10 Nguyên tắc của hóa học hiện đại

Hóa học truyền thống bắt đầu với việc nghiên cứu các hạt cơ bản, nguyên tử, phân tử, [34] chất, kim loại, các tinh thể và tập hợp khác của vật chất. Vấn đề này có thể được nghiên cứu trong trạng thái rắn, lỏng, hoặc khí, trong sự cô lập hoặc kết hợp. Sự tương tác, phản ứng và biến đổi được nghiên cứu trong hóa học thường là kết quả của sự tương tác giữa các nguyên tử, dẫn đến sắp xếp lại các liên kết hóa học mà giữ nguyên tử với nhau. Hành vi này được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm hóa học.

Các phòng thí nghiệm hóa học stereotypically sử dụng các hình thức khác nhau của phòng thí nghiệm thủy tinh, thủy tinh không phải là trung tâm hóa học, và rất nhiều thử nghiệm (cũng như ứng dụng / công nghiệp hóa học) được thực hiện mà không có nó.

Một phản ứng hóa học là một biến đổi của một số chất vào một hoặc nhiều chất khác nhau [35] Các cơ sở của một biến đổi hóa học là sự sắp xếp lại của các điện tử trong các liên kết hóa học giữa các nguyên tử. Nó có thể được biểu tượng mô tả thông qua một phương trình hóa học, thường liên quan đến các nguyên tử là đối tượng. Số lượng của các nguyên tử ở bên trái và bên phải trong phương trình cho một biến đổi hóa học là bằng nhau (khi bất bình đẳng, sự chuyển đổi theo định nghĩa không phải là hóa chất, mà là một phản ứng hạt nhân phân rã phóng xạ). Các loại phản ứng hóa học, một chất có thể trải qua và những thay đổi năng lượng có thể đi cùng với nó bị hạn chế bởi một số nguyên tắc cơ bản, được gọi là pháp luật về hóa chất.

Năng lượng và entropy cân nhắc là không thay đổi quan trọng trong hầu như tất cả các nghiên cứu hóa học. Các chất hóa học được phân loại về giai đoạn, cấu trúc của chúng, cũng như các sáng tác hóa học của họ. Chúng có thể được phân tích bằng cách sử dụng các công cụ phân tích hóa học, ví dụ như quang phổ và sắc ký. Các nhà khoa học tham gia nghiên cứu hóa học được gọi là nhà hóa học [36]. Hầu hết các nhà hóa học chuyên trong một hoặc nhiều tiểu ngành. Một số khái niệm là rất cần thiết cho việc nghiên cứu hóa học, một số người trong số họ là: [37]
Nguyên tử
Bài: Atom

 Một sơ đồ của một nguyên tử dựa trên mô hình Rutherford

Nguyên tử là đơn vị cơ bản của hóa học. Nó bao gồm một lõi dày đặc được gọi là hạt nhân nguyên tử được bao quanh bởi một không gian được gọi là các đám mây điện tử. Hạt nhân được tạo thành từ các hạt proton mang điện tích dương và các neutron trung tính, trong khi các đám mây electron bao gồm các electron tích điện âm điện quay quanh hạt nhân để cân bằng điện tích dương của các proton.

Nguyên tử cũng là đơn vị nhỏ nhất có thể được dự kiến ​​để giữ lại tính chất hóa học của phần tử, chẳng hạn như điện âm, tiềm năng ion hóa, trạng thái ôxi hóa ưa thích (s), số phối hợp, và các loại trái phiếu ưa thích của hình thức (ví dụ như kim loại, ion , kết cộng hóa trị).
Yếu tố
Bài chi tiết: nguyên tố hóa học

Khái niệm về nguyên tố hóa học có liên quan đến hóa chất. Một nguyên tố hóa học đặc biệt là một chất trong đó gồm có một loại duy nhất của nguyên tử. Một nguyên tố hóa học được đặc trưng bởi một số lượng cụ thể của proton trong hạt nhân của các nguyên tử của nó. Số này được gọi là số nguyên tử của nguyên tố này. Ví dụ, tất cả các nguyên tử có 6 proton trong hạt nhân của họ là các nguyên tử của các nguyên tố hóa học carbon, và tất cả các nguyên tử với 92 proton trong hạt nhân của họ là các nguyên tử của nguyên tố uranium.

