علم شیمی Chemistry

شیمی علم ترکیب مواد، خواص و ویژگیهای آن و تغییراتی که می تواند تحمل کند، می باشد. شیمی با خواصی که یک ماده را از دیگر تمیز می دهد سروکار دارد.
بسیاری از مردم در مورد شیمی و تغییرات شیمیایی بر اساس آزمایشات اسرارآمیزی که در آزمایشگاه هایی با مواد شیمیایی، محبت و دستگاه های پیچیده انجام می شود فکر می کنند. این تنها یک جنبه از شیمی است . هم چنین تغییرات شیمیایی ، فرآیندهای طبیعی هستند و در همه ی اطراف ما رخ می دهند.
سوختن ذغال سنگ ، گاز و چوب، پختن گوشت و دیگر غذاها ، زنگ زدن چاقوی آشپزخانه و تیره شدن نقره ؛ همگی اینها که ما به سادگی از کنارشان می گذریم با تغییرات شیمیایی سروکار دارند. فرآیندهای حیاتی همچون رشد، هضم و تنفس نیز مثال هایی از تغییر شیمیایی هستند . بسیاری از این تغییرات که در بدن ما رخ می دهد ، آن قدر پیچیده هستند که هنوز هم نمی توان آن ها را در آزمایشگاه های شیمی انجام داد.

تاریخ های مهم در شیمی
 

3500 سال قبل از میلاد: مردم یاد گرفتند که چگونه برنز بسازند.
400 سال قبل از میلاد: یک دانشمند یونانی نظریه ای اتمی ارائه کرد.
قرن هفتم پس از میلاد : کیمیاگری از مصر به شبه جزیزه ی عرب گسترش یافت و در قرن دوازدهم میلادی به اروپای غربی رسید.
قرن هفدهم میلادی: رابرت بویل گفت نظریات باید با آزمایش های دقیق پشتیبانی شوند. اوایل قرن هجدهم میلادی: جورج ارنست استال نظریه ی اصل آتش را ایجاد کرد.
دهه ی 1750 میلادی : جوزف بلک: کربن دی اکسید را کشف کرد.
1766 میلادی: هنری کاوندیش هیدروژن را به عنوان یک عنصر کشف کرد.
دهه 1770 میلادی: اکسیژن کشف شد.
اواخر قرن هجدهم میلادی: آنتونی لاوا زییر قانون بقای جرم را بیان کرد و نظریه ی سوختن اکسیژن را ارائه داد.
سال 1800 میلادی: جان دالتون نظریه ی اتمی خود را ارائه کرد.
سال 1811 میلادی: آمادئو آووگادرو اظهار کرد که حجم های مساوی از همه ی گازها در دما و فشار یکسان دارای تعداد مساوی از ذرات هستند.
اوایل قرن نوزدهم میلادی: جونز برزیلیوس جرم تعدادی از عناصر را محاسبه کرد .
سال 1828 میلادی: فردریش وُهلر اولین ماده ی معدنی مصنوعی را از مواد مرکب غیر آلی ساخت.
سال 1856 میلادی: سرویلیام پرکین اولین رنگ مصنوعی را ساخت.
سال 1869 میلادی: دیمیتری مندلیف اولین جدول تناوبی نوین را ایجاد کرد . سال بعد ژولیوس میر جدولی مشابه را به طور مستقل ایجاد کرد.
سال 1910 میلادی: فیریدز هابر فرآیندی برای تولید آمونیاک مصنوعی به ثبت رساند.
سال 1913 میلادی: نیلزبور نظریه ی اتمی اش را ارائه کرد.
سال 1916 میلادی: گیلبرت لوئیس پیوندهای الکترون های بین اتم ها را تشریح کرد.
دهه 1950 میلادی: زیست - شیمی دان ها شروع به کشف مواد شیمیایی همانند DNA و RNA که بر روی وراثت تأثیر دارند، نمودند.
اوایل دهه 1980 میلادی: شیمی دان ها کار بر روی ایجاد وسیله ای با انرژی خورشیدی که سوخت هیدروژن را با تجزیه ی آب تولید می کرد، آغاز کردند.
سال 1985 میلادی: گروهی از دانشمندان مولکولی به شکل توپ را کشف کردند که فقط از کربن تشکیل شده اند.

شیمی در زندگی روزمره
 

به سختی می توان قسمتی از زندگی روزمره را پیدا کرد که شیمی در آن نقشی نداشته باشد غذاهایی که ما می خوریم، لباس هایی که ما می پوشیم، خانه هایی که در آن زندگی می کنیم و چیزهای مادی بی شماری ک ما از آن ها لذت می بریم. تقریباً همگی بر اثر تحقیقات شیمیایی تأثر گرفته یا بهبود یافته اند. در بسیاری از میدان های کوشش برانگیز شامل کشاورزی ، تولید و پزشکی مثال های بی شماری ازهمکاری و کمک شیمی وجود دارد.

غذا
 

شیمی نقش بسیار مهمی در نگهداری و آماده سازی غذا ایفا می کند. بسیاری از غذاها با استفاده از نگهدارنده های شیمیایی از فساد حفظ می شوند . بسیاری از یخچال ها از سال هایی استفاده می کنند که از طریق تحقیقات شیمیایی کشف شده اند. تحقیقات شیمیایی هم چنین در تحلیل غذاها و شناسایی ارزش های تغذیه ای آن ها سهم داشته اند. کشف ویتامین ها نتیجه ی علم شیمی است.

پوشاک
 

یک قسمت مهم در پوشاک ایجاد الیاف مصنوعی هم چون، نایلون، اورون و داکرون می باشد. برخی از الیاف طبیعی تحت فرآیندهای شیمیایی قرار می گیرند تا استحکام و ماندگاری آن ها افزایش یابد. هم چنین شیمی امکان سفید کردن ، رنگ کردن ومواد مخصوص خشک شویی که در صنعت پوشاک استفاده می شود را فراهم کرده است.

سلامتی
 

توسعه ی علم شیمی تشخیص ، پیشگیری و درمان بهتر بیماری ها را ممکن ساخته است. ضدعفونی کننده ها ، داروهای بی هوشی و آنتی بیوتیک ها ، جان های بسیاری را نجات داده اند.

شاخه های شیمی
 

دانش سازمان یافته ی علم شیمی آن چنان عظیم است که به چندین حوزه ی تخصصی تقسیم شده است . شیمی معدنی عمدتاً با خواص و آماده سازی ترکیب هایی از عناصر شیمیایی که در مواد معدنی وجود دارند، سروکار دارد.
عنصر کربن محدوده ی وسیعی از ترکیباتی را تشکیل می دهد که مطالعه ی آن ها شاخه ای مجزا از شیمی را تشکیل می دهد.
زیست شیمی، قسمتی از شیمی آلی است که به طور ویژه با ترکیبات کربنی که در ارگانیسم های زنده وجود دارند، سرو کار دارد. بیوشیمی، دانش بیولیژیکی را با شیمی ترکیب می کند. شیمی فیزیولوژیکی به مطالعه ی تغییرات شیمیایی که در عملکردهای مربوط به حیات ارگانیسم های زنده رخ می دهند می پردازد.
شیمی تجزیه با شناسایی اجزای تشکیل دهنده ی یک ماده سروکار دارد. شیمی تجزیه به دو شاخه اصلی تقسیم می شود. تجزیه ی کیفی و تجزیه ی کمی.
روش هایی که در تجزیه ی کیفی مورد استفاده قرار می گیرند ، اجزاء تشکیل دهنده ی ماده را تعیین می کنند. در حالی که روش های مورد استفاده در تجزیه ی کمی میزان هرکدام از اجزای تشکیل دهنده ی موجود در ماده را مشخص می کند.
شیمی - فیزیک با خواص فیزیکی مواد شیمیایی و تفسیر پدیده های شیمیایی بر حسب فرآیندهای فیزیکی اساسی می پردازد.
برخی دیگر از شاخه های ویژه ی اختصاصی شده شیمی عبارتند از : رادیوشیمی که با استفاده از مواد رادیواکتیو در مطالعه ی تغییرات شیمیایی سروکار دارد، زمین - شیمی که با ترکیب شیمیایی صخره ها و مواد معدنی سروکار دارد. الکتروشیمی که به رابطه ی بین الکتریسته و تغییرات شیمیایی می پردازد و نور - شیمی که به تغییرات شیمیایی ایجاد شده بر اثر عملکرد نور می پردازد. ترمودینامیک شیمیایی به مطالعه ی تبدیل های انرژی در طی واکنش های شیمیایی و آثار فشار و دما بر واکنش های شیمیایی می پردازد.
شیمی کاربردی با استفاده از مفاهیم نظری شیمی در کاربردهای عملی سروکار دارد. شیمی کاربردی شامل شیمی صنعتی هم می شود که شیمی صنعتی دانش واکنش های شیمیایی در مقیاس صنعتی می باشد.
شیمی فضایی به مطالعه ی راه هایی که اتم ها و مولکول ها در یک ماده منظم می شوند و هم چنین چگونگی آثار این نظم بر خواص مواد می پردازد. شیمی پلیمرینه شیمی فضایی مربوط می شود که در شیمی پلیمرینه به شیمی فضایی مربوط می شود که در شیمی پلیمر شیمیدان ها مولکول هایی که از یک زنجیره ی کوچک از مولکول های ساخته شده اند را قرار می دهند. شیمی سطحی با مطالعه ی خواص سطحی مواد در ارتباط است.

