什么是有机化学、无机化学和动力化学？
无机化学是研究无机物的组成、性质、结构和反应的科学。它是化学最古老的分支。无机物包括所有的化学元素及其化合物，除了大部分的碳化合物。(除了二氧化碳、一氧化碳、二硫化碳、碳酸盐等简单碳化合物还是无机物外，其余都是有机物。)
过去，无机物被认为是无生命的物质，如岩石、土壤、矿物、水等。有机物质是由活的动物和植物产生的，如蛋白质、油、淀粉、纤维素和尿素。1828年，德国化学家维勒用无机氰酸铵制成尿素，打破了有机物只能靠生命力产生的迷信，明确了这两种物质是靠化学力结合的。现在这两种物质是按照上面提到的成分不同来划分的。
无机化学发展简史
原始人类能够识别无机物的性质并加以利用。后来偶然发现天然物质可以变成新的不同性质的物质，于是就模仿了。这是古代化学技术的开端。
比如，至少在公元前6000年，中国的原始人就知道用粘土制陶，并逐渐发展到彩陶、白陶、釉陶、瓷器。公元前5000年左右，人类发现天然铜质地坚韧，作为器具不易损坏。后来观察到孔雀石(碱式碳酸铜)等铜矿石与炽热的木炭接触分解成氧化铜，再还原成金属铜。经过反复观察和试验，终于掌握了木炭还原铜矿石的炼铜技术。后来逐渐掌握了炼锡、炼锌、炼镍等技术。中国在春秋战国时期就掌握了铁矿石冶铁和铁炼钢的技术。公元前2世纪，中国发现铁可以与铜化合物溶液反应生成铜，这种反应成为后来生产铜的方法之一。
就化合物而言，在公元前17世纪的商朝就知道盐(氧化钠)是调味品，苦盐(氢化镁)是苦的。公元前五世纪就有上釉(聚硅酸盐)器皿。公元7世纪，中国就有用火硝(硝酸钾)、硫磺和木炭制成火药的记载。明代宋在1637出版的《天工》中详细描述了中国古代手工业技术，包括陶瓷、铜、钢、盐、火硝、石灰、红黄矾等几十种无机物的制作工艺可见，在化学科学建立之前，人类已经掌握了大量的无机化学知识和技术。
古代炼丹术是化学科学的先驱，炼丹术是把朱砂(硫化汞)变成黄金，提炼长生不老药的尝试。中国的炼金术始于公元前2世纪和3世纪的秦汉时期。公元142年，中国金丹家魏伯阳撰写了《周易参同契》，这是世界上最古老的炼丹术书籍。360年左右，有葛洪写的《抱朴子》。这两本书记录了60多种无机物及其许多变化。公元8世纪左右，欧洲的炼丹术兴起，随后逐渐演变为一门现代化学科学，而中国的炼丹术却未能进一步发展。
金关于无机物变化的知识主要来自实验。他们设计制造了加热炉、反应室、蒸馏器、研磨机等实验用具。虽然金丹一家追求的目标是荒谬的，但是操作方法和积累的感性认识却成为了化学科学的前驱。
因为最初的化学研究大多是无机物，现代无机化学的建立标志着现代化学的创立。对现代化学的建立做出最大贡献的化学家有三位，分别是英国的波义耳、法国的拉瓦锡和英国的道尔顿。
波义耳做过很多化学实验，比如磷和氢的制备，金属在酸中的溶解，硫和氢的燃烧。他从实验结果阐述了元素和化合物的区别，提出元素是不能分离其他物质的物质。这些新概念和新观点使化学的科学研究走上了正确的道路，为现代化学的建立做出了卓越的贡献。
拉瓦锡把天平作为研究物质变化的重要工具，对硫、磷的燃烧和锡、汞等金属在空气中的加热进行了定量实验，确立了物质燃烧是氧化的正确概念，推翻了盛行百年的燃素说。拉瓦锡在大量定量实验的基础上，于1774年提出了质量守恒定律，即在化学变化中，一种物质的质量不变。1789年，他在《化学纲要》中提出了第一个化学元素分类表和新的化学命名法，用正确的定量观点描述了当时的化学知识，从而奠定了现代化学的基础。由于拉瓦锡的倡导，天平开始被广泛应用于化合物组成和变化的研究。