Mặc dù tất cả các hạt nhân của tất cả các nguyên tử thuộc một trong những yếu tố sẽ có cùng số proton, họ có thể không nhất thiết phải có cùng một số neutron, nguyên tử được gọi là đồng vị. Trong thực tế, một số đồng vị của một phần tử có thể tồn tại. Chín mươi bốn nguyên tố hóa học hoặc các loại khác nhau của các nguyên tử dựa trên số lượng proton được quan sát trên trái đất tự nhiên, có ít nhất một đồng vị ổn định hoặc có thời gian bán hủy rất dài. A 18 yếu tố nữa đã được công nhận bởi IUPAC sau khi họ đã được thực hiện trong phòng thí nghiệm.

Trình bày tiêu chuẩn của các nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn, trong đó các yếu tố đơn đặt hàng theo số nguyên tử và nhóm chúng bằng cách cấu hình electron. Do sắp xếp, nhóm, hoặc cột, và các thời kỳ, hoặc các hàng, các yếu tố trong bảng có thể chia sẻ một số tính chất hóa học, hoặc làm theo một xu hướng nhất định trong các đặc điểm như bán kính nguyên tử, điện âm, ... Danh mục của các nguyên tố theo tên, biểu tượng, và số nguyên tử cũng có sẵn.
Hợp chất
Bài chi tiết: hợp chất hóa học

Hợp chất là một chất với một tỷ lệ cụ thể của các nguyên tử của các nguyên tố hóa học cụ thể mà xác định thành phần của nó, và một tổ chức cụ thể mà quyết định tính chất hóa học của nó. Ví dụ, nước là một hợp chất có chứa hydro và oxy trong tỷ lệ 12:58, với các nguyên tử oxy giữa hai nguyên tử hydro, và một góc 104,5 ° giữa chúng. Các hợp chất được hình thành và interconverted bởi các phản ứng hóa học.
Chất
Bài chi tiết: chất hóa học

Một chất hóa học là một loại vật chất với một thành phần xác định và tập hợp các tài sản [38] Nghiêm. Nói, một hỗn hợp của các hợp chất, các yếu tố hoặc các hợp chất và các yếu tố không phải là một chất hóa học, nhưng nó có thể được gọi là một chất hóa học. Hầu hết các chất chúng ta gặp phải trong cuộc sống hàng ngày của chúng tôi là một số loại hỗn hợp, ví dụ như: không khí, hợp kim, sinh khối, ...

Danh mục các chất là một phần quan trọng của ngôn ngữ hóa học. Nói chung nó đề cập đến một hệ thống đặt tên cho các hợp chất hóa học. Trước đó trong lịch sử của các chất hóa học đã được đưa ra tên của người phát hiện của họ, mà thường dẫn đến một số rắc rối và khó khăn. Tuy nhiên, hôm nay hệ thống IUPAC của danh pháp hóa học cho phép các nhà hóa học để xác định các hợp chất tên cụ thể trong số nhiều dạng hóa chất có thể.