شاخه هاي اصلي شيمي
 

شيمي تجزيه ، خواص شيميايي مواد و ساختار و ترکيب مواد مرکب و مخلوط ها را تعيين مي کند.
تجزيه ي کيفي ، انواع عناصر و مواد مرکبي که يک ماده را مي سازند، تشخيص مي دهد. تجزيه ي کمي ، ميزان مواد شيميايي مختلفي که يک ماده را تشکيل مي دهد ، اندازه مي گيرد. راديو شيمي ، با تشخيص و توليد عناصر راديو اکتيو و استفاده از آن ها در مطالعه ي فرآيندهاي شيميايي سروکار دارد.
شيمي کاربردي به استفاده ي عملي از دانش مواد و فرآيندهاي شيميايي مربوط مي شود.
شيمي کشاورزي به توسعه ي کودها و آفت کش ها مي پردازد و فرآيندهاي شيميايي که در خاک رخ مي دهند و با رشد محصول سروکار دارند را مورد مطالعه قرار مي دهد.
شيمي محيط زيست، فرآيندهاي شيميايي و ديگر فاکتورهاي محيط زيست و ارتباط هايشان با اجسام زنده را مطالعه ، رصد و کنترل مي کند.
شيمي صنعتي با توليد شيميايي مواد خام، توسعه ، مطالعه و کنترل فرآيندها و محصولات شيميايي صنعتي درگير است.
زيست - شيمي به فرآيندهاي شيميايي اجسام زنده مي پردازد.
شيمي معدني با موادي سروکار دارد که شامل پيوندهاي کربن- کربن نمي شود.
شيمي آلي به مطالعه ي مواد شيميايي که پيوندهاي کربن - کربن دارند مي پردازد.
شيمي - فيزيک به تفسير فرآيندهاي شيميايي بر حسب خواص فيزيکي ماده همانند جرم ، حرکت، گرما، الکتريسته و تشعشع مي پردازد.
سينتيک شيميايي به مطالعه ي سلسله گام هاي واکنش هاي شيميايي و فاکتورهايي که آهنگ پيشروي واکنش هاي شيميايي را تحت تأثير قرار مي دهد ، مي پردازد.
ترموديناميک شيميايي به تغييرات شيميايي که در طي واکنش هاي شيميايي رخ مي دهند و چگونگي تأثير تغييرات دما و فشار بر روي واکنش ها مي پردازد.
شيمي هسته اي به استفاده از تکنيک هاي شيميايي در مطالعه ي واکنش هاي هسته اي مي پردازد.
شيمي کوانتومي توزيع الکترون ها در مولکول ها را تحليل مي کند و رفتار مولکول ها را بر اساس ساختار الکترون هايش تفسير مي نمايد.
راديو شيمي با تأثيرات شيميايي تابش هاي داراي انرژي بالا بر مواد سروکار دارد. شيمي حالت جامد به ترکيب جامدات و تغييراتي که درون و بين جامدها رخ مي دهد، مي پردازد.
شيمي فضايي به مطالعه ي چيدمان اتم ها در مولکول ها که از اين چيدمان ناشي مي شود، مي پردازد.
شيمي سطح، خواص سطح مواد شيميايي را مورد آزمون قرار مي دهد.
شيمي پليمر با مولکول هاي زنجير شکلي که بوسيله ي اتصال مولکول هاي کوچکتر تشکيل شده اند و پلاستيک ها سروکار دارد. پلاستيک ها شامل مولکول هاي زنجير شکل هستند که اغلب با ديگر مواد ترکيب مي شوند.
شيمي سنتيک با ترکيب کردن عناصر و مواد شيميايي جهت توليد موادي که به صورت طبيعي وجود دارند يا توليد ترکيباتي که به صورت طبيعي وجود ندارد سروکار دارد.

شيمي دان
 

کار يک شيمي دان به تخصص او بستگي دارد. شيمي تجزيه ، بيوشيمي و غيره. امروزه شيمي دان ها اغلب در قالب گروهي در مقياس بزرگ و در آزمايشگاه هاي به خوبي تجهيز شده کار مي کنند. بسياري از آنها استخدام صنعت خصوصي يا دولت هستند، بقيه به تدريس مي پردازند. برخي شيميدان ها بر روي تحقيقات و برخي بر روي آزمونگري و برخي بر روي فروش محصولات شيميايي تمرکز کرده اند. يک شيمي دان موفق بايد ذهني منظم داشته باشد و هم چنين داراي کنجکاوي، ابتکار، صبر و قدرت تيز بيني مشاهده باشد . آموزش در شيمي شامل 4 يا بيشتر از 4 سال در کالج با يک رشته از شيمي يا مهندسي شيمي و تأکيد بسيار شديد بر روي رياضيات مي باشد. کساني که مي خواهند به کارهاي تحقيقاتي به عنوان شغل خود بپردازند، لازم است که مدرک دکتري داشته باشند. از زمان جنگ جهاني دوم شيمي دان ها و مهندسان شيمي خواهان زيادي داشته اند و به طور کلي در آمد خوبي دارند. انجمن رسمي شيميدان ها و مهندسان شيمي، جامعه ي شيمي آمريکا مي باشد.
شيمي دان ها از انواع زيادي تکنيک و وسايل استفاده مي کنند. طيف سنج جرمي براي محاسبه ي جرم مولکول ها استفاده مي شود . براي مجزا کردن اثرهاي کوچک ترکيبات در يک مخلوط شيمي دان ها از کروماتوگرافي يا رنگ نگاري استفاده مي کنند. طيف بيني تکنيک ديگري است که به مطالعه ي چيدمان اتم ها در يک مولکول مربوط مي شود.

مباني شيمي
 

ماهيت و ساختار ماده
 

مواد تغييراتي را متحمل مي شوند که اين تغييرات مي تواند شيميايي يا فيزيکي باشد. هنگامي که آب به بخار تبديل مي شود هم چنان خواص شيميايي آب را حفظ مي کند ، براي همين فقط حالت فيزيکي تغيير مي کند درهنگام سرد کردن به محض سرد شدن آب به حالت مايع اوليه خود برمي گردد. اما هنگامي که چوب بسوزد ،ماده ي اوليه ناپديد مي شود و مواد جديدي شکل مي گيرد . اين يک تغيير شيميايي است نوعي تغيير که عمدتاً شيمي با آن سروکار دارد.