1799年，法国化学家普鲁斯特总结了化合物组成的测定结果，提出了定比定律，即每种化合物的各组成元素的重量有一定的比例。结合质量守恒定律，道尔顿在1803年提出了原子论，宣称所有元素都是由不可分割、不可毁灭的叫做原子的粒子组成的。并由此理论引出倍数比例定律，即如果两种元素组合成几种不同的化合物，在这些化合物中，元素B的重量与元素A的一定重量相结合，彼此之间一定是简单的整数比。定量实验的结果充分证实了这一推论。原子论建立后，化学这门科学开始被宣告。
19的30年代，已知元素有60多种。俄罗斯化学家门捷列夫研究了这些元素的性质，在1869年提出了元素周期律:元素的性质随着原子量的增加而周期性变化。这个规律揭示了化学元素的自然系统分类。元素周期表按周期排列化学元素，按周期律分组，在无机化学的研究和应用中起着极其重要的作用。
已知元素有***109种，其中94种存在于自然界，15种是人造的。代表化学元素的符号大多是拉丁缩写。有些中文名是中国自古就知道的元素，如金、铝、铜、铁、锡、硫、砷、磷等。有些是从外文音译过来的，如钠、锰、铀、氦等。还有新创的，氢(轻气)、溴(臭水)、铂(白金，也是外国名字的音译)。
周期律对化学的发展起着重要的推动作用。根据周期律，门捷列夫预言了当时尚未发现的元素的存在和性质。周期律还指导着对元素及其化合物性质的系统研究，成为现代物质结构理论发展的基础。系统无机化学一般是指按照周期分类对元素及其化合物的性质、结构和反应的描述和讨论。
19年底的一系列发现开创了现代无机化学；x射线是1895年伦琴发现的；1896贝克雷尔发现了铀的放射性；汤姆逊在1897发现了电子；1898年，居里夫妇发现了钋和镭的放射性。20世纪初，卢瑟福和玻尔提出原子是由原子核和电子组成的结构模型，改变了道尔顿原子理论中原子不可分的概念。
1916年，考塞尔提出价键理论，路易提出价键理论，满意地解释了元素的化合价和化合物的结构。1924年，德布罗意提出电子等粒子具有波粒二象性的理论；1926年，薛定谔建立了粒子运动的波动方程；次年，海和伦敦应用量子力学处理氢分子，证明了氢分子中两个氢核之间存在显著的电子几率密度集中，从而提出了化学键的现代观点。
此后，经过几个方面的工作，发展成为价键理论、分子轨道理论和化学键配位场理论。这三个基本理论是现代无机化学的理论基础。
无机化学的研究内容
无机化学在创立之初有四大类知识，即事实、概念、规律和理论。
用感官直接观察事物所获得的材料称为事实；通过对事物具体特征的分析、比较、综合、概括，元素、化合物、组合、化学成分、氧化、还原、原子等概念都是无机化学中最先明确的概念。把相应的概念组合起来概括同样的事实，这是一个规律。比如用不同的元素合成各种化合物，通过总结它们的数量关系，得出质量守恒、常数比、倍数比等定律。建立一个新的概念来解释相关的规律，被实验证明是正确的，也就是一个理论。比如原子论，可以解释当时已经确立的关于元素结合重量关系的规律。
这种化学知识的推导，说明了它们之间的内在联系。定律综合事实，理论解释并贯穿定律，从而将整个化学内容组织成一个系统的科学知识。认为现代化学是在道尔顿创立原子论之后建立的，因为该理论科学地系统化了当时的化学内容。
系统的化学知识是按照科学方法学习的。科学方法主要分为三个步骤:
