شیمی چیست؟ – کاربرد، شاخه ها و اهمیت به زبان ساده

شیمی علم مطالعه مواد است. اینکه مواد از چه اجزایی تشکیل شده‌اند، چه ویژگی‌هایی دارند و چگونه تغییر می‌کنند همگی تعریف علم شیمی هستند. توانایی توضیح اینکه مواد تشکیل‌دهنده هر چیزی چیست و چگونه به مواد دیگری تبدیل می‌شود، همان شیمی است. تعاریفی مانند اتم، مولکول، ماده و واکنش شیمیایی از مهم‌ترین اصطلاحات شیمی هستند. در این مطلب از مجله فرادرس می‌آموزیم شیمی چیست، چه اهمیت و کاربردی دارد و شاخه‌ها و مفاهیم اصلی آن کدامند.

در ابتدای این مطلب می‌آموزیم شیمی چیست و به بررسی تاریخچه، کاربرد و اهمیت آن می‌پردازیم. سپس شاخه‌های شیمی را برمی‌شماریم و ارتباط شیمی را با سایر علوم توضیح می‌دهیم. در ادامه، روش علمی و دامنه‌های شیمی را توضیح می‌دهیم و به بررسی مهم‌ترین اصطلاحات شیمی می‌پردازیم. در نهایت، قوانین، رشته‌ها، صنایع و جوامع شیمی را نام می‌بریم. با مطالعه این مطلب تا انتها می‌توانید با این علم مهم آشنا شوید و مفاهیم اصلی آن‌ را بیاموزید.

شیمی چیست؟

شیمی به معنی علم مطالعه مواد و برهمکنش ماده با انواع انرژی است. ماده هر چیزی است که جرم و حجم دارد. هرچیزی که از نظر فیزیکی واقعی است را ماده می‌گویند. برخی از مواد مانند کتاب، مداد و میز، به راحتی دیده می‌شوند و به عنوان ماده تعریف می‌شوند. برخی دیگر از مواد مانند هوا، اتم و مولکول به راحتی دیده نمی‌شوند و دیدن و درک آن‌ها نیاز به تجهیزات پیشرفته دارند.

برای درک بهتر اینکه شیمی چیست، بهتر است با معنی واژه «شیمی» آشنا شوید. واژه‌ی شیمی یکی از واژه‌هایی است که طی سالیان درازی برای معرفی مطالعه مواد و انرژی استفاده می‌شود. اما تاریخ و قدمت این کلمه به زمان‌های بسیار قدیم برمی‌گردد . واژه شیمی از واژه عربی «الکیمیا» یا واژه اروپایی (alchemy) گرفته شده است. کیمیا در زبان عربی یا مصری قدیم از کلمات «خم» یا «خمی» به معنی ترکیب کردن استفاده می‌شده است. به دلیل اینکه در آن زمان کیمیا بیشتر علم تولید آلیاژ‌ها بوده است کلمه کیمیا از این معنی ریشه گرفته است.

شیمی یکی از شاخه‌های علم است. علم فرآیندی است که طی آن می‌توانیم راجع به مسائل مختلف اطلاعات به دست آوریم. این فرآیند شامل مشاهده، آزمایش کردن و جمع آوری اطلاعات و نتیجه‌گیری است. به دلیل اینکه جهان بسیار گسترده است، انواع مختلفی از علم مانند شیمی، فیزیک و زیست‌شناسی وجود دارند تا بتوان مسائل جهان را در دسته‌بندی‌های منظمی مشاهده و آزمایش کرد. بنابراین، شیمی علم مطالعه مواد است، زیست، علم مطالعه ارگانیسم‌های زنده است، زمین‌شناسی، علم مطالعه سنگ‌ها و زمین است و ... .

با وجود اینکه ما علم را در دسته‌بندی‌های مختلفی تقسیم می‌کنیم و به مطالعه آن‌ها می‌پردازیم، بسیاری از علوم در موارد مختلف با هم ادغام می‌شوند. برای مثال، بسیاری از زیست‌شناسان و شیمی‌دان‌ها در حوزه‌های یکسانی کار می‌کنند و علوم خود را ادغام می‌کنند و به همین علت شاخه‌هایی مشترک از علم مانند بیوشیمی (زیست شیمی) نیز به وجود می‌آیند.

