Xem mã nguồn của Hóa học

{{1000 bài cơ bản}}
{{Bản mẫu:Hóa học}}
'''Hóa học''' (gọi tắt là '''hóa''') ([[Tiếng Anh]]: ''chemistry'') là một nhánh của [[khoa học tự nhiên]] nhằm nghiên cứu về thành phần, cấu trúc, tính chất, và sự thay đổi của [[vật chất]].<ref name=definition>{{chú thích web |url=http://chemweb.ucc.ie/what_is_chemistry.htm |title=What is Chemistry? |publisher=Chemweb.ucc.ie |access-date =ngày 12 tháng 6 năm 2011 |archive-date = ngày 3 tháng 10 năm 2018 |archive-url=https://web.archive.org/web/20181003061822/http://chemweb.ucc.ie/what_is_chemistry.htm }}</ref><ref>[http://dictionary.reference.com/browse/Chemistry Chemistry] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160305233029/http://dictionary.reference.com/browse/chemistry |date=2016-03-05 }}. (n.d.). Merriam-Webster's Medical Dictionary. Truy cập ngày 19 tháng 8 năm 2007.</ref> Các chủ đề chính trong hóa học là [[Nguyên tố hóa học|nguyên tố]], [[hợp chất]], [[nguyên tử]], [[phân tử]], và các [[phản ứng hóa học]].

Hóa học đôi khi được gọi là "khoa học trung tâm" vì nó là cầu nối các ngành khoa học tự nhiên khác như [[vật lý học]], [[địa chất học]] và [[sinh học]].<ref>Theodore L. Brown, H. Eugene Lemay, Bruce Edward Bursten, H. Lemay. ''Chemistry: The Central Science''. Prentice Hall; 8 edition (1999). ISBN 0-13-010310-1. Pages 3–4.</ref><ref name=":1" />

== Từ nguyên ==
Tên gọi ''hóa học'' trong tiếng Việt khởi nguồn từ [[tiếng Trung]] 化學 có [[âm Hán Việt]] là ''hóa học''. Từ 化學 ''hóa học'' trong tiếng Trung là do [[William Alexander Parsons Martin]] đặt ra<ref name=":1">Federico Masini. "[http://www.jstor.org/stable/23887926 The Formation of Modern Chinese Lexicon and Its Evolution Toward a National Language: The Period from 1840 to 1898]". Journal of Chinese Linguistics Monograph Series, No. 6, năm 1993. Trang 50–52, 177, 178.</ref>, xuất hiện lần đầu tiên trong quyển thứ sáu của bộ sách viết bằng [[văn ngôn]] của Martin có tên là 格物入門 ''Cách vật nhập môn'' do Kinh sư Đồng văn quán (京師同文館) xuất bản vào năm [[Đồng Trị]] thứ bảy (1868) thời [[nhà Thanh]].<ref>Federico Masini. "[http://www.jstor.org/stable/23887926 The Formation of Modern Chinese Lexicon and Its Evolution Toward a National Language: The Period from 1840 to 1898]". Journal of Chinese Linguistics Monograph Series, No. 6, năm 1993. Trang 48 và 50.</ref> 格物入門 ''Cách vật nhập môn'' được chia thành bảy quyển là 水學 ''Thủy học (nước)'', 氣學 ''Khí học (khí)'', 火學 ''Hỏa học (lửa)'', 電學 ''Điện học'', 力學 ''Lực học'', 化學 ''Hóa học'', 算學 ''Toán học''.<ref>Federico Masini. "[http://www.jstor.org/stable/23887926 The Formation of Modern Chinese Lexicon and Its Evolution Toward a National Language: The Period from 1840 to 1898] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20180902222354/https://www.jstor.org/stable/23887926 |date=2018-09-02 }}". Journal of Chinese Linguistics Monograph Series, No. 6, năm 1993. Trang 49.</ref>

Hóa học lần đầu được du nhập vào [[Việt Nam]] qua [[Nam Kỳ]] thuộc [[Pháp]] thời [[Đệ Nhị Đế chế Pháp]] và tiếp tục được giảng dạy sâu rộng ở miền Nam Việt Nam. Cho nên vẫn còn nhiều khái niệm hóa học của được kế thừa từ thời Nam Kỳ còn [[Pháp thuộc|thuộc Pháp]] (axit từ acide, anđêhit từ aldehyde và cách sắp xếp các phần định chức trong hệ thống danh pháp,...).

== Lịch sử ==
{{chính|Lịch sử hóa học}}
Hóa học phát triển từ [[giả kim thuật]], đã được thực hành từ hàng ngàn năm trước như ở [[Tên gọi Trung Quốc|Trung Hoa]], [[Châu Âu]] và [[Ấn Độ]].
[[Tập tin:Rosicrucian Rose.jpg|nhỏ|214x214px|Một biểu tượng của Hồng hoa Thập tự. Đồ hình miêu tả 7 hành tinh ngự ở trên theo giả kim thuật, và khẩu hiệu bí ẩn xung quanh: ''V.I.T.R.I.O.L'']]
Khoa giả kim thuật nghiên cứu về vật chất, nhưng thế giới của những nhà giả kim thuật đều dựa trên kinh nghiệm thực tế và công thức bắt nguồn từ thực hành chứ không dựa vào những nghiên cứu khoa học. Mục đích của họ là một chất gọi là "[[Hòn đá triết học]]" dùng để biến đổi những chất như [[chì]] thành [[vàng]]. Các [[nhà giả kim]] thuật đã tiến hành rất nhiều thí nghiệm để tìm ra chất này và qua đó họ đã phát triển nhiều dụng cụ mà ngày nay vẫn còn được sử dụng trong kỹ thuật hóa học.

Tuy nhiên, không một nhà giả kim thuật nào tìm ra được hòn đá triết học và trong [[thế kỷ thứ 17]], các phương pháp làm việc của khoa giả kim thuật được thay đổi bằng những phương pháp khoa học. Một phần kiến thức của các nhà giả kim thuật đang được sử dụng bởi các nhà hóa học, những người làm việc dựa vào kết luận hợp lý dựa trên những gì mà họ quan sát được chứ không dựa vào ý nghĩ biến hóa chì thành vàng.
[[Tập tin:DIMendeleevCab.jpg|trái|nhỏ|228x228px|Nhà bác học [[Dmitri Ivanovich Mendeleev|Mendeleev]], người đã có công tạo ra bảng tuần hoàn mang tên ông 

giúp thúc đẩy sự phát triển của hóa học hiện đại]]
Lịch sử của hóa học có thể được coi như bắt đầu từ lúc [[Robert Boyle]] tách hóa học từ [[khoa giả kim thuật]] trong tác phẩm ''The Skeptical Chemist'' (Nhà hóa học hoài nghi) vào năm [[1661]] nhưng thường được đánh dấu bằng ngày [[Antoine Lavoisier]] tìm ra khí [[oxy]] vào năm [[1783]].

