無機化學是研究無機物的組成、性質、結構和反應的科學。它是化學最古老的分支。無機物包括所有的化學元素及其化合物，除了大部分的碳化合物。(除了二氧化碳、壹氧化碳、二硫化碳、碳酸鹽等簡單碳化合物還是無機物外，其余都是有機物。)
過去，無機物被認為是無生命的物質，如巖石、土壤、礦物、水等。有機物質是由活的動物和植物產生的，如蛋白質、油、澱粉、纖維素和尿素。1828年，德國化學家維勒用無機氰酸銨制成尿素，打破了有機物只能靠生命力產生的迷信，明確了這兩種物質是靠化學力結合的。現在這兩種物質是按照上面提到的成分不同來劃分的。
無機化學發展簡史
原始人類能夠識別無機物的性質並加以利用。後來偶然發現天然物質可以變成新的不同性質的物質，於是就模仿了。這是古代化學技術的開端。
比如，至少在公元前6000年，中國的原始人就知道用粘土制陶，並逐漸發展到彩陶、白陶、釉陶、瓷器。公元前5000年左右，人類發現天然銅質地堅韌，作為器具不易損壞。後來觀察到孔雀石(堿式碳酸銅)等銅礦石與熾熱的木炭接觸分解成氧化銅，再還原成金屬銅。經過反復觀察和試驗，終於掌握了木炭還原銅礦石的煉銅技術。後來逐漸掌握了煉錫、煉鋅、煉鎳等技術。中國在春秋戰國時期就掌握了鐵礦石冶鐵和鐵煉鋼的技術。公元前2世紀，中國發現鐵可以與銅化合物溶液反應生成銅，這種反應成為後來生產銅的方法之壹。
就化合物而言，在公元前17世紀的商朝就知道鹽(氧化鈉)是調味品，苦鹽(氫化鎂)是苦的。公元前五世紀就有上釉(聚矽酸鹽)器皿。公元7世紀，中國就有用火硝(硝酸鉀)、硫磺和木炭制成火藥的記載。明代宋在1637出版的《天工》中詳細描述了中國古代手工業技術，包括陶瓷、銅、鋼、鹽、火硝、石灰、紅黃礬等幾十種無機物的制作工藝可見，在化學科學建立之前，人類已經掌握了大量的無機化學知識和技術。
古代煉丹術是化學科學的先驅，煉丹術是把朱砂(硫化汞)變成黃金，提煉長生不老藥的嘗試。中國的煉金術始於公元前2世紀和3世紀的秦漢時期。公元142年，中國金丹家魏伯陽撰寫了《周易參同契》，這是世界上最古老的煉丹術書籍。360年左右，有葛洪寫的《抱樸子》。這兩本書記錄了60多種無機物及其許多變化。公元8世紀左右，歐洲的煉丹術興起，隨後逐漸演變為壹門現代化學科學，而中國的煉丹術卻未能進壹步發展。
金關於無機物變化的知識主要來自實驗。他們設計制造了加熱爐、反應室、蒸餾器、研磨機等實驗用具。雖然金丹壹家追求的目標是荒謬的，但是操作方法和積累的感性認識卻成為了化學科學的前驅。
因為最初的化學研究大多是無機物，現代無機化學的建立標誌著現代化學的創立。對現代化學的建立做出最大貢獻的化學家有三位，分別是英國的波義耳、法國的拉瓦錫和英國的道爾頓。
波義耳做過很多化學實驗，比如磷和氫的制備，金屬在酸中的溶解，硫和氫的燃燒。他從實驗結果闡述了元素和化合物的區別，提出元素是不能分離其他物質的物質。這些新概念和新觀點使化學的科學研究走上了正確的道路，為現代化學的建立做出了卓越的貢獻。
拉瓦錫把天平作為研究物質變化的重要工具，對硫、磷的燃燒和錫、汞等金屬在空氣中的加熱進行了定量實驗，確立了物質燃燒是氧化的正確概念，推翻了盛行百年的燃素說。拉瓦錫在大量定量實驗的基礎上，於1774年提出了質量守恒定律，即在化學變化中，壹種物質的質量不變。1789年，他在《化學綱要》中提出了第壹個化學元素分類表和新的化學命名法，用正確的定量觀點描述了當時的化學知識，從而奠定了現代化學的基礎。由於拉瓦錫的倡導，天平開始被廣泛應用於化合物組成和變化的研究。
