化学

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化学 - 原子核と電子からなる原子と、原子を組み合わせた分子について、その構造などを研究する学問である

化学（かがく、Chemistry）とは、原子・分子を物質の構成要素と考え、物質の構造・性質・反応を研究する自然科学の一分野である。日本では幕末から明治初期にかけてはセイミ（舎密）と呼ばれた。また、同音異義の「科学」(science)との混同を避けるため、化学を湯桶読みしてばけがくともいう。

化学分野の具体的な項目についてはPortal:化学ならびに化学カテゴリを参照されたい。

概要

すべての物質は原子からできており、またその性質は原子自身の状態や、原子同士の結びつきかた（化学結合）で決定される。化学は基本的には原子・分子レベルでの物質の構造や性質を解明し、また新しい物質や反応を構築する学問である。

化学には、研究手法や対象とする物質の違いによって多くの分野が存在する。しかし、各分野間には関連領域が存在するため明確に区別することは難しい。以下に例として代表的なものを挙げる。化学の他の分野については化学の分野一覧を参照のこと。

物理化学

物理化学は物理学的、例えば量子力学や熱力学な手法や視点から化学研究を行う分野である。また、コンピューターの進歩に伴い、理論式から計算によって物質の状態を予測する計算化学も急速に発展している。生物に関する研究は生物物理化学と呼ぶ。

無機化学

無機化学は有機化合物を除くすべての物質、すなわち単体と無機化合物を対象とする広い分野である。錯体を扱う分野は錯体化学、生体内の無機物を扱う分野は生物無機化学（または無機生化学）と呼ばれる。

有機化学

有機化学は有機化合物を扱う分野である。有機物は生物の主な構成要素である他、多様な反応をするため、専門的な分野として特化している。薬学とも密接なかかわりがある。生物学との境界分野は生物有機化学と呼ばれる。

高分子化学

高分子化学は、非常に大きな分子である高分子を取り扱う分野である。合成方法だけでなく、機械特性や熱物性なども研究対象としている。高分子の材料としての重要性から、工業とのつながりが非常に強い。

生化学

生化学は生物学と化学の両方にまたがる領域で、生命現象を化学的に研究する分野である。酵素やホルモンなどのタンパク質や糖、脂質などの生体内での機能を扱うことが多い。生体高分子を扱うことが多いため高分子化学とも関連する。

分析化学

分析化学では様々な物質を測定したり分離することを目的とし、応用性が強い。食品や薬品、農業、工業などさまざまな分野で重要な役割を担っている。

工業化学

工業化学は、原料を化学製品へ転換する上で生じる各種問題を対象とする分野である。新しい反応や触媒の探求からプラントの設計まで、実用上必要とされる幅広い事柄を取り扱う。

化学で扱うこと

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化学実験室には安全のために多数の専用設備が備えられている

物質の状態

物質は全て原子でできている。これが化学結合によって幾つか結合すると分子を形成する。原子や分子はまたイオンやラジカルという状態をとりうる。また、同じ物質でも、原子価によって性質は異なる。これらの性質には電子が大きく関与している。

原子や分子がある程度の量あつまると、特徴的な性質をもった集団を形成する。これを相といい、大きく分けて固体、液体、気体などがある。

物質の構造

物質は原子から構成されるが、その原子間の結び付きを化学結合と呼ぶ。化学結合には形式によって幾つかの分類があり、その種別により物性は大きく異なる。また、結合している原子同士も、結合を中心に振動・回転といった揺らぎ運動をしているので、相対的結合関係(立体配置)は変わらないものの、空間を占める絶対的位置関係(立体配座)は容易に変化する。

化学反応

複数の物質を混合したり、必要があれば加熱・冷却する事により異なる化合物ができる。これを化学反応と呼ぶ。化学反応は物質を構成する原子の間の化学結合の変化により起きる。化学反応の前後では全体の質量は変わらない。これを質量保存の法則(あるいは物質不変の法則)という。

歴史

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錬金術は現代化学を生み出す元となった

炎は有機物の酸化反応によって放出される熱エネルギーの現れであるから、化学の歴史は人類が火を扱いはじめたときから始まっているとも考えられる。金あるいは銀以外の金属は、自然界には酸化物ないしは硫化物として産出するので、古代における青銅器・鉄器などの金属精錬も化学反応である還元反応を知らずと利用しているのである。

古代ギリシアにおける学問の発展はアリストテレスにより大成されたが、その理論に基づいてアレキサンドリアで錬金術が学問化された。これは、アラビア世界に伝達されてアラビア科学の一部となり、中世ヨーロッパにおいて、天文学、数学、医学と同様にラテン語に翻訳された。金を他の物質から作ろうとする錬金術が盛んになり、様々なものを混ぜたり加熱することが試みられ、結局、金は得られなかったが、その副生物として各種薬品が生み出された。この錬金術が化学のルーツとされる。ただ当時は、化学変化を引き起こす真理を探求する学問と言うよりは、実験的事実を集積する博物学的学問であった。

近代に入ると、化学反応を定量的なアプローチで解釈するようになり、原子・分子の組み換えが化学反応の本質であることが理解されるようになった。しかし、化学反応の中心原理が何であるかは、物理学が原子の成立ちを解明する19世紀まで待つ必要があった。すなわち19世紀後半に展開した原子核と電子に関する物理学は、化学反応が原子と電子の相互作用に基づくことを解明した。

また20世紀に入ると、化学結合の性質が量子力学で支配される電子の挙動(分子軌道)に起因することが理解され、これが今日の化学の中心原理となっている。とはいうものの、今日において物理学の根本が量子論・相対論の時代であってもニュートン力学の価値がいささかも失われていないように、近代に確立した化学当量、オクテット則や酸化数あるいは有機電子論などの古典化学理論は、今日的な意味を失うものではない。

他また、有機化学と高分子化学も20世紀に発展を遂げ、一方では生物学との境界において多大な進歩をもたらし、生物学を全く新しいものとした。もう一方ではそれまで存在しなかった様々な物質が合成され、工業社会の大きな発展の元になり、同時に公害問題などにも深く関わるようになった。

日本における歴史

日本ではじめての近代化学を紹介する書となったのは、江戸時代の宇田川榕菴の『舎密開宗』(せいみかいそう）をもって嚆矢とする。舎密は化学を意味するオランダ語 Chemie の字訳である。舎密開宗の原著はイギリスの化学者ウィリアム・ヘンリーが1801年に出版した "An Epitome of Chemistry" である。宇田川榕菴はこれらの出版に際し、日本語のまだ存在しなかった学術用語に新しい造語を作って翻訳した。酸素、水素、窒素、炭素といった元素名や酸化、還元、溶解、分析といった化学用語は、宇田川榕菴によって考案された造語である。

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