Curcubeul este un fenomen optic meteorologic atmosferic care se manifestă prin apariția pe cer a unui spectru  de forma unui arc colorat atunci când lumina soarelui se refractă în picăturile de apă din atmosferă. Cele mai multe ori curcubeul se observă după ploaie  când soarele este apropiat de orizont.Centrul curcubeului este în partea opusă soarelui față de observator. Trecerea de la o culoare la alta se face continuu, dar în mod tradițional curcubeul este descris ca având un anumit număr de culori; acest număr diferă de la o cultură la alta, de exemplu în tradiția românească secvența culorilor este adesea prezentată astfel: roșu, portocaliu (oranj), galben, verde, albastru, indigo și violet, și memorată sub forma acronimului ROGVAIV. Ordinea culorilor este de la roșu în exteriorul arcului la violet în interior.În condiții de vizibilitate bună uneori se poate observa și un curcubeu mai slab, concentric cu primul, ceva mai mare și cu ordinea culorilor inversată. Teoretic există nu numai acest curcubeu secundar, ci o infinitate de ordine superioare, dar practic cu ochiul liber au fost observate doar primele patru; al treilea și al patrulea sunt și mai slabe și se află de aceeași parte cu soarele, ceea ce îngreunează mult observarea.
Același fenomen are loc și în alte condiții, de exemplu cu lumina lunii (sau orice altă sursă de lumină) în loc de soare, cu picături de apă provenite de la spargerea valurilor, fântâni arteziene, cascade, stropitori etc., cu alte lichide în loc de apă ori cu obiecte solide și transparente (sticlă, polistiren etc.) în formă sferică ș.a.m.d.Curcubeul poate fi explicat analizând mersul razelor de lumină într-o sferă transparentă. Lumina albă de la soare suferă mai întâi o refracție la intrarea în picătura de apă, moment în care începe separarea culorilor. În partea opusă a picăturii are loc o reflexie la interfața dintre apă și aer (o parte din lumină iese afară, dar aceasta nu produce efectul de curcubeu). În continuare lumina iese din picătură printr-o a doua refracție, care amplifică separarea culorilor.Pentru fiecare lungime de undă există un unghi la care intensitatea luminii ieșite din picătură are un maxim. Existența acestui maxim se explică astfel: funcția care face legătura dintre excentricitatea razei de intrare (distanța dintre raza de lumină care intră în picătură și centrul picăturii) și unghiul de ieșire (unghiul dintre raza de la intrare și cea de la ieșire) nu este monotonă, ci crește de la zero, are un punct de întoarcere și apoi scade. În jurul punctului de întoarcere, pentru un interval relativ larg de excentricități, unghiul de ieșire se modifică foarte puțin, ceea ce face la acest unghi să iasă din picătură o cantitate de lumină mult mai mare decât la alte unghiuri. Acest fenomen, combinat cu faptul că pentru fiecare lungime de undă unghiul corespunzător maximului de intensitate luminoasă are altă valoare, explică formarea curcubeului sub forma unui arc colorat. Punctul de întoarcere menționat se remarcă prin faptul că partea atmosferei din interiorul arcului curcubeului este mai luminoasă decât cea din exterior
Același raționament explică de ce razele care ies din picătura de apă fără nici o reflexie internă nu formează un curcubeu: unghiul de ieșire depinde monoton de excentricitatea razei de intrare, deci la nici un unghi nu se concentrează o parte semnificativă din lumina soarelui; aceste raze nu fac decât să împrăștie lumina într-un mod care depinde prea puțin de lungimea de undă.Curcubeul secundar diferă de primul prin faptul că în interiorul picăturii de apă lumina suferă două reflexii interne. Analog, ordinele superioare se obțin printr-un număr sporit de reflexii interne, ceea ce explică în parte intensitatea lor scăzută.

Există mai multe fenomene fizice care stau la baza producerii curcubeului sau care îl pot influența:

Centrul curcubeului este în partea opusă soarelui față de observator. Trecerea de la o culoare la alta se face continuu, dar în mod tradițional curcubeul este descris ca având un anumit număr de culori; acest număr diferă de la o cultură la alta, de exemplu în tradiția românească secvența culorilor este adesea prezentată astfel: roșu, portocaliu (oranj), galben, verde, albastru, indigo și violet, și memorată sub forma acronimului ROGVAIV. Ordinea culorilor este de la roșu în exteriorul arcului la violet în interior.