Hóa học có bước phát triển mạnh và phân hóa vào [[thế kỷ 19]]. Những nghiên cứu của [[Justus von Liebig]] về tác động của phân bón đã thành lập ra ngành hóa học nông nghiệp và cung cấp nhiều nhận thức cho ngành [[hóa vô cơ]]. Cuộc tìm kiếm một hóa chất tổng hợp thay thế cho chất màu indigo dùng để nhuộm vải là bước khởi đầu của những phát triển vượt bậc cho ngành [[hóa hữu cơ]] và [[dược]]. Một đỉnh cao trong sự phát triển của ngành hóa học chính là phát minh [[bảng tuần hoàn|bảng tuần hoàn nguyên tố]] của [[Dmitri Ivanovich Mendeleev]] và [[Lothar Meyer]]. Mendelev đã sử dụng quy luật của bảng tuần hoàn để tiên đoán trước sự tồn tại và tính chất của các nguyên tố [[gecmani|germanium]], [[gali|gallium]] và [[scandium]] vào năm [[1870]]. [[Gali|Gallium]] được tìm thấy vào năm [[1875]] và có những tính chất như [[Dmitri Ivanovich Mendeleev|Mendeleev]] đã tiên đoán trước.

Nghiên cứu trong hóa học đã phát triển trong thời kỳ chuyển tiếp sang [[thế kỷ 20]] đến mức các nghiên cứu sâu về cấu tạo [[nguyên tử]] đã không còn là lãnh vực của hóa học nữa mà thuộc về [[vật lý nguyên tử]] hay [[vật lý hạt nhân]]. Mặc dù vậy, các công trình nghiên cứu này đã mang lại nhiều nhận thức quan trọng về bản chất của sự biến đổi chất hóa học và của các [[liên kết hóa học]]. Các động lực quan trọng khác bắt nguồn từ những khám phá trong [[vật lý lượng tử]] thông qua mô hình quỹ đạo điện tử.

== Các nguyên lý nền tảng của hóa học hiện đại ==
[[Tập tin:Lab bench.jpg|nhỏ|245x245px|Một phòng thí nghiệm Hóa sinh, [[Đại học Cologne]] ở [[Đức]]]]
Mô hình cấu trúc nguyên tử hiện tại là mô hình [[cơ học lượng tử]]. [[Hoá học truyền thống]] bắt đầu bằng việc nghiên cứu các [[hạt sơ cấp]], các [[nguyên tử]], các [[phân tử]], các [[Hóa chất|chất]], [[kim loại]], [[tinh thể]] và các [[hợp chất]] khác của vật chất. Vấn đề này có thể được nghiên cứu trong trạng thái [[Thể rắn|rắn]], [[Chất lỏng|lỏng]], hoặc [[Chất khí|khí]], có thể riêng lẻ hoặc [[hỗn hợp]]. Các tương tác, phản ứng và biến đổi được nghiên cứu trong hóa học thường là kết quả của các tương tác giữa các nguyên tử, dẫn đến việc sắp xếp lại các liên kết hóa học giữ các nguyên tử với nhau. Những biến đổi như vậy được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm hóa học.

Phòng thí nghiệm hóa học có khuôn mẫu thường sử dụng nhiều loại dụng cụ [[thủy tinh]] trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, những dụng cụ [[thủy tinh]] này không phải là trung tâm của hóa học, và rất nhiều các thí nghiệm (cũng như ứng dụng / [[công nghiệp]]) hóa học được thực hiện mà không cần những dụng cụ này.
[[Tập_tin:Chemicals_in_flasks.jpg|phải|nhỏ|Hóa chất đựng trong bình (bao gồm [[amoni hydroxide]] và [[axit nitric]]) phát sáng với những màu khác nhau.]]
[[Phản ứng hóa học]] là sự chuyển đổi một số [[Hóa chất|chất]] thành một hoặc nhiều chất khác nhau.<ref>IUPAC Gold Book [http://goldbook.iupac.org/C01033.html Định nghĩa] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070304035235/http://goldbook.iupac.org/C01033.html |date=2007-03-04 }}</ref> Cơ sở của sự biến đổi hóa học như vậy là sự sắp xếp lại các electron trong các liên kết hóa học giữa các nguyên tử. Nó có thể được miêu tả một cách tượng trưng qua một phương trình hóa học, trọng tâm đặt vào các nguyên tử. Số lượng các nguyên tử ở bên trái và bên phải trong phương trình cho một sự biến đổi hóa học là bằng nhau (khi số lượng các nguyên tử ở hai bên là không đồng đều, chuyển đổi được gọi là phản ứng hạt nhân hoặc sự phân rã phóng xạ). Loại phản ứng hóa học mà một chất có thể trải qua và sự thay đổi năng lượng có thể đi kèm tuân theo một số quy tắc cơ bản nhất định, được gọi là định luật hóa học.

Các cân nhắc về [[năng lượng]] và [[entropy]] luôn quan trọng trong hầu hết các nghiên cứu hóa học. Các chất hoá học được phân loại theo cấu trúc, trạng thái, cũng như các thành phần hoá học của chúng. Chúng có thể được phân tích bằng các công cụ phân tích hóa học, ví dụ: quang phổ và sắc ký. Các nhà khoa học tham gia nghiên cứu hóa học được gọi là các [[nhà hóa học]].<ref>"Hướng dẫn nghề nghiệp California số 22: Các nhà hóa học". Calmis.ca.gov. 29-10-1999. Truy cập 12-6-2011.</ref> Hầu hết các nhà hóa học chuyên về một hoặc nhiều tiểu ngành. Một số khái niệm rất cần thiết cho việc nghiên cứu hóa học; một số trong số đó là:<ref>[http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/matter/ "Hóa học tổng hợp trực tuyến - Ghi chú đồng hành: Vật chất"] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110624140458/http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/matter/ |date=2011-06-24 }}. Antoine.frostburg.edu. Truy cập 12-6-2011.</ref>

=== Vật chất ===
Trong hóa học, vật chất được định nghĩa là bất cứ vật gì có khối lượng tĩnh và thể tích (chiếm không gian nhất định) và được tạo thành từ các hạt. Các hạt tạo nên vật chất cũng có khối lượng tịnh - nhưng không phải tất cả các hạt đều có khối lượng tịnh, chẳng hạn như [[photon]]. Vật chất có thể là một chất hoá học tinh khiết hoặc một hỗn hợp các chất.

==== Nguyên tử ====
{{chính|Nguyên tử}}
[[Tập tin:Atom_Diagram.svg|trái|nhỏ|200px|Mô hình hành tinh nguyên tử của [[Ernest Rutherford|Rutherford]]]]
Nguyên tử là đơn vị cơ bản của hóa học. Nó bao gồm một lõi rất đặc gọi là [[hạt nhân nguyên tử]], bao quanh bởi một đám mây điện tử khổng lồ. Hạt nhân được tạo thành từ các [[proton]] tích điện dương và các [[neutron]] không tích điện (gọi chung là các [[nucleon]]). Trong khi đó, đám mây điện tử lại gồm các [[electron]] tích điện âm có quỹ đạo quanh hạt nhân. Trong một nguyên tử trung hòa về điện, điện tích âm của electron cân bằng với điện tích dương của [[proton]]. Hạt nhân rất đặc; khối lượng của một nucleon gấp 1836 lần so với electron, tuy nhiên bán kính của một nguyên tử lại gấp 10000 lần hạt nhân của nó <ref>Burrows et al. 2008, tr. 13</ref><ref name=":0">Housecroft & Sharpe 2008, tr. 2</ref>.

Nguyên tử cũng là thực thể nhỏ nhất được cho là giữ các [[tính chất hóa học]] của [[Nguyên tố hóa học|nguyên tố]], như [[độ âm điện]], [[khả năng ion hóa]], [[trạng thái oxy hóa]], [[số phối trí]] ''(coordination number)'', và các loại liên kết có thể hình thành (ví dụ [[liên kết kim loại]], [[Liên kết ion|ion]], [[Liên kết cộng hóa trị|cộng hoá trị]]).

