Chemie

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
(Aangestuur vanaf Skeikundige)
Spring na: navigasie, soek
Hierdie diagram toon die name van die verskillende faseoorgange.

Chemie of skeikunde is die wetenskap van materie en die interaksie daarvan met energie. As gevolg van die wye verskeidenheid materie (wat meestal atomies is), is chemici dikwels betrokke in die strewe om die wisselwerking tussen atome en molekules wat daaruit gevorm word te bestudeer en te verstaan. Die term "skeikunde" in Afrikaans moet nie verwar word met die onderwerp wat in Engels bekend staan as "separation technology" nie.

Vertakkings van chemie[wysig]

Chemie word tipies verdeel in verskeie hoofvertakkings. Daar is ook verskeie multi-disiplinêre en meer gespesialiseerde vertakkings van chemie.

Organiese chemie is die wetenskap van die struktuur, eienskappe, samestelling, en chemiese reaksies van organiese stowwe.

Anorganiese chemie is die vertakking van chemie wat handel oor die studie van die eienskappe en reaksies van anorganiese stowwe. Die skeidslyn tussen die organiese en anorganiese vertakkings van chemie is nie absoluut duidelik nie en daar vind oorvleuelings plaas, waarvan die ondervertakking organometaal chemie 'n voorbeeld is.

Fisiese chemie is die studie van die fisiese grondbeginsels van chemiese sisteme en prosesse. Van belang is die beskrywing van die transformasies wat chemiese stowwe ondergaan by verskillende energietoestande. Belangrike studievelde in dié verband sluit in chemiese termodinamika, chemiese kinetika, kwantum chemie, statistiese meganika en spektroskopie.

Biochemie is die studie van die chemikalieë, chemiese reaksies en chemiese interaksies wat in lewende organismes plaasvind.

Analitiese chemie is die analise van materiaalmonsters om sodoende hul chemiese samestelling en struktuur te verstaan.

Ander Vertakkinge : Materiaalkunde, Polimeerchemie, Omgewingskunde, Farmakologie, Termochemie, Kernchemie, Elektrochemie, Berekenings-chemie, Supramolekulêre chemie, Geneeskundige chemie.

Fundamentele beginsels[wysig]

Nomenklatuur[wysig]

Nomenklatuur verwys na die stelsel vir die benaming van chemiese stowwe. Daar is goed gedefinieërde stelsels in plek vir die benaming van chemiese spesies. Organiese stowwe se name word toegeken aan die hand van die organiese nomenklatuurstelsel. Anorganiese stowwe word benoem aan die hand van die anorganiese nomenklatuurstelsel.

Atome[wysig]

Hoofartikel: Atoom.

'n Atoom is a versameling stowwe wat bestaan uit 'n positief gelaaide kern, wat gewoonlik uit protone en neutrone bestaan, en 'n aantal elektrone, waarvan die negatiewe lading die positiewe lading in die kern balanseer.

Elemente[wysig]

Hoofartikel: Chemiese element.

'n Element is 'n klas van atome wat dieselfde aantal protone in die atomiese kern bevat. Hierdie getal staan bekend as die atoomgetal van die element. Alle atome wat byvoorbeeld 6 protone in hul kern bevat is atome van die chemiese element koolstof, en alle atome met 92 protone in hul kern is atome van die element uraan.

Die gerieflikste voorstelling van die elemente is in die periodieke tabel, wat groepe elemente met soortgelyke eienskappe saam groepeer. Alfabetiese lyste van die elemente geranskik volgens naam, simbool asook lyste met die elemente gerangskik volgens atoomgetal is ook beskikbaar.

Aangesien die aantal protone in die kern die aantal elektrone rondom die kern bepaal en aangesien die elektrone die buitenste deel van die atoom vorm (die deel wat die buitewêreld "sien"), word die eienskappe, interaksies en chemiese transformasies waaraan 'n element kan deelneem hoofsaaklik deur die aantal protone bepaal. Daar kan egter subtiele verskille wees in die chemiese eienskappe wat teweeg gebring word deur verskille in die aantal neutrone wat ook in die kern voorkom van atome wat andersins aan dieselfde element behoort.

Chemiese stowwe[wysig]

'n Chemiese stof bestaan uit 'n vaste verhouding elemente wat sy samestelling bepaal, en 'n bepaalde struktuur wat sy chemiese eienskappe bepaal. "Water" byvoorbeeld, is 'n chemiese stof wat uit waterstof en suurstof in die verhouding twee tot een bestaan. Chemiese stowwe word gevorm en vernietig deur chemiese reaksies.

Molekuul[wysig]

Hoofartikel: Molekuul.

'n Molekuul is die kleinste onverdeelbare deel van 'n suiwer chemiese stof wat sy stel unieke einskappe behou. 'n Molekuul bestaan uit twee of meer atome wat chemies aan mekaar verbind is.

Verbinding[wysig]

Hoofartikel: Chemiese verbinding.

'n Chemiese verbinding is die krag wat atome in molekules of kristalle bymekaar hou. In baie eenvoudige stowwe kan die valensie verbindingsteorie en die konsep van oksidasiegetal gebruik word om te voorspel wat die molekulêre struktuur en samestelling sal wees. Soortgelyk kan teorieë van klassieke fisika gebruik word om die ioonstrukture te voorspel. Met meer komplekse stowwe soos metaalkomplekse faal valens verbindingsteorie en is 'n deegliker begrip gebaseer op kwantum meganika nodig.

Toestande van Materie[wysig]

Hoofartikel: Toestand van materie.

