj kuniĝas baze sur la kondiĉoj, tio estas konata kiel triobla punkto kaj ĉar tio estas nevaria, ĝi estas konvena sistemo difini kondiĉaron.

La plej familiaraj ekzemploj de fazoj estas solidoj, likvoj, kaj gasoj. Multaj substancoj montras multajn solidajn fazojn. Por ekzemplo, estas tri fazoj de solida fero (alfa, gamma, kaj delta) kiuj varias baze sur temperaturo kaj premo. Ĉefa diferenco inter solidaj fazoj estas la kristala strukturo, aŭ aranĝo, de la atomoj. Alia fazo ofte trafita en la studo de kemio estas la akveca fazo, kiu estas la stato de substancoj dissolvitaj en akveca solvaĵo (tio estas, en akvo).

Malpli familiaraj fazoj estas la plasmoj, la kondensaĵoj Bose–Einstein, la fermionaj kondensaĵoj kaj la paramagnetaj kaj feromagnetaj fazoj de magnetaj materialoj. Dum plej familiaraj fazoj temas pri tri-dimensiaj sistemoj, estas eble ankaŭ difino analogojn en du-dimensiaj sistemoj, kiuj estis ricevintaj atenton pro sia gravo por sistemoj en biologio.

LigojRedakti

  Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Kemia ligo.
 
Animacio de la procezo de jona ligo inter natrio (Na) kaj kloro (Cl) por formi natrian kloridon, nome komuna tablosalo. Jona ligo postulas unu atomon kiu ekprenas valencajn elektronojn el alia (kontraste al kunhavo, kio okazas en kovalenta ligo).

Oni diras, ke atomoj kunmetitaj en molekuloj aŭ kristaloj estas ligitaj unu kun alia. Kemia ligo povas esti komprenita kiel la multpolusa ekvilibro inter la pozitivaj ŝarĝoj en la nukleoj kaj la negativaj ŝarĝoj oscilantaj ĉirkaŭ ili.[17] Pli ol simpla altiro kaj malaltiro, la energioj kaj distribuoj karakterizas la disponeblon de elektrono por ligi sin.

Kemia ligo povas esti kovalenta ligo, jona ligo, hidrogena ligo aŭ okazigita per la forto de Van-der-Waals. Ĉiu el tiuj tipoj de ligoj estas atribuita al ioma potencialo. Tiuj potencialoj kreas la interagojn kiuj tenas atomojn kune en molekulojkristaloj. En multaj simplaj komponaĵoj, la teorio de valenta ligo, la modelo de Valenta Elpelo de Paro de Elektronujoj (VSEPR-teorio), kaj la koncepto de oksidiĝa nombro povas esti uzata por klarigi molekulajn strukturon kaj komponon.

Jona ligo estas formita kiam metalo perdas unu aŭ pliajn el siaj elektronoj, iĝante pozitive ŝarĝita katjono, kaj la elektronoj estas tiam akiritaj de ne-metala atomo, iĝante negative ŝarĝita anjono. La du kontraŭe ŝarĝitaj jonoj altiras unu la alian, kaj la jona ligo estas la elektrostatika forto de altiro inter ili. Por ekzemplo, natrio (Na), metalo, perdas unu elektronon por iĝi katjono Na+ dum kloro (Cl), ne-metalo, akiras tiun elektronon por iĝi Cl. La jonoj estas tenitaj kune pro la elektrostatika forto de altiro, kaj tiel la komponaĵo natria klorido (NaCl), nome komuna tablosalo, estas formata.

 
En la molekulo de metano (CH4), la karbona atomo kuhavas paron de valentaj elektronoj kun ĉiu el la kvar hidrogenaj atomoj. Tiel, la okopa regulo estas kontentigita per C-atomo (ĝi havas ok elektronojn en sia valentujo) kaj la duopa regulo estas kontentigita per la H-atomoj (ili havas du elektronojn en siaj valentujoj).