==== Nguyên tố ====
{{chính|Nguyên tố hóa học}}
Một nguyên tố hóa học là một chất tinh khiết chỉ bao gồm một loại nguyên tử, đặc trưng bởi số [[proton]] cụ thể trong hạt nhân của các nguyên tử, được gọi là [[số hiệu nguyên tử]] và được thể hiện bằng ký hiệu Z. [[Nguyên tử khối]] là tổng của số [[proton]] và [[neutron]] trong một hạt nhân. Mặc dù tất cả các hạt nhân của tất cả các nguyên tử thuộc một nguyên tố sẽ có cùng một số hiệu nguyên tử, chúng có thể không nhất thiết phải có cùng nguyên tử khối; các nguyên tử của một nguyên tố có nguyên tử khối khác nhau được gọi là [[đồng vị]]. Ví dụ, tất cả các nguyên tử với 6 proton trong hạt nhân là các nguyên tử của nguyên tố [[Cacbon|carbon]], nhưng nguyên tử [[Cacbon|carbon]] có thể có nguyên tử khối là 12 hoặc 13.<ref name=":0" />

Sự trình bày tiêu chuẩn của các [[nguyên tố hóa học]] là sắp xếp vào bảng tuần hoàn, sắp xếp các nguyên tố theo số hiệu nguyên tử. Bảng tuần hoàn được sắp xếp thành các nhóm, hoặc các cột, và các chu kỳ hoặc các hàng. Bảng tuần hoàn rất hữu ích trong việc xác định khuynh hướng tuần hoàn.<ref>Burrows et al. 2009, tr. 110</ref>
[[Tập tin:Periodic table (polyatomic).svg|nhỏ|294x294px|Bảng tuần hoàn hóa học của nguyên tố hóa học. Màu khác nhau thể hiện các loại nguyên tố khác nhau]]
[[Tập tin:Carbon dioxide structure.png|trái|nhỏ|172x172px|Cấu trúc của [[cacbon dioxide]], một ví dụ về hợp chất hóa học ]]

==== Đơn chất ====
{{chính|Hợp chất}}Hợp chất là một chất hoá học tinh khiết cấu tạo từ nhiều hơn một nguyên tố. Các tính chất của một hợp chất thường ít giống với các thành phần cấu tạo nên nó.<ref>Burrows et al. 2008, tr. 12</ref> Danh pháp chuẩn của các hợp chất được quy định bởi [[IUPAC|Liên minh Quốc tế về Hóa học thuần túy và Hóa học ứng dụng]] ([[IUPAC]]). Các hợp chất hữu cơ được đặt tên theo hệ thống danh pháp hữu cơ <ref>[http://www.acdlabs.com/iupac/nomenclature/ "IUPAC Nomenclature of Organic Chemistry"] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110608140820/http://www.acdlabs.com/iupac/nomenclature/ |date=2011-06-08 }}. Acdlabs.com. Truy cập 12-6-2011.</ref>. Tên của các hợp chất vô cơ được tạo ra theo hệ thống danh pháp vô cơ. Khi một hợp chất có nhiều hơn một phần, chúng có thể được chia thành hai phần chính, các thành phần tích điện dương và các tích điện âm.<ref>Connelly, Neil G.; Damhus, Ture; Hartshorn, Richard M.; Hutton, Alan T. ''Danh pháp hóa học hợp chất vô cơ theo đề nghị IUPAC 2005''. RSCPublishing. pp. 5–12. <nowiki>ISBN 0-85404-438-8</nowiki>.</ref> Thêm vào đó, [[Dịch vụ Tóm tắt Hóa chất]] (CAS) đã đưa ra một phương pháp để sắp xếp các chất hoá học. Lúc này mỗi chất hoá học có thể nhận biết được bởi một số hiệu được gọi là [[số đăng ký CAS]].

==== Phân tử ====
{{chính|Phân tử}}Một phân tử là phần nhỏ nhất không thể phân chia của một chất hoá học tinh khiết với đặc tính hóa học duy nhất, nghĩa là nó có khả năng thực hiện một số phản ứng hóa học với các chất khác. Tuy nhiên, định nghĩa này chỉ tốt đối với các chất cấu tạo từ các phân tử, mà điều này không đúng với nhiều chất (xem dưới đây). Các phân tử thường là một tập hợp các nguyên tử gắn kết với nhau bằng các [[liên kết cộng hóa trị]], sao cho cấu trúc này là trung hòa về điện tích và tất cả các điện tử hóa trị được ghép nối với các điện tử khác trong các liên kết hoặc trong các cặp đơn (không ở trong liên kết).
[[Tập tin:Caffeine (1) 3D ball.png|nhỏ|211x211px|Mô hình [[bóng-và-que]] cho phân tử [[Cafein|caffeine]]]]
Như đã nói, các phân tử tồn tại như các đơn vị trung hòa điện, không giống như các [[ion]]. Khi quy tắc này bị phá vỡ, "phân tử" lúc này có một điện tích, đôi khi chúng được đặt tên là một ''ion phân tử'' hoặc một ''ion đa nguyên tử''. Tuy nhiên, các ion phân tử thường chỉ có ở dạng tách hoàn toàn, chẳng hạn như một chùm trực tiếp trong [[chân không]] ở một [[Phương pháp khối phổ|phổ kế khối]]. Rất nhiều ion đa nguyên tử này ở trong đất (ví dụ các ion sunfat hoặc nitrat thường gặp),nói chung chúng không được coi là "phân tử" trong hóa học. Một số phân tử có chứa một hoặc nhiều electron không ghép cặp, tạo ra các [[gốc tự do]]. Hầu hết các gốc tự do tương đối phản ứng, nhưng một số, chẳng hạn như [[Nitơ monoxit|nitric oxit]] (NO) có thể ổn định.
[[Tập tin:Benzene-2D-full.svg|trái|nhỏ|182x182px|Cấu hình bộ khung [[benzen]] trên mặt phẳng 2-D]]
Các nguyên tố khí "trơ" hoặc [[khí hiếm]] ([[heli]], [[neon]], [[argon]], [[krypton]], [[xenon]] và [[radon]]) tồn tại ở đơn vị nhỏ nhất là dưới dạng các nguyên tử đơn độc, nhưng các chất hóa học tách biệt khác thì gồm các phân tử hoặc các mạng nguyên tử liên kết với nhau một cách nào đó. Các phân tử xác định được có thể là các chất quen thuộc như [[nước]](H<sub>2</sub>O), [[không khí]](0<sub>x</sub>), và nhiều hợp chất hữu cơ như [[Etanol|rượu]](C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>O hoặc C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>OH), [[Đường ăn|đường]](C<sub>12</sub>H<sub>22</sub>O<sub>11</sub>), muối ăn(NaCl), [[xăng]] và các [[dược phẩm]] khác nhau.

Tuy nhiên, không phải tất cả các chất hoặc các hợp chất hóa học bao gồm các phân tử rời rạc, và thực tế hầu hết các chất rắn tạo thành [[Lớp vỏ Manti|lớp vỏ rắn]], [[Lớp phủ (địa chất)|lớp phủ]] và [[Lõi Trái Đất|lõi]] của Trái Đất là các hợp chất hóa học mà không có các phân tử. Các loại chất khác, chẳng hạn như các hợp chất ion và các chất rắn trong mạng, được sắp xếp theo cách mà không tìm thấy tồn tại của các phân tử thực chất. Thay vào đó, các chất này được tìm hiểu dưới dạng đơn vị công thức hoặc đơn vị tế bào là cấu trúc lặp lại nhỏ nhất trong chất. Ví dụ về các chất như vậy là các muối (như [[muối ăn]]), chất rắn như carbon và [[kim cương]], [[kim loại]], [[silica]] và các khoáng chất [[silicat]] quen thuộc như [[thạch anh]] và [[Đá hoa cương|granit]].