Các thuật ngữ tiêu chuẩn của chất hóa học được thiết lập của Liên minh quốc tế của tinh khiết và Hóa học ứng dụng (IUPAC). Có hệ thống được xác định rõ ràng tại chỗ cho đặt tên loài hóa học. Hợp chất hữu cơ được đặt tên theo hệ thống danh pháp hữu cơ. [39] các hợp chất vô cơ được đặt tên theo hệ thống danh pháp vô cơ [40] Ngoài ra Chemical Abstracts Service đã phát minh ra một phương pháp để các chất hóa học chỉ số. Trong kế hoạch này, mỗi chất hóa học là nhận dạng bởi một số được gọi là số đăng ký CAS của nó.
Phân tử
Bài chi tiết: Phân tử

Phân tử là phần không thể chia nhỏ nhất của một chất hóa học tinh khiết mà độc đáo của các tính chất hóa học, có nghĩa là, tiềm năng của nó để trải qua một tập hợp các phản ứng hóa học với các chất khác. Tuy nhiên, định nghĩa này chỉ hoạt động tốt đối với các chất được tạo thành từ các phân tử, đó là không đúng lượng nhiều chất này (xem dưới). Phân tử thường là một tập hợp các nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết hóa trị, chẳng hạn cấu trúc trung hòa về điện và tất cả các electron hóa trị được kết hợp với các electron khác hoặc trái phiếu hoặc theo cặp duy nhất.

Do đó, các phân tử tồn tại đơn vị như trung hòa về điện, không giống như các ion. Khi quy tắc này bị phá vỡ, cho "phân tử" một khoản phí, kết quả đôi khi được đặt tên một ion phân tử hoặc ion polyatomic. Tuy nhiên, bản chất rời rạc và riêng biệt của khái niệm phân tử thường đòi hỏi các ion phân tử được chỉ hiện diện trong hình thức cách nhau, chẳng hạn như một chùm chỉ dẫn trong chân không trong một máy quang phổ khối lượng. Tính bộ sưu tập polyatomic cư trú trong các chất rắn (ví dụ, phổ biến sulfate hoặc ion nitrat) thường không được coi là "phân tử" trong hóa học.

 Một cấu trúc phân tử mô tả các trái phiếu và vị trí tương đối của các nguyên tử trong một phân tử chẳng hạn như trong Paclitaxel được hiển thị ở đây

Các nguyên tố hóa học "trơ" hoặc cao quý (helium, neon, argon, krypton, xenon và radon) bao gồm các nguyên tử đơn độc như một đơn vị rời rạc nhỏ nhất của họ, nhưng các nguyên tố hóa học khác bị cô lập bao gồm của một trong hai phân tử hoặc các mạng của các nguyên tử liên kết với nhau trong một số cách. Nhận dạng phân tử soạn chất quen thuộc như nước, không khí, và nhiều hợp chất hữu cơ như đường, rượu, xăng dầu, và các dược phẩm khác nhau.

Tuy nhiên, không phải tất cả các chất hoặc hợp chất hóa học bao gồm các phân tử rời rạc, và trên thực tế hầu hết các chất rắn tạo nên lớp vỏ vững chắc, lớp phủ, và cốt lõi của Trái đất là các hợp chất hóa học mà không phân tử. Những loại khác của chất, chẳng hạn như các hợp chất ion và các chất rắn mạng, được tổ chức theo cách như vậy là thiếu sự tồn tại của các phân tử nhận dạng cho mỗi gia nhập. Thay vào đó, các chất này sẽ được thảo luận về các đơn vị công thức hoặc các tế bào đơn vị như cấu trúc lặp đi lặp lại nhỏ nhất trong chất. Ví dụ các chất muối khoáng (như muối ăn), chất rắn như carbon và kim cương, kim loại, và silica quen thuộc và khoáng chất silicat như thạch anh và đá granit.

Một trong những đặc điểm chính của một phân tử là hình học của nó thường được gọi là cấu trúc của nó. Trong khi cấu trúc của hai nguyên, triatomic hoặc tetra phân tử nguyên tử có thể được tầm thường, (tuyến tính, góc cạnh kim tự tháp ...) cấu trúc của các phân tử polyatomic, đó là thành lập hơn sáu nguyên tử của một số yếu tố có thể là rất quan trọng cho tính chất hóa học của nó.
Mole và lượng chất
Bài chi tiết: Mole (đơn vị)