علم شیمی در ادغام با سایر علوم نیز زیرشاخه‌هایی دارد که عبارتند از بیوشیمی، شیمی فیزیک، اخترشیمی، شیمی زمین‌شناسی (ژئوشیمی)، و ... .

یادگیری شیمی با فرادرس

در قسمت قبل آموختیم شیمی چیست و به چه مباحثی می‌پردازد. شیمی علم مطالعه مواد است. برای یادگیری شیمی باید با مفاهیم پایه‌ای مانند اتم، مولکول، ماده، انرژی، واکنش شیمیایی و ... آشنا شد. این مباحث، مفاهیم پایه‌ای هستند که در شیمی مقاطع متوسطه به آن‌ها پرداخته می‌شود. پیشنهاد می‌کنیم برای یادگیری این مفاهیم، به مجموعه فیلم آموزش دروس متوسطه دوم و کنکور فرادرس مراجعه کنید که با زبانی ساده ولی کاربردی به توضیح این مفاهیم پرداخته است.

همچنین با مشاهده فیلم‌های آموزش فرادرس که لینک آن‌ها در ادامه آورده شده است، می‌توانید به آموزش‌های بیشتری در زمینه شیمی دسترسی داشته باشید.

• فیلم آموزش شیمی ۳ پایه دوازدهم فرادرس
• فیلم آموزش شیمی ۱ پایه دهم حل سوالات تشریحی امتحانات نهایی فرادرس
• فیلم آموزش علوم تجربی پایه نهم بخش شیمی فرادرس

تاریخچه شیمی

برای درک بهتر اینکه شیمی چیست، بهتر است نگاهی به تاریخچه آن بیاندازیم. با تغییر درک انسان از جهان به شیوه‌ای که امروز وجود دارد، روش استفاده ما از علم شیمی نیز دست‌خوش تغییر شد. شیمی مدرن که امروزه به شکل معتبری استفاده می‌شود، در قرن‌های ۱۶۰۰ و ۱۷۰۰ توسعه پیدا کرد. قبل از آن، شیمی با نام کیمیاگری شناخته می‌شود و به شکلی عمده در چین، عربستان و مصر رواج داشت.

کیمیاگری علمی رازآلود برای شناخت و تغییر ماده بود. کیمیاگران اعتقاد داشتند که تمامی مواد از چهار عنصر آتش، آب، هوا و خاک تشکیل شده‌اند و با این دانش می‌توان مواد را به هم تبدیل کرد. یکی از مهم‌ترین هدف‌های کیمیاگری، تبدیل فلزات به طلا بود. یکی دیگر از هدف‌های رایج این علم در آن دوره، ساختن سنگ فیلسوفان بود که تصور می‌شد می‌تواند به افراد عمری طولانی ببخشد.

کیمیاگران برای نمایش مواد از نمادهای خاصی استفاده می‌کردند تا رمز استفاده و شناخت آن‌ها بینشان محفوظ بماند. برخی از این نمادها را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید.

پیشرفت‌های قابل توجه در پدید آمدن شیمی مدرن توسط دانشمندانی چون رابرت بویل (Robert Boyle) در سالهای ۱۶۳۷ تا ۲۶۹۱ میلادی انجام شد. او اولین ایده را درباره رفتار گازها بیان کرد و بدین ترتیب توانست رفتار مولکول‌ها و ذرات ریز را برای ترکیب شدن و ساختن مولکول‌ها توجیه کند. سال‌ها بعد جان دالتون (John Dalton) از این ایده برای توضیح تئوری اتمی خود استفاده کرد.

پس از آن، شیمی در دهه ۱۷۰ میلادی به سرعت پیشرفت کرد. با کارها و تحقیقات دانشمدانی چون جوزف پریستلی (Joseph Priestley) گازهایی همچون اکسیژن و کربن دی اکسید کشف شد. گازهای دیگر مانند نیتروژن توسط آنتونی لاوازیه (Antoine Lavoisier) و کلر توسط کارل شیله (Carl Scheele) کشف شد. به لاوازیه پدر علم شیمی گفته می‌شود. او با پیدا کردن نقش اکسیژن در واکنش‌های سوختن،‌ پایه‌های قانون پایستگی ماده را بنا کرد.