1799年，法國化學家普魯斯特總結了化合物組成的測定結果，提出了定比定律，即每種化合物的各組成元素的重量有壹定的比例。結合質量守恒定律，道爾頓在1803年提出了原子論，宣稱所有元素都是由不可分割、不可毀滅的叫做原子的粒子組成的。並由此理論引出倍數比例定律，即如果兩種元素組合成幾種不同的化合物，在這些化合物中，元素B的重量與元素A的壹定重量相結合，彼此之間壹定是簡單的整數比。定量實驗的結果充分證實了這壹推論。原子論建立後，化學這門科學開始被宣告。
19的30年代，已知元素有60多種。俄羅斯化學家門捷列夫研究了這些元素的性質，在1869年提出了元素周期律:元素的性質隨著原子量的增加而周期性變化。這個規律揭示了化學元素的自然系統分類。元素周期表按周期排列化學元素，按周期律分組，在無機化學的研究和應用中起著極其重要的作用。
已知元素有***109種，其中94種存在於自然界，15種是人造的。代表化學元素的符號大多是拉丁縮寫。有些中文名是中國自古就知道的元素，如金、鋁、銅、鐵、錫、硫、砷、磷等。有些是從外文音譯過來的，如鈉、錳、鈾、氦等。還有新創的，氫(輕氣)、溴(臭水)、鉑(白金，也是外國名字的音譯)。
周期律對化學的發展起著重要的推動作用。根據周期律，門捷列夫預言了當時尚未發現的元素的存在和性質。周期律還指導著對元素及其化合物性質的系統研究，成為現代物質結構理論發展的基礎。系統無機化學壹般是指按照周期分類對元素及其化合物的性質、結構和反應的描述和討論。
19年底的壹系列發現開創了現代無機化學；x射線是1895年倫琴發現的；1896貝克雷爾發現了鈾的放射性；湯姆遜在1897發現了電子；1898年，居裏夫婦發現了釙和鐳的放射性。20世紀初，盧瑟福和玻爾提出原子是由原子核和電子組成的結構模型，改變了道爾頓原子理論中原子不可分的概念。
1916年，考塞爾提出價鍵理論，路易提出價鍵理論，滿意地解釋了元素的化合價和化合物的結構。1924年，德布羅意提出電子等粒子具有波粒二象性的理論；1926年，薛定諤建立了粒子運動的波動方程；次年，海和倫敦應用量子力學處理氫分子，證明了氫分子中兩個氫核之間存在顯著的電子幾率密度集中，從而提出了化學鍵的現代觀點。
此後，經過幾個方面的工作，發展成為價鍵理論、分子軌道理論和化學鍵配位場理論。這三個基本理論是現代無機化學的理論基礎。
無機化學的研究內容
無機化學在創立之初有四大類知識，即事實、概念、規律和理論。
用感官直接觀察事物所獲得的材料稱為事實；通過對事物具體特征的分析、比較、綜合、概括，元素、化合物、組合、化學成分、氧化、還原、原子等概念都是無機化學中最先明確的概念。把相應的概念組合起來概括同樣的事實，這是壹個規律。比如用不同的元素合成各種化合物，通過總結它們的數量關系，得出質量守恒、常數比、倍數比等定律。建立壹個新的概念來解釋相關的規律，被實驗證明是正確的，也就是壹個理論。比如原子論，可以解釋當時已經確立的關於元素結合重量關系的規律。
這種化學知識的推導，說明了它們之間的內在聯系。定律綜合事實，理論解釋並貫穿定律，從而將整個化學內容組織成壹個系統的科學知識。認為現代化學是在道爾頓創立原子論之後建立的，因為該理論科學地系統化了當時的化學內容。
系統的化學知識是按照科學方法學習的。科學方法主要分為三個步驟:
收集事實的方法是觀察和實驗。實驗是在受控條件下的觀察。化學研究特別註重實驗，因為自然界的化學變化非常復雜，直接觀察不容易得到事物的本質。比如鐵銹是壹種常見的化學變化，如果不控制水蒸氣、氧氣、二氧化碳、空氣中的雜質、溫度等作用條件，就很難理解反應和形成的產物。