收集事实的方法是观察和实验。实验是在受控条件下的观察。化学研究特别注重实验，因为自然界的化学变化非常复杂，直接观察不容易得到事物的本质。比如铁锈是一种常见的化学变化，如果不控制水蒸气、氧气、二氧化碳、空气中的杂质、温度等作用条件，就很难理解反应和形成的产物。
无论观察还是实验，收集到的事实必须准确。化学实验中的各种操作，如沉淀、过滤、灼烧、称量、蒸馏、滴定、结晶、萃取等，都是在受控条件下获得正确可靠的事实知识的实验手段。正确知识的获得不仅依赖于熟练的技术，还依赖于精密的仪器。现代化学始于天平的应用。只有对每一种现象进行测量，并用数字表示出来，才能知道这种现象的确切知识。
古代的化学技术和炼丹术虽然积累了大量的化学知识，但不能称之为科学。要把知识变成科学，就必须对收集到的大量事实进行分析比较，去粗取精，从而把相似的事实总结成规律。比如普鲁斯特关注化合物的构成。他分析了从世界各地收集的大量天然和合成化合物。经过八年的努力，他发现每种化合物的成分完全一样，于是他总结了这样的事实，提出了恒比定律。
化学定律虽然比事实少，但还是很多，而且是各自为政，互不关联的。化学家想了解定律的意义和它们之间的关系。道尔顿提出了物质由外而内由原子构成的概念，创立了原子学说，解释了元素组合和化合物变化的重量关系规律，并使之连贯，从而将化学知识按其形成层次组织成一门系统的科学。
由于各学科的深入发展和相互渗透，形成了许多跨学科的新研究领域。无机化学与其他学科的结合形成了许多新兴的研究领域。比如生物无机化学就是无机化学和生物化学相结合的前沿学科。
X射线、中子衍射、电子衍射、磁振、光谱、质谱、色谱等现代物理实验方法的应用，使无机物的研究从宏观走向微观，从而把元素及其化合物的性质和反应与它们的结构联系起来，形成了现代无机化学。现代无机化学是应用现代物理技术和物质微观结构的观点，研究和阐述化学元素和所有无机化合物的组成、性能、结构和反应的一门科学。无机化学的发展趋势主要是新化合物的合成和应用以及新研究领域的开辟和建立。
有机化学
有机化学是研究有机化合物的来源、制备、结构、性质、应用及相关理论的科学，也称为碳化合物化学。
有机化学发展简史
“有机化学”这个术语最早是由Bethelius在1806年提出的。当时被命名为“无机化学”的对立面。19世纪初，许多化学家认为，有机化合物只能因为生物体内所谓的“活力”而产生，而不能在实验室中由无机化合物合成。
1824年，德国化学家维勒将氰化物水解制成草酸。1828年，他不小心把氰酸铵加热变成了尿素。氰化物和氰酸铵是无机化合物，而草酸和尿素是有机化合物。惠勒的实验结果给了“生命力”理论第一次冲击。此后，由碳、氢等元素合成了醋酸等有机化合物，“生命力”理论逐渐被人们抛弃。
由于合成方法的改进和发展，越来越多的有机化合物是在实验室中合成的，而且大部分是在与活体完全不同的条件下合成的。“活力”理论逐渐被抛弃，但“有机化学”这一术语一直沿用至今。
19世纪初至1858年，在价键概念提出之前，有机化学处于萌芽状态。在此期间，许多有机化合物已被分离，一些衍生物已被制备和定性描述。
法国化学家拉瓦锡发现，有机化合物燃烧后，会产生二氧化碳和水。他的研究工作为有机化合物的定量分析奠定了基础。1830年，德国化学家尤斯图斯·冯·李比希发展了碳和氢的分析方法，1833年，法国化学家杜马建立了氮的分析方法。这些有机定量分析方法的建立，使化学家能够获得一种化合物的实验式。