'n Fase is 'n stel toestande van 'n chemiese stelsel wat soortgelyke massale strukturele eienskappe het, oor 'n reeks omgewingstoestande soos druk of temperatuur. Fisiese eienskappe soos digtheid en refraksie indeks val in die waardes wat die fase karakteriseer. Die fase word gedefinieer deur die faseverandering wat die stof ondergaan wanneer energie in die stelsel ingesit of uitgehaal word. Die energie veroorsaak 'n verandering in die struktuur van die stelsel eerder as om die massale toestande van die stelsel te verander.

Somtyds is daar nie 'n diskrete grens om tussen twee fases te onderskei nie maar is die oorgang kontinu en in so 'n geval word die toestand waarin die stof verkeer as 'n superkritiese toestand beskryf. Wanneer drie toestande bestaan onder dieselfde kondisies, staan dit bekend as die trippel punt en aangesien dit onveranderlik is vir die betrokke chemiese stof, is dit 'n gerieflike verwysingspunt om ander stelle kondisies mee te beskryf.

Die mees bekende voorbeelde van fases is vastestowwe, vloeistowwe en gasse. Minder bekende fases sluit in plasmas, Bose-Einstein kondensate en fermioniese kondensate en die paramagnetiese en ferromagnetiese fases van magnetiese materiale. Selfs water/ys waarmee almal vertroud is het baie verskillende fases wat afhang van die druk en die temperatuur van die stelsel. Die mees bekende fases het te doen met driedimensionele stelsels maar dit is moontlik om analoë in twee dimensies te definieer, wat baie aandag geniet vanweë die toepaslikheid daarvan op biologie.

Reaksies[wysig]

Hoofartikel: Chemiese reaksie.

Chemiese reaksies is veranderinge wat plaasvind in the struktuur van molekules. Sulke reaksies kan lei tot die vorming van groter molekules vanweë molekules wat aan mekaar bind, molekules wat uitmekaar breek om twee of meer kleiner molekules te vorm. Chemiese reaksies kan ook lei tot die herrangskikking van atome binne-in of rondom molekules. Chemiese reaksies behels normaalweg die maak of breek van chemiese verbindings.

Kwantumteorie[wysig]

Hoofartikel: Kwantumteorie.

Kwantumteorie beskryf die gedrag van materie by kort lengteskale. Dit is in beginsel moontlik om alle chemiese stelsels te beskryf deur van die teorie gebruik te maak, maar dit is wiskundig kompleks en buitengewoon moeilik om te visualiseer. In praktyk kan slegs die eenvoudigste chemiese stelsels realisties ondersoek word en in suiwer kwantummeganika-terme beskryf word en moet benaderings gemaak word vir die meeste praktiese doeleindes (bv. Hartree-Fock of Density functional theory). Dus is 'n detail begrip van kwantum meganika nie nodig vir chemie nie, aangesien die belangrikste implikasies van die teorie in eenvoudiger terme verstaan en toegepas kan word.

Wette[wysig]

Die mees fundamentele begrip in chemie is die wet van massabehoud wat bepaal dat daar geen meetbare verandering in die hoeveelheid materie plaasvind tydens 'n gewone chemiese reaksie nie.

Moderne fisika bewys dat dit eintlik energie is wat behou word en dat energie en massa verband hou met mekaar ('n beginsel wat belangrik is in kernchemie).

Uit die wet van energiebehoud word die belangrike beginsels van ewewig, termodinamika en kinetika afgelei.

Ander wette van chemie brei uit op die wet van massabehoud. Proust se wet van bepaalde samestelling (Engels: definite composition) bepaal dat suiwer chemikalieë bestaan uit elemente in 'n spesifieke verhouding; vandag weet ons dat die strukturele rangskikking van die elemente ook baie belangrik is.

Dalton se wet van klein heelgetalle bepaal dat die elemente in suiwer chemikalieë voorkom in verhoudings van klein heelgetalle (bv. 1:2 O:H in water); In biomakromolekules en mineraalchemie egter, vereis die voorstelling van die element verhoudings groot getalle.

Meer moderne wette van chemie definieer die verhouding tussen energie en die veranderinge.

In ewewig, bestaan molekules in mengsels gedefinieer deur die moontlike verandering op die tydskaal van die ewewig, en word hulle verhoudings gedefinieer deur die intrinsieke energie van die molekules - hoe laer die intrinsieke energie, in hoe groter oorvloed kom die spesifieke molekule voor.

Verandering van een struktuur na 'n ander vereis die inset van energie om die energiedrumpel te oorkom; Die energie kan kom vanaf die molekules se eie intrinsieke energie, of vanaf 'n eksterne bron wat oor die algemeen die veranderinge sal versnel. Hoe hoër die energiedrumpel, hoe stadiger sal die veranderinge plaasvind.

Daar bestaan ook 'n hipotetiese oorgangstoestand of oorgangstruktuur wat ooreenstem met die struktuur aan die bopunt van die energiedrumpel. Die Hammond Postulaat bepaal dat die struktuur soortgelyk is aan die produk of voermateriaal waarvan die intrinsieke energie die naaste is aan die energiedrumpel. Stabilisering van die hipotetiese oorgangstoestand deur chemiese interaksie is een manier om katalisasie te bewerkstellig.

Alle chemiese prosesse is omkeerbaar (Wet van mikroskopiese omkeerbaarheid) alhoewel sommige prosesse se dryfkragte in terme van energieverskille so groot is, dat hulle vir alle praktiese doeleindes onomkeerbaar is.