عناصر
 

همه ي مواد از مواد پايه اي به نام عناصر تشکيل شده اند. يک عنصر بوسيله ي وسايل شيميايي معمولي قابل تفکيک يا تجزيه نمي باشد. کوچکترين قسمتي از يک عنصر که مي تواند در فرآيندهاي شيميايي شرکت کند اتم است وخواص شيميايي يک عنصر درواقع خواص اتم هاي آن است. شيمي دان ها ساختارهاي عناصر مختلف را براي دست يابي به فهم بهتر از رفتار شيميايي آن ها مور مطالعه قرار مي دهند.
يک اتم داراي يک هسته است که از پروتون ها که داراي بار مثبت هستند و نوترون ها که بدون بار هستند تشکيل شده است. بيرون هسته يک يا چند الکترون هستند که داراي بار منفي مي باشند و اين گونه تصور مي شود که به دور هسته در حال چرخش اند. تغييرات شيميايي بين اتم ها تنها نظم الکترون هاي يک اتم را درگير مي سازد و چيدمان پروتون ها و نوترون هاي هسته تحت تأثير قرار نمي گيرند. همه ي اتم هاي يک عنصر داراي خواص شيميايي يکساني هستند. اما دو يا چنداتم از يک عنصر ممکن است داراي تفاوت وزن جزئي باشند. اين اتم ها ايزوتوپ هاي عنصر نام دارد و داراي تعداد نوترون متفاوتي مي باشند.
عناصر به دو گروه کلي دسته بندي مي شوند؛ فلزات و غير فلزات. اما از آنجا که برخي عناصر خواص هر دو گروه را دارند، هيچ خط جدا کننده ي مشخصي بين دو گروه وجود ندارد. فلزات با خواص فيزيکي ، همچون درخشندگي ، رسانايي بالا براي الکتريسته و گرما، مقاومت کششي بالا، چکش خواري، قابليت مفتول شدن (مفتول شدن بدين معنا است که مي توان آن ها را بوسيله ي کوبيدن يا نورد کردن به شکل ورق يا سيم درآورد ) مشخص مي شود . همه ي غيرفلزات به جز يکي از آن ها در دماهاي معمولي جامدهاي ترد يا گاز هستند. استثناء نيز مايعي به نام برم مي باشد . جامدات غير فلزي، مقاومت کششي پايين تر و قابليت رسانايي گرمايي و الکتريکي ضعيف تري نسبت به فلزات دارند.
دو خاصيت ممتاز وجود دارد که ويژگي هاي شيميايي اتم هاي يک عنصر را مشخص مي کند. عدد اتمي و وزن اتمي

عدد اتمي
 

بار مثبتي که در هسته وجود دارد عدد اتمي آن مي باشد . اين عدد تعداد پروتون هاي موجود در هسته است. و از آنجا که کل اتم بدون بار است. اين عدد نشان دهنده ي تعداد الکترون هايي که يک اتم در بيرون از هسته دارد نيز مي باشد.
ايزوتوپ هاي يک عنصر داراي عدد اتمي يکسان هستند. بازه ي اعداد اتمي از يک (براي هيدروژن) تا بيشتر از صد مي باشد.

وزن اتمي
 

ميزان وزن اتمي بوسيله ي مقايسه ي وزن متوسط اتم هاي يک عنصر با وزن فراوان ترين ايزوتوپ کربن ( 12- C) که به صورت قراردادي داراي وزن 12 مي باشد، تعيين مي شود . از آنجا که کربن طبيعي در حدود 99 درصد C-12 و کمي بيش از يک درصد C-13 مي باشد وزن اتمي کربن 12/011 مي باشد. وزن گرمي اتم براي يک عنصر برابر ميزان وزن آن بر حسب گرم است که به صورت عددي برابر وزن اتمي آن مي باشد. وزن گرمي اتم براي هر عنصر هميشه شامل وزن تعداد 10 به توان 23 × 6/02 اتم از آن عنصر مي باشد. اين عدد، عدد آووگادرو نام دارد.( Avogadro number)

ماده ي مرکب
 

يک ترکيب ماده اي است که از دو يا چند عنصر که به صورت شيميايي ترکيب شده اند، تشکيل شده است. عناصر موجود در يک ترکيب مي توانند به دو صورت باشند؛ به صورت اتم ها ياگروهي از اتم هايي که داراي بار الکتريکي و يون ناميده مي شوند، يا به صورت اتم هايي که به يکديگر متصل شده اند تا مولکول ها را ايجاد کنند.
هر مولکول از يک ماده مرکب خالص شامل عددهاي نسبي يکساني از اتم ها مي شود ، بنابراين مولکول آب از دو اتم هيدروژن که با يک اتم اکسيژن ترکيب شده اند تشکيل مي شود و به صورت نمادين H2O نوشته مي شود. هيدروژن و اکسيژن گاز هستند و آب مايع است.

وزن مولکولي
 

همان طور که به اتم ها مي توان يک وزن اتمي نسبت داد، مولکول ها نيز داراي وزن مولکولي هستند. وزن مولکولي بوسيله ي جمع زدن اتمي اتم هاي موجود در يک مولکول بدست مي آيد. (در مثال بالا وزن مولکولي يک مولکول آب 18 است . 16 براي اکسيژن و 1 براي هر يک از دو اتم هيدروژن) وزن گرمي مولکولي يک ماده برابر ميزان وزن بر حسب گرم است که به صورت عددي با وزن مولکولي برابر است . يک گرم مولکول وزن از هر ماده اي شامل 10 به توان 23 × 6/02 مولکول است.

مخلوط
 

يک مخلوط ، ماده اي است از يک يا چند ماده ي ديگر به صورت شيميايي به هم در نياميخته اند، تشکيل شده است . اين مواد ، اگر چه با يکديگر مخلوط شده اند اما خواص و ويژگي هاي انحصاري خود را حفظ مي کنند. نسبت مواد سازنده ي يک مخلوط برخلاف مواد مرکب مي تواند متفاوت باشد. علاوه بر اين مواد سازنده ي آن را مي توان به روش هاي غير شيميايي از يکديگر جدا کرد. به طور مثال مخلوطي از ماسه و نمک ميزاني از خصوصيت طعم نمک و حس ريگ دار بودن ماسه را با خود دارد. اين مخلوط مي تواند بوسيله ي حل کردن نمک در آب و باقي ماندن ماسه مجزا شود. پس از آن مي توان بخار آب را از محلول نمک براي بازيابي نمک جداکرد.

نمادها، فرمول ها و معادلات شيمي
 

براي راحتي شيمي دان ها يک نوع سيستم مختصر نويسي ايجاد کرده اند که به وسيله ي آن، آن ها مي توانند واکنش هاي شيميايي را ثبت کنند. اين سيستم شامل سه قسمت مي شود؛ 1- نمادها ، که نشان دهنده ي اتم هاي عناصر است. 2- فرمول ها ، که نشان دهنده چگونگي ترکيب اتم ها در مولکول هاست. 3- معادلات که بيانگر تغييرات شيميايي بين اتم ها و مولکولهاست.

نمادها
 

هر عنصري ( به جز عناصر جديدي که هنوز نام هاي رسمي نگرفته اند ) بوسيله ي يک نماد معيني که به صورت جهاني در نوشته هاي شيمي و به همان شکل در همه ي زبان ها مورد استفاده قرار مي گيرد، نمايش داده مي شود. اين نماد بيانگر يک اتم از يک عنصر است.

فرمول ها
 

هر ماده ي خالصي چه عنصر و چه مرکب مي تواند بوسيله ي يک فرمول از لحاظ شيميايي مشخص گردد. اين فرمول نشان مي دهد که چه عناصري و چه تعداد از هر کدام از عناصر در مولکول ماده ترکيب شده اند. بنابراين در مثال بالا H2O فرمول مولکول آب است . برخي از فرمول ها به شدت پيچيده هستند. مثلا فرمول ويتامين B12 که عبارتست از: C63H90CON14O14P در اين مولکول تنها يک اتم از فسفر و کبالت وجود دارد. اما تعداد بيشتري از اتم هاي کربن ، هيدروژن ، اکسيژن و نيتروژن در اين اتم وجود دارند. برخي مواقع عنصرها به صورت مولکول هايي که ترکيبي از اتم هاي همان عنصر هستند وجود دارند. گازهاي هيدروژن و اکسيژن دو اتمي هستند به صورت H2 و O2. برخي چند اتمي هستند به طور مثال S? يا P4.

