什么是化学？

大多数人认为化学是在实验室完成的，但是您每天都会练习化学的各个方面。
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您可能只在实验室测试，食品添加剂或危险物质的背景下想到化学，但是化学领域涉及我们周围的一切。

美国国会特许成立的非营利性化学组织科学组织美国化学会（ACS）表示：“您听到，看到，闻到，闻到的味道和触感都涉及化学和化学物质。” “听，看，品尝和触摸都涉及到人体中一系列复杂的化学反应和相互作用。”

因此，即使您不从事化学工作，您仍在做化学或涉及化学的事情，几乎可以做任何事情。在日常生活中，您做饭时会做化学反应，使用清洁洗涤剂擦拭柜台时，吃药或稀释浓缩果汁时，味道不会那么浓烈。

根据ACS，化学是对物质的研究，定义为具有质量并占据空间的任何事物，并且物质在不同环境和条件下可能发生的变化。化学不仅试图理解物质的性质，例如化学元素的质量或组成，而且还试图理解物质如何以及为什么发生某些变化-无论是由于某种物质与另一种物质结合而发生了变化，还是由于其在水中放置了两周而冻结了。冰箱，或由于暴露在过多的阳光下而改变了颜色。

化学基础

化学之所以触及我们所做的一切，是因为几乎所有存在的事物都可以分解为化学组成部分。

化学的主要组成部分是化学元素，它们是由单个原子构成的物质。每种化学物质都是独特的，由一定数量的质子，中子和电子组成，并通过名称和化学符号来标识，例如碳的“ C”。科学家迄今发现的元素在所列元素的周期表，并包括在自然界中发现的一样两种元素碳，氢和氧是人造，以及那些像铹。

化学元素可以结合在一起形成化合物，这些化合物是由多种元素组成的物质，例如二氧化碳（由一个碳原子与两个氧原子连接而成），或由一种元素的多个原子组成，例如氧气（由两个连接在一起的氧原子组成）。这些化学化合物然后可以与其他化合物或元素结合形成无数其他物质和材料。

化学是一门物理科学

根据《大不列颠百科全书》的定义，化学通常被认为是一门物理科学，因为化学的研究不涉及生物。研究和开发中涉及的大多数化学，例如为客户生产新产品和材料，都属于这一范围。

但是，根据生物化学协会的说法，在生物化学的情况下，作为物理科学的区别变得有些模糊，生物化学研究了生物的化学。生物化学家研究的化学物质和化学过程在技术上不被认为是“生命”，但了解它们对于理解生命的工作方式至关重要。

化学是一门物理科学，这意味着它不涉及“活的”事物。许多人可能（甚至没有意识到）定期练习化学的一种方法是烹饪和烘烤。 图片来源：Shutterstock）

化学的五个主要分支

根据LibreText出版的在线化学教科书，传统上化学分为五个主要分支。还有更专业的领域，例如食品化学，环境化学和核化学，但本节重点介绍化学的五个主要子学科。

分析化学涉及化学物质的分析，包括定性方法（例如观察颜色变化），以及定量方法（例如检查化学物质吸收以导致颜色变化的光的确切波长）。

这些方法使科学家能够表征化学物质的许多不同特性，并可以通过多种方式使社会受益。例如，分析化学可以检测食品中的化学物质随时间变化的方式，从而帮助食品公司制作更美味的冷冻晚餐。分析化学还用于通过测量例如水或土壤中的化学物质来监控环境的健康。

如上所述，生物化学使用化学技术来了解生物系统如何在化学水平上工作。多亏了生物化学技术，研究人员才能够绘制出人类基因组图谱，了解人体中不同蛋白质的作用并开发多种疾病的治疗方法。

无机化学研究无机或非生命物体（例如矿物和金属）中的化合物。传统上，根据ACS，无机化学会考虑不包含碳的化合物（有机化学涵盖了这些化合物），但该定义并不完全准确。

在无机化学中研究过的某些化合物（例如“有机金属化合物”）包含金属，这些金属是与碳相连的金属-碳是有机化学中研究的主要元素。这样，诸如此类的化合物被认为是两个领域的一部分。

无机化学用于生产多种产品，包括油漆，肥料和防晒霜。

有机化学处理含有碳的化合物，碳是生命必不可少的元素。有机化学家研究了这类化合物的组成，结构，性质和反应，这些化合物与碳一起包含其他非碳元素，例如氢，硫和硅。如ACS所述，有机化学可用于许多应用，例如生物技术，石油工业，制药和塑料。

物理化学使用物理学中的概念来理解化学的工作原理。例如，弄清楚原子如何相互运动和相互作用，或为什么某些液体（包括水）在高温下变成蒸气。物理化学家试图在原子和分子水平上以很小的规模来理解这些现象，从而得出关于化学反应如何起作用以及赋予特定材料其独特性能的结论。

据ACS称，这种类型的研究有助于为化学的其他分支提供信息，对产品开发非常重要。例如，物理化学家可能会研究某些材料（例如塑料）如何与该材料设计要接触的化学物质发生反应。

化学家可以做什么？

化学家在各个领域工作，包括研发，质量控制，制造，环境保护，咨询和法律。据ACS称，他们可以在大学，政府部门或私营企业工作。

这是化学家做什么的一些例子：

• 研究与开发

在学术界，进行研究的化学家旨在进一步了解特定主题，并且不一定一定要考虑特定的应用。但是，他们的结果仍然可以应用于相关产品和应用。

在工业中，研究和开发的化学家使用科学知识来开发或改进特定的产品或过程。例如，食品化学家可以提高食品的质量，安全性，储存性和口味。药物化学家开发和分析药物和其他医疗制剂的质量；农业化学家开发了大规模作物生产所需的肥料，杀虫剂和除草剂。

有时，研发可能不涉及改善产品本身，而是涉及制造该产品的制造过程。化学工程师和过程工程师设计了新的方法来简化其产品的生产和提高成本效益，例如在给定预算下提高产品的速度和/或产量。

• 环保

环境化学家研究化学物质如何与自然环境相互作用，表征土壤，水和空气中自然过程中存在的化学物质和化学反应。例如，科学家可以从感兴趣的地方收集土壤，水或空气，并在实验室中进行分析，以确定人类活动是否已经污染或将污染环境或以其他方式对其造成影响。根据美国劳工统计局的资料，一些环境化学家还可以帮助补救或去除土壤中的污染物。

具有环境化学背景的科学家还可以担任各种组织（例如化学公司或咨询公司）的顾问，为如何根据环境法规完成实践和程序提供指导。

• 法律

化学家可以利用他们的学术背景为科学问题提供建议或提倡。例如，化学家可能从事知识产权工作，他们可以将其科学背景应用于科学领域的版权问题，也可以从事环境法领域的工作，他们可以代表特殊利益集团并在某些活动发生之前向监管机构申请批准。

化学家还可以进行有助于执法的分析。法医化学家会捕获并分析犯罪现场遗留的物理证据，以帮助确定涉案人员的身份，并回答有关如何以及为何实施犯罪的其他重要问题。法医化学家使用多种分析方法，例如色谱法和光谱法，可帮助鉴定和定量化学物质。