thumb|desno|Rastvori različitih supstanci, uključujući amonij-hidroksid i dušičnu kiselinu, osvjetljeni svjetlošću u raznim bojama. Hemija je jedna od prirodnih nauka koja proučava sastav, strukturu, osobine i promjene supstance. Hemija se pretežno bavi atomima i molekulama kao i s njihovim interakcijama i pretvaranjima, naprimjer, osobinama hemijskih veza između atoma koje grade hemijske spojeve. Kao takva, hemija proučava interakcije elektrona i različitih oblika energije u fotohemijskim reakcijama, reakcijama oksidacije i redukcije, faznih tranzicija i odvajanja supstanci iz mješavina (smjesa). Dobijanje i osobine složenih supstanci, kao što su legure, polimeri, biomolekule i farmaceutska sredstva smatraju se specijaliziranim oblastima odnosno granama hemije.
Hemija se ponekad naziva i središnja nauka, jer ona premoštava druge prirodne nauke poput fizike, geologije i biologije. Hemija je grana fizičkih nauka ali postoji određena razlika od fizike. Etimologija pojma hemija nije u potpunosti razjašnjena, pa je u tom pogledu tema određenih neslaganja. Historija hemije se može pratiti i preko određenih faza u njenom razvoju, poput alhemije, koja se praktikovala hiljadama godina u mnogim dijelovima svijeta.
Etimologija Pojam hemija potječe od riječi alhemija, ranijeg skupa aktivnosti koji su obuhvatali elemente iz moderne hemije, metalurgije, filozofije, astrologije, astronomije, misticizma i medicine. Ona se obično smatrala kao potraga za načinom pretvaranja olova ili nekog drugog uobičajenog materijala u zlato. Alhemija se počela praktikovati oko 330. godine, uključivala je proučavanje sastava vode, njenog kretanja, rasta, pridruživanja i izlučivanja iz drugih supstanci, izvlačenja duhova iz tijela kao i njihovim spajanjem unutar tijela (Zosim iz Panopolisa). Alhemičari su se u narodnom govoru zvali hemičari, a kasniji sufiks -ija je dodan kako bi se opisala vještina hemičara kao hemija.
Riječ alhemija je izvedena iz arapske riječi al-kimia (الکیمیاء). U korijenu, pojam je posuđen iz grčkog χημία ili χημεία. Dalje, ovaj pojam je možda i egipatskog porijekla. Mnogi vjeruju da je al-kimia izvedena iz grčkog χημία, a koja se opet dobila preko riječi chemi ili kimi, što je drevno ime Egipta u egipatskom jeziku. Po drugom mišljenju, al-kimia je možda izvedena iz χημεία, u značenju izliti (spojiti) zajedno.
Definicija Retrospektivno, definicija hemije se mijenjala kroz historiju, kako su nova otkrića i teorije dodavne nove funkcionalnosti u ovu nauku. Pojam hemija, po mišljenju poznatog hemičara Boyla 1661. koji je smatrao da je ona subjekat materijalnih principa mješanih (složenih) tijela. Dvije godine kasnije, 1663. hemičar Christopher Glaser opisao je hemiju kao naučnu umjetnost, koja izučava rastvorena tijela te iz njih izvlači različite supstance od kojih su ona izgrađena, kao i način kako da ih ponovno spojiti i dovesti ih do savršenosti višeg nivoa.
Definicija riječi hemija iz 1730. koju je koristio Georg Ernst Stahl značila je umjetnost razdvajanja miješanih, agregatnih i spojenih tijela u njihove sastojke; kao i sastavljanje takvih tijela iz tih sastojaka. Jean-Baptiste Dumas je 1837. smatrao pojam hemije kao nauku koja izučava zakone i efekte molekularnih sila. Ova definicija je kasnije evoluirala, pa se 1947. došlo do značenja nauke o supstancama: njihovoj strukturi, osobinama i reakcijama koje ih pretvaraju u druge supstance, a ovu karakterizaciju hemije prihvatio je i Linus Pauling. U novije doba, 1998. profesor Raymond Chang proširio je tu definiciju na proučavanje materije i promjena koje se dešavaju s njom.
Historija
thumb|200px|Demokritovu atomističku filozofiju naknadno je usvojio i Epikur (341–270 p. n. e.) Stare civilizacije, poput Egipćana, Babilonaca i Indijaca stekle su ogromno praktično znanje o vještinama metalurgije, izrade grnčarije i pravljenja boja, ali o tome nisu razvili sistematsku teoriju.
