เคมี
เคมี หรือ เคมีวิทยา (อังกฤษ: chemistry) เป็นวิทยาศาสตร์สาขาหนึ่งที่ศึกษาในเรื่องของสสาร โดยไม่เพียงแต่ศึกษาเฉพาะในเรื่องของปฏิกิริยาเคมี แต่ยังรวมถึงองค์ประกอบ โครงสร้างและคุณสมบัติของสสารอีกด้วย [1][2] การศึกษาทางด้านเคมีเน้นไปที่อะตอมและปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมกับอะตอม และโดยเฉพาะอย่างยิ่งคุณสมบัติของพันธะเคมี
บางครั้ง เคมีถูกเรียกว่าเป็นวิทยาศาสตร์ศูนย์กลาง เพราะเป็นวิชาช่วยที่เชื่อมโยงฟิสิกส์เข้ากับวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสาขาอื่น เช่น ธรณีวิทยาหรือชีววิทยา[3][4] ถึงแม้ว่าเคมีจะถือเป็นสาขาหนึ่งของวิทยาศาสตร์กายภาพแต่ก็มีความแตกต่างจากวิชาฟิสิกส์ค่อนข้างมาก[5]
มีการถกเถียงกันอย่างมากมายถึงต้นกำเนิดของเคมี[6] สันนิษฐานว่าเคมีน่าจะมีต้นกำเนิดมาจากการเล่นแร่แปรธาตุซึ่งเป็นที่นิยมกันมาอย่างยาวนานหลายสหัสวรรษในหลายส่วนของโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในตะวันออกกลาง[7]
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
โดยทั่วไปวิชาเคมีมีเป้าหมายพื้นฐานที่จะทำการศึกษาเกี่ยวกับอนุภาคพื้นฐาน, อะตอม, โมเลกุล [8] 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
- 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
- จลนพลศาสตร์เคมี (chemical thermodynamics)
- เคมีไคเนติกส์ (chemical kinetics)
- เคมีควอนตัม (quantum chemistry)
- กลศาสตร์สถิติ (statistical mechanics)
- 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