دانشمندان بزرگ دیگری در طی سالیان پس از آن روی قسمت تئوریک و عددی شیمی بیشتر کار کردند. برای مثال، تئوری اتمی جان دالتون، پیداکردن تعداد ذرات موجود در حجمی از گاز توسط آووگادرو، فعالیت‌های آلساندرو ولتا در الکتروشیمی و فارادی و دیگر دانشمندان، اصول اساسی شیمی به شکل تئوریک امروزه را بنا نهادند. در واقع با نگاه به تاریخ شیمی بهتر می‌آموزیم شیمی چیست. در ادامه می‌آموزیم کاربرد‌های شیمی چیست.

کاربرد شیمی در زندگی روزمره

با وجود اینکه دانش رسمی از علم شیمی نیازمند شناخت مفاهیم پیچیده ای است و نیازمند تحقیق و بررسی علمی است، در زندگی واقعی روزمره، شیمی در زندگی تمامی انسان‌ها از آغاز زندگی بشر وجود داشته است. اولین نسل‌های انسان روی زمین نیاز داشتند تا با پدیده‌های زیست محیطی طبیعی برای بقای خود برخورد کنند و آن‌ها را مهار کنند و بسیاری از این پدیده‌ها شامل علم شیمی بوده‌اند و در آن زمان انسان‌ها بدون آنکه بدانند شیمی چیست، از آن استفاده می‌کرده‌اند.

در نتیجه، انسان‌ها همواره نیاز داشته‌اند تا علم بسیار ساده‌ای از پدیده‌های طبیعی را داشته باشند تا بتوانند به وسیله آن برای خود خوراک تهیه کنند، از خراب شدن آن جلوگیری کنند، از مواد سمی دور بمانند و بیماری‌ها و زخم‌‌های خود را درمان کنند. امروزه، شیمی بیش از پیش در زندگی ما حضور دارد. برای آنکه بدانید کاربرد شیمی چیست، مثال‌هایی از کاربرد‌های روزمره شیمی در ادامه نام برده شده‌اند.

• تصمیم برای انتخاب غذای سالم‌تر حاوی ویتامین‌ها و فیبر و پروتئین
• جلوگیری از مصرف مواد غذایی و نوشیدنی مضر برای سلامت انسان
• استفاده از داروها برای درمان بیماری‌ها و درد
• استفاده از آنتی بیوتیک‌ها برای جلوگیری از عفونت
• آماده کردن پارچه و رنگ برای تهیه لباس
• استفاده از سوخت‌های مناسب و پاک برای پخت غذا
• استفاده و تولید مواد مقاوم در برابر آتش برای محیط‌های بسته
• تولید مواد شوینده و پاک‌کننده‌ها و لوازم آرایشی و بهداشتی برای استفاده روزمره
• تولید آفت‌کش‌ها و ... برای داشتن محصولات کشاورزی سالم‌تر

اهمیت شیمی

در قسمت‌های قبل آموختیم شیمی چیست. شیمی و صنایع شیمیایی یکی از مهم‌ترین مباحث در میزان سرمایه کشور‌های مختلف به شمار می‌رود. شیمی علمی است که به مطالعه ترکیب، ساختار و برهمکنش ماده می‌پردازد. در نتیجه علم شیمی ما می‌توانیم از مواد پایه‌ای که انواع مواد موجود در زمین را می‌سازند، اطلاع پیدا کنیم.