Osnovne hemijske hipoteze prvo su se pojavile u klasičnoj Grčkoj u vidu teorije "četiri elementa" što je konačno uobličio Aristotel navodeći da su vatra, zrak, zemlja i voda četiri temeljna elementa čijim je kombiniranjem izgrađeno sve ostalo. Grčki atomizam potječe iz 440tih p. n. e., nastao u djelima filozofa kao što su Demokrit i Epikur. Rimski filozof Lukrecije je 50 p. n. e. razvio ovu teoriju u svojoj knjizi De rerum natura ("O prirodi stvari"). Za razliku od modernog koncepta nauke, grčki atomizam je bio čisto filozofske prirode, sa vrlo slabim vezama sa iskustvenim posmatranjima i bez ikakvog osvrta na hemijske eksperimente.
Vještina alhemije je najprije doživjela procvat u helenističkom svijetu, gdje su se miješale magija i okultizam u proučavanje prirodnih supstanci, s krajnjim ciljem pretvaranja elemenata u zlato i otkrivanje napitka vječnog života. Alhemija je otkrivena i praktikovana širom arapskog svijeta nakon pojave islama, a od tamo se prelila u srednjovjekovnu i renesansnu Evropu preko latinskih prevoda.
Hemija kao nauka Pod utjecajem novih iskustvenih metoda koje su predložili Francis Bacon i drugi, grupa hemičara na Univerzitetu u Oxfordu, Robert Boyle, Robert Hooke i John Mayow počeli su da iznova oblikuju stare alhemijske tradicije u naučnu disciplinu. Naročito se Boyle smatra za osnivača i "oca" hemije zbog svog najvažnije rada, teksta iz oblasti klasične hemije "Skeptični hemičar" (The Sceptical Chymist) gdje su navedene osnovne razlike između postavki alhemije i iskustvenih naučnih otkrića nove hemije. On je, između ostalog, objavio i Boyleov zakon, čime je odbio klasične postavke "četiri elementa" i predložio mehanističke alternative atoma i hemijskih reakcija koje bi mogle biti subjekat strogih eksperimenata.
thumb|200px|Antoine-Laurent de Lavoisier se smatra "ocem moderne hemije". Teoriju flogistona (supstance koja je u osnovi svakog sagorijevanja) predložio je Nijemac Georg Ernst Stahl početkom 18. vijeka a tu teoriju je tek krajem tog vijeka opovrgnuo francuski hemičar Antoine Lavoisier, "hemijski" pandan Newtonu u fizici; koji je učinio više od bilo koga drugog za osnivanje nove nauke na ispravnim teoretskim osnovama, tako što je rasvijetlio princip održanja mase i razvio novi sistem hemijske nomenklature, koji se i danas manje-više koristi.
Međutim, prije ovog njegovog rada, postignuta su mnoga važna otkrića, naročito u vezi prirode zraka, za koji se ispostavilo da je sastavljen iz mnogih različitih gasova. Škotski hemičar Joseph Black (prvi eksperimentalni hemičar) i Holanđanin J. B. van Helmont otkrili su ugljik-dioksid, ili ono što je Black nazivao "fiksni zrak" 1754. godine; Henry Cavendish je otkrio vodik i rasvijetlio mnoge njegove osobine, dok su Joseph Priestley i, nezavisno od njega, Carl Wilhelm Scheele izdvojili čisti kisik.
Engleski naučnik John Dalton postavio je modernu teoriju atoma; po kojoj su sve supstance sastavljene iz nevidljivih atoma materije i da različiti atomi imaju različite atomske težine. Razvoj elektrohemijske teorije hemijskih kombinacija desio se početkom 19. vijeka naročito kao rezultat rada dvojice naučnika Jacob Berzeliusa i Humphryja Davyja, a zasnovanog na ranijim otkrićima elektrostatičkog stuba koji je napravio Alessandro Volta. Davy je otkrio devet novih elemenata uključujući alkalne metale izdvajajući ih iz njihovih oksida pomoću električne struje.
Britanac William Prout prvi je predložio sortiranje svih hemijskih elemenata prema njihovim atomskim težinama, tako što je sve poznate atome izrazio omjerom njihove težine prema atomskoj težini vodika. Newlands je napravio prvobitni sistem elemenata, koji su kasnije razvili u moderni periodni sistem elemenata Nijemac Lothar Meyer i Rus Dmitrij Ivanovič Mendeljejev tokom 1860tih. Inertne gasove, kasnije nazvani plemeniti gasovi, otkrio je William Ramsay u saradnji sa Lordom Rayleighjem krajem 19. vijeka, pa su s tim otkrićem popunjene osnovne strukture tabele periodnog sistema.
