شیمی

شیمی (chemistry)
شاخه‌ای از علم برای بررسی ساختار و ترکیب انواع گوناگون ماده و تغییرات و پدیده‌های به‌وجود آمده در مسیر این تغییرات.

شیمی آلی. شاخه‌ای از علم شیمی است که به بررسی ترکیبات کربن می‌پردازد.

شیمی معدنی. خواص، واکنش‌ها، و روش تهیه و توصیف همۀ عناصر و ترکیبات را، جز ترکیبات کربن، در این شاخه از علم شیمی بررسی می‌کنند.

شیمی فیزیک. به شرح کمّی پدیده‌های شیمیایی، واکنش‌ها، و اندازه‌گیری داده‌های لازم برای این توضیحات می‌پردازد. شاخۀ اخیر توجه ویژه‌ای به حرکت مولکول‌ها و تأثیر دما و فشار، غالباً در مایعات و گازها دارد.

مولکول‌ها، اتم‌ها و عناصر. مواد به سه حالت فیزیکی گاز، مایع، و جامد وجود دارند و از ذرات بسیار کوچکی به‌نام مولکول تشکیل شده‌اند. مولکول‌ها پیوسته در حرکت‌اند و خود شامل ذرات کوچک‌تری به‌نام اتم‌ می‌شوند. مولکول‌هایی که همۀ اتم‌هایشان یکسان است، عنصر نام دارند. مولکول‌ ترکیب‌ها شامل انواع متفاوتی از اتم‌هاست.

ترکیبات و مخلوط‌ها. طی فرآیند شیمیایی، ترتیب قرار‌گرفتن (آرایش) اتم‌ها در مولکول‌های واکنش‌دهنده تغییر می‌کند و ترکیبات حاصل می‌شوند. گاهی عواملی چون گرما، نور، ارتعاش، عمل کاتالیزوری تابش یا فشار، و همچنین رطوبت لازم برای یونش، برای ایجاد تغییر شیمیایی لازم‌اند. به تعیین اجزای سازندۀ یک ترکیب از طریق آزمایش یا شکستن مولکول‌های آن ترکیب تجزیه، و به ایجاد ترکیبات از اجزاء سنتز می‌گویند. وقتی مولکول‌های مواد در کنار هم قرار گیرند و ساختار مولکولی‌شان تغییری نکند، مخلوط‌ها ایجاد می‌شوند.

فرمول‌ها و معادله‌ها. برای نشان‌دادن عناصر از نمادها استفاده می‌کنند. نمادها معمولاً اولین حرف یا حروف انگلیسی یا لاتین نام آن عنصرند. مثلاً از C برای کربن، از Ca برای کلسیم، و از Fe برای آهن است استفاده می‌کنند. این نمادها نشانۀ یک اتم از آن عنصرند. مولکولی که بیش از یک اتم از عنصری داشته باشد، با عدد زیروند مشخص می‌شود. مثلاً، نمایش مولکول‌ آب به صورت H_۲O است. در بعضی از مواد، گروهی از اتم‌ها مانند یک واحد عمل می‌کنند و در نماد ترکیب شیمیایی در پرانتز قرار می‌گیرند. مثلاً، (NH_۴)_۲ SO_۴ نشان‌دهندۀ سولفات آمونیوم است. نمایش نمادینِ هر مولکول را فرمول می‌نامند. عددی که پیش از فرمول نوشته می‌شود، نشان‌دهندۀ تعداد مولکول‌های ماده‌ای است که در واکنش شیمیایی شرکت می‌کند یا تولید می‌شود. مثلاً ۲H_۲O نشان‌دهندۀ دو مولکول آب است. واکنش‌های شیمیایی را با معادله شیمیایی بیان می‌کنند، مانند واکنش زیر: NaCl + H_۲SO_۴ → NaHSO_۴ + HCl

معادلۀ بالا نشان می‌دهد که از ترکیب کلرید سدیم (NaCl) با اسید سولفوریک (H_۲SO_۴)، سولفات هیدروژن سدیم (NaHSO_۴) و کلرید هیدروژن (HCl) تولید می‌شود (← معادلۀ شیمیایی).

فلزات، نافلزات، و عناصر سیستم تناوبی. عناصر به فلزاتی با جلای فلزی، رسانای گرما و الکتریسیته‌، و نافلزاتی تقسیم می‌شوند که معمولاً این خواص را ندارند. در ۱۸۶۳، جان نیولندز سیستم تناوبی را برای اولین‌بار مطرح کرد. در ۱۸۶۹، دیمتری مندلیُف عناصر را برحسب جرم اتمی نسبی‌شان طبقه‌بندی، و جدول تناوبی را تهیه کرد. عناصری که در خواص عمومی مشابه‌اند، از نظر وزنی نیز با هم رابطه دارند. این عناصر در یک گروه یا خانواده قرار می‌گیرند. برخی بی‌قاعدگی‌های خاص این سیستم با طبقه‌بندی عناصر برحسب عدد اتمی برطرف شد. عدد اتمی تعداد بارهای مثبت هستۀ هر اتم است.

کیمیاگری. تمدن‌های باستان با برخی از فرآیندهای شیمیایی، مانند استخراج فلزات از سنگ معدن و ساختن آلیاژها، آشنا بودند و کیمیاگران برای تبدیل فلزات پست به طلا کوشش می‌کردند. در پایان قرن ۱۷، علم شیمی از فنون و بینش کسب‌شده طی آزمایش‌های کیمیاگری شکل گرفت.رویدادهای برجستۀ شیمی. رابرت بویل عناصر را به‌صورت ساده‌ترین جزئی تعریف کرد که ماده به آن تجزیه می‌شود. عقیدۀ کیمیاگران دربارۀ چهار عنصر خاک، باد، آتش، و آب رفته‌رفته اعتبار خود را ازدست داد. تا قرن ۱۸، همۀ مواد سوختنی را دارندۀ ماده‌ای به‌نام فلوژیستون می‌دانستند و این ماده را عنصر بی‌وزنی از عناصر آتش می‌دانستند که ضمن احتراق تولید می‌شد. پس از تحقیقات تجربی جوزف بلک، آنتوان لاوازیه، و جوزف پریستلی، کاشف اکسیژن در هوا، این نظریه نیز بی‌اعتبار شد. هنری کاوندیش ترکیب عناصر آب را کشف کرد و جان دالتون نظریۀ اتمی را مطرح کرد. بنابراین نظریه، اتم خاص هر عنصر وزن نسبی دقیقی دارد. تحقیقات وسیعی که پس از آن صورت گرفت سبب پیدایش زیست‌شیمی، شیمی‌درمانی و پلاستیک‌ها شد.

 

---