معادلات
 

يک معادله شيميايي روشي براي توصيف تغييرات شيميايي است . يک معادله بيانگر سه چيز است: 1- چه موادي در واکنش وارد مي شوند ؟ 2- چه موادي از واکنش حاصل مي شوند؟ 3- تعداد مولکول هاي هر ماده اي که در واکنش وارد و از آن حاصل مي شود. به طور مثال هنگامي که متان با اکسيژن مخلوط مي شود ، آن ها با هم ترکيب مي شود و تشکيل کربن دي اکسيد مي دهند. اين واکنش به صورت معادله ي زير نمايش داده مي شود:
اين معادله بيانگر اين است که يک مولکول از متان (CH4) با دو مولکول از اکسيژن ترکيب مي شود تا دو مولکول آب و يک مولکول کربن دي اکسيد تشکيل دهد . از آنجا که معادله موازنه است ، (تعداد يکساني از اتم هاي هر عنصر در دو طرف فلش وجود دارند.)واکنش کامل است. يعني همه متان و همه ي اکسيژن با هم ترکيب مي شوند و آب و کربن دي اکسيد تشکيل مي دهند.
از آنجا که وزن هاي گرمي مولکولي همه ي مواد داراي تعداد مولکول يکساني هستند، معادله هم چنين نشان دهنده ي اين است که يک گرم از مولکول متان (تقريبا 16 گرم) با دو مولکولي گرم وزن از اکسيژن ( 64 گرم ) ترکيب خواهند شد و و مولکول گرم وزن آب ( 36 گرم ) ويک مولکول گرم وزن از دي اکسيدکربن ( 44 گرم) را تشکيل مي دهند.

والانس ( Valence)
 

ظرفيت يک اتم براي ترکيب با ديگر اتم ها به عنوان والانس آن محسوب مي شود. اين خاصيت از يک اتم موجب توانايي آن اتم براي ترکيب با تعداد مختلف از اتم هاي عناصر مختلف مي شود. به هيدروژن والانس 1 + داده مي شود و اکسيژن 2- .علامت هاي مثبت و منفي براي کمک به داشتن تصور صحيحي از خنثي بودن فرمول ساخت مولکولي مناسب هستند ، بنابراين فرمول H2O بيانگر اين است که دوبار 1+ با يک بار 2- متوازن مي شود. در مورد آهک يا همان کلسيم اکسيد CaO بيان مي کند که والانس اتم کلسيم 2+ است و با والانس 2- اکسيژن متوازن مي شود. اگر فرمول صحيح هيدروژن کلريد HCL باشد در اين صورت کلربايد داراي والانس 1- باشد. بنابراين مي توان پيش بيني کرد که ترکيب کلسيم و کلر بايد به صورت cacl2 باشد . دو اتم کلر هر کدام با 1- براي ارضاي والانس 2+ کلسيم لازم هستند.
نظريه هاي مدرن شيمي والانس را بر حسب تعداد و نحوه ي آرايش الکترون هاي اتم ها تفسير مي کند. يکي از راه هاي الکترون هاي اتم در گروه هايي دسته بندي شده اند (که اين گروه ها ، لايه ها نام دارند). که اعضاي هر کدام از اين گروه ها داراي فاصله ي مساوي از مراکز اتم هستند. ترکيب يک عنصر با عنصر ديگر به طور کلي به تعداد الکترون هايي که بيروني ترين لايه ي اتم يک عنصر را اشغال مي کنند، بستگي دارد. بنابراين بيروني ترين لايه، لايه ي والانس نام دارد و الکترون هاي درون آن ، الکترون هاي والانس نام دارند.
در تشکيل ترکيبات، اتم ها تمايل دارند که الکترون هاي والانس خود را از دست بدهند يا الکترون هاي اضافي بگيرند تا يک لايه ي والانس کامل تشکيل بدهند. به طور کلي لايه هاي والانس مي توانند تا هشت الکترون داشته باشند. مهم ترين استثناء لايه ي والانس هيدروژن است. لايه ي والانس آن نمي تواند بيشتر از دو الکترون داشته باشد . بيشتر فلزات داراي تعداد الکترون هاي والانس کمي هستند و مايل هستد آن ها را نيز از دست بدهند. در از دست دادن الکترون هاي يک اتم داراي بار مثبت مي شود يک يون مثبت تشکيل مي دهد. ديگر عناصر به خصوص غير فلزات فعال، تمايل دارند، الکترون هاي اضافه را براي تکميل لايه ي والانس بگيرند. با دريافت الکترون ها يک اتم تبديل به يک يون منفي مي شود. پس از آن يون هاي مثبت و منفي مي توانند بوسيله ي جذب الکتريکي درکنار هم نگه داشته شوند و يک ترکيب شيميايي را تشکيل دهند . نمک معمولي يا Nacl مثالي از اين نوع پيوند يوني مي باشد. تحت شرايط ديگري تصور مي شود که اتم ها در مولکول ها به نحوي چيده مي شوند که الکترون ها بين آن ها به اشتراک گذاشته شود. پيوندهايي که در اين شرايط تشکيل مي شوند، پيوندهاي کوالانس نام دارند.

قانون هاي ترکيب شيميايي
 

شيمي مدرن قوانين زيادي دارد . اين قوانين اصول پايه اي هستند که براي کنترل رفتار شيميايي اتم ها و مولکول ها ظاهر مي شوند. اگر چه به طور کلي شيمي دان ها هيچ وسيله اي براي مشاهده يا اندازه گيري تک تک اتم ها ندارند، تئوري هاي آن ها به طرز بسيار راضي کننده اي رفتار تعداد انبوه اتم ها را توجيه مي کند. در نتيجه آنها اغلب هنگامي که به توصيف پديده هاي شيميايي مي پردازند بر اساس اتم ها صحبت مي کنند. مهم ترين قوانين شيمي در ادامه آمده است:

قانون بقاي جرم:
 

يک اتم در واکنش هاي شيميايي از بين نمي رود. بر اساس اين اصل در يک واکنش شيميايي، جرم کل مواد شرکت کننده در واکنش بدون تغيير باقي مي ماند. اگر بخواهيم کاملاً دقيق صحبت کنيم ، جرم تنها زماني ثابت مي ماند که انرژي دريافت شده يا از دست رفته در واکنش نيز به حساب بيايد. بنابراين در واکنش هاي شيميايي که انرژي ها بسيار کوچک و تغييرات در جرم بسيار کوچکتر از آن هستند که قابل کشف باشند.

قانون ترکيب ثابت:
 

در ساخت هر نوع ترکيب مشخصي اتم هاي عنصار درگير هميشه به يک شکل دقيقاً يکسان ترکيب مي شوند. به عبارت ديگر ، يک ترکيب فقط مي تواند يک فرمول داشته باشد . بنابراين نسبت وزن اتمي عناصر در يک ترکيب هميشه يکسان است. به طور مثال ترکيب آب اکسيژنه H2 O2 با H2 O ( همان آب معمولي) بايد متفاوت باشد.

قانون نسبت هاي اضافي:
 

اتم ها با يکديگر فقط به صورت اعداد کامل ترکيب مي شوند. هيچ مولکولي فقط يک قسمت از يک اتم را نگه نمي دارد فرمولي همانند H2 O1/2 ممکن نيست.

تغييرات شيميايي
 

در يک تغيير شيميايي ، مواد شرکت کننده در واکنش خصوصيات اصلي خود را از دست مي دهند. موادي که در نتيجه ي يک واکنش تشکيل شده اند، خواص فيزيکي و شيميايي جديدي دارند. تعداد عظيمي از واکنش هاي شيميايي متفاوت وجود دارند. مي توان برخي از ساده ترين آن ها را بر اساس تيتربندي زير دسته بندي کرد:

ترکيب يا سنتز:
 

در اين نوع واکنش يک عنصر يا ترکيب با يک عنصر يا ترکيب ديگر، ترکيب مي شود. به طور مثال، مس مي تواند با کلر واکنش دهد تا مس کلريد بوجود آيد. معمولاً ترکيب ، آزاد شدن گرما را در پي دارد.

تجزيه
 

در اين نوع واکنش يک ترکيب به مواد ساده تر شکسته مي شود. تجزيه را مي توان معکوس ترکيب دانست. به طور مثال آب مي تواند بوسيله ي الکتريسته به گازهاي اکسيژن و هيدروژن تجزيه شود.
بعضي از شکل هاي تجزيه، منجر به آزاد شدن انرژي مي شوند. انفجارها واکنش هاي تجزيه اي شديدي هستند که ميزان عظيمي از انرژي را آزاد مي کنند.

جا به جايي يگانه:
 

در اين نوع واکنش يک عنصر يا بنيان با يک عنصر يا بنيان ديگر در يک ترکيب جايگزين مي شود. يک بنيان ( يا راديکال ) گروهي از اتم ها هستند که به صورت يک اتم واحد عمل مي کنند. به طور مثال، روي مي تواند جايگزين هيدروژن در هيدروکلريک اسيد شود تا روي کلريد و گاز هيدروژن را شکل دهد.

