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La chimie physique est l'étude des phénomènes macroscopiques et microscopiques dans les systèmes chimiques en termes de principes, pratiques et concepts de la physique tels que le mouvement, l'énergie, la force, le temps, la thermodynamique, la chimie quantique, la mécanique statistique, la dynamique analytique et les équilibres chimiques. La chimie physique, contrairement à la physique chimique, est principalement (mais pas toujours) une science supramoléculaire, dans la mesure où la majorité des principes sur lesquels elle a été fondée se rapportent à l'ensemble plutôt qu'à la structure moléculaire ou atomique seule (par exemple, la chimie équilibre et colloïdes).
La science des polymères est un domaine multidisciplinaire qui explore la structure, la synthèse, les propriétés et les applications des polymères. Les polymères sont de grosses molécules composées d'unités structurelles répétitives, appelées monomères, liées entre elles par des liaisons chimiques. Cette branche de la science englobe l’étude des polymères naturels et synthétiques, en approfondissant leur diversité de propriétés physiques et chimiques. Les chercheurs en science des polymères cherchent à comprendre les relations entre la structure des polymères et leurs performances, permettant ainsi le développement de matériaux dotés de caractéristiques adaptées à des applications spécifiques. Des objets du quotidien comme les plastiques et le caoutchouc aux matériaux avancés en médecine et en électronique, l’impact de la science des polymères est omniprésent dans notre vie quotidienne. Le domaine évolue continuellement à mesure que les scientifiques s'efforcent de créer de nouveaux polymères dotés de fonctionnalités améliorées, d'une durabilité améliorée et d'applications élargies, ce qui en fait une partie dynamique et intégrante de la science des matériaux.
L'astrochimie est l'étude de l'abondance et des réactions des molécules dans l'univers, ainsi que de leur interaction avec les rayonnements. La discipline est un chevauchement de l'astronomie et de la chimie. Le mot « astrochimie » peut s’appliquer à la fois au système solaire et au milieu interstellaire. L'étude de l'abondance des éléments et des rapports isotopiques dans les objets du système solaire, tels que les météorites, est également appelée cosmochimie, tandis que l'étude des atomes et molécules interstellaires et de leur interaction avec le rayonnement est parfois appelée astrophysique moléculaire. La formation, la composition atomique et chimique, l'évolution et le devenir des nuages de gaz moléculaires présentent un intérêt particulier, car c'est à partir de ces nuages que se forment les systèmes solaires.
La chimie bio-organique est un domaine qui examine le rôle des métaux en biologie. La chimie bio-organique comprend l'étude des phénomènes naturels tels que le comportement des métalloprotéines ainsi que des métaux introduits artificiellement, y compris ceux qui ne sont pas essentiels, en médecine et en toxicologie. De nombreux processus biologiques tels que la respiration dépendent de molécules qui relèvent du domaine de la chimie inorganique. La discipline comprend également l'étude de modèles inorganiques ou de mimiques qui imitent le comportement des métalloprotéines. En tant que mélange de biochimie et de chimie inorganique, la chimie bioinorganique est importante pour élucider les implications des protéines de transfert d'électrons, des liaisons et de l'activation des substrats, de la chimie des transferts d'atomes et de groupes ainsi que des propriétés des métaux en chimie biologique. Le développement réussi d’un travail véritablement interdisciplinaire est nécessaire pour faire progresser la chimie bio-organique.
En chimie, un composé ionique est un composé chimique composé d'ions maintenus ensemble par des forces électrostatiques appelées liaisons ioniques. Le composé est globalement neutre, mais se compose d’ions chargés positivement appelés cations et d’ions chargés négativement appelés anions. Il peut s'agir d'ions simples tels que le sodium et le chlorure dans le chlorure de sodium, ou d'espèces polyatomiques telles que les ions ammonium et carbonate dans le carbonate d'ammonium. Les ions individuels au sein d'un composé ionique ont généralement plusieurs voisins les plus proches, ils ne sont donc pas considérés comme faisant partie de molécules, mais plutôt comme faisant partie d'un réseau tridimensionnel continu. Les composés ioniques forment généralement des structures cristallines lorsqu’ils sont solides.