無論觀察還是實驗，收集到的事實必須準確。化學實驗中的各種操作，如沈澱、過濾、灼燒、稱量、蒸餾、滴定、結晶、萃取等，都是在受控條件下獲得正確可靠的事實知識的實驗手段。正確知識的獲得不僅依賴於熟練的技術，還依賴於精密的儀器。現代化學始於天平的應用。只有對每壹種現象進行測量，並用數字表示出來，才能知道這種現象的確切知識。
古代的化學技術和煉丹術雖然積累了大量的化學知識，但不能稱之為科學。要把知識變成科學，就必須對收集到的大量事實進行分析比較，去粗取精，從而把相似的事實總結成規律。比如普魯斯特關註化合物的構成。他分析了從世界各地收集的大量天然和合成化合物。經過八年的努力，他發現每種化合物的成分完全壹樣，於是他總結了這樣的事實，提出了恒比定律。
化學定律雖然比事實少，但還是很多，而且是各自為政，互不關聯的。化學家想了解定律的意義和它們之間的關系。道爾頓提出了物質由外而內由原子構成的概念，創立了原子學說，解釋了元素組合和化合物變化的重量關系規律，並使之連貫，從而將化學知識按其形成層次組織成壹門系統的科學。
由於各學科的深入發展和相互滲透，形成了許多跨學科的新研究領域。無機化學與其他學科的結合形成了許多新興的研究領域。比如生物無機化學就是無機化學和生物化學相結合的前沿學科。
X射線、中子衍射、電子衍射、磁振、光譜、質譜、色譜等現代物理實驗方法的應用，使無機物的研究從宏觀走向微觀，從而把元素及其化合物的性質和反應與它們的結構聯系起來，形成了現代無機化學。現代無機化學是應用現代物理技術和物質微觀結構的觀點，研究和闡述化學元素和所有無機化合物的組成、性能、結構和反應的壹門科學。無機化學的發展趨勢主要是新化合物的合成和應用以及新研究領域的開辟和建立。
有機化學
有機化學是研究有機化合物的來源、制備、結構、性質、應用及相關理論的科學，也稱為碳化合物化學。
有機化學發展簡史
“有機化學”這個術語最早是由Bethelius在1806年提出的。當時被命名為“無機化學”的對立面。19世紀初，許多化學家認為，有機化合物只能因為生物體內所謂的“活力”而產生，而不能在實驗室中由無機化合物合成。
1824年，德國化學家維勒將氰化物水解制成草酸。1828年，他不小心把氰酸銨加熱變成了尿素。氰化物和氰酸銨是無機化合物，而草酸和尿素是有機化合物。惠勒的實驗結果給了“生命力”理論第壹次沖擊。此後，由碳、氫等元素合成了醋酸等有機化合物，“生命力”理論逐漸被人們拋棄。
由於合成方法的改進和發展，越來越多的有機化合物是在實驗室中合成的，而且大部分是在與活體完全不同的條件下合成的。“活力”理論逐漸被拋棄，但“有機化學”這壹術語壹直沿用至今。
19世紀初至1858年，在價鍵概念提出之前，有機化學處於萌芽狀態。在此期間，許多有機化合物已被分離，壹些衍生物已被制備和定性描述。
法國化學家拉瓦錫發現，有機化合物燃燒後，會產生二氧化碳和水。他的研究工作為有機化合物的定量分析奠定了基礎。1830年，德國化學家尤斯圖斯·馮·李比希發展了碳和氫的分析方法，1833年，法國化學家杜馬建立了氮的分析方法。這些有機定量分析方法的建立，使化學家能夠獲得壹種化合物的實驗式。
