miniatura|Soluciones y sustancias en botellas de reactivos, incluyendo ácido nítrico e hidróxido de amonio, iluminados de diferentes colores miniatura|Tabla periódica de los elementos químicos moderna actualizada a 2016 por la IUPAC.|398x398px
La química es la ciencia natural que estudia y analiza la composición, estructura y propiedades de la materia, ya sea en forma de elementos, especies, compuestos, mezclas u otras sustancias, así como los cambios que estas experimentan durante las reacciones y su relación con la energía química. Linus Pauling la definió como la ciencia que estudia las sustancias, su estructura (tipos y formas de acomodo de los átomos), sus propiedades y las reacciones que las transforman en otras sustancias en referencia con el tiempo. La química, a través de una de sus ramas conocida como química supramolecular, se ocupa principalmente de las agrupaciones supratómicas, como son los gases, las moléculas, los cristales y los metales, estudiando su composición, propiedades estadísticas, transformaciones y reacciones; si bien la química general también incluye la comprensión de las propiedades e interacciones de la materia a escala atómica.
La química es llamada a menudo «ciencia central» por su papel de conexión en las otras ciencias naturales, relacionándose con la física por medio de la fisicoquímica, la biología mediante la bioquímica, la astronomía a través de la astroquímica, la geología por vía de la geoquímica, entre otras. La mayor parte de los procesos químicos se pueden estudiar directamente en el laboratorio, usando una serie de técnicas, a menudo bien establecidas, tanto de manipulación de materiales como de comprensión de los procesos subyacentes. Una aproximación alternativa es la proporcionada por las técnicas de modelado molecular, que extraen conclusiones de modelos computacionales.
La química moderna se desarrolló a partir de la alquimia, una práctica protocientífica de carácter esotérico, pero también experimental, que combinaba elementos de química, física, biología, metalurgia, farmacéutica, entre otras disciplinas. Esta fase termina con la revolución química, con el descubrimiento de los gases por Robert Boyle, la ley de conservación de la materia y la teoría de la combustión por oxígeno, postuladas por el científico francés Antoine Lavoisier. La sistematización se hizo patente con la creación de la tabla periódica de los elementos y la introducción de la teoría atómica, cuando los investigadores desarrollaron una comprensión fundamental de los estados de la materia, los iones, los enlaces químicos y las reacciones químicas. Desde la primera mitad del el desarrollo de la química lleva aparejado la aparición y expansión de una industria química de gran relevancia en la economía y la calidad de vida actuales.
Las disciplinas de la química se agrupan según la clase de materia bajo estudio o el tipo de estudio realizado. Entre estas se encuentran la química inorgánica, que estudia la materia inorgánica; la química orgánica, que estudia la materia orgánica; la bioquímica, que estudia las sustancias existentes en organismos biológicos; la fisicoquímica que comprende los aspectos estructurales y energéticos de sistemas químicos a escalas macroscópica, molecular y atómica, y la química analítica, que analiza muestras de materia y trata de entender su composición y estructura mediante diversos estudios y reacciones.
Etimología
La palabra química procede de la palabra «alquimia», el nombre de un antiguo conjunto de prácticas protocientíficas que abarcaba diversos elementos de la actual ciencia, además de otras disciplinas muy variadas como la metalurgia, la astronomía, la filosofía, el misticismo o la medicina. La alquimia, practicada al menos desde alrededor del año 330, además de buscar la fabricación de oro, estudiaba la composición de las aguas, la naturaleza del movimiento, del crecimiento, de la formación de los cuerpos y su descomposición, la conexión espiritual entre los cuerpos y los espíritus.Strathern, P. (2000). Mendeleyev's Dream – the Quest for the Elements. New York: Berkley Books. Un alquimista solía ser llamado en lenguaje cotidiano «químico», y posteriormente (oficialmente, a partir de la publicación, en 1661, del libro El químico escéptico, del químico irlandés Robert BoyleAsimov, I. (2014). Breve historia de la química: Introducción a las ideas y conceptos de la química. Madrid: Alianza Editorial/El Libro de Bolsillo. p. 57. ISBN 978-84-206-6421-7) se denominaría química al arte que practicaba.
A su vez, alquimia deriva de la palabra árabe al-kīmīā (الکیمیاء). En su origen, el término fue un préstamo tomado del griego, de las palabras χημία o χημεία (khemia y khemeia, respectivamente).Entrada "alchemy" del The Oxford English Dictionary, J. A. Simpson and E. S. C. Weiner, vol. 1, 2ª ed., 1989, ISBN 0-19-861213-3.p. 854, "Arabic alchemy", Georges C. Anawati, pp. 853-885 in Encyclopedia of the history of Arabic science, eds. Roshdi Rashed and Régis Morelon, London: Routledge, 1996, vol. 3, ISBN 0-415-12412-3. La primera podría tener origen egipcio. Muchos creen que al-kīmīā deriva de χημία, que a su vez deriva de la palabra Chemi o Kimi o Kham, que es el nombre antiguo de Egipto en egipcio. Según esa hipótesis, khemeia podría ser "el arte egipcio". La otra alternativa es que al-kīmīā derivara de χημεία, que significa «fusionar».Weekley, E. (1967). Etymological Dictionary of Modern English. New York: Dover Publications. ISBN 0-486-21873-2 Una tercera hipótesis, con más adeptos en la actualidad, dice que khemeia deriva del griego khumos, el jugo de una planta, y que vendría a significar "el arte de extraer jugos", y en este caso "jugo" podría ser un metal, y por tanto podría ser "el arte de la metalurgia".Asimov, I. (2014). Breve historia de la química: Introducción a las ideas y conceptos de la química. Madrid: Alianza Editorial/El Libro de Bolsillo. pp. 19-20. ISBN 978-84-206-6421-7
Definición La definición de química ha cambiado a través del tiempo, a medida que se han añadido nuevos descubrimientos a la funcionalidad de esta ciencia. El término química, a decir del reconocido científico Robert Boyle, en 1661, se trataba del área que estudiaba los principios de los cuerpos mezclados.Boyle, R. (1661). The Sceptical Chymist. New York: Dover Publications. (reprint). ISBN 0-486-42825-7.