Mol là một đơn vị đo biểu thị một số tiền chất (còn gọi là hóa chất lượng). Cụ thể, nó là số tiền của một chất có chứa như nhiều thực thể cơ bản (các nguyên tử, phân tử hoặc ion) có nguyên tử trong 0,012 kg (hoặc 12 gram) của carbon-12, trong đó các nguyên tử carbon-12 là không bị ràng buộc, phần còn lại trong trạng thái cơ bản của họ [41]. Số lượng của các đơn vị cho mỗi nốt ruồi được gọi là hằng số Avogadro, và được xác định theo kinh nghiệm. Giá trị được chấp nhận hiện nay là 6.02214179 (30) × 1023 mol-1 (2007 CODATA). Một cách để hiểu ý nghĩa của thuật ngữ "nốt ruồi" là để so sánh và đối với các thuật ngữ như chục. Cũng như một tá trứng bao gồm 12 trứng cá nhân, một mol chứa 6,02214179 (30) × 1023 nguyên tử, phân tử hay các hạt khác. Thuật ngữ này được sử dụng bởi vì nó là dễ dàng hơn nhiều để nói, ví dụ, 1 mol carbon, hơn là để nói 6,02214179 (30) × 1023 nguyên tử carbon, và bởi vì nốt ruồi hóa chất đại diện cho một quy mô đó là dễ dàng để trải nghiệm.

Lượng chất của một chất tan cho mỗi khối lượng của giải pháp được gọi là số tiền của nồng độ các chất, hoặc nồng độ mol tắt. Nồng độ mol là số lượng phổ biến nhất được sử dụng để thể hiện sự tập trung của một giải pháp trong phòng thí nghiệm hóa học. Các đơn vị được sử dụng phổ biến nhất cho nồng độ mol mol / L (SI đơn vị chính thức là mol/m3).
Ion và muối
Bài chi tiết: Ion

Một ion là một loài tính phí, một nguyên tử hay phân tử, đã bị mất hoặc đạt được một hay nhiều electron. Cation tích điện dương (ví dụ như natri cation Na +) và anion tích điện âm (ví dụ như clorua Cl-) có thể hình thành một mạng tinh thể của muối trung tính (ví dụ như natri clorua NaCl). Ví dụ của các ion polyatomic mà không tách ra trong quá trình phản ứng acid hydroxit (OH-) và phosphat (PO43-).

Ion trong giai đoạn khí thường được gọi là plasma.
Axit và Độ kiềm
Bài: Acid-base phản ứng

Chất A thường có thể được phân loại như là một axit hoặc một cơ sở. Có một số giả thuyết khác nhau giải thích hành vi acid-base. Đơn giản nhất là Arrhenius lý thuyết, trong đó hơn một acid là một chất tạo ra các ion hydronium khi nó được hòa tan trong nước, và là cơ sở sản xuất các ion hydroxit khi tan trong nước. Theo lý thuyết acid-base Brønsted-Lowry, axit là những chất tặng một ion hydro tích cực khác chất trong một phản ứng hóa học, bằng cách mở rộng, cơ sở là chất nhận rằng ion hydro.

Một lý thuyết phổ biến thứ ba là Lewis acid-base lý thuyết, mà là dựa trên sự hình thành các liên kết hóa học mới. Thuyết Lewis giải thích rằng acid là một chất có khả năng chấp nhận một cặp điện tử từ chất khác trong quá trình hình thành liên kết, trong khi cơ sở là một chất có thể cung cấp một cặp điện tử để tạo thành một trái phiếu mới. Theo lý thuyết này, những điều rất quan trọng được trao đổi chi phí [42]. [Nguồn không đáng tin cậy?] Có một số cách khác, trong đó một chất có thể được phân loại như một axit hoặc một cơ sở, như là hiển nhiên trong lịch sử của khái niệm này [ 43]