جا به جايي دوگانه
 

در اين نوع واکنش يا عنصر يا يک بنيان (راديکال) از يک ترکيب جايش را با يک عنصر يا بنيان از ترکيب ديگر عوض مي کند. به طور مثال ، هيدروکلريک اسيد با سديم هيدروکسايد واکنش نشان مي دهد تا سديم کلريد و آب تشکيل شود.

انرژي شيميايي
 

هر ماده ي شيميايي ، به خاطر ساختار شيميايي خود داراي انرژي شيميايي است. اين انرژي پنهان يا غير فعال است . اين انرژي هنگامي که فعاليت شيميايي وجود ندارد پنهان يا غير فعال مي باشد. اما هنگامي که يک واکنش شيميايي رخ مي دهد، انرژي به صورت جنبشي يا فعال در مي آيد. به طور مثال يک سوخت همانند زغال سنگ به خاطر قابليت اشتغال آن داراي انرژي پنهان مي باشد. هنگامي که زغال سنگ مشتعل شد ، انرژي آن به انرژي جنبشي تبديل مي شود و به شکل گرما آزاد مي شود.
انرژي شيميايي به شکل گرما اندازه گيري مي شود. که واحد گرما نيز کالري مي باشد . يک کالري که همچنين نيز کالري کوچک ناميده مي شود، ميزان گرماي لازم براي بالا بردن دماي يک گرم از آب خالص به اندازه ي يک درجه ي سيلسيوس مي باشد. در آزمايشگاه ها واحد مناسب تر کيلو کالري (kcal) مي باشد که برابر هزار کالري مي باشد. مهندسان شيمي اغلب از واحد گرمايي بريتانيايي (BTV) استفاده مي کنند که برابر ميزان گرماي لازم براي بالا بردن دماي يک پوند از آب به اندازه ي يک درجه ي فارنهايت تعريف مي شود. يک BTV برابر 252 کالري است.

دسته بندي عناصر
 

در قرن هجدهم ميلادي دانشمندان تشخيص دادند که گروه هاي مشخصي از عناصر داراي خواص شيميايي و فيزيکي مشابهي هستند. دسته بندي عناصر در اوايل قرن نوزدهم ميلادي هنگامي که شيمي دان آلماني ( Gohann Dbereiner) عناصر داراي خواص مشابه را در سه گروه که تثليث يا مجموعه ي سه تايي ناميده مي شد، دسته بندي کرد، آغاز شد. هم چنين اولين کسي بود که به تحقيق درباره ي ارتباطات عددي بين وزن هاي اتمي عناصر پرداخت.
در اواسط دهه ي 1850 ميلادي، گروه بزرگتري از عناصر مرتبط کشف شده بود. هم چنين مشخص شده بود که رابطه هاي عددي مشخصي بين وزن هاي اتمي عناصر مرتبط برقرار مي باشد.
تحقيق در مورد وزن اتمي در اواخر دهه ي 1850 ميلادي و عمدتاً از طريق کارهاي ويليام اودلينگ در انگليس وجيم باب تيست دوماس در فرانسه گسترش بيشتري يافت. کمک آن ها منجر به دست يابي به اساس سيستم مدرن که دسته بندي تناوبي عناصر نام دارد، شد.
در سال 1865 جان نيولندز يک شيمي دان انگليسي فهميد که اگر عناصر بر اساس افزايش وزن اتمي شان مرتب شوند عناصر داراي خواص مشابه تمايل دارند که با فاصله هشت تايي تکرار شوند اين رابطه که قانون هشت تايي نام گرفت براي همه ي عناصر برقرار نبود و بنابراين در آن زمان مقبوليت نيافت. اما ايده ي نيولندز در باره ي تکرار تناوبي خواص اساساً درست بود و اهميت آن چند سال بعد، پس از کشف قانون تناوبي آشکار شد.

قانون تناوبي
 

شيمي دان روسي ، ديمتري مندليف و شيمي دان آلماني ژوليوس لوتارمير به طور مستقل قانون تناوبي را کشف کردند. اين قانون بيان مي کند که خواص عناصر توابع تناوبي از وزن اتمي آن ها مي باشد. مندليف گزارش خود را در سال 1869 يک سال زودتر از مير منتشر کرد. هر دو دانشمند که از کارهاي نيولندز بي خبر بودند. عناصر را بر اساس افزايش وزن اتمي و در گروه ها يا خانواده هايي از عناصر مرتبط مرتب کردند . از اين طريق آن ها به يک دسته بندي طبيعي بر اساس خواص عناصر دست يافتند.
مندليف حتي بيشتر از اين هم پيش رفت و با دقت بسيار بالايي، خواص عناصر کشف نشده را نيز پيش بيني کرد. در طي بيست سال سه عنصر جديد، گاليوم، کانديوم و ژرمانيوم کشف شدند و تقريباً به طور دقيق همان خواصي را که مندليف پيش بيني کرده بود را داشتند.

دسته بندي تناوبي مدرن
 

احتمالاً قابل توجه ترين دلالت در قانون تناوبي اين بود که اتم ها بايد داراي تشابه هايي در ساختار شان باشد که مسئول خواص مشابه باشد. پيشرفت در فيزيک و شيمي آن قدر سريع بود که تا سال 1914 آشکار شد. که مبناي صحيح براي چينش اتم ها، عدد اتمي آن ها بود نه وزن اتمي آن. اين اساس و پايه براي دسته بندي به شيمي دان اجازه مي داد که چيزهايي در باره ي ساختار اتمي بر اساس جايگاه آن در جدول تناوبي استنباط کنند. گروه هاي عمودي از عناصر که داراي خواص مشابه هستند خانواده نام دارند. خواص عناصر در گروه هاي افقي يا تناوب ها نشان دهنده ي تغيير تدريجي از فلزي بودن در سمت چپ به غير فلزي بودن در سمت راست مي باشد.

ترکيبات معدني
 

شيمي دان هاي شيمي معدني بسياري از ترکيبات را که مورد مطالعه قرار مي دهند، در يکي از چهار گروه زير دسته بندي مي کنند:
اکسيدها ، اسيدها ، بازها و نمک ها

اکسيدها
 

يک اکسيد يک ترکيب شيميايي است که بوسيله ي اکسيژن و يک عنصر ديگر خواه فلزي يا غير فلزي تشکيل شده است . ترکيبي که اين گونه تشکيل شود، اکسيد آن عنصر نام دارد . به طور مثال روي با اکسيژن ترکيب مي شود و اکسيدي را تشکيل مي دهد که روي اکسيد نام دارد. معادله ي موازنه شده ي آن به اين صورت است:
هنگامي که کربن يک عنصر غيرفلزي با اکسيژن ترکيب مي شود ، کربن دي اکسيد يا کربن منو اکسيد تشکيل مي شود.
اکسيد عناصر فلزي همانند روي اکسيد، آنيدريدهاي بازي نام دارند. در هنگام ترکيب با آب اين عناصر بازها را تشکيل مي دهند. اکسيد عناصر غير فلزي همانند کربن دي اکسيد ، آنيدريدهاي اسيدي نام دارند. هنگامي که اين عناصر در آب ها حل شوند، اسيدها را تشکيل مي دهند.

اسيدها
 

اسيدها، ترکيب هاي حاوي هيدروژني هستند که محلول آبي آن ها داراي خواص اختصاصي معيني هستند. اين محلول ها معمولاً مزه ي ترش دارند، با فلزات که واکنش نشان دهند گاز هيدروژن آزاد مي کنند و رساناي جريان الکتريکي هستند. ساده ترين آزمايش براي يک اسيد استفاده از يک شناساگر همانند تورنسل مي باشد . يک تکه از کاغذ آبي تورنسل هنگامي که در اسيد مرطوب شود به رنگ قرمز در مي آيد:
توانايي محلول آبي يک اسيد براي هدايت جريان الکتريکي ، ناشي از وجود يون ها در محلول مي باشد. روشي که از طريق آن يون ها تشکيل مي شوند در معادله ي زير که از هيدروکلريک اسيد استفاده مي کند، نشان داد شده است :
يون H_3 O^+ شامل يک يون هيدروژن (H^+) مي باشد که به يک مولکول آب متصل شده است. اين يون، يون هيدرونيوم نام دارد. يک مثال از واکنش بين يک فلز و يک اسيد به اين صورت است:
يک راه براي قضاوت درباره ي قدرت يک اسيد توجه به سرعت تشکيل گازهاي هيدروژن توليد شده توسط اين واکنش مي باشد.

