化学とは何か？

化学というと、実験室での検査や食品添加物、危険な物質などのイメージしかないかもしれませんが、化学の分野は私たちの身の回りのあらゆるものに関わっています。

「あなたが聞いたり、見たり、嗅いだり、味わったり、触ったりするものは、すべて化学と化学物質（物質）に関係しています」と、米国議会に認可された化学の進歩のための非営利科学組織であるアメリカ化学会（ACS）は述べています。 “

つまり、たとえ化学者として働いていなくても、あなたがすることのほとんどすべてに化学が関わっているということです。 日常生活では、料理をするとき、掃除用の洗剤を使ってカウンターを拭くとき、薬を飲むとき、濃縮ジュースを薄めて味が濃くならないようにするときなどに、化学的な作業を行っています。 Whoa!

ACSによると、化学とは、質量を持ち空間を占有するものとして定義される物質と、その物質がさまざまな環境や条件にさらされたときに受ける変化を研究する学問です。 化学は、化学元素の質量や組成のような物質の特性を理解するだけでなく、物質がどのように、そしてなぜ特定の変化を遂げるのかを理解しようとします。例えば、他の物質と結合して変化したのか、冷凍庫に2週間放置して凍ったのか、日光を浴びすぎて色が変わったのか、などです。

化学の基礎知識

化学が私たちの生活に密着しているのは、世の中のほとんどのものが化学的な構成要素に分解できるからです。

化学の主な構成要素である化学元素とは、1つの原子からできている物質のことです。それぞれの化学元素は、決まった数の陽子、中性子、電子から構成されており、名前と化学記号（例えば、炭素の「C」など）で識別されます。 科学者たちがこれまでに発見した元素は、元素周期表に記載されており、炭素、水素、酸素のような自然界に存在するものから、ローレンシウムのような人工的に作られたものまで含まれています。 周期表の中で元素はどのように分類されていますか？

化学元素は互いに結合して化合物を作ることができます。化合物とは、二酸化炭素のように複数の元素が結合した物質や、酸素ガスのように1つの元素が複数の原子で結合した物質です。 これらの化合物は、他の化合物や元素と結合して、無数の物質や材料となります。

化学は物理学である

化学は、ブリタニカ百科事典で定義されているように、一般的に物理学であると考えられていますが、それは化学の研究が生物を介さないからです。

しかし、生化学協会によると、生物の化学を研究する生化学の場合、物理科学としての区別は少し曖昧になります。 生化学者が研究する化学物質や化学プロセスは、技術的には「生物」とはみなされませんが、それらを理解することは、生命の仕組みを理解する上で重要です。

The Five Main Branch of Chemistry

LibreText社が発行しているオンライン化学教科書によると、伝統的に、化学は5つの主要な分野に分かれています。

分析化学は、化学物質の分析を行うもので、色の変化を見るような定性的な方法と、化学物質が吸収した光の波長を正確に調べるような定量的な方法とがあります。

これらの方法により、科学者は化学物質のさまざまな特性を明らかにすることができ、社会にさまざまな形で貢献することができます。 例えば、分析化学は、食品会社が冷凍食品を作る際に、食品に含まれる化学物質が時間の経過とともにどのように変化するかを検出することで、より美味しい冷凍食品を作るのに役立っています。 また、分析化学は、水や土壌に含まれる化学物質を測定することで、環境の健全性を監視するためにも使用されています。

生化学は、前述したように、化学技術を用いて生物システムの仕組みを化学的なレベルで理解するものです。 生化学のおかげで、研究者たちはヒトゲノムを解明し、さまざまなタンパク質が体内でどのような働きをしているのかを理解し、多くの病気の治療法を開発することができました。

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無機化学は、鉱物や金属などの無機物、つまり生物ではないものに含まれる化学物質を研究する学問です。 従来、無機化学は、有機化学が扱う炭素を含まない化合物を対象としてきましたが、ACSによると、この定義は完全には正確ではありません。

無機化学で学ぶ化合物の中には、「有機金属化合物」のように、有機化学で学ぶ主な元素である炭素に金属が結合しているものがあります。 そのため、このような化合物は両分野にまたがっていると考えられます。

無機化学は、塗料、肥料、日焼け止めなど、さまざまな製品の材料として使われています。

有機化学は、生命維持に不可欠な元素である炭素を含む化合物を扱う分野である。 有機化学者は、炭素の他に水素、硫黄、ケイ素などの非炭素元素を含む化合物の組成、構造、特性、反応を研究します。

物理化学は、物理学の概念を用いて化学の仕組みを理解する学問です。 例えば、原子がどのように動き、相互作用するのか、また、水などの液体がなぜ高温で蒸気になるのかなどを解明します。 物理化学者は、これらの現象を原子や分子といった非常に小さなスケールで理解し、化学反応の仕組みや特定の物質に固有の特性を与える要因について結論を導き出そうとします。

ACSによると、この種の研究は、他の化学分野にも役立ち、製品開発にも重要な役割を果たしているとのことです。

この種の研究は、他の化学分野に役立ち、製品開発にも重要であるとACSは述べています。

化学者の仕事内容

化学者は、研究開発、品質管理、製造、環境保護、コンサルティング、法律など、さまざまな分野で活躍しています。

研究開発

大学では、特定のテーマに関する知識を深めることを目的に研究を行いますが、必ずしも特定の用途を念頭に置いているわけではありません。

産業界では、研究開発を行う化学者は、科学的知識を用いて特定の製品やプロセスの開発や改良を行います。

例えば、食品化学者は食品の品質、安全性、保存性、味などを改善し、製薬化学者は医薬品やその他の医療用製剤の品質を開発・分析し、農業化学者は大規模な作物生産に必要な肥料、殺虫剤、除草剤などを開発します。

環境保護

環境化学者は、化学物質が自然環境とどのように相互作用するかを研究し、土壌、水、空気中の自然のプロセスに存在する化学物質や化学反応の特徴を明らかにします。 例えば、科学者は対象となる場所から土壌、水、空気を採取し、実験室で分析することで、人間の活動が環境を汚染しているか、あるいは汚染する可能性があるか、あるいはその他の方法で環境に影響を与えているかを判断します。 また、米国労働統計局によると、環境化学者の中には、土壌から汚染物質を取り除くRemediate（修復）を手伝う人もいます。

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環境化学のバックグラウンドを持つ科学者は、化学会社やコンサルティング会社など、さまざまな組織のコンサルタントとして、環境規制に沿ってどのように業務や手順を完了させることができるかを指導することもできます。

法律

化学者は、その学歴を活かして、科学的な問題に助言を与えたり、擁護したりすることができます。

化学者は、科学的なバックグラウンドを活かして、科学における著作権問題に取り組む知的財産分野や、特別利益団体を代表して、特定の活動を行う前に規制機関に承認を申請する環境法分野で活躍することができます。

化学者は、法執行に役立つ分析を行うこともできます。 法化学者は、犯罪現場に残された物的証拠を採取して分析し、関係者の身元を明らかにするだけでなく、犯罪がどのようにして、なぜ行われたのかという重要な疑問にも答えます。 法化学者は、クロマトグラフィーやスペクトロメトリーなどの様々な分析方法を用いて、化学物質の識別や定量化を行います。