Một trong những đặc tính chính của một phân tử là cấu hình của nó; thường được gọi là cấu trúc hóa học. Trong khi cấu trúc của các [[phân tử]] [[nguyên tử]] cấu tạo từ hai nguyên tử, ba hoặc bốn có thể dễ đoán, (dạng thẳng, hình chóp góc...) thì cấu trúc của các phân tử đa nguyên tử, được {{infobox|data1=[[Tập tin:Cín.png|100px]] [[Tập tin:Sulfur-sample.jpg|100px]]|data2=[[Tập tin:Diamants maclés 2(République d'Afrique du Sud).jpg|100px]] [[Tập tin:Sugar 2xmacro.jpg|100px]]|data3=[[Tập tin:Sal (close).jpg|100px]] [[Tập tin:Sodium bicarbonate.jpg|100px]]|data5=Ví dụ về các chất tinh khiết. Từ trái qua phải: các nguyên tố [[Thiếc]] (Sn) và [[Lưu huỳnh]] (S), [[Kim cương]] (một dạng [[thù hình]] của [[Carbon]]), [[Sucrose]] (đường ăn), và [[Natri chloride]] (muối ăn) và [[Natri bicarbonat]] (bột nở), cả hai đều là hợp chất ion.}}cấu thành từ hơn 6 nguyên tử (của một số [[Nguyên tố hóa học|nguyên tố]]) có thể rất quan trọng đối với tính chất hoá học của nó.

==== Chất và hỗn hợp ====
Một chất hoá học là một loại vật chất với thành phần và tập hợp các thuộc tính xác định<ref>Hill, J.W.; Petrucci, R.H.; McCreary, T.W.; Perry, S.S. (2005). ''Hóa học đại cương'' (tái bản lần 4). Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Prentice Hall. tr. 37.</ref>. Một tập hợp các chất được gọi là hỗn hợp. Ví dụ về hỗn hợp là [[không khí]] và các [[hợp kim]].<ref>M. M. Avedesian; Hugh Baker. ''Magie và hợp kim magie''. ASM International. tr. 59</ref>

==== Mol và lượng chất ====
Mol là một đơn vị đo lường biểu thị một lượng chất (còn gọi là lượng hóa học). Mol được định nghĩa là số nguyên tử tìm thấy chính xác 0,012&nbsp;kg (12 gram) carbon-12, trong đó nguyên tử cacbon-12 không liên kết, ở trạng thái nghỉ và trạng thái nền<ref>[http://www.bipm.org/en/si/base_units/ "Official SI Unit definitions"] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20071014094602/http://www.bipm.org/en/si/base_units/ |date=2007-10-14 }}. Bipm.org. Truy cập 12-6-2011.</ref>. Số lượng các thực thể trên mỗi mol được gọi là [[hằng số Avogadro]] và được xác định một cách thực nghiệm là khoảng 6,022 × 10<sup>23</sup> mol<sup>−1</sup>.<ref>Burrows et al. 2008, tr. 16</ref> Nồng độ mol là lượng chất đặc biệt trên một thể tích dung dịch, và thường được ghi dưới dạng trong moldm<sup>−3</sup>.<ref>Atkins & de Paula 2009, tr. 9</ref>

=== Thể ''hoặc'' trạng thái ===
[[Tập tin:Ice formations 2.jpg|trái|nhỏ|223x223px|Nước ở thể rắn tạo nên những nhũ băng này]]
Ngoài các tính chất hóa học cụ thể phân biệt các chất hóa học khác nhau, các chất hóa học có thể tồn tại trong một vài ''thể'' hay ''trạng thái'' khác nhau. Phần lớn, việc phân loại hóa chất độc lập với các phân loại theo thể này; tuy nhiên, một số thể đặc biệt là không tương thích với các tính chất hóa học nhất định. Thể là một tập hợp các trạng thái của một hệ thống hóa học có các đặc tính cấu trúc tương tự nhau, đặt trong một loạt các điều kiện, chẳng hạn như áp suất hoặc nhiệt độ.
[[Tập tin:Sự chuyển thể trong hóa học.png|nhỏ|288x288px|Sự chuyển thể giữa ba thể quen thuộc: rắn, lỏng, khí]]
Các tính chất vật lý, chẳng hạn như [[mật độ]] và độ chiết quang thường là các giá trị đặc trưng của thể. Thể của vật chất được xác định bởi quá trình ''chuyển thể'', đó là khi năng lượng đưa vào hoặc đưa ra khỏi hệ thống thoát ra sắp xếp lại cấu trúc của hệ thống, thay vì thay đổi các các điều kiện.

Đôi khi sự khác biệt giữa các thể có thể liên tục hay không rõ ràng; thay vì có ranh giới tách biệt, trong trường hợp này vật chất được coi là ở trạng thái siêu tới hạn. Khi ba thể cùng tồn tại với các điều kiện nhất định, nó tạo nên một [[điểm ba trạng thái]]; và vì điểm này là không thay đổi, đó là một cách thuận tiện để xác định một tập hợp các điều kiện cho từng thể.

Các ví dụ quen thuộc nhất của các thể là [[Chất rắn|rắn]], [[Chất lỏng|lỏng]] và [[Chất khí|khí]]. Nhiều chất có nhiều thể rắn. Ví dụ, sắt có ba thể rắn (alpha, gamma, và delta) thay đổi tùy theo nhiệt độ và áp suất. Một sự khác biệt chính giữa các thể rắn là cấu trúc tinh thể, hoặc sự sắp xếp của các nguyên tử. Một thể khác thường gặp trong nghiên cứu hóa học là [[Chất lỏng|thể lỏng]], tức là trạng thái của các chất hòa tan trong dung môi (thường là trong nước).

Các thể ít quen thuộc hơn bao gồm [[plasma]], [[ngưng tụ Bose-Einstein]] và ngưng tụ fermion cùng với các giai đoạn [[thuận từ]] và [[sắt từ]] của vật liệu từ tính. Mặc dù hầu hết các thể là quen thuộc trong các hệ thống ba chiều, nó cũng có thể định nghĩa các tương tự trong các hệ thống hai chiều, điều này đã thu hút được sự quan tâm của nó đối với các hệ thống sinh học.