بازها
 

بازها، ترکيباتي هستند که قلياها هم ناميده مي شوند. شيمي دان ها معمولاً نام قليا را به قوي ترين بازها که مواد تلخ، سوزاننده و صابوني هستند، اطلاق مي کند. بازهايي که در آب حل مي شوند محلول هايي را ايجاد مي کنند که آن ها هم جريان الکتريکي را حمل مي کنند. اين توانايي در نتيجه ي وجود يونهاي OH مي باشد. اين جفت اتم داراي بار ، مثالي از يک يون راديکال مي باشد واغلب نيز به صورت يک واحد منفرد عمل مي کند همانند اسيدها ، شناسه گرها، رنگ اختصاصي براي بازها نشان مي دهند. گاز تورنسل قرمز در باز به رنگ آبي در مي آيد.

واکنش بين اسيدها و بازها
 

يک اسيد حاوي هيدروژن است که مي تواند با يک فلز جايگزين شود. يک باز يا قليا شامل يک فلز يا ترکيبي از يک فلز است که همانند يک فلز واکنش نشان مي دهد. که آن نيز مي تواند با اکسيژن معاوضه شود . هنگامي که اسيد با باز ملاقات مي کند معاوضه صورت مي گيرد و گاهي اين معاوضه بسيار شديد است .
حاصل چنين واکنشي، تشکيل آب و نمک است . به طور مثال
اين واکنش خنثي سازي نام دارد ، چرا که يون هاي نمونه ي اسيد H_3 O^+ بوسيله ي يون هاي نمونه ي باز 〖OH〗^- از محلول جدا مي شوند تا آب ( H2 O) تشکيل شوند.

نمک ها
 

جفت يون هايي که در يک واکنش خنثي سازي تشکيل مي شوند نمک نام دارند. نمک ها به طور کلي از يون هاي مثبت يک باز و يون هاي منفي يک اسيد تشکيل مي شوند. علاوه بر Nacl مثال هاي ديگر عبارتند از 〖Na〗_2 〖So〗_4 سديم سولفات که از NaOHتشکيل مي شود و H_2 〖SO〗_4 آمونيوم کلريد که از 〖NH〗_4 OH و HCL تشکيل مي شود.

اکسايش و کاهش
 

اکسايش و کاهش دو واکنش شيميايي هستند. اکسايش در اصل به معني اتصال يک ترکيب به اکسيژن مي باشد. کاهش معني معکوس دارد و به معني از دست دادن اکسيژن توسط يک ترکيب است . اما معني هر دو اصطلاح گسترش يافته است و هم اکنون در مواردي که حتي اکسيژن هيچ نقشي در آزمايش ندارد نيز استفاده مي شود. اکسايش به هر گونه افزايش در والانس مثبت يک اتم گفته شود که در والانس مثبت يک اتم به علت گرفتن الکترون از آن عنصر ديگري کاهش داشته باشيم.
يک استفاده صنعتي مهم از کاهش در جدا سازي فلزات از کانيهاي آنها مي باشد .
کربن منو اکسيد معمولا به عنوان عامل کاهش دهنده در جداسازي آهن ( Fe) از کاني آهن که داراي فرمول 〖Fe〗_2 O_3مي باشد ، است. کربن منو اکسيد اکسيژن را از اکسيد آهن جدا مي کند و کربن دي اکسيد و آهن به جاي مي گذارد.
اکسايش و کاهش هميشه با يکديگر رخ مي دهند. متوجه خواهيم شد ، هنگامي که آهن والانس خود را از3+ در 〖Fe〗_2 O_3 به صفر در عنصر آزاد آهن کاهش مي دهد ، کربن والانس خود را از 2+ در CO به 4+ در 〖CO〗_2 افزايش مي دهد.
برخي مواقع ترکيب اکسيژن با يک ماده آن قدر سريع و شديد است که نور وگرماي زيادي آزاد مي شود. اين نوع اکسايش اشتغال نام دارد. ديگر شکل هاي اکسايش آن قدر کند هستد که گرماي آزادشده به راحتي قابل ملاحظه نيست. چنين اکسايشي هنگامي که يک فلز زنگ مي زند رخ مي دهد. در اجسام زنده انرژي با اکسايش آهسته ي مواد غذايي آزاد مي شود. اين مواد شامل هيدروژن و کربن هستند که بدن آن ها را تبديل به 〖CO〗_2و H2 O مي کند.

ترکيبات آلي
 

همه ي ترکيبات آلي شامل کربن هستند. بيشتر از يک ميليون مولکول آلي مختلف که فرمول هاي آن ها شناسايي شده اند وجود دارند و هر ساله هزاران مولکول ديگر نيز شناسايي مي شوند. دليل چنين تنوع عظيمي توانايي انحصاري اتم هاي کربن براي قلاب شدن به يکديگر و تشکيل حلقه ها يا زنجيرهاي بلند است. پيوندهايي که آن ها تشکيل مي دهند، از نوع کووالانسي مي باشد .هيدروژن ، نيتروژن، اکسيژن و ديگر غيرفلزات همانند کلر ، آن هايي هستند که با کربن ترکيب مي شوند و فلزات به ندرت با کربن ترکيب مي شوند. تعداد نسبتاً کمي از مولکول هاي آلي در آب قابل حل هستند. در عوض مواد معدني در آب قابل حل هستند. از ميان مهم ترين دسته هاي ترکيبات آلي، هيدروکربن ها و پلاستيک ها هستند. ديگر دسته هاي مهم ترکيبات آلي شامل الکل ها، آلدهيدها، آمينو اسيدها، اترها و کتون ها هستند.

فرمول ساختاري
 

چينش فضايي اتم ها در يک مولکول، فرمول ساختاري آن ترکيب نام دارد . براي بسياري از ترکيبات آلي اين ساختار به خوبي شناخته شده است واطلاعات زيادي در باره ي خواص و توانايي يک مولکول در واکنش از آن قابل استنتاج است. شيمي دان هاي شيمي آلي مدل هاي مولکولي را براي کمک در جهت تصور ساختار مولکول ها مي سازد. اغلب اين امکان وجود دارد که چينش اتم ها را به صورت گرافيکي با نشان دادن هر اتم با نماد عنصر و هر پيوند را با يک خط فاصله نشان داد.

هيدروکربن ها
 

گروهي از ترکيبات آلي وجود دارند که فقط شامل هيدروژن و کربن هستند که هيدروکربن ناميده مي شوند. اين ترکيبات عمده مواد تشکيل دهنده ي نفت خام هستند. سري هاي زيادي از ترکيبات مشابه وجود دارد . ساده ترين اين سري ها آلکان ها هستند کوچکترين مولکول اين سري گاز متان است که داراي فرمول مولکولي CH4مي باشد. فرمول ساختاري اين ترکيب به صورت يک اتم کربن در وسط و چهار اتم هيدروژن در چهار طرف آن مي باشد.

محل تصویر 1
 

دومين ترکيب در سري آلکان ها اتان است که فرمول مولکولي آن C2 H6 مي باشد. فرمول ساختاري آن که در زير نشان داده شده است. نشان دهنده دو اتم کربن که هر کدام داراي چهار پيوند والانسي و شش اتم هيدروژن که هر کدام داراي يک پيوند است مي باشد.

محل تصویر شماره 2
 

پروپان سومين ترکيب سري آلکان ها داراي فرمول مولکولي C3 H8 مي باشد. فرمول ساختاري آن به شکل زير است .

محل تصویر شماره 3
 

پلاستيک ها
 

يکي از بزرگترين صنايع مبتني بر شيمي آلي که با ساخت مولکول هاي بزرگ سروکار دارد عموماً به نام پلاستيک شناخته مي شود. توانايي کربن براي اتصال به زنجيرهاي بلند موجب استفاده از اين خصوصيت توسط شيمي دان هاي عمومي شده است که آن ها مولکول هاي حاوي کربني مي سازند که به يکديگر قلاب مي شوند تا زنجيره هاي بلند، ورقه ها و يا بلوک ها را بسازند، تا زنجيرهاي بلند ورقه ها يا بلوک هاي بزرگ را بسازند. يک پلاستيک نسبتا ساده وينيل کلريد است که به صورت زير آن را مي توان نمايش داد.