Acid sức mạnh thường được đo bằng hai phương pháp. Một đo lường, dựa vào định nghĩa Arrhenius độ axit, pH, đó là một phép đo nồng độ ion hydronium trong một giải pháp, được thể hiện trên một quy mô lôgarít tiêu cực. Vì vậy, các giải pháp có độ pH thấp có nồng độ ion hydronium cao, và có thể được cho là có tính axit. Đo lường khác, dựa trên định nghĩa Brønsted-Lowry, axit phân ly không đổi (Ka), trong đó đánh giá khả năng tương đối của một chất để hoạt động như một axit theo định nghĩa Brønsted-Lowry của một acid. Đó là, chất với một Ka cao hơn có nhiều khả năng để tặng các ion hydro trong các phản ứng hóa học hơn so với những người có giá trị Ka thấp hơn.
Giai đoạn
Bài: Giai đoạn (vật chất)

Ngoài ra các tính chất hóa học cụ thể mà phân biệt hóa học khác nhau phân loại hóa chất có thể tồn tại trong nhiều giai đoạn. Đối với hầu hết các phần, phân loại hóa chất độc lập của các cách phân loại giai đoạn số lượng lớn, tuy nhiên, một số giai đoạn kỳ lạ hơn là không tương thích với một số tính chất hóa học nhất định. Giai đoạn là một tập hợp của các quốc gia của một hệ thống hóa học có tính chất cấu trúc tương tự như số lượng lớn, trong một loạt các điều kiện, chẳng hạn như áp suất hay nhiệt độ.

Tính chất vật lý, chẳng hạn như mật độ và chiết suất có xu hướng giảm trong giá trị đặc trưng của giai đoạn. Các giai đoạn của vật chất được xác định bởi quá trình chuyển đổi, đó là khi năng lượng đưa vào hoặc lấy ra khỏi hệ thống đi vào sắp xếp lại cấu trúc của hệ thống, thay vì thay đổi các điều kiện số lượng lớn.

Đôi khi sự khác biệt giữa các giai đoạn có thể được liên tục thay vì có một ranh giới riêng biệt, trong trường hợp này, vấn đề được coi là ở trong trạng thái siêu tới hạn. Khi ba trạng thái đáp ứng dựa trên các điều kiện, nó được biết đến như là một điểm ba và vì đây là bất biến, nó là một cách thuận tiện để xác định một tập hợp các điều kiện.

Các ví dụ quen thuộc nhất của giai đoạn này là chất rắn, chất lỏng, và khí. Nhiều chất thể hiện nhiều giai đoạn rắn. Ví dụ, có ba giai đoạn sắt rắn (alpha, gamma, và đồng bằng) khác nhau dựa vào nhiệt độ và áp suất. Một sự khác biệt chủ yếu giữa các pha rắn là cấu trúc tinh thể, hoặc sắp xếp của các nguyên tử. Một giai đoạn thường gặp phải trong việc nghiên cứu hóa học là giai đoạn dịch nước, nó là trạng thái của các chất hòa tan trong dung dịch nước (có nghĩa là, trong nước).

Giai đoạn ít quen thuộc hơn bao gồm plasma, Bose-Einstein và fermionic ngưng tụ và thuận từ và giai đoạn sắt từ vật liệu từ tính. Trong khi giai đoạn quen thuộc nhất đối phó với hệ thống ba chiều, nó cũng có thể xác định tương tự trong hệ thống hai chiều, đã nhận được sự chú ý cho sự liên quan của nó với các hệ thống trong sinh học.
Liên kết
Bài chi tiết: hóa chất trái phiếu

Điện tử, nguyên tử và phân tử quỹ đạo

Nguyên tử dính lại với nhau trong các phân tử hoặc tinh thể nói được ngoại quan 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 về họ [44] Hơn thu hút và lực đẩy đơn giản, năng lượng và phân phối đặc trưng cho sự sẵn có của một electron dính vào một nguyên tử khác .

