เคมี

เคมี หรือ เคมีวิทยา (อังกฤษ: chemistry) เป็นวิทยาศาสตร์สาขาหนึ่งที่ศึกษาในเรื่องของสสาร โดยไม่เพียงแต่ศึกษาเฉพาะในเรื่องของปฏิกิริยาเคมี แต่ยังรวมถึงองค์ประกอบ โครงสร้างและคุณสมบัติของสสารอีกด้วย การศึกษาทางด้านเคมีเน้นไปที่อะตอมและปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมกับอะตอม และโดยเฉพาะอย่างยิ่งคุณสมบัติของพันธะเคมี

บางครั้ง เคมีถูกเรียกว่าเป็นวิทยาศาสตร์ศูนย์กลาง เพราะเป็นวิชาช่วยที่เชื่อมโยงฟิสิกส์เข้ากับวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสาขาอื่น เช่น ธรณีวิทยาหรือชีววิทยา ถึงแม้ว่าเคมีจะถือเป็นสาขาหนึ่งของวิทยาศาสตร์กายภาพแต่ก็มีความแตกต่างจากวิชาฟิสิกส์ค่อนข้างมาก

มีการถกเถียงกันอย่างมากมายถึงต้นกำเนิดของเคมี สันนิษฐานว่าเคมีน่าจะมีต้นกำเนิดมาจากการเล่นแร่แปรธาตุซึ่งเป็นที่นิยมกันมาอย่างยาวนานหลายสหัสวรรษในหลายส่วนของโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในตะวันออกกลาง

ศัพทมูลวิทยา

คำว่า เคมี (chemistry) มีรากศัพท์มาจากคำว่า alchemy ซึ่งหมายถึงการเล่นแร่แปรธาตุ มาจากคำภาษาอาหรับ الكیمیاء, al-kīmiyāʾ ที่เข้ามาสู่โลกตะวันตกในสมัยกลาง แต่ชาวมุสลิมก็รับคำนี้มาจากภาษากรีกอีกทอดหนึ่ง คือ χυμεία, khēmeia หรือ χημία , khēmia("ศาสตร์ว่าด้วยโลหะผสม") ซึ่งมาจากคำนาม χύμα, khúma ("ของเหลว") และมาจากคำกริยาว่า χέω} khéō ("เท, ริน") อีกทอดหนึ่ง

ทฤษฎี

ห้องทดลอง, สถาบันวิจัยชีวเคมี, มหาวิทยาลัยโคโลจญ์

โดยทั่วไปวิชาเคมีมีเป้าหมายพื้นฐานที่จะทำการศึกษาเกี่ยวกับอนุภาคพื้นฐาน, อะตอม, โมเลกุล หรือพูดอีกอย่างว่า วิชาเคมีเป็นวิชาที่มุ่งศึกษาเกี่ยวกับสสาร ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสารด้วยกันเอง หรือปฏิสัมพันธ์ของสสารกับสิ่งที่ไม่ใช่สสาร เช่น พลังงาน แต่หัวใจสำคัญของเคมีโดยทั่วไป คือการปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารเคมีด้วยกันในปฏิกิริยาเคมี โดยสารเคมีนั้นมีการเปลี่ยนรูปไปเป็นสารเคมีอีกชนิดหนึ่ง นี่อาจจะรวมไปถึงการฉายรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าสู่สารเคมีหรือสารผสม (ในเคมีแสง) ในปฏิกิริยาเคมีที่ต้องการแรงกระตุ้นจากแสง อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาเคมีนั้นเป็นเพียงส่วนหนึ่งของเคมีซึ่งศึกษาสสารในด้านอื่น ๆ อีกมากมาย ตัวอย่างเช่น นักสเปกโตรสโคปีจะศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงกับสสารโดยที่ไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น

ประวัติศาสตร์

วิวัฒนาการของวิชาเคมีแบ่งออกเป็นยุคต่าง ๆ ดังนี้

ยุคก่อนประวัติศาสตร์ – ค.ศ. 500

• ชาวอียิปต์เป็นชนชาติแรกที่รู้จักใช้วิธีการทางเคมี และคำว่า Chemeia มีปรากฏในภาษาอียิปต์
• เดโมคริตัส (นักปราชญ์ชาวกรีก) แสดงความคิดเห็นในเรื่องโครงสร้างของสารโดยคิดหาเหตุผลเพียงอย่างเดียว ไม่ได้ทำการทดลองประกอบให้เห็นจริง
• อริสโตเติล รวบรวมทฤษฎีเกี่ยวกับสสาร โดยสรุปว่า สสารต่าง ๆ ประกอบขึ้นด้วยธาตุ 4 อย่าง คือ ดิน น้ำ ลม ไฟ ในสัดส่วนที่ต่างกันสำหรับสสารที่ต่างชนิดกัน

ยุคการเล่นแร่แปรธาตุ ค.ศ. 500–1500

บทความหลัก: การเล่นแร่แปรธาตุ

• นักเคมีสนใจในเรื่องการเล่นแร่แปรธาตุให้เป็นทองคำ แต่ไม่ประสบความสำเร็จ ประมาณ ค.ศ. 1100
• ความรู้ทางเคมีได้แพร่เข้าสู่ยุโรป ในปลายยุคนี้นักเคมีล้มเลิกความสนใจการเล่นแร่แปรธาตุ
• เริ่มสนใจค้นคว้าหายาอายุวัฒนะที่ใช้รักษาโรค

ยุคการเสาะแสวงหายาอายุวัฒนะ (ค.ศ. 1500–1600)

• เป็นยุค Iatrochemistry
• นักเคมีพยายามค้นคว้าหายาอายุวัฒนะและบรรดายารักษาโรคต่างๆ