همچنین می‌توانیم بفهمیم مواد به چه روشی بر هم اثر می‌گذارند، ویژگی‌های آن‌ها چگونه تعییر می‌کند و در چه شرایطی می‌توان مواد را با هم ترکیب کرد و مواد جدید تولید کرد. شیمی در جنبه های مختلفی حائز اهمیت است. از این موارد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• شناخت عناصر پایه مواد و شناخت ترکیب شیمیایی آن‌ها
• شناخت موادی که جهان را می‌سازند و شناخت ویژگی‌های آن‌ها
• شناخت اثرهای مختلفی که مواد مختلف روی محیط زیست، جانوران و گیاهان، سلامت انسان و ... می‌گذارند.
• استفاده از ویژگی‌های مواد و ترکیبات مختلف برای رفاه بشر

شیمی در صنایع مختلفی مانند داروسازی، آرایشی و بهداشتی، شیمی سبز، شوینده‌ها،ساختمان‌سازی، سوخت، باتری و کشاورزی از اهمیت بالایی برخوردار است. دانشمندان در این حوزه‌ها با علم بر اینکه شیمی چیست، از واکنش‌ها و قوانینی شیمی استفاده می‌کنند تا به بهترین محصول دست یابند و آن را از لحاظ کیفیت بررسی کنند.

در این قسمت آموختیم اهمیت شیمی در زندگی روزمره چیست. در ادامه، می‌آموزیم شاخه‌های شیمی چیست.

شاخه‌های شیمی

در قسمت های قبل اموختیم شیمی چیست. شیمی مدرن امروزی، شاخه‌های بسیاری دارد. اما این شاخه‌ها می‌توانند در ۵ دسته‌بندی کلی شیمی فیزیک، شیمی آلی، شیمی معدنی، شیمی تجزیه و بیوشیمی جای بگیرند. در ادامه، بررسی می‌کنیم هر یک از این زیرشاخه‌های شیمی چیست.

شیمی فیزیک

شیمی فیزیک علم مطالعه ذرات ماکرسکوپیک، ذرات اتمی و پدیده‌ها در شیمی است. علم شیمی فیزیک به مواردی چون سرعت واکنش‌های شیمیایی، انتقال انرژی در واکنش‌های شیمیایی یا ساختار فیزیکی مواد در مقیاس مولکولی می‌پردازد.

شیمی آلی

شیمی آلی علم مطالعه موادی است که از کربن و هیدروژن تشکیل شده‌اند. این مواد با نام عمومی هیدروکربن شناخته می‌شوند و به شیمی آلی شیمی هیدروکربن‌ها گفته می‌شود. کربن یکی از فراوان‌ترین عناصر موجود در زمین است و می‌تواند تعداد بسیار زیادی از ترکیبات مختلف را تشکیل دهد. تاکنون حدود بیست میلیون ترکیب هیدروکربنی کشف شده است و به علت گستردگی و منحصر به فرد بودن ویژگی‌ها و واکنش‌های این ترکیبات، شاخه علمی شیمی آلی تنها به این مواد می‌پردازد.

بیشتر ترکیبات کشف شده در میکروارگانیسم‌های زنده از نوع هیدروکربنی هستند.

شیمی معدنی

شیمی معدنی به علم مطالعه موادی گفته می‌شود که شامل اتم کربن نباشند. مواد معدنی در ساختار سنگ‌ها و مواد معدنی زمین وجود دارند. یکی از حوزه‌های مهم مطالعه شیمی معدنی، ساختار و ویژگی‌های موادی است که در تکنولوژی‌های انرژی و اطلاعات استفاده می‌شوند.

شیمی تجزیه

شیمی تجزیه مطالعه ساختار ترکیبات شیمیایی و مواد است. این شاخه از شیمی بر جداسازی، شناسایی و اندازه‌گیری‌های کمی مواد شیمیایی در نمونه‌های مختلف تمرکز دارد. در شیمی تجزیه، از وسایل و دستگاه‌های پیچیده مختلفی برای آنالیز نمونه‌های مجهول در مواد مختلف استفاده می‌شود تا به مواد تشکیل‌دهنده آن نمونه دست پیدا کرد.

بیوشیمی

بیوشیمی یا زیست‌شیمی مطالعه فرآیند‌هایی است که در ساختارهای زنده اتفاق می‌افتد. مطالعات در این شاخه شیمی ممکن است به فرآیندهای ساده سلولی محدود شود یا تا درک مراحل بیماری‌های مختف برای یافتن درماهای مناسب نیز گسترده شود.