当时，在解决有机化合物分子中的原子如何排列组合的问题时，遇到了很大的困难。起初，有机化学用二元理论来解决有机化合物的结构问题。二元理论认为，化合物的分子可以分为带正电荷的部分和带负电荷的部分，它们通过静电力结合在一起。根据一些化学反应，早期的化学家认为，有机化合物的分子是由在反应中保持不变的基团和根据相反电荷的静电力在反应中发生变化的基团组成的。但是这个理论本身就有很大的矛盾。
法国化学家热拉尔和洛朗建立了类型理论。这种理论否认有机化合物是由带正电荷和带负电荷的基团组成的，而是认为有机化合物是由一些可以被取代的母体化合物衍生而来的，所以可以根据这些母体化合物进行分类。类型学将许多有机化合物分为不同的类型。根据它们的类型，不仅可以解释化合物的某些性质，还可以预测一些新化合物。但是类型理论未能回答有机化合物的结构问题。
有机化合物根据不同的类型进行分类。根据它们的类型，不仅可以解释化合物的某些性质，还可以预测一些新的化合物。但是类型理论未能回答有机化合物的结构问题。
经典有机化学时期是从1858年价键理论的建立到1916年价键电子理论的引入。
1858年，德国化学家凯库勒和英国化学家库珀提出了价键的概念，并首次用破折号“-”来表示“键”。他们认为有机化合物的分子是由它们的组成原子结合而成的。因为在所有已知的化合物中，一个氢原子只能与另一种元素的原子结合，所以选择氢作为价格单位。一种元素的化合价是能与这种元素的一个原子结合的氢原子数。凯库勒还提出了一个重要概念，即分子中的碳原子可以相互结合。
在1848中，巴斯德分离出两种酒石酸晶体，一种是左半晶，另一种是右半晶。前者可以使平面偏振光向左旋转，后者可以使其向右旋转相同的角度。在乳酸的研究中也遇到了类似的现象。因此，在1874年，法国化学家勒贝尔和荷兰化学家万托夫分别提出了一个新概念，圆满地解释了这种异质现象。
他们认为分子是三维实体，碳的四个价键在空间上是对称的，指向一个正四面体的四个顶点，碳原子位于正四面体的中心。当碳原子连接到四个不同的原子或基团上时，产生一对异构体，它们是彼此的物理对象和镜像，或者说是左右手的手性关系，这一对化合物是彼此的光学异构体。勒贝尔和范托夫的理论是有机化学中立体化学的基础。
第一个自由基三苯甲基自由基发现于1900，是一种长寿自由基。1929也证实了不稳定自由基的存在。
在此期间，有机化合物的结构测定、反应和分类都取得了很大进展。但是，价键只是化学家从实践经验中得到的一个概念，价键的本质并没有得到解决。
近代有机化学时期，在物理学家发现电子和阐明原子结构的基础上，美国物理化学家刘易斯等人在1916提出了价键电子理论。
他们认为原子外层电子的相互作用是原子束缚在一起的原因。如果相互作用的外层电子从一个原子转移到另一个原子，就形成离子键；如果两个原子使用外层电子，它们就形成一个价键。通过电子转移或* * *利用，相互作用原子的外层电子都获得了惰性气体的电子组态。这样，价键图示中用来表示价键的破折号“-”实际上是两个原子所使用的一对电子。
1927以后，海和伦敦用量子力学处理分子结构问题，建立了价键理论，提出了化学键的数学模型。后来，马力肯用分子轨道理论处理分子结构，得到的结果与价键电子理论得到的结果大体一致。因为计算简单，很多当时无法回答的问题都解决了。
有机化学的研究内容
有机化合物和无机化合物之间没有绝对的界限。有机化学之所以成为化学中的一门独立学科，是因为有机化合物确实有其内在联系和特性。
位于周期表中的碳元素通常通过使用外层电子和其他元素的原子来实现稳定的电子构型。这种价键组合决定了有机化合物的特性。大多数有机化合物由碳、氢、氮和氧组成，少数还含有卤素、硫和磷。因此，大部分有机化合物具有熔点低、易燃、易溶于有机溶剂的性质，与无机化合物有很大不同。