La chimie bioorganique est une discipline scientifique qui combine la chimie organique et la biochimie. C’est cette branche des sciences de la vie qui s’occupe de l’étude des processus biologiques à l’aide de méthodes chimiques. La fonction des protéines et des enzymes sont des exemples de ces processus. Parfois, la biochimie est utilisée de manière interchangeable pour la chimie bioorganique ; la distinction étant que la chimie bioorganique est une chimie organique axée sur les aspects biologiques. Alors que la biochimie vise à comprendre les processus biologiques à l'aide de la chimie, la chimie bioorganique tente d'étendre les recherches organo-chimiques (c'est-à-dire les structures, la synthèse et la cinétique) vers la biologie. Lors de l’étude des métalloenzymes et des cofacteurs, la chimie bioorganique chevauche la chimie bio-organique.
La chimie biophysique est une science physique qui utilise les concepts de physique et de chimie physique pour l'étude des systèmes biologiques. La caractéristique la plus courante des recherches dans ce domaine est de chercher une explication des différents phénomènes dans les systèmes biologiques, soit en termes de molécules qui composent le système, soit en termes de structure supramoléculaire de ces systèmes. Outre les applications biologiques, des recherches récentes ont également montré des progrès dans le domaine médical.
Les composés aromatiques, également appelés « hydrocarbures aromatiques mono- et polycycliques », sont des composés organiques contenant un ou plusieurs noyaux aromatiques. Le mot « aromatique » provient du regroupement passé de molécules basé sur l’odeur, avant que leurs propriétés chimiques générales ne soient comprises. La définition actuelle des composés aromatiques n’a aucun rapport avec leur odeur. Les hétéroarènes sont étroitement liés, puisqu'au moins un atome de carbone du groupe CH est remplacé par l'un des hétéroatomes d'oxygène, d'azote ou de soufre. Des exemples de composés non benzéniques dotés de propriétés aromatiques sont le furane, un composé hétérocyclique avec un cycle à cinq chaînons qui comprend un seul atome d'oxygène, et la pyridine, un composé hétérocyclique avec un cycle à six chaînons contenant un atome d'azote. Les hydrocarbures sans noyau aromatique sont dits aliphatiques.
En chimie en flux, une réaction chimique se déroule dans un flux continu plutôt que dans une production par lots. En d’autres termes, les pompes déplacent le fluide dans un réacteur et, là où les tubes se rejoignent, les fluides entrent en contact. Si ces fluides sont réactifs, une réaction a lieu. La chimie en flux est une technique bien établie utilisée à grande échelle lors de la fabrication de grandes quantités d’un matériau donné. Cependant, le terme n'a été inventé que récemment pour son application à l'échelle du laboratoire par les chimistes et décrit de petites usines pilotes et des usines continues à l'échelle du laboratoire. Des microréacteurs sont souvent utilisés.
La chimie agricole est l'étude de la chimie, en particulier de la chimie organique et de la biochimie, en relation avec l'agriculture. Cela inclut la production agricole, l’utilisation d’ammoniac dans les engrais, les pesticides et la manière dont la biochimie végétale peut être utilisée pour modifier génétiquement les cultures. La chimie agricole n’est pas une discipline distincte, mais un fil conducteur qui relie la génétique, la physiologie, la microbiologie, l’entomologie et de nombreuses autres sciences ayant un impact sur l’agriculture. La chimie agricole étudie les compositions chimiques et les réactions impliquées dans la production, la protection et l'utilisation des cultures et du bétail. Ses aspects scientifiques et technologiques appliqués visent à augmenter les rendements et à améliorer la qualité, ce qui présente de multiples avantages et inconvénients.