در عمل، تحقیقات در زمینه مواد مختلف معمولا به این ۵ زیرشاخه محدود نمی‌شود ومی‌تواند ترکیبی از این شاخه‌ها باشد. برای مثال، ممکن است از بیوشیمی برای جداسازی ترکیبی خاص در بدن استفاده شود و سپس برای تحلیل آن از حوزه‌های دیگر شیمی مانند شیمی فیزیک یا شیمی تجزیه استفاده شود.

بسیاری از شیمی‌دانان در زمینه‌هایی متخصص می‌شوند که ترکیبی از شاخه‌های اصلی شیمی هستند. برای مثال، بیوشیمی آلی یا شیمی فیزیک آلی از این موارد هستند.

شیمی و سایر علوم

شیمی گاهی اوقات با عنوان علم مرکزی شناخته می‌شود. با دانستن اینکه شیمی چیست، می‌فهمیم این نام به این علت است که ارتباط این علم با سایر علوم استفاده شده، به شدت وسیع است. علم شیمی با سایر علوم در زمینه‌های علوم پایه، تکنولوژی، مهندسی و ریاضی ارتباط دارد. شیمی و زبان علمی شیمی‌دانان در علومی مانند بیولوژی، داروشناسی و داروسازی، علم مواد، پزشکی قانونی، علوم محیط زیستی و ... نقشی بسیار مهم دارد. تصویر زیر نشان دهنده ارتباط علم شیمی با سایر علوم است.

دامنه‌های شیمی

در قسمت‌های قبل آموختیم شیمی چیست و زیرشاخه‌های آن کدامند. شیمی، علم مطالعه رفتار ماده و انرژی است. این مطالعات در سه دامنه انجام می‌شود. این دامنه‌ها، ماکروسکوپی، میکروسکوپی و سمبولیک (نمادین) است. این دامنه‌ها، روش‌های متفاوتی را برای در نظر گرفتن و توضیح رفتار شیمیایی مواد ارائه می‌دهند. در ادامه هر یک از این دامنه‌ها را بررسی می‌کنیم.

دامنه ماکروسکوپیک

کلمه ماکروسکوپیک از دو عبارت «ماکرو» و «اسکوپیک» تشکیل شده است. عبارت ماکرو که از کلمه یونانی (Macro) گرفته شده است، به معنی بزرگ است. حوزه ماکروسکوپیک برای ما اشنا است زیرا شامل اشیا و موادی می‌شود که به شکل روزمره با آن‌ها سروکار داریم.

حوزه ماکروسکوپیک شامل تمامی اشیایی می‌شود که می‌تواند توسط انسان مشاهده یا لمس شوند. این اشیا می‌تواند مواردی مانند غذا، یا حتی باد باشد.

دامنه میکروسکوپیک

بیشتر موضوعات بررسی شده در حوزه میکروسکوپیک شیمی بر پایه فرضیات هستند. میکروسکوپیک از کلمه یونانی (Micro) به معنی کوچک گرفته شده است. برخی از جنبه‌های حوزه میکروسکوپیک شیمی با میکروسکوپ قابل مشاهده هستند. اما بیشتر موضوعات حوزه میکروسکوپیک شیمی مانند اتم‌ها و مولکول‌ها آنقدر کوچک هستند که با چشم یا میکروسکوپ قابل مشاهده نیستند. باقی اجزای تشکیل‌دهنده این حوزه شیمی مواردی مانند یون‌ها، الکترون‌ها، پروتون‌ها و نوترون‌ها هستند. پیوند‌های شیمیایی نیز جزو این حوزه محسوب می‌شوند.

دامنه نمادین

دامنه نمادین در شیمی شامل زبان مخصوص استفاده شده برای نمایش دادن اجزای دامنه‌های ماکروسکوپیک و میکروسکوپیک است. نماد‌های شیمیایی مانند نماد شیمیایی عناصر در جدول تناوبی، فرمول‌های شیمیایی و معادله واکنش‌های شیمیایی همگی جزئی از این حوزه هستند. این نمادها نقشی مهم در تفسیر پدیده‌های ماکروسکوپیک بر اساس قوانین اجزای میکروسکوپیک دارند.