當時，在解決有機化合物分子中的原子如何排列組合的問題時，遇到了很大的困難。起初，有機化學用二元理論來解決有機化合物的結構問題。二元理論認為，化合物的分子可以分為帶正電荷的部分和帶負電荷的部分，它們通過靜電力結合在壹起。根據壹些化學反應，早期的化學家認為，有機化合物的分子是由在反應中保持不變的基團和根據相反電荷的靜電力在反應中發生變化的基團組成的。但是這個理論本身就有很大的矛盾。
法國化學家熱拉爾和洛朗建立了類型理論。這種理論否認有機化合物是由帶正電荷和帶負電荷的基團組成的，而是認為有機化合物是由壹些可以被取代的母體化合物衍生而來的，所以可以根據這些母體化合物進行分類。類型學將許多有機化合物分為不同的類型。根據它們的類型，不僅可以解釋化合物的某些性質，還可以預測壹些新化合物。但是類型理論未能回答有機化合物的結構問題。
有機化合物根據不同的類型進行分類。根據它們的類型，不僅可以解釋化合物的某些性質，還可以預測壹些新的化合物。但是類型理論未能回答有機化合物的結構問題。
經典有機化學時期是從1858年價鍵理論的建立到1916年價鍵電子理論的引入。
1858年，德國化學家凱庫勒和英國化學家庫珀提出了價鍵的概念，並首次用破折號“-”來表示“鍵”。他們認為有機化合物的分子是由它們的組成原子結合而成的。因為在所有已知的化合物中，壹個氫原子只能與另壹種元素的原子結合，所以選擇氫作為價格單位。壹種元素的化合價是能與這種元素的壹個原子結合的氫原子數。凱庫勒還提出了壹個重要概念，即分子中的碳原子可以相互結合。
在1848中，巴斯德分離出兩種酒石酸晶體，壹種是左半晶，另壹種是右半晶。前者可以使平面偏振光向左旋轉，後者可以使其向右旋轉相同的角度。在乳酸的研究中也遇到了類似的現象。因此，在1874年，法國化學家勒貝爾和荷蘭化學家萬托夫分別提出了壹個新概念，圓滿地解釋了這種異質現象。
他們認為分子是三維實體，碳的四個價鍵在空間上是對稱的，指向壹個正四面體的四個頂點，碳原子位於正四面體的中心。當碳原子連接到四個不同的原子或基團上時，產生壹對異構體，它們是彼此的物理對象和鏡像，或者說是左右手的手性關系，這壹對化合物是彼此的光學異構體。勒貝爾和範托夫的理論是有機化學中立體化學的基礎。
第壹個自由基三苯甲基自由基發現於1900，是壹種長壽自由基。1929也證實了不穩定自由基的存在。
在此期間，有機化合物的結構測定、反應和分類都取得了很大進展。但是，價鍵只是化學家從實踐經驗中得到的壹個概念，價鍵的本質並沒有得到解決。
近代有機化學時期，在物理學家發現電子和闡明原子結構的基礎上，美國物理化學家劉易斯等人在1916提出了價鍵電子理論。
他們認為原子外層電子的相互作用是原子束縛在壹起的原因。如果相互作用的外層電子從壹個原子轉移到另壹個原子，就形成離子鍵；如果兩個原子使用外層電子，它們就形成壹個價鍵。通過電子轉移或* * *利用，相互作用原子的外層電子都獲得了惰性氣體的電子組態。這樣，價鍵圖示中用來表示價鍵的破折號“-”實際上是兩個原子所使用的壹對電子。
1927以後，海和倫敦用量子力學處理分子結構問題，建立了價鍵理論，提出了化學鍵的數學模型。後來，馬力肯用分子軌道理論處理分子結構，得到的結果與價鍵電子理論得到的結果大體壹致。因為計算簡單，很多當時無法回答的問題都解決了。
有機化學的研究內容
有機化合物和無機化合物之間沒有絕對的界限。有機化學之所以成為化學中的壹門獨立學科，是因為有機化合物確實有其內在聯系和特性。
位於周期表中的碳元素通常通過使用外層電子和其他元素的原子來實現穩定的電子構型。這種價鍵組合決定了有機化合物的特性。大多數有機化合物由碳、氫、氮和氧組成，少數還含有鹵素、硫和磷。因此，大部分有機化合物具有熔點低、易燃、易溶於有機溶劑的性質，與無機化合物有很大不同。