=== Liên kết ===
{{chính|Liên kết hóa học}}Các nguyên tử gắn kết với nhau trong các phân tử hoặc tinh thể được gọi là liên kết với nhau. Một liên kết hóa học có thể được hình dung như là sự cân bằng đa cực giữa các điện tích dương trong hạt nhân và các điện tích âm dao động xung quanh chúng.<ref>Visionlearning. [http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=55 "Liên kết hóa học bởi Anthony Carpi, Tiến sĩ"] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110717215216/http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=55 |date=2011-07-17 }}. visionlearning. Truy cập 12-06-2011.</ref> Không chỉ là phản ứng hút và đẩy đơn giản, năng lượng và sự phân bố là đặc trưng cho khả năng một điện tử tạo liên kết với một nguyên tử khác.
[[Tập tin:Ionic bonding animation.gif|nhỏ|291x291px|Một miêu tả cho quá trình tạo liên kết ion giữa [[natri]] (Na) và [[clo]] (Cl) để tạo thành [[natri chloride]], hay chính là [[muối ăn]]. Liên kết ion liên quan đến một nguyên tử ''lấy'' điện tử hóa trị từ một nguyên tử khác (trái ngược với ''chia sẻ'', xảy ra trong liên kết cộng hóa trị)]]
Một liên kết hóa học có thể là một [[liên kết cộng hóa trị]], [[liên kết ion]], [[liên kết hydro]] hoặc chỉ là [[lực Van der Waals]]. Mỗi loại liên kết này được gán cho một số tiềm năng. Những tiềm năng tạo ra các tương tác giữ các nguyên tử với nhau trong các phân tử hoặc tinh thể. Trong nhiều hợp chất đơn giản, lý thuyết [[hóa trị]], [[Lý thuyết VSEPR|mô hình VSEPR]], và khái niệm [[số oxy hóa]] có thể được sử dụng để giải thích cấu trúc phân tử và thành phần.
[[Tập tin:Elektronenformel Punkte CH4.svg|trái|nhỏ|160x160px|Trong phân tử mê-tan (CH4), nguyên tử cacbon chia sẻ một cặp electron hóa trị với từng nguyên tử [[Hiđro|hydro]] (tổng cộng là 4 nguyên tử). Do đó, quy tắc ''bát tử'' đã thỏa mãn cho nguyên tử C (với tám electron trong vỏ hóa trị của nó) và quy tắc ''song tử'' đã thỏa mãn cho nguyên tử H (với hai electron trong vỏ hóa trị của chúng).]]
Một liên kết ion được hình thành khi một kim loại mất đi một hoặc nhiều electron của nó, trở thành một cation tích điện dương, và các electron sau đó được thu được bởi nguyên tử phi kim, trở thành một anion tích điện âm. Hai ion tích điện trái dấu sẽ thu hút bởi nhau, và liên kết ion là lực hấp dẫn giữa chúng. Ví dụ, [[natri]] (Na), một [[kim loại]], mất một điện tử để trở thành một Na<sup>+</sup> (cation), trong khi [[clo]] (Cl), một phi kim, thu được điện tử này để trở thành Cl<sup>−</sup> (anion). Các ion được giữ lại với nhau do lực hút tĩnh điện, và hợp chất natri chloride (NaCl), hay tên phổ biến hơn là muối ăn, được hình thành.

Trong một [[Liên kết cộng hóa trị|liên kết cộng hoá trị]], một hoặc nhiều cặp electron hóa trị được chia sẻ bởi hai nguyên tử, tạo nên nhóm các nguyên tử liên kết với nhau trung hòa về điện hay [[phân tử]]. Các nguyên tử sẽ chia sẻ các điện tử hóa trị trong một cách để tạo ra một cấu hình electron [[khí hiếm]] (với tám electron trong vỏ ngoài cùng của chúng) cho mỗi nguyên tử. Các nguyên tử có xu hướng kết hợp theo cách mà mỗi chúng có tám electron trong vỏ ngoài cùng, và sao cho là tuân thủ quy tắc bát tử (xem ''[[Liên kết ion]]''). Tuy nhiên, một số nguyên tố như [[Hiđro|hydro]] và [[lithi]] chỉ cần hai điện tử trong vỏ ngoài cùng của chúng để đạt được cấu hình ổn định này; các nguyên tử này được cho là tuân theo ''quy tắc song tử (duet)'', và theo cách này, chúng sẽ đạt tới cấu hình điện tử của [[heli]] trong khí quyển, một khí hiếm chỉ có hai điện tử trong vỏ bên ngoài của nó.

Tương tự, các lý thuyết từ [[vật lý cổ điển]] có thể được sử dụng để dự đoán nhiều cấu trúc [[ion]]. Với các hợp chất phức tạp hơn, chẳng hạn như phức hợp kim loại, lý thuyết hóa trị sẽ ít có giá trị hơn. Lúc này, các phương pháp tiếp cận khác, như lý thuyết [[quỹ đạo phân tử]] (orbital), thường được sử dụng. Xem sơ đồ về [[orbital]] điện tử.

=== Năng lượng ===
{{chính|Năng lượng}}

Trong bối cảnh hóa học, năng lượng là một thuộc tính của một chất do kết quả của cấu trúc nguyên tử, phân tử hoặc cấu trúc tổng hợp của nó. Vì một sự biến đổi hóa học đi cùng với sự thay đổi một hoặc nhiều cấu trúc này, nó luôn đi kèm với việc tăng hoặc giảm năng lượng của các chất liên quan. Một số năng lượng được chuyển giao giữa môi trường xung quanh và các chất phản ứng dưới dạng nhiệt hoặc ánh sáng; do đó các sản phẩm của một phản ứng có thể&nbsp; nhiều hoặc ít năng lượng hơn các chất phản ứng.

Một phản ứng được cho là ''giải phóng năng lượng'' nếu trạng thái cuối cùng thấp hơn về quy mô năng lượng so với trạng thái ban đầu; trong trường hợp phản ứng ''thu năng lượng'' thì ngược lại. Một phản ứng được gọi là ''[[Quá trình tỏa nhiệt|tỏa nhiệt]]'' nếu phản ứng thải nhiệt ra môi trường xung quanh; trong trường hợp phản ứng ''thu nhiệt'', phản ứng hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh.

Các phản ứng hóa học thường không thể xảy ra trừ khi các chất phản ứng vượt qua hàng rào năng lượng gọi là [[năng lượng hoạt hóa]]. Tốc độ phản ứng hóa học (ở nhiệt độ nhất định T) liên quan đến năng lượng hoạt hóa E, bởi yếu tố phân bố của Boltzmann - đó là xác suất của một phân tử có năng lượng lớn hơn hoặc bằng với E ở nhiệt độ nhất định T. Sự phụ thuộc có tính lũy thừa của tần suất phản ứng lên nhiệt độ được gọi là phương trình Arrhenius. Năng lượng kích hoạt cần thiết cho một phản ứng hóa học có thể dưới dạng nhiệt, ánh sáng, điện hoặc lực lượng cơ học dưới dạng siêu âm.<ref>Reilly, Michael. (2007). [https://www.newscientist.com/article/dn11427-mechanical-force-induces-chemical-reaction.html#.Uy6ySlendfA Các lực cơ cho phản ứng hóa học] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140814004108/http://www.newscientist.com/article/dn11427-mechanical-force-induces-chemical-reaction.html#.Uy6ySlendfA |date=2014-08-14 }}, NewScientist.com news service, Reilly</ref>

Một khái niệm liên quan là năng lượng tự do, cũng cân nhắc cả khái niệm [[entropy]], là một phương tiện rất hữu ích để dự đoán tính khả thi của phản ứng và xác định trạng thái cân bằng của một phản ứng hóa học, trong nhiệt động học hóa học. Một phản ứng chỉ khả thi nếu tổng lượng thay đổi trong [[năng lượng tự do Gibbs]] là âm, <math>{\Delta G \ < 0 \,} </math>, nếu nó bằng không, phản ứng hóa học được cho là ở trạng thái cân bằng.
[[Tập tin:Wasserstoffbrückenbindungen-Wasser.svg|nhỏ|231x231px|Các phân tử [[nước]] đang liên kết với nhau bằng liên kết hydro (đường nét đứt)]]
Có tồn tại các trạng thái năng lượng hạn chế đối với điện tử, nguyên tử và phân tử. Điều này được xác định bởi các quy tắc của [[cơ học lượng tử]], đòi hỏi phải lượng tử hóa năng lượng của một hệ thống bị ràng buộc. Các nguyên tử / phân tử ở trạng thái năng lượng cao hơn được cho là kích thích. Các phân tử / nguyên tử của chất trong trạng thái năng lượng kích thích thường phản ứng nhiều hơn; có nghĩa là, phù hợp cho phản ứng hóa học.