Một liên kết hóa học có thể là một liên kết cộng hóa trị, một ion trái phiếu, trái phiếu hydro hoặc chỉ vì Van der Waals lực lượng. Mỗi của các loại trái phiếu được gán cho một số tiềm năng. Những tiềm năng này tạo ra sự tương tác mà giữ nguyên tử cùng nhau trong các phân tử hoặc tinh thể. Trong nhiều hợp chất đơn giản, Valence Bond Theory, Valence Shell Electron Pair Repulsion mô hình (VSEPR), và khái niệm của số ôxi hóa có thể được sử dụng để giải thích cấu trúc phân tử và thành phần.

Tương tự như vậy, 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 khu phức hợp kim loại, thuyết liên kết hóa ít áp dụng và thay thế phương pháp tiếp cận, chẳng hạn như lý thuyết quỹ đạo phân tử, thường được sử dụng. Xem sơ đồ trên các quỹ đạo điện tử.
Phản ứng
Bài chi tiết: Phản ứng hóa học

 Trong phản ứng hóa học, trái phiếu giữa các nguyên tử nghỉ ngơi và hình thức, kết quả là các chất khác nhau với những đặc tính khác nhau. Trong một lò cao, sắt oxit, một hợp chất phản ứng với cacbon monoxit để tạo thành sắt, một trong các nguyên tố hóa học, và carbon dioxide.

Khi một chất hóa học được chuyển đổi như là kết quả của sự tương tác của nó với một chất khác hoặc với năng lượng, một phản ứng hóa học được cho là đã xảy ra. Do đó phản ứng hóa học là một khái niệm liên quan đến "phản ứng của một chất khi tiếp xúc gần gũi với người khác, cho dù là một hỗn hợp hoặc một giải pháp, tiếp xúc với một số dạng năng lượng, hoặc cả hai. Nó là kết quả trong một số trao đổi năng lượng giữa các thành phần của phản ứng cũng như với môi trường hệ thống có thể được thiết kế tàu thường phòng thí nghiệm thủy tinh.

Phản ứng hóa học có thể dẫn đến hình thành và phân ly của các phân tử, đó là, các phân tử phá vỡ ra và tạo thành hai hoặc nhiều phân tử nhỏ hơn, hoặc sắp xếp lại của các nguyên tử trong vòng hoặc trên các phân tử. Phản ứng hóa học thường liên quan đến việc thực hiện hoặc phá vỡ các liên kết hóa học. Giảm quá trình oxy hóa, phân ly, trung hòa acid-base và sắp xếp lại phân tử là một số các loại thường được sử dụng các phản ứng hóa học.

Một phản ứng hóa học có thể được biểu tượng mô tả thông qua một phương trình hóa học. Trong khi trong một phản ứng hóa học phi hạt nhân, số lượng và loại của các nguyên tử ở cả hai bên của phương trình bằng nhau, cho một phản ứng hạt nhân này chỉ đúng với trường tức là các hạt hạt nhân. proton và neutron. [45]

Trình tự các bước trong việc sắp xếp, tổ chức lại các liên kết hóa học có thể diễn ra trong quá trình phản ứng hóa học được gọi là cơ chế của nó. Một phản ứng hóa học có thể được hình dung sẽ diễn ra tại một số bước, mỗi trong số đó có thể có một tốc độ khác nhau. Nhiều trung gian phản ứng với sự ổn định biến do đó có thể được dự kiến ​​trong quá trình phản ứng. Cơ chế phản ứng được đề xuất để giải thích động học và sự pha trộn sản phẩm tương đối của một phản ứng. Nhiều nhà hóa học vật lý chuyên khám phá và đề xuất các cơ chế của các phản ứng hóa học khác nhau. Một số quy tắc thực nghiệm, như các quy tắc Woodward-Hoffmann thường đến tiện dụng trong khi đề xuất một cơ chế phản ứng hóa học.