Organsku hemiju razvio je Justus von Liebig i njegovi savremenici, nakon što je Friedrich Wöhler sintetizirao ureu kojim je zapravo potvrđeno da se živi organizmi, teoretski, mogu posmatrati i svesti pod hemijske zakone. Druga važna otkrića 19. vijeka bila su, između ostalog, razumijevanje valencije veze (Edward Frankland 1852. godine) i primjena termodinamike u hemiji (J. W. Gibbs i Svante Arrhenius tokom 1870tih).
Hemijska struktura desno|thumb|gore: očekivani rezultati: alfa-čestice prolaze kroz model atoma pudinga od šljiva bez prepreka. dolje: dobijeni rezultati: manji dio čestica je odbijen, dajući indiciju da postoji malehni, koncentrični naboj (atomsko jezgro). Tek početkom 20. vijeka konačno su shvaćene teoretske osnove hemije nakon serije značajnih otkrića, koji su rezultat uspjelih pokusa u istraživanju prave prirode unutrašnje strukture atoma. Godine 1897. J. J. Thomson je na Univerzitetu Cambridge otkrio elektron a vrlo brzo njega je francuski naučnik Becquerel kao i bračni par Pierre i Marie Curie istraživali fenomen radioaktivnosti. U seriji pionirskih eksperimenata Ernest Rutherford je na Univerzitetu u Manchesteru otkrio unutrašnju strukturu atoma i postojanje protona, klasificirao je i objasnio različite vrste radioaktivnog zračenja i uspješno transmutirao prvi element bombardujući dušik alfa-česticama.
Njegov rad na atomskoj strukturi razvili su i poboljšali njegovi učenici, danski fizičar Niels Bohr i Englez Henry Moseley. Elektronsku teoriju hemijskih veza i molekulskih orbitala razvili su američki naučnici Linus Pauling i Gilbert N. Lewis.
Godinu 2011. Ujedinjeni narodi su proglasili Međunarodnom godinom hemije. Godina je proglašena na inicijativu IUPAC-a (Međunarodne unije čiste i primijenjene hemije) te UN organizacije za nauku, obrazovanje i kulturu, a uključivao je hemijska društva, akademije i institucije u svijetu a zasnivala se na individualnim inicijativama za organiziranje lokalnih i regionalnih aktivnosti.
Principi moderne hemije thumb|lijevo|250px|Laboratorija na institutu za biohemiju, Univerzitet u Kölnu. Danas prihvaćeni model atomske strukture je kvantnomehanički model. Tradicionalna hemija počinje proučavanjem elementarnih čestica, atoma, molekula, hemijskih spojeva, metala, kristala i drugih agregata materije. Ova materija se može proučavati u tri (uobičajena) agregatna stanja: čvrstom, tečnom ili gasovitom stanju, bilo u pojedinačnom ili njihovoj kombinaciji. Međudjelovanja, reakcije i transformacije koje se proučavaju u hemiji obično su rezultat interakcije između atoma, koji dovode do reorganiziranja hemijskih veza koje drže atome povezane jedne s drugima. Takva ponašanja se ispituju u hemijskim laboratorijama. Prema stereotipskim mišljenjima, u hemijskim laboratorijama se koriste razni oblici laboratorijskog posuđa. Međutim, posuđe nije osnovno u hemijskim naukama, a veliki broj eksperimenata u hemiji, kako primijenjenoj tako i u industrijskoj, izvodi se bez njega.
Hemijska reakcija je transformacija nekih supstanci u jednu ili više drugačijih supstanci. Osnova za takve hemijske transformacije je reorganiziranje elektrona u hemijskim vezama između atoma. One se simbolički mogu predstaviti pomoću hemijskih jednačina, koje obično uključuju atome kao subjekte. Broj atoma na lijevoj i na desnoj strani jednačine moraju biti jednaki. Samo u posebnim slučajevima kada broj atoma na suprotnim stranama jednačine nije isti, takva transformacija se naziva nuklearna reakcija ili radioaktivni raspad. Vrste hemijskih reakcija u koje mogu stupati supstance i promjene energije povezane sa njima obuhvaćene su određenim osnovnim pravilima, poznatim kao hemijski zakoni.