محل تصوير 4
 

نماد n به معناي اين است که ساختار درون پرانتزها به طور مکرر به يکديگر متصل مي شوند.

تاريخ شيمي
 

کيمياگري
 

يکي از پيشتازان علم شيمي در طي قرون وسطي شکوفا شد . اين پيشتاز کيمياگري بود که ترکيبي از جادوي سياه ودانش علمي با طعم زيادي از خرافات بود. کيمياگران در جست وجوي سنگ افسانه اي بودند که مي توانست فلزات پايه اي همانند آهن و سرب را به طلا تبديل کند. هم چنين آنها تلاش کردند تا اکسير حياتي بسازند که مي توانست آن ها را قادر به زندگي تا ابد بکند. آن ها به مطالعه فيلسوف هاي کلاسيک يونان به خصوص ارسطو پرداختند. ارسطو معتقد بود که همه ي مواد به طريقي از چهار عنصر اصلي نشأت گرفته اند. کيمياگران تلاش کردند که يک عنصر پنجم اتر يا اثير را کشف کنند. که معتقد بودند اين ماده ي پنجم مي تواند تغيير يک ماده به ماده ي ديگر را کنترل کند.
اگر چه تلاش هاي آنها عمدتاً به گمراهي مي رفت، کيمياگران اطلاعات مفيد زيادي به عنوان نتايج آزمايش هايشان فراهم نمودند. انواع ويژه اي از تجهيزات همانند لوله ي آزمايش، بوته ي آزمايش و دستگاه تقطير هنوز نيز در آزمايشگاه شيمي استفاده مي شود که قبلا توسط کيمياگران اختراع شده بودند. در طي قرن شانزدهم ميلادي کيمياگران و فيزيک دانان مشخصي نظريه اي را توسعه دادند که معتقد بود بيماريها بايد بوسيله ي استفاده آزمايشي از مواد شيميايي همراه با مشاهده درمان شود. عمده ترين طرفدار اين نظريه يک فيزيکدان و کيمياگري سوئيسي به نام Philippus aureoles Paracelsus بود.

طلوع شيمي معدن
 

در پايان قرن شانزدهم ميلادي تنها ده ماده به طور قطعي براي اروپائيان در شکل خالصشان شناخته شده بودند. کربن ، گوگرد ، مس، طلا، آهن، نقره، سرب، قلع، جيوه و آنتيموان.
همه ي اين مواد قبلاً براي افراد دنياي باستان نيز شناخته شده بود. احتمالاً آرسنيک در نيمه ي قرن سيزدهم ميلادي توسط آلبرتو مگنوس کشف شد. اما آرسنيک و پيسموتي که براي کيمياگران شناخته شده بود، ناخالص بود واغلب با ديگر مواد اشتباه گرفته مي شد. آلياژهاي روي براي هزاران سال بود که مورد استفاده قرار مي گرفت. اما روي فلزي فقط در خاور دور شناخته شده بود . پلاتينيوم نيز براي سرخ پوستان مکزيک و آمريکايي جنوبي و مرکزي شناخته شده بود. اما احتمالاً نه در فرم خالص آن.
در قرن هفدهم ميلادي افراد شروع به شک کردن در نظريات قديمي کردند. شروع به انجام آزمايشات نمودند . اين روش منجر به کشف هايي شد که از آن ها مفاهيم پايه اي شيمي – علمي استنتاج شد. در سال 1661 رابرت بويل يک مرد انگليسي ، کتابي را که شيمي دان شکاک بود منتشر کرد. در اين کتاب او عناصر را موادي معرفي کرد که نه مي توان آن ها را به مواد ساده تر تبديل کرد ونه مي توان آن ها را بوسيله ترکيب مواد ساده تر تشکيل داد.
تقريباً در همان زمان بود که نظريه اي شايع شد که مي گفت هنگامي که يک تکه چوب يا ديگر مواد قابل اشتعال بسوزد، يک ماده ي نامرئي وارد هوا مي شود. اين نظريه در حدود سال 1700 توسط Georg Stahl يک فيزيک دان و شيمي دان آلماني در فرم نهايي خود قرار گرفت. اين ماده را مايع آتش يا سام نام داد . دانشمندان انگليسي ، پرپست لي و کاونديش از طرفداران عمده ي اين نظريه بودند. تقريباً همان زمان بود که ديگر دانشمندان راه هايي براي آزمايش بازها کشف کردند. گاز کربن دي اکسيد توسط جوزف بلک مجزا شد.
يک شيمي دان فرانسوي به نام آنتوني لاوازيه با وزن کشي دقيق فهميد مواد فلزي پس از آن که سوخته مي شوند. نسبت به قبل از سوخته شدن سنگين تر هستند اين موجب شد که او به اين نتيجه گيري برسد که يک ماده ي درحال سوختن با يک گاز در هوا (که او آن را اکسيژن ناميد) ترکيب شود. به جاي اين که چيزي به نام مايع آتش را از دست دهد. آزمايش هاي لاوازيه در قرن هجدهم اجرا شد و به طور قطعي نظريه ي مايع آتش را رد کرد . نظريه ي لاوازيه در باره ي احتراق و روش او در آزمايشگري دقيق آن قدر مهم بود که اغلب از او با عنوان پدر شيمي مدرن نام مي برند. هم چنين لاوازيه آزمايش هايي انجام داد که به اين نتيجه رسيد که واکنش هاي شيميايي که درهنگام تنفس در حيوانات رخ مي دهد، شبيه احتراق مي باشد.
قرن نوزدهم ميلادي شاهد انقلاب هاي بيشتر در علم شيمي بود. در سال 1808 ، جان دالتون نظريه ي اتمي ماده را فرمول بندي کرد. درسال 1828 فردريش ور يک شيمي دان آلماني، يک ترکيب آلي به نام اوره را در آزمايشگاه تهيه کرد . اين اولين بار بود که يک ترکيب آلي شناخته شده بود. اين فرآيند ساختن ثابت کرد که تفاوت هاي حياتي بين مواد معدني و مواد آلي وجود نداشت. چيزي که قبلاً به آن معتقد بودند. ديمتري مندليف يک شيمي دان روسي، جدول تناوبي عناصر را در سال 1869 گرد آوري کرد و کشف چندين عنصر جديد را پيش بيني کرد. کشف راديوم در 1898 توسط پيير و ماري کوري پيشرفت مهم ديگري در شيمي بود. جاس توس ليبيگ در دهه ي 1830 به حوزه ي شيمي آلي کمک نمود.
ويلهلم اسوالد و آوانته آرهينوس پيشنهاد کردند که بار الکتريکي در يک محلول بوسيله ي ذرات باردار يا يون ها منتقل مي شوند. نيلزبور در سال 1913 مدل اتمي ايجاد کردکه در آن الکترون ها به دور هسته ي مثبت در حال گردش بودند.
در کنار رشد شيمي نظري پيشرفت در صنعت نيز وجود داشت. در قرن نوزدهم ميلادي کارخانه ها در حال ساخت مواد شيميايي هم چون پودر کلروسولفوريک اسيد در کنار رنگ ها بودند.