La chimie médico-légale est l'application de la chimie et de son sous-domaine, la toxicologie médico-légale, dans un cadre juridique. Un chimiste légiste peut aider à identifier des matériaux inconnus trouvés sur une scène de crime. Les spécialistes dans ce domaine disposent d’un large éventail de méthodes et d’instruments pour aider à identifier les substances inconnues. Il s'agit notamment de la chromatographie liquide haute performance, de la chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse, de la spectroscopie d'absorption atomique, de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et de la chromatographie sur couche mince. L'éventail des différentes méthodes est important en raison de la nature destructrice de certains instruments et du nombre de substances inconnues possibles pouvant être trouvées sur une scène. Les chimistes légistes préfèrent d'abord utiliser des méthodes non destructives, afin de préserver les preuves et de déterminer quelles méthodes destructives produiront les meilleurs résultats. Avec d'autres spécialistes légistes, les chimistes légistes témoignent généralement devant le tribunal en tant que témoins experts concernant leurs conclusions. Les chimistes légistes suivent un ensemble de normes proposées par diverses agences et organes directeurs, notamment le Groupe de travail scientifique sur l'analyse des drogues saisies. En plus des procédures opérationnelles standards proposées par le groupe, certaines agences disposent de leurs propres normes concernant l'assurance qualité et le contrôle qualité de leurs résultats et de leurs instruments. Pour garantir l'exactitude de ce qu'ils déclarent, les chimistes légistes vérifient et vérifient régulièrement que leurs instruments fonctionnent correctement et sont toujours capables de détecter et de mesurer diverses quantités de substances différentes.
La géochimie est la science qui utilise les outils et les principes de la chimie pour expliquer les mécanismes à l'origine des principaux systèmes géologiques tels que la croûte terrestre et ses océans. Le domaine de la géochimie s'étend au-delà de la Terre, englobant l'ensemble du système solaire, et a apporté d'importantes contributions à la compréhension d'un certain nombre de processus, notamment la convection du manteau, la formation des planètes et les origines du granit et du basalte. C'est un domaine intégré de chimie et de géologie.
Les produits pétrochimiques (parfois abrégés en petchems) sont les produits chimiques obtenus à partir du pétrole par raffinage. Certains composés chimiques issus du pétrole sont également obtenus à partir d’autres combustibles fossiles, comme le charbon ou le gaz naturel, ou de sources renouvelables comme le maïs, les fruits du palmier ou la canne à sucre. Les deux classes pétrochimiques les plus courantes sont les oléfines (y compris l'éthylène et le propylène) et les aromatiques (y compris les isomères du benzène, du toluène et du xylène). Les raffineries de pétrole produisent des oléfines et des composés aromatiques par craquage catalytique fluide de fractions pétrolières. Les usines chimiques produisent des oléfines par vapocraquage de liquides de gaz naturel comme l'éthane et le propane. Les aromatiques sont produits par reformage catalytique du naphta. Les oléfines et les aromatiques sont les éléments constitutifs d'une large gamme de matériaux tels que les solvants, les détergents et les adhésifs. Les oléfines constituent la base des polymères et oligomères utilisés dans les plastiques, les résines, les fibres, les élastomères, les lubrifiants et les gels.
La chimie médicinale ou pharmaceutique est une discipline scientifique à l'intersection de la chimie et de la pharmacie impliquée dans la conception et le développement de médicaments pharmaceutiques. La chimie médicinale implique l'identification, la synthèse et le développement de nouvelles entités chimiques adaptées à un usage thérapeutique. Il comprend également l'étude des médicaments existants, de leurs propriétés biologiques et de leurs relations quantitatives structure-activité (QSAR). La chimie médicinale est une science hautement interdisciplinaire combinant la chimie organique avec la biochimie, la chimie computationnelle, la pharmacologie, la biologie moléculaire, les statistiques et la chimie physique. .