یکی از راه‌های شناخت کاربرد این سه قلمرو شیمی و مطالعات آن‌ها، در نظر گرفتن ماده آب است. در مقیاس ماکروسکوپی، آب در دمای اتاق مایع است، در دماهای پایین منجمد شده و جامد می‌شود و در دماهای بالا، تبخیر شده و به گاز تبدیل می‌شود. شناخت دامنه نمادین به ما کمک می‌کند بیاموزیم شیمی چیست.

برخی از خواص آب مربوط به حوزه میکروسکوپی می‌شوند. برای مثال، ساختار مولکول آب که از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن تشکیل شده است و پیوند هیدروژنی بین مولکول‌های آن و پیوند‌های کووالانسی بین اتم‌های آن، همگی جزو مطالعات حوزه میکروسکوپی هستند.

حوزه نمادین برای این مباحث شامل فرمول شیمیایی آب ($$H_2O$$ و نماد مایع (l)، جامد (s) و گاز (g) است. همچنین، معادلات واکنش تبدیل حالات آب به یکدیگر و محاسبات مربوط به نقطه ذوب و جوش آن نیز جزو حوزه نمادین است. در تصویر زیر، مطالعات در این حوزه‌ها را به خوبی مشاهده می‌کنید.

شناخت این حوزه‌ها، تفاوت‌ها و کاربرد آن‌ها به ما این امکان را می‌دهد که به خوبی از مشاهدات و نتیجه‌های آزمایش خود به قوانین و فرضیه‌ها و تئوری‌های مناسب برسیم. برای مثال، با مشاهده رنگ یک محلول در مقیاس ماکروسکوپی، می‌توانیم به برخی از ویژگی‌های میکروسکوپی (تشکیل کمپلکس رنگی) پی‌ببریم و واکنش تولید آن را با استفاده از نماد‌های شیمیایی بنویسیم.

مهم‌ترین اصطلاحات شیمی

درقسمت‌های قبل آموختیم شیمی چیست و زیرشاخه‌های آن کدامند. تعریف شیمی، مطالعه برهمکنش ماده با دیگر مواد و انرژی است. این تعریف شامل اصطلاحاتی است که نیاز به توضیح دارند. برای اینکه بدانیم شیمی چیست،  ابتا باید تعریف مواردی مانند ماده، اتم، مولکول، واکنش شیمیایی و ... را بدانیم. در ادامه این تعاریف توضیح داده شده‌اند.

ماده

ماده هر چیزی است که جرم دارد و فضا اشغال می‌کند. برای مثال کتاب، رایانه، غذا و خاک موجود در زمین همگی ماده هستند. گاهی تشخیص ماده دشوار است. برای مثال، هوا نیز ماده است، اما چون در مقایسه با اجسامی مانند کتاب، رایانه یا غذا بسیار رقیق‌تر است، ممکن است درک نکنیم که جرم دارد و فضا را اشغال می‌کند. چیزهایی که ماده محسوب نمی‌شوند شامل افکار، ایده‌ها، احساسات و امیدها هستند.

برای درک اینکه ماده چیست و چگونه تغییر می‌کند، باید بتوانیم ویژگی‌های ماده را تشخیص دهیم. دو مفهوم مهم وجود دارند که ویژگی‌های ماده را تعربف می‌کنند. این دو مفهم ویژگی‌های فیزیکی و ویژگی‌های شیمیایی هستند. درک مفوم ماده به ما کمک می‌کند بفهمیم شیمی چیست.

خواص فیزیکی

خواص فیزیکی، ویژگی‌هایی هستند که ماده را در حالتی که وجود دارد توصیف می‌کنند. برخی از خواص فیزیکی ماده شامل شکل، رنگ، اندازه و دما هستند. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های فیزیکی، حالت (فاز) ماده است. سه حالت اصلی ماده شامل جامد، مایع و گاز هستند.

ویژگی‌های فیزیکی اغلب با چشم دیده می‌شوند و قابل لمس هستند. خواص فیزیکی ماده تنها با انجام تغییر فیزیکی قابل تغییر هسنتند. یک تغییر فیزیکی زمانی رخ می‌دهد که یک نمونه از ماده، یک یا چند ویژگی فیزیکی خود را تغییر دهد. برای مثال، یک جامد ممکن است ذوب شود یا حجم الکل در دماسنج با تغییر دما تغییر کند. تغییر فیزیکی ترکیب شیمیایی ماده را تحت تأثیر قرار نمی‌دهد.