在含有多个碳原子的有机化合物分子中，碳原子相互结合形成分子的骨架，其他元素的原子连接在骨架上。在元素周期表中，没有其他元素能像碳一样以多种方式牢固地相互结合。碳原子形成的分子骨架有多种形式，如直链、支链、环状等。
在有机化学发展的早期，有机化学工业的主要原料是动植物，有机化学主要研究从动植物中分离有机化合物。
19世纪中叶至20世纪初，有机化学工业逐渐转向以煤焦油为主要原料。合成染料的发现使染料和制药工业蓬勃发展，促进了对芳香化合物和杂环化合物的研究。20世纪30年代后，以乙炔为原料的有机合成兴起。20世纪40年代前后，有机化学工业的原料逐渐向石油和天然气转变，合成橡胶、合成塑料和合成纤维工业得到发展。随着石油资源的日益枯竭，以煤为原料的有机化工必将重新发展。当然，自然动物、植物和微生物仍然是重要的研究对象。
天然有机化学主要研究天然有机化合物的组成、合成、结构和性质。从20世纪初到20世纪30年代，单糖、氨基酸、核苷酸胆酸、胆固醇和一些萜类化合物的结构以及肽和蛋白质的组成相继被测定。20世纪30-40年代，测定了一些维生素、甾体激素和多糖的结构，研究了一些甾体激素和维生素的结构和合成。大约在20世纪40年代和50年代，发现了一些抗生素，如青霉素，并确定和合成了它们的结构。50年代完成了部分甾体、吗啡等生物碱的全合成，催产素等生物活性肽的合成，确定了胰岛素的化学结构，发现了蛋白质的螺旋结构和DNA的双螺旋结构。20世纪60年代，胰岛素和寡核苷酸的全合成完成。从20世纪70年代到80年代初，前列腺素、维生素B12和昆虫信息素激素都被合成出来，核酸和美登木酮的结构被确定并完成了它们的全合成。
有机合成主要研究简单化合物或元素通过化学反应合成有机化合物。尿素是19在30年代合成的；醋酸是在20世纪40年代合成的。随后，葡萄糖酸、柠檬酸、琥珀酸、苹果酸等一系列有机酸相继合成。19世纪下半叶合成了多种染料；20世纪40年代合成了DDT、有机磷农药、有机硫杀菌剂、除草剂等农药。20世纪初合成了606种药物，30-40年代合成了1000多种磺胺类药物，其中一些可以入药。
物理有机化学是定量研究有机化合物的结构、反应性和反应机理的学科。它是在价键电子理论的基础上发展起来的，引用了现代物理学、物理化学和量子力学理论的新进展。从20世纪20年代到30年代，通过研究反应机理，建立了一个新的有机化学体系。50年代的构象分析和Hammett方程开始半定量地估计反应性与结构的关系。分子轨道对称性守恒和前线轨道理论出现于20世纪60年代。
有机分析是对有机化合物的定性和定量分析。碳和氢的定量分析方法建立于19的30年代。氮的定量分析建立于20世纪90年代。有机化合物中各种元素的常量分析在19年底基本完成；20世纪20年代，建立了有机痕量的定量分析方法。自动化分析仪器出现在20世纪70年代。
由于科学技术的发展，有机化学与各学科相互渗透，形成了许多分支学科和边缘学科。如生物有机化学、物理有机化学、量子有机化学、海洋有机化学等。
有机化学的研究方法
有机化学研究方法的发展经历了从手工操作到自动化和计算机化，从常量到超微量的过程。
在1940年代以前，产品通过传统的蒸馏、结晶和升华进行纯化，通过化学降解和衍生物制备来确定其结构。后来，各种色谱和电泳技术，特别是高压液相色谱的应用，改变了分离技术的面貌。各种光谱和能谱技术的使用使有机化学家能够研究分子的内部运动，并使结构确定的手段发生了革命性的变化。