În condiții de vizibilitate bună uneori se poate observa și un curcubeu mai slab, concentric cu primul, ceva mai mare și cu ordinea culorilor inversată. Teoretic există nu numai acest curcubeu secundar, ci o infinitate de ordine superioare, dar practic cu ochiul liber au fost observate doar primele patru; al treilea și al patrulea sunt și mai slabe și se află de aceeași parte cu soarele, ceea ce îngreunează mult observarea.

Același fenomen are loc și în alte condiții, de exemplu cu lumina lunii (sau orice altă sursă de lumină) în loc de soare, cu picături de apă provenite de la spargerea valurilor, fântâni arteziene, cascade, stropitori etc., cu alte lichide în loc de apă ori cu obiecte solide și transparente (sticlă, polistiren etc.) în formă sferică ș.a.m.d.
Curcubeul poate fi explicat analizând mersul razelor de lumină într-o sferă transparentă. Lumina albă de la soare suferă mai întâi o refracție la intrarea în picătura de apă, moment în care începe separarea culorilor. În partea opusă a picăturii are loc o reflexie la interfața dintre apă și aer (o parte din lumină iese afară, dar aceasta nu produce efectul de curcubeu). În continuare lumina iese din picătură printr-o a doua refracție, care amplifică separarea culorilor.

Pentru fiecare lungime de undă există un unghi la care intensitatea luminii ieșite din picătură are un maxim. Existența acestui maxim se explică astfel: funcția care face legătura dintre excentricitatea razei de intrare (distanța dintre raza de lumină care intră în picătură și centrul picăturii) și unghiul de ieșire (unghiul dintre raza de la intrare și cea de la ieșire) nu este monotonă, ci crește de la zero, are un punct de întoarcere și apoi scade. În jurul punctului de întoarcere, pentru un interval relativ larg de excentricități, unghiul de ieșire se modifică foarte puțin, ceea ce face la acest unghi să iasă din picătură o cantitate de lumină mult mai mare decât la alte unghiuri. Acest fenomen, combinat cu faptul că pentru fiecare lungime de undă unghiul corespunzător maximului de intensitate luminoasă are altă valoare, explică formarea curcubeului sub forma unui arc colorat. Punctul de întoarcere menționat se remarcă prin faptul că partea atmosferei din interiorul arcului curcubeului este mai luminoasă decât cea din exterior

Același raționament explică de ce razele care ies din picătura de apă fără nici o reflexie internă nu formează un curcubeu: unghiul de ieșire depinde monoton de excentricitatea razei de intrare, deci la nici un unghi nu se concentrează o parte semnificativă din lumina soarelui; aceste raze nu fac decât să împrăștie lumina într-un mod care depinde prea puțin de lungimea de undă.

Curcubeul secundar diferă de primul prin faptul că în interiorul picăturii de apă lumina suferă două reflexii interne. Analog, ordinele superioare se obțin printr-un număr sporit de reflexii interne, ceea ce explică în parte intensitatea lor scăzută.

Dezvoltarea în teoria electrochimică a combinațiilor chimice apare la începutul secolului al XIX-lea, ca rezultat al muncii a 2 oameni de știință în particular, J. J. Berzelius și Humphry Davy; aceasta a putut fi descoperită datorită invenției pilei voltaice, de către Alessandro Volta. Davy descoperise 9 elemente chimice noi, incluzând metalele alcaline prin extragerea acestora utilizând curentul electric aplicat pe minereurile acestora.

Britanicul William Prout a propus pentru prima oară ordonarea tuturor elementelor chimice folosind masa lor atomică, datorită faptului că toți atomii aveau același multiplu al masei atomice de hidrogen. J. A. R. Newlands începuse o variantă timpurie a tabelului periodic, care a fost ulterior dezvoltat în tabelul periodic modern^[55] în anii 1860 de către Dmitri Mendeleev și independent de alți oameni de știință, precum Julius Lothar Meyer.^[56][57] Gazele inerte, ulterior numite "gaze nobile", au fost descoperite de către William Ramsay în colaborare cu Lord Rayleigh la finalul secolului, completând astfel structura de bază a tabelului.

Chimia organică a fost dezvoltată de către Justus von Liebig și alții, ca urmare a sintezei ureei de către Friedrich Wöhler, care dovedise că organismele vii erau reduse, în teorie, în chimie.^[58] Alte avansări cruciale ale secolului XIX-lea erau înțelegerea legăturilor valente (Edward Frankland în 1852) și aplicarea termodinamicii în chimie (J. W. Gibbs și Svante Arrhenius în anii 1870).

