화학(化學, 영어: Chemistry)은 물질을 원자와 분자 수준에서 그 성질, 구조, 조성, 변화 및 그에 수반하는 에너지에 관하여 연구하는 자연과학(自然科學)의 한 분야입니다. 물리학 또한 물질에 대하여 연구하는 학문이지만 물리학에서 물체의 운동과 에너지 속성을 다루고 이러한 현상으로부터 통일된 이론을 구축하려는 것과는 달리 화학은 물질 그 자체에 관하여 다루고 있습니다. 화학은 연금술사들이 물질을 섞으며 발전시켰기 때문에 화학을 뜻하는 영어단어 'chemistry'는 납과 같은 평범한 금속을 금과 같은 귀금속으로 변환시키겠다는 연금술을 뜻하는 단어 ‘알케미(alchemy)'에서 유래된 것이고, 연금술을 뜻하는 'alchemy'는 '함께 주조하다'는 의미의 아랍어 '알키미아'(al-kimia)에서 유래되었습니다.
고대 화학(古代化學)은 야금(冶金, 야금: 금속을 광석으로부터 추출하고 정련하는 기술)으로부터 발전되었습니다. 연금술(鍊金術)은 아랍권과 유럽에서 유행했던 학문으로, 흔한 금속을 금으로 바꾸는 것을 목표로 한 것으로 알려져 있습니다. 이 연금술은 현대 자연과학 화학의 기반을 닦은, 화학의 전신이라고 할 수 있습니다.
초기 화학(初期化學)은 17세기와 18세기 무렵의 화학으로 여겨지며 영국계 미국인인 화학자 로버트 보일(Robert Boyle, 1627-1691)이 원자, 분자, 화학반응에 대한 개념을 정리하였고, 연금술에 대한 현대의 과학적 방법을 정제하고 화학을 연금술과 분리한 것으로 생각되고 있습니다. '근대 화학의 아버지'로 불리는 앙투안 라부아지에(프랑스어: Antoine-Laurent de Lavoisier, 1743-1794)는 프랑스의 과학자로 질량 보존의 법칙과 원소의 개념을 정립하였습니다.
화학을 전통적인 방식으로 분류하자면 물리화학, 유기화학, 무기화학, 분석화학의 네 가지 분야로 나누어지지만, 20세기 후반에 들어와서는 각 세부 분야의 학제 간 연구와 응용이 넓어지면서 경계가 많이 사라졌습니다. 이에 따라 화학 역시 다양한 세부분야로 분류되어 있습니다. 대표적인 하위분야에 대해 아래에서 알아보겠습니다.
물리화학(物理化學, 영어: Physical Chemistry)은 모든 화학 분야의 기반이 되는 학문으로 물리학 지식(물리법칙)을 이용하여 각종 화학적 현상을 설명하고 있는 학문입니다. 주된 분야로는 양자화학, 화학반응속도론, 화학 통계열역학이 있으며, 표면화학, 고분자화학, 생물리화학, 물리유기화학, 분광학, 광화학 또한 물리화학의 범주에 속해 있습니다.
유기화학(有機化學, 영어: Organic chemistry)은 유기 화합물의 구조나 특성, 제법 및 응용 등을 연구하는 분야입니다. 유기 화합물은 탄소(C) 원자를 구조의 기본골격으로 갖고 있는 화합물을 말합니다. 플라스틱, 합성섬유(合成纖維)등의 고분자물질(高分子物質) 등이 유기화학에서 다루어지고 있습니다.
무기화학(無機化學, 영어: Inorganic chemistry)은 유기화학에서 다루지 않는 화합물, 즉 각종 금속과 배위화합물, 이온성 화합물, 주족 원소 화합물 등 유기 화합물을 제외한 모든 화학 화합물에 관하여 연구하고 있습니다. 유기금속화학, 생물무기화학, 클러스터화학, 고체화학 등의 하위 분야가 있으며, 초전도체나 의학에 사용되는 약품 등에 활발하게 적용되고 있습니다.
분석화학(分析化學, 영어: Analytical Chemistry)은 물질을 화학적으로 분석하여 물질의 조성, 화학적 구조, 형태 그리고 그 특성을 알아내는 학문입니다. 정확도, 정밀도, 고감도의 내용이 요구되는 분야입니다. 분석하는 대상에 따라서 분류하자면 생체 내의 분석을 총체적으로 일컫는 분야로 바이오 화합물을 분석하는 생분석화학(bioanalytical chemistry), 반도체 산업과 나노 과학의 발달로 주목을 받는 분야로 투과 전자 현미경(TEM)과 주사 전자 현미경(SEM)을 비롯한 XRD, AES, XPS, SIMS 등의 장비를 주로 이용하여 미세 구조와 조성 그리고 격자 구조 등을 연구하는 재료분석, 물리화학 분야인 전기화학을 응용하여 화합물을 전기분해 하여 연구하는 전기분석화학 등이 있습니다.