En 1663 la química se definía como un arte científico por el cual se aprende a disolver cuerpos, obtener de ellos las diferentes sustancias de su composición y cómo unirlos después para alcanzar un nivel mayor de perfección; esto según el químico Christopher Glaser.Glaser, Ch. (1669). «Traité de la chymie.» Paris. En: Kim, M. G. (2003). Affinity, That Elusive Dream - A Genealogy of the Chemical Revolution. The MIT Press. ISBN 0-262-11273-6.
La definición de 1745 para la palabra química, usada por Georg Stahl, era el arte de entender el funcionamiento de las mezclas, compuestos o cuerpos hasta sus principios básicos, y luego volver a componer esos cuerpos a partir de esos mismos principios.Stahl, G. E. (1750). Philosophical Principles of Universal Chemistry. London.
En 1857 Jean-Baptiste Dumas consideró la palabra química para referirse a la ciencia que se preocupaba de las leyes y efectos de las fuerzas moleculares.Dumas, J. B. (1864). 'Affinite' (lecture notes), vii, p. 4. "Statique chimique", Paris: Academie des Sciences. Esta definición luego evolucionaría hasta que, en 1947, se la definió como la ciencia que se preocupaba de las sustancias: su estructura, sus propiedades y las reacciones que las transforman en otras sustancias (caracterización dada por Linus Pauling).Pauling, L. (1947). General Chemistry. Dover Publications. ISBN 0-486-65622-5.
Más recientemente, en 1988, la definición de química se amplió para ser «el estudio de la materia y los cambios que implica», según palabras del profesor Raymond Chang.Chang, R. (1998). Chemistry, 6th. ed. New York: McGraw Hill. ISBN 0-07-115221-0.
Introducción La ubicuidad de la química en las ciencias naturales hace que sea considerada una de las ciencias básicas. La química es de gran importancia en muchos campos del conocimiento, como la ciencia de materiales, la biología, la farmacia, la medicina, la geología, la ingeniería y la astronomía, entre otros.
Los procesos naturales estudiados por la química involucran partículas fundamentales (electrones, protones y neutrones), partículas compuestas (núcleos atómicos, átomos y moléculas) o estructuras microscópicas como cristales y superficies.
Desde el punto de vista microscópico, las partículas involucradas en una reacción química pueden considerarse un sistema cerrado que intercambia energía con su entorno. En procesos exotérmicos, el sistema libera energía a su entorno, mientras que un proceso endotérmico solamente puede ocurrir cuando el entorno aporta energía al sistema que reacciona. En la mayor parte de las reacciones químicas hay flujo de energía entre el sistema y su campo de influencia, por lo cual puede extenderse la definición de reacción química e involucrar la energía cinética (calor) como un reactivo o producto
Aunque hay una gran variedad de ramas de la química, las principales divisiones son:
Bioquímica: constituye un pilar fundamental de la biotecnología, y se ha consolidado como una disciplina esencial para abordar los grandes problemas y enfermedades actuales y del futuro, tales como el cambio climático, la escasez de recursos agroalimentarios ante el aumento de población mundial, el agotamiento de las reservas de combustibles fósiles, la aparición de nuevas formas de alergias, el aumento del cáncer, las enfermedades genéticas, la obesidad, etc. Fisicoquímica o química física: establece y desarrolla los principios físicos fundamentales detrás de las propiedades y el comportamiento de los sistemas químicos. Química analítica: (del griego ἀναλύω) es la rama de la química que tiene como finalidad el estudio de la composición química de un material o muestra, mediante diferentes métodos de laboratorio. Se divide en química analítica cuantitativa y química analítica cualitativa. Química inorgánica: se encarga del estudio integrado de la formación, composición, estructura y reacciones químicas de los elementos y compuestos inorgánicos (por ejemplo, ácido sulfúrico o carbonato cálcico); es decir, los que no poseen enlaces carbono-hidrógeno, porque éstos pertenecen al campo de la química orgánica. Dicha separación no es siempre clara, como por ejemplo en la química organometálica que es una superposición de ambas. Química orgánica o química del carbono: es la rama de la química que estudia una clase numerosa de moléculas que contienen carbono formando enlaces covalentes carbono-carbono o carbono-hidrógeno y otros heteroátomos, también conocidos como compuestos orgánicos. Friedrich Wöhler y Archibald Scott Couper son conocidos como los padres de la química orgánica. La gran importancia de los sistemas biológicos hace que en la actualidad gran parte del trabajo en química sea de naturaleza bioquímica. Entre los problemas más interesantes se encuentran, por ejemplo, el estudio del plegamiento de proteínas y la relación entre secuencia, estructura y función de proteínas. Química Industrial: se encarga del estudio de la fabricación de productos químicos básicos, la producción y elaboración de combinaciones que desempeñan un importante papel en el desarrollo técnico.