随着电子计算机的引入，有机化合物的分离分析方法向自动化和超微量化方向迈进了一大步。核磁共振谱和红外光谱结合傅里叶变换技术为研究反应动力学和机理提供了新的手段。这些仪器，加上X射线结构分析和电子衍射光谱分析，已经能够确定微克样品的化学结构。用电子计算机设计合成路线的研究也取得了一些进展。
未来有机化学的发展首先是研究能源和资源的开发利用。到目前为止，我们使用的大部分能源和资源，如煤炭、天然气、石油、动植物和微生物，都是太阳能的化学储存形式。未来一些学科的重要课题是更直接有效地利用太阳能。
对光合作用的进一步研究和有效利用是植物生理学、生物化学和有机化学的共同课题。有机化学可以通过光化学反应生成高能有机化合物并储存起来；必要的话，利用它的逆反应释放能量。开发资源的另一个目标是在有机金属化合物的作用下固定二氧化碳，产生无穷无尽的资源。有机化合物。在这些方面已经取得了一些初步的成果。
其次，研发新的有机催化剂，使其能够模拟酶的高速、高效、温和的反应模式。这方面的研究已经开始，未来会有更大的发展。
20世纪60年代末，开始了有机合成计算机辅助设计的研究。在未来，有机合成路线的设计和有机化合物结构的确定将更加系统和合理。
化学动力学
化学动力学是研究化学反应过程的速率和反应机理的物理化学的一个分支，其研究对象是物质性质随时间变化的非平衡动态系统。时间是化学动力学中的一个重要变量。
化学动力学的研究方法主要有两种。一种是唯象动力学研究方法，也称经典化学动力学研究方法，从化学动力学的原始实验数据——浓度与时间的关系出发，通过分析得到一些反应动力学参数——反应速率常数、活化能、指前因子等。这些参数可以用来表征反应体系的速率化学动力学参数，是讨论反应机理的有效数据。
在20世纪上半叶，大量的研究工作致力于这些参数的测定和理论分析以及利用这些参数研究反应机理。然而，反应机理的确认主要取决于检测和分析反应中间体的能力。20世纪后期，自由基链式反应动力学的广泛研究给化学动力学带来了两个发展趋势:一是对元反应动力学的广泛研究；其次，迫切需要建立一种检测活性中间体的方法。这种要求以及电子学和激光技术的发展促进了快速反应动力学的发展。目前探测瞬态活性中间体的时间分辨率已经从50年代的毫秒级提高到皮秒级。
二是分子反应动力学的研究方法。从微观分子层面来看，化学反应是具有一定量子态的反应物分子相互碰撞，重新排列原子，产生具有一定量子态的产物分子甚至相互分离的单一反应碰撞行为。用过渡态理论解释，是一个代表体系的粒子在反应体系的超势能面上穿越反应势垒的行为。
原则上，如果能从量子化学理论计算出反应体系的正确势能面，应用力学定律计算出其上代表点的轨迹，就可以计算出反应速率和化学动力学的参数。然而，除了极少数非常简单的化学反应，量子化学的计算还未能获得可靠完整的反应体系势能面。所以现在的反应速率理论还是要借用经典统计力学的处理方法。这种处理必须作出某种形式的平衡假设，从而使这些速率理论不适用于非常快的反应。虽然已经有很多关于平衡假设适用性的研究，但是完全用非平衡理论来处理反应速率问题还不成熟。
化学动力学的经典实验方法不能制备单量子态反应物，不能检测单反应碰撞产生的初生态产物。分子束(分子散射)特别是交叉分子束方法在化学元素反应动力学研究中的应用，使得在实验中研究单个反应碰撞成为可能。分子束实验获得了很多经典化学动力学无法获得的关于化学反应的微观信息。分子反应动力学是现代化学动力学的前沿。