La phytochimie est l'étude des composés phytochimiques, qui sont des produits chimiques dérivés des plantes. Les phytochimistes s'efforcent de décrire les structures du grand nombre de métabolites secondaires présents dans les plantes, les fonctions de ces composés dans la biologie humaine et végétale et la biosynthèse de ces composés. Les plantes synthétisent des composés phytochimiques pour de nombreuses raisons, notamment pour se protéger contre les attaques d'insectes et les maladies des plantes. Les composés présents dans les plantes sont de nombreuses sortes, mais la plupart peuvent être regroupés en quatre grandes classes biosynthétiques : les alcaloïdes, les phénylpropanoïdes, les polycétides et les terpénoïdes. La phytochimie peut être considérée comme un sous-domaine de la botanique ou de la chimie. Les activités peuvent être menées dans des jardins botaniques ou en pleine nature avec l'aide de l'ethnobotanique. Les études phytochimiques orientées vers l'utilisation humaine (c'est-à-dire la découverte de médicaments) peuvent relever de la discipline de la pharmacognosie, tandis que les études phytochimiques axées sur les fonctions écologiques et l'évolution des substances phytochimiques relèvent probablement de la discipline de l'écologie chimique. La phytochimie présente également un intérêt pour le domaine de la physiologie végétale.
La radiochimie est la chimie des matières radioactives, où les isotopes radioactifs des éléments sont utilisés pour étudier les propriétés et les réactions chimiques des isotopes non radioactifs (souvent en radiochimie, l'absence de radioactivité conduit à décrire une substance comme étant inactive car les isotopes sont stables) . Une grande partie de la radiochimie concerne l’utilisation de la radioactivité pour étudier les réactions chimiques ordinaires. Ceci est très différent de la chimie des rayonnements où les niveaux de rayonnement sont maintenus trop bas pour influencer la chimie. La radiochimie comprend l'étude des radio-isotopes naturels et artificiels.
La stéréochimie, une sous-discipline de la chimie, implique l'étude de la disposition spatiale relative des atomes qui forment la structure des molécules et leur manipulation. L'étude de la stéréochimie se concentre sur les relations entre les stéréoisomères, qui par définition ont la même formule moléculaire et la même séquence d'atomes liés (constitution), mais diffèrent par le positionnement géométrique des atomes dans l'espace. Pour cette raison, elle est également connue sous le nom de chimie 3D – le préfixe « stéréo- » signifie « tridimensionnalité ». La stéréochimie couvre tout le spectre de la chimie organique, inorganique, biologique, physique et surtout supramoléculaire. La stéréochimie comprend des méthodes pour déterminer et décrire ces relations ; l'effet sur les propriétés physiques ou biologiques que ces relations confèrent aux molécules en question, et la manière dont ces relations influencent la réactivité des molécules en question (stéréochimie dynamique).
La chimie théorique est la branche de la chimie qui développe des généralisations théoriques qui font partie de l'arsenal théorique de la chimie moderne : par exemple, les concepts de liaison chimique, de réaction chimique, de valence, de surface d'énergie potentielle, d'orbitales moléculaires, d'interactions orbitales et de molécules. activation.La chimie théorique rassemble des principes et des concepts communs à toutes les branches de la chimie. Dans le cadre de la chimie théorique, il y a une systématisation des lois, principes et règles chimiques, leur affinement et leur détail, la construction d'une hiérarchie. La place centrale de la chimie théorique est occupée par la doctrine de l'interconnexion de la structure et des propriétés des systèmes moléculaires. Il utilise des méthodes mathématiques et physiques pour expliquer les structures et la dynamique des systèmes chimiques et pour corréler, comprendre et prédire leurs propriétés thermodynamiques et cinétiques. Au sens le plus général, il s'agit d'une explication des phénomènes chimiques par des méthodes de physique théorique. Contrairement à la physique théorique, en raison de la grande complexité des systèmes chimiques, la chimie théorique, en plus des méthodes mathématiques approximatives, utilise souvent des méthodes semi-empiriques et empiriques.