En kovalenta ligo, unu aŭ pliaj paroj de valentelektronoj estas kunhavataj de du atomoj: la rezultanta elektre neŭtrala grupo de ligitaj atomoj estas nomita molekulo. Atomoj kunhavas valentelektronojn tiel por krei elektronan kunfiguron de nobla gaso (ok elektronoj en sia plej ekstera ujo (ŝelo)) por ĉiu atomo. Oni diras, ke atomoj kiuj tendencas kombini tiel ke ĉiuj el ili havas ok elektronojn en sia valentujo sekvas la okopan regulon. Tamen, kelkaj elementoj kiel hidrogeno kaj litio bezonas nur du elektronojn en sia plej ekstera ujo por akiri tiun stabilan kunfiguron; oni diras, ke tiuj atomoj sekvas la duopan regulon, kaj tiel ili atingas la elektronan kunfiguron de la nobla gaso heliumo, kiu havas du elektronojn en sia plej ekstera ujo

Simile, teorioj el la klasika fiziko povas esti uzataj por antaŭdiri multajn jonajn strukturojn. Kun pli komplikaj komponaĵoj, kiel en metalkompleksoj, la teorio de valenta ligo estas malpli aplikebla kaj alternativaj alproksimiĝoj kiel la teorio de molekula orbito, estas ĝenerale pli uzataj. Vidu ekzemple diagramon pri elektronikaj orbitoj.

EnergioRedakti

  Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Energio.

En la kunteksto de kemio, energio estas atributo de substanco kiel konsekvenco de sia atoma, molekula aŭ agregaĵa kemia strukturo. Ĉar kemia transformo estas akompanata de ŝanĝo en unu aŭ pliaj tipoj de tiuj tipoj de strukturoj, ĝi estas senvarie akompanata de endoterma pliigo aŭ malpliigo de energio de la koncernaj substancoj. Kelka energio estas transigita inter la ĉirkaŭo kaj la reakciantoj de la reakcio en la formo de varmo aŭ de lumo; tial la produktoj de reakcio povas havi pli aŭ malpli da energio ol la reakciantoj.

Oni diras, ke reakcio estas eksergona se la fina stato estas pli malalta en la energia skalo ol la dekomenca stato; okaze de endergona reakcio la situacio estas la mala. Oni diras, ke reakcio estas eksoterma se la reakcio liberigas varmon al la ĉirkaŭo; en la okazo de endotermaj reakcioj, la reakcio absorbas varmon el la ĉirkaŭo.

Kemiaj reakcioj estas senvarie ne eblaj se la reakciantoj ne surpasas energibarilon konatan kiel "aktiviga energio". La rapido de kemia reakcio (je difinita temperaturo T) estas rilata al la aktiviga energio E, fare de la populacifaktoro de Boltzmann   – kio estas la probableco ke molekulo havu energion pli grandan aŭ egalan al E je difinita temperaturo T. Tiu eksponencia dependeco de reakcia indico pri temperaturo estas konata kiel Ekvacio de Arrhenius. La aktiviga energio necesa por ke okazu kemia reakcio povas esti en la formo de varmo, de lumo, de elektro aŭ de mekanika forto en la formo de ultrasono.[18]

Rilata koncepto de libera energio, kiu aligas ankaŭ prientropiajn konsiderojn, estas tre utilaj rimedoj por antaŭvidi la fareblon de reakcio kaj determini la staton de ekvilibro de kemia reakcio, en kemia termodinamiko. Reakcio estas farebla nur se la totala ŝanĝo en la Gibsa libera energio estas negativa,  ; se ĝi estas egala al nulo, oni diras, ke la kemia reakcio estas je ekvilibro.

Ekzistas nur limigitaj eblaj statoj de energio por elektronoj, atomoj kaj molekuloj. Tiuj estas determinitaj de la reguloj de kvantuma mekaniko, kiu postulas kvantumigon de energio je ligila sistemo. Oni diras, ke la atomoj/molekuloj en pli alta energistato estas ekscititaj. La molekuloj/atomoj de substanco en ekscitita energistato estas ofte multe pli reakciemaj; tio estas, pli pretaj al kemiaj reakcioj.