Trạng thái hay thể của một chất được xác định một cách bất biến bởi [[năng lượng]] và năng lượng ở môi trường xung quanh nó. Khi lực giữa các phân tử của một chất lớn hơn năng lượng của môi trường xung quanh, thì đó thường là [[thể lỏng]] hoặc [[Thể rắn|rắn]] như với trường hợp với nước (H<sub>2</sub>O); một chất lỏng ở nhiệt độ phòng bởi vì các phân tử của nó được bởi [[liên kết hydro]].<ref>[http://www.chem4kids.com/files/matter_changes.html Chuyển đổi trạng thái của một chất] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070428171905/http://www.chem4kids.com/files/matter_changes.html |date=2007-04-28 }} - Chemforkids.com</ref> Trong khi [[Hydro sulfide|hydrogen sulfide]] (H<sub>2</sub>S) là một khí ở nhiệt độ phòng và áp suất tiêu chuẩn, vì các phân tử của nó liên kết yếu hơn bởi tương tác lưỡng cực-lưỡng cực.

Việc chuyển năng lượng từ một chất hóa học này sang một chất khác phụ thuộc vào lượng năng lượng được phát ra từ một chất. Tuy nhiên, năng lượng nhiệt thường được chuyển dễ dàng từ hầu hết chất này sang chất khác bởi vì các [[phonon]], chịu trách nhiệm cho các mức năng lượng dao động và luân chuyển mức năng lượng trong một chất, có ít năng lượng hơn các [[photon]] được viện dẫn để chuyển năng lượng điện tử. Do đó, các mức năng lượng dao động và luân chuyển nằm gần nhau hơn mức năng lượng điện tử, nhiệt dễ dàng được chuyển giữa các chất, so với các dạng khác như: ánh sáng hoặc các dạng năng lượng điện tử khác. Ví dụ, bức xạ điện từ tia cực tím không được chuyển giao hiệu quả từ chất này sang chất khác như là năng lượng nhiệt hoặc điện.

Sự tồn tại của các mức năng lượng đặc trưng cho các chất hoá học khác nhau rất hữu ích cho việc xác định chúng bằng cách phân tích các đường quang phổ. Các loại phổ khác nhau thường được sử dụng trong [[Quang phổ học|quang phổ hóa học]], ví dụ: [[Quang phổ hấp phụ cận hồng ngoại|NIRS]], [[Vi ba|vi sóng]], [[Cộng hưởng từ hạt nhân|NMR]], EPR (''cộng hưởng thuận từ electron'')... Quang phổ cũng được sử dụng để xác định thành phần của những ngôi sao ở xa và các thiên hà xa xôi bằng cách phân tích phổ xạ của chúng.
[[Tập tin:Emission spectrum-Fe.svg|giữa|nhỏ|610x610px|Phổ phát xạ của sắt]]
Thuật ngữ năng lượng hóa học thường được sử dụng để chỉ ra tiềm năng của một chất hóa học để trải qua một quá trình chuyển đổi thông qua một phản ứng hóa học hoặc để biến đổi các chất hóa học khác.

=== Phản ứng hóa học ===
{{chính|Phản ứng hóa học}}[[Tập tin:VysokePece1.jpg|nhỏ|264x264px|Trong phản ứng hóa học, các liên kết giữa các nguyên tử được bẻ gãy và hình thành nên các chất khác nhau có các tính chất khác nhau. Trong một lò cao, [[Sắt oxit|oxide sắt]], một hợp chất, phản ứng với [[Cacbon monoxit|carbon monoxit]] để hình thành [[sắt]], một trong những nguyên tố hóa học, và [[Cacbon dioxide|carbon dioxide]].]]
Khi một chất hóa học được biến đổi do sự tương tác của nó với một chất khác hoặc với năng lượng, ta có thể nói một [[phản ứng hóa học]] đã xảy ra. ''Phản ứng hóa học'' là một khái niệm liên quan đến "''phản ứng''" của một chất khi tiếp xúc gần với chất khác, cho dù là hỗn hợp hoặc dung dịch; hoặc tiếp xúc với một số dạng năng lượng, hoặc cả hai. Nó tạo ra một số trao đổi năng lượng giữa các thành phần của phản ứng cũng như với môi trường hệ thống, môi trường này có thể được là các hộp chứa được thiết kế đặc dụng - thường là dụng cụ thí nghiệm thủy tinh.

Các phản ứng hóa học có thể dẫn đến sự hình thành hoặc phân ly của các phân tử - tức là các phân tử sẽ bị phân tách thành hai hoặc nhiều phân tử nhỏ hơn; hoặc sắp xếp lại các nguyên tử trong hoặc ngoài các phân tử. [[Phản ứng hóa học]] thường liên quan đến việc tạo ra hoặc phá vỡ các [[liên kết hóa học]]. Các phản ứng thường gặp là [[oxy hóa khử|oxy hóa-khử]], phản ứng tách, trung hoà acid-base và tái sắp xếp nguyên tử.

Một phản ứng hóa học có thể được mô tả một cách biểu tượng bằng phương trình hóa học. Trong phản ứng hóa học ''phi-hạt-nhân'', số lượng và loại nguyên tử ở cả hai phía của phương trình đều như nhau, đối với phản ứng ''hạt-nhân'', điều này chỉ đúng đối với các hạt trong hạt nhân như [[proton]] và [[neutron]].<ref>[http://goldbook.iupac.org/C01034.html Chemical Reaction Equation] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20071012013002/http://goldbook.iupac.org/C01034.html |date=2007-10-12 }} – Sách vàng IUPAC</ref>

Chuỗi các bước trong đó các liên kết hóa học được tổ chức lại xảy ra trong quá trình phản ứng hóa học được gọi là cơ chế phản ứng. Một phản ứng hóa học có thể được dự kiến diễn ra theo một số bước, mỗi bước có thể có tốc độ khác nhau. Nhiều phản ứng trung gian với độ ổn định có thể do đó có thể được dự kiến trong quá trình phản ứng. Các cơ chế phản ứng được đề xuất để giải thích động học và hỗn hợp sản phẩm tương đối của một phản ứng. Nhiều nhà hóa lý chuyên khám phá và đề xuất các cơ chế phản ứng hóa học khác nhau. Một số quy tắc thực nghiệm, giống như quy tắc Woodward-Hoffmann thường có ích trong khi đề xuất một cơ chế cho một phản ứng hóa học.

Theo sách [[IUPAC]], một phản ứng hoá học là "một quá trình dẫn đến sự chuyển hóa lẫn nhau giữa các loại chất hóa học".<ref>[http://goldbook.iupac.org/C01033.html Chemical Reaction] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070304035235/http://goldbook.iupac.org/C01033.html |date=2007-03-04 }} Sách vàng IUPAC</ref> Theo đó, một phản ứng hóa học có thể là một phản ứng cơ bản hoặc một phản ứng qua nhiều bước.

