شیمی

98/3/29 , 10:48 ص نظر

شیمی (به فرانسوی: Chimie) (به انگلیسی: Chemistry) یکی از دانش‌های بنیادین است که به مطالعه و بررسی ساختار، خواص، ترکیبات، و دگرگونی ماده می‌پردازد. گستره? زیاد این دانش باعث شده‌است تا تعریف یکپارچه برای آن مشکل گردد.

محتویات

1واژه‌شناسی

2پیشینه

2.1شیمی به عنوان علم

2.2ساختار شیمیایی

3اصول شیمی مدرن

3.1ماده

3.1.1اتم

3.1.2عنصر

3.1.3ترکیب

3.1.4مولکول

3.1.5مول و مقدار مواد

3.1.6مواد خالص و مخلوط

3.2فاز (ماده)

3.3پیوند شیمیایی

3.4انرژی

3.5واکنش شیمیایی

3.6یون‌ها و نمک‌ها

3.7واکنش اسید و باز

3.8اکسایش-کاهش

3.9تعادل شیمیایی

3.10قانون شیمیایی

4بخش‌های اصلی

4.1رشته‌ها

4.2صنایع شیمیایی

4.3جوامع حرفه‌ای

5جستارهای وابسته

6منابع

7پیوند به بیرون

واژه‌شناسی

نوشتار اصلی: واژه شیمی

واژه? شیمی از کیمیا در زبان [[زبان مصری باستان، کیمیا از واژه? خامه یا خَمِه به معنای زمینِ سیاه برگرفته شده‌است. پس از تسلط ایرانیان بر مصر در 520 پیش از میلاد، این واژه به صورت کیمیا به شرق آمده‌است و پس از تسلط یونانیان در 330 پیش از میلاد به صورت خومِیا (به یونانی: χυμε?α) در یونانی نیز وارد گردیده‌است. در دوران تسلط خلافت اسلامی در خاور میانه، به صورت الکیمیاء درآمده‌است و با جنگ‌های صلیبی به صورت الشمی(به انگلیسی: Alchemy) مجدداً است. در زبان فارسی، شیمی یک ترانویسی از برابر فرانسوی است و نخستین بار در سال 1831 توسط میرزا صالح شیرازی در یک رساله? علوم طبیعی که خود وی مرقوم داشته بود به‌کار برده شد که بعدها در مدرسه? دارالفنون با عنوان رساله? طبیعیات تدریس می‌گردید.

پیشینه

نوشتار اصلی: تاریخ شیمی

دموکریت، مهم‌ترین شارح و بسط‌دهنده? افکار لئوکیپوس درباره? اتم‌گرایی بود.

جابر بن حیان، او را «پدر علم شیمی» نامیده‌اند و اولین کسی است که به علم شیمی شهرت و آوازه بخشید.

کوشش‌های نخستین بشر برای فهمیدن طبیعت مواد و بیان چگونگی دگرگونی آن‌ها ناموفق بود. اندک اندک کوشش‌ها برای تبدیل مواد کم ارزش، به مواد ارزشمندی چون زر و سیم، منجر به پیدایی دانش کیمیا گردید. هر چند در ظاهر دانش کیمیا به خواست اصلی خود نرسید، اما دستاوردهای کیمیاگران در این راه به اندوخته گرانبهایی تبدیل شد که پایه‌گذار شیمی مدرن گردید.[1]

شیمی به عنوان علم

آنتوان لاووازیه به عنوان پدر شیمی نوین شناخته می‌شود.".[2]

دمیتری مندلیف در جدول تناوبی خود 7 عنصر جدید را پیش‌بینی کرد،[3] و 60 عنصر را در جای درست قرار داده بود.[4]

نظریه اتمی پایه و اساس علم شیمی است. این تئوری بیان می‌دارد که تمام مواد از واحدهای بسیار کوچکی به نام اتم تشکیل شده‌اند. یکی از اصول و قوانینی که در مطرح شدن شیمی به عنوان یک علم تأثیر به‌سزایی داشته، اصل بقای جرم است. این قانون بیان می‌کند که در طول انجام یک واکنش شیمیایی معمولی، مقدار ماده تغییر نمی‌کند. (امروزه فیزیک مدرن ثابت کرده که در واقع این انرژی است که بدون تغییر می‌ماند و همچنین انرژی و جرم با یکدیگر رابطه دارند)

این مطلب به‌طور ساده به این معنی است که اگر ده‌هزار اتم داشته باشیم و مقدار زیادی واکنش شیمیایی انجام پذیرد، در پایان ما همچنان بطور دقیق ده‌هزار اتم خواهیم داشت. اگر انرژی از دست رفته یا به‌دست‌آمده را مد نظر قرار دهیم، مقدار جرم نیز تغییر نمی‌کند. شیمی کنش و واکنش میان اتم‌ها را به تنهایی یا در بیشتر موارد به‌همراه دیگر اتم‌ها و به‌صورت یون یا مولکول (ترکیب) بررسی می‌کند.