La începutul secolului al XX-lea, teoriile de bază ale chimiei au fost înțelese datorită unor serii de descoperi privind probarea și dezvăluirea naturii interne ale atomilor. În 1897, J. J. Thomson din Cambridge University descoperise electronul și imediat după aceea, omul de știință Becquerel, precum și cuplul Pierre și Marie Curie investigau fenomenul radioactivității. Într-o serie de experimente, Ernest Rutherford din cadrul Universității din Manchester descoperise structura internă a atomului și existența protonului, a clasificat și explicat tipurile de radioactivitate și a reușit să transmute hidrogenul prin bombardarea azotului cu particule alfa.

Activitatea sa privind structura atomică a fost îmbunătățită de către studenții săi, fizicianul danez Niels Bohr și Henry Moseley. Teoria legăturii chimice și al orbitalilor moleculari a fost dezvoltată de către savanții americani Linus Pauling și Gilbert N. Lewis.

Anul 2011 a fost declarat de către Națiunile Unite ca fiind Anul Internațional al Chimiei.^[59] IUPAC, precum și UNESCO, alături de societăți chimice, academii și instituții la nivel global au organizat activități locale și regionale.

Modelul actual al structurii atomice este reprezentat de modelul mecanicii cuantice.^[60]Chimia este studiată, la început, la nivel de particule elementare, atomi, molecule,^[61] substanțe chimice, metale, cristale și alte stări de agregare ale materiei. Această materie poate fi întâlnită sub formă solidă, lichidă sau gazoasă, în izolare sau în combinații. Interacțiunile chimice, reacțiile și transformările care sunt studiate în chimie sunt de obicei rezultatul interacțiunilor atomice, conducând la rearanjarea legăturilor chimice ce susțin atomii, iar aceste comportamente sunt studiate într-un laborator de chimie.

Laboratorul de chimie folosește, de regulă, diverse obiecte de laborator, fabricate din sticlă. Cu toate acestea, nu toate ustensilele sunt centrate pe sticlă ca și material, iar o mare parte din chimia experimentală (precum și cea aplicată sau industrială) este realizată fără ea.

O reacție chimică este transformarea unor substanțe în una sau mai multe substanțe.^[62] La baza unei asemenea transformări chimice se află rearanjarea electronilor în cadrul legăturilor atomice, iar aceasta poate fi evidențiată simbolic prin ecuațiile chimice, care au ca subiect atomii. Numărul atomilor din partea stângă și partea dreaptă a ecuației este egal într-o transformare chimică; în moment când numărul acestora este inegal, transformarea este numită reacție nucleară sau dezintegrare radioactivă. Tipul de reacții chimice suferite de o substanță pot conduce la schimbări energetice, care pot fi limitate de niște reguli denumite legi chimice.

Energia și entropia sunt concepte de natură invariabilă, care sunt importante în aproape toate studiile chimice. Substanțele sunt clasificare în funcție de structură, stare de agregare, precum și după compoziția chimică. Acestea pot fi analizate prin diverse mijloace de analiză chimică (de exemplu, spectroscopia și cromatografia). Oamenii de știință care sunt preocupați de cercetările în domeniul chimiei sunt numiți "chimiști".^[63] Majoritatea chimiștilor se specializează în una sau mai multe sub-discipline. Câteva concepte esențiale pentru studiul chimiei sunt prezentate mai jos:^[64] 
 

Materie 
 

În chimie, materia (din latinescul materia, însemnând lemn sau orice alt material^[65]) este definită ca fiind orice este alcătuit dintr-o masă de repaus și volum (ocupă spațiu), fiind alcătuită din particule aflate constant în mișcare^[66]; acestea au masă de repaus de asemenea - cu toate că nu toate particulele îndeplinesc această condiție, precum fotonii. Mișcarea particulelor, precum și puterea de atracție între aceste particule determină starea de agregare a materiei respective^[66].

Materia poate fi constituită dintr-o substanță chimică pură sau un amestec de substanțe.^[67] Aceasta este definită de materialul conținut, indiferent că este omogen sau neomogen. Un material neomogen reprezintă unitatea structurală care conține componente cu proprietăți diferite, în timp ce materialul omogen conține componente cu proprietăți asemănătoare^[68].

Până în secolul prezent, se credea că materia nu putea fi creată sau distrusă, ci doar transformată dintr-o stare în alta. Cu toate acestea, s-a descoperit că materia poate fi transformată în energie radiantă, precum și acțiunea reversă (din energie în materie)^[69]. Oamenii de știință utilizau legea conservării materiei și legea conservării energiei în mod independent, însă ulterior cele 2 au fuzionat, conducând la legea conservării masei, constituită concomitent din masa materiei din sistem, precum și masa energiei radiante din sistem^[70].