La thermochimie est l'étude de l'énergie thermique associée aux réactions chimiques et/ou aux changements de phase tels que la fusion et l'ébullition. Une réaction peut libérer ou absorber de l’énergie, et un changement de phase peut faire de même. La thermochimie se concentre sur l'échange d'énergie entre un système et son environnement sous forme de chaleur. La thermochimie est utile pour prédire les quantités de réactifs et de produits tout au long du déroulement d'une réaction donnée. En combinaison avec les déterminations d'entropie, il est également utilisé pour prédire si une réaction est spontanée ou non, favorable ou défavorable. Les réactions endothermiques absorbent la chaleur, tandis que les réactions exothermiques libèrent de la chaleur. La thermochimie fusionne les concepts de thermodynamique avec le concept d'énergie sous forme de liaisons chimiques. Le sujet comprend généralement des calculs de quantités telles que la capacité thermique, la chaleur de combustion, la chaleur de formation, l'enthalpie, l'entropie et l'énergie libre. La thermochimie fait partie du domaine plus large de la thermodynamique chimique, qui traite de l'échange de toutes les formes d'énergie entre le système et l'environnement, y compris non seulement la chaleur mais également diverses formes de travail, ainsi que l'échange de matière. Lorsque toutes les formes d'énergie sont considérées, les concepts de réactions exothermiques et endothermiques sont généralisés aux réactions exergoniques et aux réactions endergoniques.
La chimie computationnelle peut être utilisée pour calculer les spectres vibrationnels et les modes vibrationnels normaux pour des molécules relativement simples. Le coût de calcul de tels calculs avec des molécules plus grosses devient rapidement prohibitif et nécessite des méthodes d'analyse empiriques. Heureusement, certains groupes fonctionnels dans les molécules organiques produisent systématiquement des bandes IR et Raman dans une région de fréquence caractéristique. Ces bandes caractéristiques sont appelées fréquences de groupe. Basé sur des arguments mécaniques classiques simples, le fondement des fréquences de groupe est décrit. Les étirements de l'oscillateur couplé linéaire sont décrits et l'effet du changement de l'angle de liaison est présenté. La conséquence de l'augmentation de la longueur de la chaîne et donc du nombre d'oscillateurs couplés est discutée et l'exemple analogue des vibrations de flexion est inclus. Sur la base de ce cadre de base, des règles générales générales pour certaines combinaisons d'oscillateurs généralement rencontrées sont présentées.
La chimie analytique étudie et utilise des instruments et des méthodes pour séparer, identifier et quantifier la matière. En pratique, la séparation, l'identification ou la quantification peuvent constituer l'ensemble de l'analyse ou être combinées avec une autre méthode. La séparation isole les analytes. L'analyse qualitative identifie les analytes, tandis que l'analyse quantitative détermine la quantité ou la concentration numérique. La chimie analytique comprend des méthodes chimiques classiques et humides et des méthodes instrumentales modernes. Les méthodes qualitatives classiques utilisent des séparations telles que la précipitation, l'extraction et la distillation. L'identification peut être basée sur des différences de couleur, d'odeur, de point de fusion, de point d'ébullition, de solubilité, de radioactivité ou de réactivité. L'analyse quantitative classique utilise des changements de masse ou de volume pour quantifier la quantité. Des méthodes instrumentales peuvent être utilisées pour séparer les échantillons par chromatographie, électrophorèse ou fractionnement en flux sur site. Ensuite, des analyses qualitatives et quantitatives peuvent être effectuées, souvent avec le même instrument et peuvent utiliser l'interaction lumineuse, l'interaction thermique, les champs électriques ou les champs magnétiques. Souvent, le même instrument peut séparer, identifier et quantifier un analyte.
La science des polymères ou science macromoléculaire est un sous-domaine de la science des matériaux concerné par les polymères, principalement les polymères synthétiques tels que les plastiques et les élastomères. Le domaine de la science des polymères comprend des chercheurs dans plusieurs disciplines, notamment la chimie, la physique et l'ingénierie. La chimie des polymères ou chimie macromoléculaire concerne la synthèse chimique et les propriétés chimiques des polymères. La physique des polymères concerne les propriétés physiques des matériaux polymères et les applications techniques. Plus précisément, il cherche à présenter les propriétés mécaniques, thermiques, électroniques et optiques des polymères par rapport à la physique sous-jacente régissant une microstructure polymère. Bien qu’elle soit à l’origine une application de la physique statistique aux structures en chaînes, la physique des polymères est aujourd’hui devenue une discipline à part entière. La caractérisation des polymères concerne l'analyse de la structure chimique, de la morphologie et la détermination des propriétés physiques en relation avec les paramètres de composition et de structure.
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