این اتم‌ها اغلب با اتم‌های دیگر واکنش‌هایی را انجام می‌دهند. (برای نمونه زمانی‌که آتش چوب را می‌سوزاند واکنشی است بین اتم‌های اکسیژن موجود در هوا و مواد آلی چوب؛ که نور بر روی مواد شیمیایی فیلم عکاسی ایجاد می‌کند شکل می‌گیرد)

یکی از یافته‌های بنیادین و جالب دانش شیمی این بوده‌است که اتم‌ها روی‌هم‌رفته همیشه به نسبت برابر با یکدیگر ترکیب می‌شوند. سیلیس دارای ساختمانی است که نسبت اتم‌های سیلیسیوم به اکسیژن در آن یک به دو است. امروزه ثابت شده‌است که استثناهایی در زمینه? قانون نسبت‌های معین وجود دارد(مواد غیر استوکیومتری).

یکی دیگر از یافته‌های کلیدی شیمی این بود که زمانی که یک واکنش شیمیایی مشخص رخ می‌دهد، مقدار انرژی که بدست می‌آید یا از دست می‌رود همواره یکسان است. این امر ما را به مفاهیم مهمی مانند تعادل، ترمودینامیک و سینتیک شیمیایی می‌رساند.

شیمی فیزیک بر پایه? فیزیک پیشرفته (مدرن) بنا شده‌است. اصولاً می‌توان تمام سیستم‌های شیمیایی را با استفاده از تئوری مکانیک کوانتوم شرح داد. این تئوری از لحاظ ریاضی پیچیده بوده و عمیقاً شهودی است. به هر حال در عمل و بطور واقعی تنها بررسی سیستم‌های ساده? شیمیایی قابل بررسی با مفاهیم مکانیکی کوانتوم امکان‌پذیر است و در اکثر مواقع باید از تقریب استفاده کرد (مانند تئوری کاری دانسیته). بنابراین درک کامل مکانیک کوانتوم برای تمامی مباحث شیمی کاربرد ندارد؛ زیرا نتایج مهم این تئوری (بخصوص اربیتال اتمی) با استفاده از مفاهیم ساده‌تری قابل درک و به‌کارگیری هستند.

با اینکه در بسیاری موارد ممکن است مکانیک کوانتوم نادیده گرفته شود، اما از مفهوم اساسی آن، یعنی کوانتومی‌کردن انرژی، نمی‌توان صرف نظر کرد. شیمی‌دان‌ها برای بکارگیری کلیه روش‌های طیف نمایی به آثار و نتایج کوانتوم وابسته‌اند. علم فیزیک هم ممکن است مورد بی‌توجهی واقع شود، اما به هر حال برآیند نهایی آن (مانند رزونانس مغناطیسی هسته‌ای) پژوهیده و مطالعه می‌شود.

یکی دیگر از تئوری‌های اصلی فیزیک مدرن که نباید نادیده گرفته شود نظریه نسبیت است. این نظریه که از دیدگاه ریاضی پیچیده‌است، شرح کامل فیزیکی علم شیمی است. مفاهیم نسبیتی تنها در برخی از محاسبات خیلی دقیق ساختمان هسته، به‌ویژه در عناصر سنگین‌تر، کاربرد دارند و در عمل تقریباً با شیمی پیوند ندارند.

ساختار شیمیایی

نوشتار اصلی: ساختار شیمیایی

آزمایشگاه، مؤسسه بیوشیمی، دانشگاه کلن در آلمان.

ساختار شیمیایی شامل هندسه? مولکولی، ساختار الکترونی و ساختار کریستالی مولکول است. هندسه مولکولی اشاره به آرایش فضایی اتم‌ها در یک مولکول و نحوه? چیدمان پیوندهای شیمیایی اتم‌ها باهم می‌باشد. هندسه? مولکولی می‌تواند بسیار ساده باشد، مانند اکسیژن دواتمی یا مولکول‌های نیتروژن، یا بسیار پیچیده باشد مانند پروتئین‌ها یا مولکول دی‌ان‌ای. هندسه مولکولی را می‌توان تقریباً با استفاده از یک فرمول ساختاری نشان داد. ساختار الکترونی توصیف اشغال اوربیتال‌های مولکولی یک مولکول توسط الکترون‌ها است. نظریه? ساختار شیمیایی در دهه‌های 1850 و 1860 توسط شیمی‌دان‌های مختلف، از جمله فریدریش آگوست ککیوله، آرچیبالد اسکات کوپر و الکساندر بوتلروف توسعه داده شد. این شیمیدانان نشان دادند که ترکیبات شیمیایی از گروه‌های فرعی و گروه‌های عاملی تشکیل شده‌اند، اما ساختار با نظم مشخصی بر اساس ظرفیت ظرفیت شیمیایی اتم‌ها شکل گرفته‌اند.

منبع:wikipedia.