قرن بيستم و پيشرفت هاي جاري
 

بيشتر پيشرفت هاي مهم در شيمي در قرن بيستم رخ داد . محدوده ي شيمي آلي گسترش يافت تا واکنش هاي بيوشيميايي را در برگيرد. ملوين کالوين واکنش هاي شيميايي را که در فرآيند توليد غذا توسط گياهان وجود داشت، کشف کرد. در سال 1919 فيزيکدان انگليسي لورد را در فورد اتم هاي هيدروژن را بوسيله ي ذرات آلفا (هسته ي هليم) بمباران کرد تا اتم هاي اکسيژن و هيدروژن تشکيل دهد. اين اولين تبديل ماهيت يک عنصر توسط بشر بود . و تولد يک ميدان جديد تحقيقاتي را کليد زد، که نامش شيمي هسته اي بود. در سال 1938 اتوهان و فيزيز استراسمن دانشمندان آلماني فرآيند شکافت هسته اي را کشف کردند. پس از جنگ جهاني دوم ايزوتوپ هاي راديواکتيوي که در راکتورهاي هسته اي توليد شده اند، به تحقيقات در زمينه شيمي، بيولوژي و پزشکي کمک کردند.
تحقيقات شيمي منجر به ايجاد هزاران ماده ي ساختني شد. که موجب امکان پذير شدن تأسيس صنايع جديد گرديد. با کليت اولين زرين ساختني در سال 1909 توليد شد. پس از آن پلاستيک هايي همانند تفلون، پلي اتيلن، لوسيت و سيليکون ها کاربرد هاي گسترده اي پيدا کردند. داروهاي همانند آنتي بيوتيک ها، پني سيلين، آنتي هيستامين ها و ضد باکتري ها نيز ساخته شده اند. دو جنگ جهاني شاهد افزايش در توليد چنين صنايعي بودند تا با کمبود فلزات، مهمات و لاستيک همزمان شود. صنايع غذايي نيز گسترش يافت. تجهيزات وتکنيک ها اين امکان را مهيا ساخت تا ساختار مولکولي مواد پيچيده اي همانند پروتئين ها ، نوکلئيک اسيدها واسترول ها تشخيص داده شوند.
اکتشاف هاي فضايي که در دهه 1950 شروع شد، درخواست هاي جديدي پيش روي تحقيقات شيميايي قرار داد. مواد ضد گرما براي وسايل نقليه ي فضايي و سوخت جامد و مايع براي موتورهاي راکت ها از جمله کمک هاي شيمي در عصر فضا بودند.
در دهه ي 1970 مشخص شد که برخي مواد پر مصرف شيميايي براي انسان مضر هستند و به محيط زيست آسيب مي رسانند . مواد شيميايي در برخي آفت کش هاي خاص پيدا شدند که در بافت هاي پرندگان، ماهي ها و ديگر گونه هاي حيات وحش انباشته مي شدند و مواد شيميايي درون اسپري هايي که در هوا منتشر مي شدند ، مواد شوينده ضد يخ ها و ديگر محصولات پيدا شدند که محيط زيست را آلوده مي کردند. مواد شيميايي مشخصي در محصولات غذايي و داروها پيدا شدند که موجب سرطان و ناباروري مي شدند. در ايالات متحده ؛ شهرها، ايالت ها و دولت فدرال قوانيني را براي ممنوعيت برخي مواد شيميايي ، محدود کردن استفاده از برخي ديگر و شرايطي براي به کار بردن ومصرف برخي ديگر به تصوير رساندند.
امروزه بيوشيمي يک محدوده فعال از تحقيقات مي باشد. تجهيزات جديد دانشمندان بيوشيمي را قادر به مطالعه ي فعاليت مواد شيميايي درون يک ارگانيسم ، بدون آسيب به آن ارگانيسم را فراهم کرده است. دانشمندان بيوشيمي در حال تحقيق بر روي موادي هستند که مشکوک به ايجاد سرطان يا آسيب هاي ژنتيکي مي باشند. تا از اين طريق خواص مولکولي مسئول اين تأثيرات مخرب راتشخيص دهند. ديگر شيمي دان ها در حال تحقيق بر روي چگونگي تأثير مواد شيميايي آلوده کننده بر محيط زيست ، و چگونگي تجزيه ي آن ها به ديگر مواد مي باشد.
شيمي سنتزي يک بخش فعال ديگر براي تحقيقات مي باشد. شيمي دان هاي هزاران ترکيب جديد را مي سازند. آن ها عامل هاي شيميايي يافت کردند که مي توان از آن ها در واکنش ها براي افزودن گروه هاي خاصي از اتم به قسمت هاي مشخصي از ديگر مولکول ها استفاده کرد . محققان مولکول هاي جديدي طراحي کرده اند و از چنين عامل هايي در يک سري واکنش ها براي ساخت ترکيبات جديد استفاده مي کنند. تکنيک هاي آن منجر به ايجاد بسياري از داروها شده است.
مطالعه ي خواص سطحي ترکيبات شيميايي (که شيمي سطح نام دارد) يکي ديگر از حوزه هاي تحقيقاتي امروزه مي باشد. شيمي دان ها ياد گرفته اند که خواص سطحي موجب مي شوند مواد مشخصي (که کاتاليزو ناميده مي شوند) موجب شتاب دادن به آهنگ انجام واکنش هاي شيميايي بشوند. امروزه شيمي دان ها بر روي ايجاد يک سلول شيميايي ايجاد مي کنند که از انرژي نور خورشيدي براي تجزيه مولکول هاي آب به اکسيژن و هيدروژن استفاده مي کند. هيدروژني که به اين طريق توليد شده است مي تواند به عنوان سوخت مورد استفاده قرار بگيرد.
هنر استخراج و ذوب فلزات توسط مردم باستان با برخي از اولين کشف هاي شيمي در ارتباط بوده است. آن ها در سه هزار پانصد سال پيش از ميلاد کشف کردند که اگر کاني هاي مشخصي را گرم کنند مي توانند فلزات را توليد کنند. آن ها صدايي از جنس مس و جواهراتي از جنس طلا توليد کردند. فلزکاري باستان تا سه هزار سال قبل از ميلاد کشف کردند که با ترکيب کاني ها ،آن ها مي توانند فلزات يا آلياژهاي جديد توليد کنند. اولين آلياژ برنز بود که از مس وقلع ساخته مي شد. وسايل و سلاح هاي ساخته شده از برنز تيزتر و با دوام تر از نمونه هاي ساخته شده از مس بود.
در حدود 1400 سال قبل از ميلاد مردم Hittite ذوب سنگ آهن را کامل کردند. فرآيندي که گرماي بسيار بيشتري لازم داشت و نيازمند وجود کربن براي بيرون کشيدن اکسيژن که در ترکيب آهن در سنگ آهن بود. آهن ماده ي محکم تري نسبت به برنز بود.
مردم باستان همچنين يادگرفتند که ظروف ساخته شده از رس اگر پخته شوند تا در معرض آتش قرار گيرند، با دوام تر خواهند بود. هم چنين آن ها شيشه خام را ساختند.
اسنادي که از تمدن هاي نخستين به جا مانده است ، نشان مي دهد که هيچ آگاهي از شيمي به عنوان يک علم همانند چيزي که ما امروزه مي شناسيم وجود نداشته است. اما مردم باستان با بسياري از مواد مفيد و روش تهيه ي آن ها آشنا بودند. گياهان و صدف هاي مشخصي کشف شدند که رنگ پس مي دادند و از آن رنگ براي رنگ کردن پارچه ها استفاده مي شد. بسياري از گياهان و ريشه ها به عنوان دارو استفاده مي شدند. پوست برخي از انواع درختان ماده اي فراهم مي کرد که چرم را به رنگ قهوه اي در مي آورد.
برخي از مردمان نخستين ياد گرفتند که چگونه کاغذ و خشت بسازند وچگونه ظروف سفالي را لعاب بدهند. اين هنرها و هنرهاي ديگر تا سطح خيلي بالايي پيشرفت کردند در حالي که هيچ کدام از صنعت گران باستاني ماهيت فرآيندهاي شيميايي مربوطه را درک نمي کردند. هر هنر و فرآيندي به يک خدا يا يک خداي ديگر منسوب مي شد و به عنوان يک هديه ي معجزه آسا که به بشر داده شده بود محسوب مي گشت.
اما برخي از فيلسوفان يونان باستان تلاش کردند تا ماهيت ماده را توضيح دهند. آن ها معتقد بودند که همه ي مواد از چهار عنصر اصلي ؛ آب ؛هوا ، زمين و آتش تشکيل شده اند. اين افراد چندين تئوري براي اين که چرا مواد مختلف از يکديگرمتفاوت هستند، ارائه کردند . برخي از اين تئوري ها به طرز قابل توجهي منطقي بودند. بسياري صحيح بودند اما هيچ کدام از آن ها با انجام آزمايش مورد آزمون قرار نگرفتند . يکي از دانشمندان يوناني اولين کسي بود که درباره وجود اتم ها آن هم چهار قرن قبل از ميلاد تفکر کرد. صد سال بعد ارسطو گفت تبديل عناصر هنگامي که يک ماده حالتش تغيير مي کند ، رخ مي دهد. به طور مثال هنگامي که يک جامد تبديل به گاز مي شود. شيمي تا زماني که مردم شروع به تجسس با روش معين در مورد خواص مواد و نيروهاي طبيعي که محيط اطراف آن ها را تشکيل مي دهد، نپرداختند تبديل به علم نشد.
منبع: Howstuffworks.com