La fazo de substanco estas senvarie determinita per sia energio kaj la energio de sia ĉirkaŭo. Kiam la intermolekulaj fortoj de substanco estas tiaj ke la energio de la ĉirkaŭo ne estas sufiĉa por superi ilin, ĝi okazas en pli ordigita fazo kiel likva aŭ solida kiel okazas ĉe akvo (H2O); likvo je normala temperaturo ĉar ties molekuloj estas ligitaj per hidrogenaj ligoj.[19] Dume hidrogena sulfido (H2S) estas gaso je normala temperaturo kaj normiga premo, ĉar ties molekuloj estas ligitaj per pli malfortaj dupolus-dupolusaj interagoj.

La transigo de energio el unu kemia substanco al alia dependas de la grando de energio kvantuma elsendita el unu substanco. Tamen, varmenergio estas ofte transigita pli facile el preskaŭ ajna substanco al alia pro la fononoj responsaj pri la vibraj kaj rotaciaj energiniveloj en substanco kiu havas multe malpli da energio ol fotonoj postulitaj por la transigo de la elektrona energio. Tiel, ĉar vibraciaj kaj rotaciaj energiniveloj estas pli deproksime spacigita ol la elektronaj energiniveloj, varmo estas pli ol facile transigita inter substancoj relativaj al la lumo ol al aliaj formoj de elektrona energio. Por ekzemplo, ultraviola elektromagneta radiado ne estas transigita tiom multe efike el unu substanco al alia kiel terma aŭ elektra energio.

La ekzisto de karakterizaj energiniveloj por diferencaj kemiaj substancoj estas utila por ties identigo per analizo de spektraj linioj. Diferencaj tipoj de spektroj estas ofte uzataj en kemia spektroskopio, ekz. infraruĝa spektroskopio, mikroonda spektroskopio, nuklea magneta resonanco, elektrona spinilrezonanco ktp. Spektroskopio estas uzata ankaŭ por identigi la komponon de malproksimaj objektoj – kiel steloj kaj malproksimaj galaksioj – per analizo de iliaj radiaj spektroj.

 
Elsenda spektro de fero.

La termino "kemia energio" estas ofte uzata por indiki la potencialon de kemia substanco por ricevi transformon tra kemia reakcio aŭ por transformi aliajn kemiajn substancojn.

ReakcioRedakti

  Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Kemia reakcio.
 
Dum kemiaj reakcioj, la ligoj inter atomoj rompiĝas kaj formiĝas, rezulte en diferencaj substancoj kun diferencaj proprecoj. En altforno, fera oksido, nome kombinaĵo, reakcias kun karbona monoksido por formi feron, unu el la kemiaj elementoj, kaj karbonan dioksidon.

Kiam kemia substanco estas transformita kiel rezulto de sia interagado kun alia substanco aŭ kun energio, oni diras, ke kemia reakcio okazis. Kemia reakcio estas tiel koncepto rilata al la "reakcio" de substanco kiam ĝi venas en proksima kontakto kun alia, ĉu kiel mikso ĉu kiel solvaĵo; ekspono al iu formo de energio, aŭ ambaŭ. Ĝi rezultas en iu energia ŝanĝo inter la konstituantoj de la reakcio same kiel kun la medio de la sistemo, kio povas esti priskribita kiel vehikloj — ofte laboratoria vitrujaro.

Kemiaj reakcioj povas rezulti en la formado aŭ disasocio de molekuloj, tio estas, molekuloj disrompiĝas por formi du aŭ pliajn molekulojn aŭ rearanĝojn de atomoj ene aŭ tra molekuloj. Kemiaj reakcioj kutime postulas la faradon aŭ rompon de la kemiaj ligoj. Oksidigo, reduktado, disasocio, acid-baza neŭtraligo kaj molekula rearanĝo estas kelkaj el ofte uzataj tipoj de kemiaj reakcioj.