=== Ion và muối ===
{{chính|Ion}}
[[Tập tin:Potassium-chloride-3D-ionic.png|nhỏ|202x202px|Cấu trúc lưới tinh thể của Kali chloride ([[KCl]]), một muối được hình thành do sự hấp dẫn của K<sup>+</sup> (cation) và Cl<sup>−</sup> (anion). Lưu ý nếu tính tổng thể của hợp chất này không tích điện.]]
Một ion là một phần tử mang điện tích, có thể là một nguyên tử hoặc một phân tử, đã mất hoặc lấy được một hoặc nhiều điện tử. Khi một nguyên tử mất một điện tử và do đó có nhiều proton hơn electron, nguyên tử là một ion tích điện dương hoặc cation. Khi một nguyên tử thu được một electron và do đó có nhiều điện tử hơn proton, nguyên tử là một ion tích điện âm hoặc anion. Cation và anion có thể tạo thành mạng lưới tinh thể của muối trung hòa, như ion Na<sup>+</sup> và Cl<sup>−</sup> tạo thành [[Natri chloride|NaCl]]. Các ví dụ về các ion đa nguyên tử không phân rã trong các phản ứng acid - base là [[Hiđrôxít|hydroxide]] (OH<sup>−</sup>) và [[phosphat]]e (PO<sub>4</sub><sup>3−</sup>).

Plasma gồm có chất khí đã được ion hóa hoàn toàn, thông thường là qua nhiệt độ cực cao.

=== Tính axit và bazơ ===
[[Tập tin:Hydrogen-bromide-3D-vdW.svg|trái|nhỏ|Khi [[hydrogen bromide]] (HBr), trong ảnh, tan trong nước, nó tạo nên acid mạnh là [[Axit bromhydric|acid hydrobromic]].]]
Một chất có thể thường được phân loại như một acid hoặc một bazơ. Có một số lý thuyết khác nhau giải thích những hành vi cơ bản của axit. Đơn giản nhất là [[Svante Arrhenius|thuyết Arrhenius]]: một axit là một chất tạo ra ion <chem>H+</chem>còn một base thì tạo ra ion <chem>OH-</chem> khi hòa tan trong nước. Theo lý thuyết acid-base của Bronsted-Lowry, acid là chất cho  <chem>H+</chem> trong một phản ứng hóa học; mở rộng hơn, base là chất nhận được ion <chem>H+
</chem> đó.

Lý thuyết phổ biến thứ ba là lý thuyết Lewis, dựa trên sự hình thành các liên kết hoá học mới. Lý thuyết của Lewis giải thích rằng: acid là một chất có khả năng nhận một cặp electron từ một chất khác trong quá trình hình thành liên kết, còn base là một chất có thể cung cấp một cặp electron để tạo thành một liên kết mới. Theo lý thuyết này, điều quan trọng được trao đổi là điện tích. Có một số cách khác mà một chất có thể được phân loại như một acid hoặc một base, như là bằng chứng cho lịch sử của khái niệm này.

Độ mạnh của acid thường được đo bằng hai phương pháp. Một phép đo, dựa trên định nghĩa Arrhenius về axit, tức là độ pH, là một phép đo nồng độ ion <chem>H+</chem> trong dung dịch, được thể hiện bằng [[Lôgarit|thang logarit]]. Một phép đo khác, dựa trên định nghĩa Bronsted - Lowry, là hằng số phân ly acid,cho biết khả năng hoạt động acid tương đối của một chất theo định nghĩa của Bronsted - Lowry. Tức là các chất có K<sub>a</sub> cao hơn có nhiều khả năng cho các ion <chem>H+</chem> trong các phản ứng hóa học hơn là những chất có giá trị K<sub>a</sub> thấp hơn.

=== Oxy hóa-khử ===
{{chính|Oxy hóa khử}}[[Oxy hóa khử|Phản ứng oxy hóa-khử]] bao gồm tất cả các phản ứng hóa học mà trong đó các nguyên tử bị thay đổi [[trạng thái oxy hóa]] bằng cách thu được điện tử (quá trình khử) hoặc mất điện tử (quá trình oxy hóa). Các chất có khả năng oxy hóa các chất khác được gọi là chất oxy hóa hoặc tác nhân oxy hóa. Chất oxy hóa loại bỏ các electron khỏi một chất khác. Tương tự, các chất có khả năng khử các chất khác được gọi là chất khử, hoặc tác nhân khử.

Một chất khử chuyển các electron sang một chất khác, và do đó nó bị oxy hóa. Và bởi vì nó "tặng" điện tử, nó còn được gọi là chất cho điện tử. Thuật ngữ "oxy hóa" và "khử" có lẽ đề cập đến một sự thay đổi số oxy hóa - sự chuyển giao thực sự của điện tử có thể không bao giờ xảy ra. Như vậy, quá trình ''oxy hóa'' được định nghĩa tốt hơn là sự tăng [[Trạng thái oxy hóa|số oxy hóa]], và ''khử'' là một sự giảm [[số oxy hóa]].

=== Cân bằng ===
Mặc dù khái niệm ''cân bằng'' được sử dụng rộng rãi trong khoa học, trong bối cảnh hóa học, nó phát sinh bất cứ khi nào một số trạng thái khác nhau của thành phần hoá học là khả thi, ví dụ, trong một hỗn hợp của một số [[hợp chất hóa học]] có thể phản ứng với nhau, hoặc khi một chất có thể có mặt trong nhiều hơn một trạng thái.

Một hệ thống các chất hoá học ở trạng thái cân bằng, mặc dù có thể có thành phần không thay đổi, thường không tĩnh; các phân tử của các chất tiếp tục phản ứng với nhau do đó tiến đến sự cân bằng động. Do đó khái niệm này mô tả trạng thái trong đó các thông số như thành phần hóa học không thay đổi theo thời gian.

== Tầm quan trọng ==
=== Đời sống ===
Phản ứng hóa học xảy ra trong cuộc sống hằng ngày ví dụ như trong lúc nấu ăn, làm bánh hay rán mà trong đó các biến đổi chất xảy ra một cách rất phức tạp đã góp phần tạo nên hương vị đặc trưng cho món ăn. Thêm vào đó thức ăn được phân tách ra thành các thành phần riêng biệt và cũng được biến đổi thành năng lượng.

=== Liên hệ với khoa học khác ===
Hóa học nghiên cứu về tính chất của các [[nguyên tố]] và [[hợp chất]], về các biến đổi có thể có từ một chất này sang một chất khác, tiên đoán trước tính chất của những hợp chất chưa biết đến cho tới nay, cung cấp các phương pháp để tổng hợp những hợp chất mới và các phương pháp đo lường hay phân tích để tìm các thành phần hóa học trong những mẫu thử nghiệm.

Mặc dù tất cả các chất đều được cấu tạo từ một số loại "đá xây dựng" tương đối ít, tức là từ khoảng 80 đến 100 nguyên tố trong số 118 nguyên tố được biết đến nhưng sự kết hợp và sắp xếp khác nhau của các nguyên tố đã mang lại đến vài triệu hợp chất khác nhau, những hợp chất mà đã tạo nên các loại vật chất khác nhau như [[nước]], [[cát (chất)]], [[mô sinh vật]] và [[mô thực vật]]. Thành phần của các nguyên tố quyết định các tính chất vật lý và hóa học của các chất và làm cho hóa học trở thành một bộ môn khoa học rộng lớn.

Cũng như trong các bộ môn khoa học tự nhiên khác, thí nghiệm trong hóa học là cột trụ chính. Thông qua thí nghiệm, các lý thuyết về cách biến đổi từ một chất này sang một chất khác được phác thảo, kiểm nghiệm, mở rộng và khi cần thiết thì cũng được phủ nhận.