Theo cuốn sách vàng IUPAC một phản ứng hóa học là một quá trình kết quả trong interconversion của các loài hóa học "[46]. Theo đó, một phản ứng hóa học có thể là một phản ứng tiểu học hoặc phản ứng theo từng bước Một caveat bổ sung được thực hiện, trong đó định nghĩa này bao gồm các trường hợp các interconversion của conformers được thử nghiệm quan sát phản ứng hóa học phát hiện như vậy thường liên quan đến các bộ của các đơn vị phân tử như được chỉ ra bởi định nghĩa này, nhưng nó thường là khái niệm thuận tiện để sử dụng các thuật ngữ cũng thay đổi liên quan đến các thực thể đơn phân tử (nghĩa là 'sự kiện hóa học vi ').
Redox
Bài chi tiết: Redox

Redox (giảm quá trình oxy hóa) phản ứng bao gồm tất cả các phản ứng hóa học trong đó các nguyên tử có trạng thái ôxi hóa của họ thay đổi bởi một trong hai electron loseing (giảm) hoặc thu nhận electron (oxy hóa). Chất có khả năng oxy hóa các chất khác được cho là oxy hóa và được biết đến như tác nhân oxy hóa, oxy hóa hoặc chất oxi hóa. Một chất ôxi hóa loại bỏ các electron từ một chất khác. Tương tự như vậy, các chất có khả năng làm giảm các chất khác được cho là giản lược và được biết đến như là chất khử, khử, hoặc giảm thiểu.

Khử chuyển điện tử với một chất khác, và do đó bị oxy hóa chính nó. Và bởi vì nó "tặng" điện tử còn được gọi là một nhà tài trợ điện tử. Quá trình oxy hóa và giảm đúng đề cập đến một sự thay đổi trong quá trình oxy hóa số thực tế chuyển nhượng của các điện tử không bao giờ có thể xảy ra. Như vậy, quá trình oxy hóa là tốt hơn được định nghĩa như là một sự gia tăng trong số quá trình oxy hóa, và giảm là giảm số oxi hóa.
Trạng thái cân bằng
Bài chi tiết: cân bằng hóa chất

Mặc dù khái niệm cân bằng được sử dụng rộng rãi khoa học, trong bối cảnh của hóa học, nó phát sinh bất cứ khi nào một số tiểu bang khác nhau của các thành phần hóa học có thể có. 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 loại giai đoạn.

Một hệ thống các chất hóa học ở trạng thái cân bằng, mặc dù có một thành phần không thay đổi, thường xuyên nhất là không phải tĩnh, các phân tử các chất tiếp tục phản ứng với nhau do đó dẫn đến một trạng thái cân bằng động. Vì vậy, khái niệm mô tả trạng thái mà trong đó các thông số như thành phần hóa học không thay đổi theo thời gian.
Năng lượng
Bài: Năng lượng

Trong bối cảnh của hóa học, năng lượng là một thuộc tính của một chất như là một hệ quả của cấu trúc nguyên tử của nó phân tử hoặc tổng hợp,. Kể từ khi một biến đổi hóa học được đi kèm với một sự thay đổi trong một hoặc nhiều của các loại cấu trúc, nó luôn luôn đi kèm với việc tăng hoặc giảm năng lượng của các chất có liên quan. Một số năng lượng được chuyển giao giữa môi trường xung quanh và các chất phản ứng của phản ứng ở dạng nhiệt hay ánh sáng, do đó các sản phẩm của phản ứng có thể có năng lượng nhiều hơn hoặc ít hơn so với các chất phản ứng.

Phản ứng được cho là exergonic nếu trạng thái cuối cùng trên quy mô năng lượng thấp hơn so với tình trạng ban đầu, trong trường hợp của các phản ứng endergonic tình hình là ngược lại. Phản ứng được cho là tỏa nhiệt nếu phản ứng giải phóng nhiệt ra xung quanh, trong trường hợp của các phản ứng thu nhiệt, phản ứng hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh.