在含有多個碳原子的有機化合物分子中，碳原子相互結合形成分子的骨架，其他元素的原子連接在骨架上。在元素周期表中，沒有其他元素能像碳壹樣以多種方式牢固地相互結合。碳原子形成的分子骨架有多種形式，如直鏈、支鏈、環狀等。
在有機化學發展的早期，有機化學工業的主要原料是動植物，有機化學主要研究從動植物中分離有機化合物。
19世紀中葉至20世紀初，有機化學工業逐漸轉向以煤焦油為主要原料。合成染料的發現使染料和制藥工業蓬勃發展，促進了對芳香化合物和雜環化合物的研究。20世紀30年代後，以乙炔為原料的有機合成興起。20世紀40年代前後，有機化學工業的原料逐漸向石油和天然氣轉變，合成橡膠、合成塑料和合成纖維工業得到發展。隨著石油資源的日益枯竭，以煤為原料的有機化工必將重新發展。當然，自然動物、植物和微生物仍然是重要的研究對象。
天然有機化學主要研究天然有機化合物的組成、合成、結構和性質。從20世紀初到20世紀30年代，單糖、氨基酸、核苷酸膽酸、膽固醇和壹些萜類化合物的結構以及肽和蛋白質的組成相繼被測定。20世紀30-40年代，測定了壹些維生素、甾體激素和多糖的結構，研究了壹些甾體激素和維生素的結構和合成。大約在20世紀40年代和50年代，發現了壹些抗生素，如青黴素，並確定和合成了它們的結構。50年代完成了部分甾體、嗎啡等生物堿的全合成，催產素等生物活性肽的合成，確定了胰島素的化學結構，發現了蛋白質的螺旋結構和DNA的雙螺旋結構。20世紀60年代，胰島素和寡核苷酸的全合成完成。從20世紀70年代到80年代初，前列腺素、維生素B12和昆蟲信息素激素都被合成出來，核酸和美登木酮的結構被確定並完成了它們的全合成。
有機合成主要研究簡單化合物或元素通過化學反應合成有機化合物。尿素是19在30年代合成的；醋酸是在20世紀40年代合成的。隨後，葡萄糖酸、檸檬酸、琥珀酸、蘋果酸等壹系列有機酸相繼合成。19世紀下半葉合成了多種染料；20世紀40年代合成了DDT、有機磷農藥、有機硫殺菌劑、除草劑等農藥。20世紀初合成了606種藥物，30-40年代合成了1000多種磺胺類藥物，其中壹些可以入藥。
物理有機化學是定量研究有機化合物的結構、反應性和反應機理的學科。它是在價鍵電子理論的基礎上發展起來的，引用了現代物理學、物理化學和量子力學理論的新進展。從20世紀20年代到30年代，通過研究反應機理，建立了壹個新的有機化學體系。50年代的構象分析和Hammett方程開始半定量地估計反應性與結構的關系。分子軌道對稱性守恒和前線軌道理論出現於20世紀60年代。
有機分析是對有機化合物的定性和定量分析。碳和氫的定量分析方法建立於19的30年代。氮的定量分析建立於20世紀90年代。有機化合物中各種元素的常量分析在19年底基本完成；20世紀20年代，建立了有機痕量的定量分析方法。自動化分析儀器出現在20世紀70年代。
由於科學技術的發展，有機化學與各學科相互滲透，形成了許多分支學科和邊緣學科。如生物有機化學、物理有機化學、量子有機化學、海洋有機化學等。
有機化學的研究方法
有機化學研究方法的發展經歷了從手工操作到自動化和計算機化，從常量到超微量的過程。
在1940年代以前，產品通過傳統的蒸餾、結晶和升華進行純化，通過化學降解和衍生物制備來確定其結構。後來，各種色譜和電泳技術，特別是高壓液相色譜的應用，改變了分離技術的面貌。各種光譜和能譜技術的使用使有機化學家能夠研究分子的內部運動，並使結構確定的手段發生了革命性的變化。