Kemia reakcio povas esti simbole priskribita pere de kemia ekvacio. Kvankam en ne-nuklea kemia reakcio la nombro kaj tipo de atomoj de ambaŭ flankoj de la ekvacio estas egalaj, por nuklea reakcio tio estas vera nur por la nukleaj partikloj, por ekzemplo, protonoj kaj neŭtronoj.[20]

La sekvenco de paŝoj en kiu la reorganizado de kemiaj ligiloj povas okazi en la daŭro de kemia reakcio estas nomata ties mekanismo. Kemia reakcio povas esti konsiderata kiel okazanta laŭ nombraj ŝtupoj, ĉiuj el kiuj povas havi diferencan rapidon. Multaj intermezaj reakcioj kun variebla stabileco povas tiel esti rigardita dum la daŭro de la reakcio. Reakciaj mekanismoj estas proponitaj por klarigi la kinetikon kaj la relativan produktitan mikson de reakcio. Multaj fizik-kemiistoj specializiĝas en la esplorado kaj proponado de mekanismoj de variaj kemiaj reakcioj. Kelkaj empiriaj reguloj, kiel la reguloj de Woodward–Hoffmann ofte estas uzataj por proponi mekanismon por kemia reakcio.

Laŭ la Ora Libro de la IUPAK, kemia reakcio estas "procezo kiu rezultas en la interkonverto de kemiaj specoj."[21] Laŭe, kemia reakcio povas esti elementa reakcio aŭ laŭŝtupa reakcio. Aldona averto inda en tiu difino estas ke interkonverto de konformaĵoj estas eksperimente observebla. Tiaj detekteblaj kemiaj reakcioj normale postulas arojn de molekulaj entoj kiel indikita de tiu difino, sed estas ofte koncepte konvena la uzado de tiu termino ankaŭ por ŝanĝoj de unusolaj molekulaj entoj (t.e. 'mikroskopaj kemiaj okazaĵoj').

Organika kemioRedakti

  Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Organika kemio.

Organika kemio estas branĉo de kemia scienco, kiu okupiĝas pri organikaj kombinaĵoj, kiuj enhavas karbonon; nome, studado de ties strukturo, sintezo kaj reakcioj.

 
Imatinib, kontraŭkancera medikamento, kiu enhavas grupojn aromatajn, aminajn kaj amidajn. Ĉitie bildigo de la uzata kuracilo imatinibmesilato, salo de metano-sulfonata acido.

La organika kemio ne okupiĝas pri la karbon-monoksido, karbon-dioksido, karbonata acido, karbonatoj kaj karbidoj, aŭ pri la diversaj formoj de la karbono (grafito, diamanto, fulereno); tiuj ĉi temoj apartenas al neorganika kemio. Organika kemio temas pri la studado de molekuloj, kiuj enhavas ĉefe karbonon, hidrogenon kaj ofte aliajn elementojn kiel oksigeno, nitrogeno, halogenoj, sulfuro kaj aliaj. Originae la fako temis pri la studado de la kemio de vivulaj procezoj, sed nun pligrandiĝas kiel scienca fako. Pri la studado de la kemio de vivo okupiĝas biokemio.

Kontraste al neorganika kemio, kombinaĵojn organikajn oni ne povas priskribi simple per la kvanto da atomoj de ĉiu elemento en la kombinaĵo, ĉar povas ekzisti pluraj, iafoje multegaj organikaj molekuloj havantaj la saman kemian formulon (do havantaj la saman kvanton de ĉiu elemento), sed kies la strukturo, la aranĝado de la atomoj estas malsamaj: tiuj do estas malsamaj molekuloj, kun malsamaj fizikaj kaj ĥemiaj ecoj kaj kondutoj. La diversaj molekuloj havantaj la saman krudan formulon estas nomataj izomeroj. Pro tio, oni devas ankaŭ priskribi la aranĝadon de la atomoj por esprimi nedusence apartan molekulon: tio estas, kiu atomo estas ligita al alia, kaj kiel (per kia ligaĵo). Plej ofte, speciale por pli komplikaj molekuloj, oni simple montras la strukturan formulon anstataŭ uzi nomon; tamen ekzistas ankaŭ ebleco nomi ĉiun molekulon laŭ la reguloj de IUPAC. Ekzistas pluraj aliaj sistemoj de molekul-struktura priskribo, meze de kiuj la topologia formulo kaj la ĉeno SMILES.

Kiel fondinto de la organika kemio konsideriĝas la germana kemiisto Justus von Liebig.