Tiến bộ trong các chuyên ngành khác nhau của hóa học thường là các điều kiện tiên quyết không thể thiếu cho những nhận thức mới trong các bộ môn khoa học khác, đặc biệt là trong các lãnh vực của [[sinh học]] và [[y học]], cũng như trong lãnh vực của [[vật lý học|vật lý]] (Ví dụ như việc chế tạo các [[siêu dẫn|chất siêu dẫn]] mới). [[Hóa sinh]], một chuyên ngành rộng lớn, đã được thành lập tại nơi giao tiếp giữa hóa học và sinh vật học và là một chuyên ngành không thể thiếu được khi muốn hiểu về các quá trình trong sự sống, các quá trình mà có liên hệ trực tiếp và không thể tách rời được với sự biến đổi chất.

Đối với y học thì hóa học không thể thiếu được trong cuộc tìm kiếm những thuốc trị bệnh mới và trong việc sản xuất các dược phẩm. Các kỹ sư thường tìm kiếm vật liệu chuyên dùng tùy theo ứng dụng (vật liệu nhẹ trong chế tạo [[máy bay]], [[vật liệu xây dựng]] chịu lực và bền vững, các [[chất bán dẫn]] đặc biệt tinh khiết,...). Ở đây bộ môn [[khoa học vật liệu]] đã phát triển như là nơi giao tiếp giữa hóa học và [[công nghệ|kỹ thuật]].

=== Trong công nghiệp ===
[[Công nghiệp hóa học]] là một ngành kinh tế rất quan trọng. Công nghiệp hóa học sản xuất các hóa chất cơ bản như [[acid sulfuric|axít sunfuric]] hay [[amonia]], thường là nhiều triệu tấn hằng năm, cho sản xuất [[phân bón]] và [[chất dẻo]] và các mặt khác của đời sống và sản xuất công nghiệp. Mặt khác, ngành công nghiệp hóa học cũng sản xuất rất nhiều hợp chất phức tạp, đặc biệt là [[dược phẩm]]. Nếu không có các hóa chất được sản xuất trong công nghiệp thì cũng không thể nào sản xuất [[máy tính]] hay [[nhiên liệu]] và [[chất bôi trơn]] cho [[công nghiệp ô tô]].

== Phân ngành ==
Hóa học thường được chia thành nhiều phân ngành chính. Ngoài ra còn có một số lĩnh vực liên ngành và chuyên ngành.
* [[Hóa phân tích]] là sự phân tích các mẫu vật để thu được sự hiểu biết về thành phần và cấu trúc hóa học của chúng. Hóa phân tích kết hợp các phương pháp thực nghiệm đã được chuẩn hóa trong hóa học. Những phương pháp này có thể được sử dụng trong tất cả các môn học của ngành hóa học, trừ lý thuyết thuần túy.
* [[Hoá sinh học|Hoá sinh]] là nghiên cứu về các hóa chất, phản ứng hóa học và tương tác hóa học diễn ra trong các sinh vật sống. Hoá sinh và hóa học hữu cơ có liên quan chặt chẽ, như trong [[hóa dược]]. [[Hóa sinh]] có liên quan đến [[sinh học phân tử]] và [[di truyền]].
* [[Hóa vô cơ|Hoá học vô cơ]] là nghiên cứu các tính chất và phản ứng của các [[hợp chất vô cơ]]. Sự phân biệt giữa các nguyên tắc hữu cơ và vô cơ không phải là tuyệt đối và có sự trùng lặp nhiều, nhất là trong phân ngành hoá học cơ kim.
* [[Khoa học vật liệu|Hóa học vật liệu]] là chuẩn bị, mô tả và tìm hiểu về các chất với chức năng hữu ích. Lĩnh vực này là một phạm vi nghiên cứu mới trong các chương trình sau đại học, và nó kết hợp các yếu tố từ tất cả các lĩnh vực cổ điển của hóa học với trọng tâm vào các vấn đề cơ bản độc đáo cho vật liệu. Các hệ thống nghiên cứu chính bao gồm hóa học các pha cô đặc ([[Chất rắn|rắn]], chất lỏng, [[polyme]]) và các pha chuyển giao giữa các pha khác nhau.
* Hóa học thần kinh là nghiên cứu của chất hóa học thần kinh; bao gồm chất dẫn truyền, peptide, protein, lipid, đường và acid nucleic; tương tác của chúng và vai trò của chúng trong việc hình thành, duy trì và sửa đổi hệ thần kinh.
* [[Hóa học hạt nhân]] là nghiên cứu về cách các hạt [[Hạt hạ nguyên tử|hạ nguyên tử]] kết hợp với nhau và tạo nên hạt nhân. Chuyển đổi hạt nhân (''Nuclear transmutation'') là một phần quan trọng trong hóa học hạt nhân và bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học là một kết quả và công cụ quan trọng cho lĩnh vực này.
* [[Hóa hữu cơ|Hoá học hữu cơ]] là nghiên cứu các cấu trúc, tính chất, thành phần, cơ chế và phản ứng của các hợp chất hữu cơ. Hợp chất hữu cơ là những hợp chất có nền tảng là mạch cacbon.
* [[Hóa học vật lý]] là nghiên cứu cơ sở vật chất và cơ bản của các hệ thống và quá trình hóa học. Đặc biệt, năng lượng và động lực của các hệ thống và quá trình như vậy là mối quan tâm của các nhà hóa lý. Các lĩnh vực nghiên cứu quan trọng bao gồm nhiệt động học hóa học, [[động học hóa học]], điện hoá học, [[cơ học thống kê]], [[quang phổ]], và gần đây là [[hóa học vũ trụ]]. Hóa học vật lý có sự chồng chéo lớn với vật lý phân tử. Hóa học vật lý thường liên quan đến việc sử dụng vô số các tính toán trong phương trình dẫn xuất. Nó thường được kết hợp với [[hóa học lượng tử]] và [[hóa học lý thuyết]]. Hóa lý học là một phân ngành riêng biệt với [[vật lý hóa học]], nhưng có sự trùng lập rất lớn.
* [[Hóa học lý thuyết]] là nghiên cứu hóa học thông qua lập luận lý thuyết cơ bản (thường là trong toán học hoặc vật lý). Đặc biệt, việc áp dụng cơ học lượng tử vào hóa học được gọi là [[hóa học lượng tử]]. Kể từ khi kết thúc [[Chiến tranh thế giới thứ hai|Thế chiến thứ hai]], sự phát triển của máy tính đã cho phép phát triển có hệ thống [[hóa học tính toán]], đó là bộ môn phát triển và áp dụng các chương trình máy tính để giải quyết các vấn đề hóa học. Hoá học lý thuyết có sự chồng chéo lớn (cả ý thuyết và thực nghiệm) với [[vật lý vật chất ngưng tụ]] và [[vật lý phân tử]].
*

== Xem thêm ==
* [[Bảng tuần hoàn]]
* [[Hợp chất|Hợp chất hóa học]]
* [[Tổng hợp hóa học]]
* [[Nhà hóa học]]
* [[Khoa học tự nhiên]]

== Chú thích ==
{{tham khảo|30em}}

{{Chủ đề|Hóa học}}

== Liên kết ngoài ==
* {{TĐBKVN|10057|Hoá học}}
* {{Britannica|108987|Chemistry}}

{{Phân nhánh hóa học}}
{{Khoa học tự nhiên}}
{{Kiểm soát tính nhất quán}}

[[Thể loại:Hóa học| ]]
[[Thể loại:Bài cơ bản dài trung bình]]
[[Thể loại:Khoa học tự nhiên]]