Phản ứng hóa học là không thay đổi không thể, trừ khi các chất phản ứng vượt qua một rào cản năng lượng được gọi là năng lượng kích hoạt. Tốc độ của một phản ứng hóa học (T nhiệt độ cho trước) liên quan đến năng lượng kích hoạt E, bởi yếu tố dân số Boltzmann - có nghĩa là xác suất của một phân tử có năng lượng lớn hơn hoặc bằng E T. nhiệt độ này theo cấp số nhân phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ được biết đến như phương trình Arrhenius. Năng lượng kích hoạt cần thiết cho một phản ứng hóa học xảy ra có thể được trong các hình thức nhiệt, điện, ánh sáng, lực lượng cơ khí trong các hình thức của siêu âm. [47]

Một khái niệm năng lượng miễn phí liên quan, cũng kết hợp xem xét dữ liệu ngẫu nhiên, là một phương tiện rất hữu ích để dự đoán tính khả thi của một phản ứng và xác định trạng thái cân bằng của một phản ứng hóa học, trong nhiệt động học hóa học. Phản ứng A là khả thi nếu tổng số thay đổi trong tự do Gibbs năng lượng là tiêu cực, nếu nó là bằng không phản ứng hóa học được cho là ở trạng thái cân bằng.

Có tồn tại các tiểu bang có thể chỉ giới hạn năng lượng cho các electron, các nguyên tử và phân tử. Đây được xác định bởi các quy tắc của cơ học lượng tử, đòi hỏi lượng tử hóa năng lượng của một hệ thống ràng buộc. Các nguyên tử / phân tử trong một trạng thái năng lượng cao hơn được cho là sẽ được vui mừng. Các phân tử / nguyên tử của chất trong một trạng thái năng lượng kích thích thường được nhiều phản ứng, đó là dễ dàng cho các phản ứng hóa học.

Các giai đoạn của một chất luôn luôn được xác định bởi năng lượng và năng lượng của môi trường xung quanh của nó. Khi các lực lượng giữa các phân tử của một chất là như vậy mà năng lượng của môi trường xung quanh là không đủ để khắc phục chúng, nó xảy ra trong một giai đoạn đặt hàng như chất lỏng hoặc rắn như là trường hợp với nước (H2O), một chất lỏng ở nhiệt độ phòng bởi vì nó các phân tử bị ràng buộc bởi liên kết hydro. [48] Trong khi hydrogen sulfide (H2S) là một chất khí ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, như các phân tử của nó bị ràng buộc bởi yếu hơn tương tác lưỡng cực-lưỡng cực.

Việc chuyển giao năng lượng từ một trong những hóa chất khác phụ thuộc vào kích thước của lượng tử năng lượng phát ra từ một chất. Tuy nhiên, năng lượng nhiệt thường được chuyển giao dễ dàng hơn từ hầu như bất kỳ chất khác bởi vì các phonon chịu trách nhiệm cho các cấp năng lượng rung động và quay về bản chất là có ít năng lượng hơn so với các photon được viện dẫn cho việc chuyển giao năng lượng điện tử. Vì vậy, bởi vì mức độ năng lượng rung động và quay được gần nhau hơn so với các mức năng lượng điện tử, nhiệt được chuyển giao dễ dàng hơn giữa các chất liên quan đến ánh sáng hoặc các hình thức khác của năng lượng điện tử. Ví dụ, tia cực tím bức xạ điện từ không được chuyển với hiệu quả càng nhiều từ một chất khác năng lượng như nhiệt hoặc điện.

Sự tồn tại của các mức năng lượng đặc trưng cho các chất hóa học khác nhau rất hữu ích để xác định bởi các phân tích của các vạch phổ. Các loại khác nhau của quang phổ thường được sử dụng trong quang phổ hóa học, ví dụ như IR, lò vi sóng, NMR, ESR, Quang phổ cũng được sử dụng để xác định các thành phần của đối tượng từ xa - như các ngôi sao và thiên hà xa xôi - bằng cách phân tích quang phổ bức xạ của họ.