隨著電子計算機的引入，有機化合物的分離分析方法向自動化和超微量化方向邁進了壹大步。核磁共振譜和紅外光譜結合傅裏葉變換技術為研究反應動力學和機理提供了新的手段。這些儀器，加上X射線結構分析和電子衍射光譜分析，已經能夠確定微克樣品的化學結構。用電子計算機設計合成路線的研究也取得了壹些進展。
未來有機化學的發展首先是研究能源和資源的開發利用。到目前為止，我們使用的大部分能源和資源，如煤炭、天然氣、石油、動植物和微生物，都是太陽能的化學儲存形式。未來壹些學科的重要課題是更直接有效地利用太陽能。
對光合作用的進壹步研究和有效利用是植物生理學、生物化學和有機化學的共同課題。有機化學可以通過光化學反應生成高能有機化合物並儲存起來；必要的話，利用它的逆反應釋放能量。開發資源的另壹個目標是在有機金屬化合物的作用下固定二氧化碳，產生無窮無盡的資源。有機化合物。在這些方面已經取得了壹些初步的成果。
其次，研發新的有機催化劑，使其能夠模擬酶的高速、高效、溫和的反應模式。這方面的研究已經開始，未來會有更大的發展。
20世紀60年代末，開始了有機合成計算機輔助設計的研究。在未來，有機合成路線的設計和有機化合物結構的確定將更加系統和合理。
化學動力學
化學動力學是研究化學反應過程的速率和反應機理的物理化學的壹個分支，其研究對象是物質性質隨時間變化的非平衡動態系統。時間是化學動力學中的壹個重要變量。
化學動力學的研究方法主要有兩種。壹種是唯象動力學研究方法，也稱經典化學動力學研究方法，從化學動力學的原始實驗數據——濃度與時間的關系出發，通過分析得到壹些反應動力學參數——反應速率常數、活化能、指前因子等。這些參數可以用來表征反應體系的速率化學動力學參數，是討論反應機理的有效數據。
在20世紀上半葉，大量的研究工作致力於這些參數的測定和理論分析以及利用這些參數研究反應機理。然而，反應機理的確認主要取決於檢測和分析反應中間體的能力。20世紀後期，自由基鏈式反應動力學的廣泛研究給化學動力學帶來了兩個發展趨勢:壹是對元反應動力學的廣泛研究；其次，迫切需要建立壹種檢測活性中間體的方法。這種要求以及電子學和激光技術的發展促進了快速反應動力學的發展。目前探測瞬態活性中間體的時間分辨率已經從50年代的毫秒級提高到皮秒級。
二是分子反應動力學的研究方法。從微觀分子層面來看，化學反應是具有壹定量子態的反應物分子相互碰撞，重新排列原子，產生具有壹定量子態的產物分子甚至相互分離的單壹反應碰撞行為。用過渡態理論解釋，是壹個代表體系的粒子在反應體系的超勢能面上穿越反應勢壘的行為。
原則上，如果能從量子化學理論計算出反應體系的正確勢能面，應用力學定律計算出其上代表點的軌跡，就可以計算出反應速率和化學動力學的參數。然而，除了極少數非常簡單的化學反應，量子化學的計算還未能獲得可靠完整的反應體系勢能面。所以現在的反應速率理論還是要借用經典統計力學的處理方法。這種處理必須作出某種形式的平衡假設，從而使這些速率理論不適用於非常快的反應。雖然已經有很多關於平衡假設適用性的研究，但是完全用非平衡理論來處理反應速率問題還不成熟。
化學動力學的經典實驗方法不能制備單量子態反應物，不能檢測單反應碰撞產生的初生態產物。分子束(分子散射)特別是交叉分子束方法在化學元素反應動力學研究中的應用，使得在實驗中研究單個反應碰撞成為可能。分子束實驗獲得了很多經典化學動力學無法獲得的關於化學反應的微觀信息。分子反應動力學是現代化學動力學的前沿。