ยุคปัจจุบัน (ค.ศ. 1627–1691)

• เริ่มต้นจากโรเบิร์ต บอยล์ "ศึกษาเคมีเพื่อเคมี"
• โรเบิร์ต บอยล์ "ศึกษาเคมีเพื่อความเจริญรุ่งเรืองของเคมีโดยเฉพาะ" และ "ใช้วิธีการทดลองประกอบการศึกษาเพื่อทดสอบความจริงและทฤษฎีต่าง ๆ"
• เลิกล้มทฤษฎีของอริสโตเติลที่เกี่ยวกับดิน น้ำ ลม ไฟ
• อ็องตวน ลาวัวซีเย (ค.ศ. 1743–1794) เป็นผู้ริเริ่มเคมียุคปัจจุบัน
• เกออร์ค แอ็นสท์ ชตาล (ค.ศ. 1659–1734) ตั้งทฤษฎีฟลอจิสตัน (Phlogiston Theory)
• อ็องตวน ลาวัวซีเย ตั้งทฤษฎีแห่งการเผาไหม้ขึ้น ยังผลให้ทฤษฎีฟลอจิสตันต้องเลิกล้มไป
• จอห์น ดาลตัน (ค.ศ. 1766–1844) ตั้งทฤษฎีอะตอม ซึ่งเป็นรากฐานของเคมีสมัยใหม่ แต่ทฤษฎีอะตอมก็ต้องล้มเลิกไป เนื่องจากอะตอมที่แสดงพฤติกรรมได้ทั้งอนุภาคและคลื่น

สาขาวิชาย่อยของวิชาเคมี

วิชาเคมีมักแบ่งออกเป็นสาขาย่อยหลัก ๆ ได้หลายสาขา นอกจากนี้ยังมีสาขาทางเคมีที่มีลักษณะที่ข้ามขอบเขตการแบ่งสาขา และบางสาขาก็เป็นสาขาที่เฉพาะทางมาก

เคมีวิเคราะห์

เคมีวิเคราะห์ (Analytical Chemistry) คือการวิเคราะห์ตัวอย่างสาร เพื่อศึกษาส่วนประกอบทางเคมีและโครงสร้าง.

ชีวเคมี

ชีวเคมี (Biochemistry) คือการศึกษาสารเคมี ปฏิกิริยาเคมี และ ปฏิสัมพันธ์ทางเคมีที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต

เคมีอนินทรีย์

เคมีอนินทรีย์ (Inorganic Chemistry) คือการศึกษาคุณสมบัติและปฏิกิริยาของสารประกอบอนินทรีย์ อย่างไรก็ตามการแบ่งแยกระหว่างสาขาทางอินทรีย์และสาขาอนินทรีย์นั้น ไม่ชัดเจน และยังมีการเหลื่อมของขอบเขตการศึกษาอยู่มาก เช่นในสาขา organometallic chemistry

เคมีอินทรีย์

เคมีอินทรีย์(Organic Chemistry) คือการศึกษาโครงสร้าง, สมบัติ, ส่วนประกอบ และปฏิกิริยาเคมี ของสารประกอบอินทรีย์

เคมีเชิงฟิสิกส์

เคมีเชิงฟิสิกส์(Physical Chemistry) คือการศึกษารากฐานทางกายภาพของระบบและกระบวนการทางเคมี ตัวอย่างที่เห็นก็เช่น นักเคมีเชิงฟิสิกส์มักสนใจการอธิบายการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในเชิงของพลังงาน สาขาที่สำคัญในกลุ่มนี้รวมถึง

1. จลนพลศาสตร์เคมี (chemical thermodynamics)
2. เคมีไคเนติกส์ (chemical kinetics)
3. เคมีควอนตัม (quantum chemistry)
4. กลศาสตร์สถิติ (statistical mechanics)
5. สเปกโตรสโคปี (spectroscopy)

สาขาอื่นๆ

• เคมีบรรยากาศ (Atmospheric chemistry)
• เคมีดาราศาสตร์ (Astrochemistry)
• เคมีการคำนวณ (Computational chemistry)
• ไฟฟ้าเคมี (Electrochemistry)
• เคมีสิ่งแวดล้อม (Environmental chemistry)
• ธรณีเคมี (Geochemistry) ,
• วัสดุศาสตร์ (Materials Science)
• เภสัชเคมี (Medicinal chemistry)
• อณูชีววิทยา (Molecular Biology)
• พันธุศาสตร์โมเลกุล (Molecular genetics)
• เคมีนิวเคลียร์ (Nuclear chemistry)
• ปิโตรเคมี (Petrochemistry)
• เภสัชวิทยา (Pharmacology)
• เคมีพอลิเมอร์ (Polymer chemistry)
• โลหอินทรีย์เคมี (Organometallic chemistry)
• ซูปราโมเลกุลาร์เคมี (Supramolecular chemistry)
• เคมีพื้นผิว (Surface chemistry)
• อุณหเคมี (Thermochemistry)

มโนทัศน์พื้นฐาน

โมเลกุล

โมเลกุลเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดของสารประกอบบริสุทธิ์ ประกอบด้วยอะตอมตั้งแต่ 2 อะตอมขึ้นสร้างพันธะต่อกัน

สารละลาย

สารละลายอาจเป็นธาตุ สารประกอบ หรือของผสมจากธาตุ หรือสารประกอบมากกว่า 1 ชนิด สสารส่วนใหญ่ที่พบเห็นในชีวิตประจำวันจะอยู่ในรูปของผสม

ดูเพิ่ม

• ตารางธาตุ
• วิศวกรรมเคมี