Organometala ĥemio estas la studo de organometalaj komponaĵoj, kemiaj kombinaĵoj kiu enhavas almenaŭ unu el la kemiaj ligoj inter atomo de karbono de organa molekulo kaj metalo, inklude alkalajn, alkalajn teron kaj transirajn metalojn, kaj foje larĝiĝite por inkludi ankaŭ metaloidojn kiel boro, silico kaj seleno.[22][23]

SubfakojRedakti

Kemiaj konceptojRedakti

Rilataj temojRedakti

Kelkaj kemiaĵojRedakti

Famaj kemiistojRedakti

  Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Listo de kemiistoj.

Antaŭ 1750Redakti

1750–1775Redakti

  • Marie Lavoisier, 1758–1836, Memoires de Chimie
  • John Dalton, 1766–1844, moderna atomteorio, unua tabelo kun relativaj atommasoj

1775–1799Redakti

1800–1824Redakti

1825–1849Redakti

1850–1874Redakti

1875–1899Redakti

Ekde 1900Redakti

Kemiaj entreprenojRedakti

BildaroRedakti


Vidu ankaŭRedakti

BibliografioRedakti

  • Charles E. Mortimer: Chemie – Das Basiswissen der Chemie (Kemio - Baza scio pri kemio). Thieme 2003, ISBN 3-13-484308-0.
  • Joachim Kranz; Manfred Kuballa: Chemie im Alltag (Kemio en la ĉiutaga vivo), Berlin 2003, ISBN 3-589-21692-1.
  • Basiswissen Schule Chemie (Bazaj lernejaj konoj pri kemio), 2-a eldono, Duden, ISBN 3-89818-026-3.
  • Manfred Kuballa; Jens Schorn: Chemie Pocket Teacher (Kemia poŝinstruisto). Cornelsen Verlag, Berlin 1997, ISBN 3-589-20980-1.

ReferencojRedakti

  1. Kluge, Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache, 24-a eldono, ISBN 3-11-017473-1
  2. Germane: „Weg von der Chemie!“
  3. “chemical bonding”, Britannica.
  4. Matter: Atoms from Democritus to Dalton de Anthony Carpi, Ph.D.
  5. IUPAC Gold Book Definition
  6. California Occupational Guide Number 22: Chemists. Calmis.ca.gov (29 October 1999). Arkivita el la originalo je 10a de Junio 2011. Alirita 12a de Junio 2011. Arkivigite je 2011-06-10 per la retarkivo Wayback Machine
  7. General Chemistry Online – Companion Notes: Matter. Antoine.frostburg.edu. Alirita 12a de Junio 2011.
  8. Armstrong, James. (2012) General, Organic, and Biochemistry: An Applied Approach. Brooks/Cole. ISBN 978-0-534-49349-3.
  9. Burrows et al. 2008, p. 13.
  10. 10,0 10,1 Housecroft & Sharpe 2008, p. 2.
  11. Burrows et al. 2009, p. 110.
  12. Burrows et al. 2008, p. 12.
  13. IUPAC Nomenclature of Organic Chemistry. Acdlabs.com. Alirita 12a de Junio 2011.
  14. Connelly, Neil G.. (2005) Nomenclature of Inorganic Chemistry IUPAC Recommendations 2005. RSCPublishing, p. [htt://archive.org/details/nomenclatureinor2005conn/e/n16 5]–12. ISBN 978-0-85404-438-2.
  15. (2005) General Chemistry, 4‑a eldono, Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Prentice Hall.
  16. Magnesium and Magnesium Alloys. ASM International.
  17. VisionlearningChemical Bonding by Anthony Carpi, Ph. visionlearning. Alirita 12a de Junio 2011.
  18. Reilly, Michael. (2007). Mechanical force induces chemical reaction, NewScientist.com news service, Reilly
  19. Changing States of Matter – Chemforkids.com
  20. Chemical Reaction Equation – IUPAC Goldbook
  21. Gold Book Chemical Reaction IUPAC Goldbook
  22. Crabtree, Robert H.. (2009) The Organometallic Chemistry of the Transition Metals, 5‑a eldono, New York, NY: John Wiley and Sons, p. 2, 560, and sim. ISBN 978-0470257623.
  23. IUPAC - Goldbook: organometallic compounds. Alirita 2a de Januaro 2021.

Eksteraj ligilojRedakti