حالات ماده

در شرایط عادی، سه حالت برای ماده وجود دارد. این حالات، جامد، مایع و گاز هستند. جامدات سخت هستند و شکل و حجمی ثابت دارند. برای مثال، یک تکه سنگ، از نوع جامد است. از طرف دیگر، مایعات، حجم ثابت ندارند اما با جاری شدن، شکل ظرف خود را می‌گیرند و فضایی از ظرف را اشغال می‌کنند. برای مثال، نوشیدنی‌های درون قوطی‌ها و آب در لیوان از این نوع هستند.

حالت سوم ماده (گاز) نه شکل ثابت و نه حجم مشخصی دارد و ذرات این حالت ماده می‌تواند به اندازه بزرگی ظرفی که در آن قرار دارند، منبسط شوند. حجم گاز‌ها به میزان فشار آن‌ها وابسته است. مواد می‌توانند به وسیله تغییر فیزیکی از یک حالت ماده به حالت دیگری تغییر کنند.

برای مثال، اگر به آب در حالت مایع حرارت داده شود، به بخار آب در حالت گاز تبدیل می‌شود و این بخار آب اگر به اندازه کافی سرد شود دوباره به حالت مایع برمی‌گردد. این تغییر حالت‌ها بدون تغییر ترکیب شیمیایی آب انجام می‌شود.

خواص شیمیایی

خواص شیمیایی، ویژگی‌های از ماده هستند که توصیف می‌کنند چگونه ماده در حضور ماده‌ای دیگر تغییر شکل می‌دهد. آیا یک نمونه از ماده می‌سوزد؟ سوختن یک ویژگی شیمیایی است. آیا هنگام تماس با آب واکنش شدیدی نشان می‌دهد؟ این واکنش نیز یک خاصیت شیمیایی محسوب می‌شود.

خواص شیمیایی ماده تنها با انجام تغییر شیمیایی قابل تغییر هستند. تغییر شیمیایی (مانند سوختن چوب کبریت) فرآیندی است که یک خاصیت شیمیایی را نشان می‌دهد. هنگامی که ماده در کبریت می‌سوزد، ترکیب شیمیایی آن تغییر می‌کند و اشکال جدیدی از ماده با خواص فیزیکی متفاوت ایجاد می‌شوند. توجه داشته باشید که تغییرات شیمیایی اغلب با تغییرات فیزیکی همراه هستند، زیرا ماده جدید احتمالا خواص فیزیکی متفاوتی نسبت به ماده اولیه دارد.

ماده خالص

یکی از مفاهیم مهم در درک اینکه شیمی چیست، مفهوم ماده خالص است. نمونه‌ای از ماده که در سراسر خود دارای خواص فیزیکی و شیمیایی یکسانی باشد، ماده‌ای به نام ماده خالص است. گاهی از عبارت ماده خالص استفاده می‌شود، اما کلمه خالص ضروری نیست، زیرا تعریف ماده در شیمی به‌خودی‌خود دقیق و مشخص است.

مواد خالص در شیمی به دو دسته عنصر و ترکیب تقسیم می‌شوند.

عنصر

عنصرها ساده‌ترین نوع از ماده در شیمی هستند. عناصر نمی‌توانند به مواد ساده‌تر شکسته شوند. تاکنون حدود ۱۱۸ عنصر در جهان شناخته شده و کشف شده است که ۸۰ عدد از آن‌ها در شرایط معمولی پایدار هستند. باقی عناصر پرتوزا هستند و در محیط به شکل عادی باقی نمی‌مانند. هر عنصر ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی دارد. از نمونه عناصر می‌توان به آهن، کربن و طلا اشاره کرد.

عناصر را می‌توان به سه دسته فلزات، نافلزات و شبه فلزات تقسیم کرد. این دسته‌بندی‌ها ویژگی‌های خاصی را دارند که در ادامه توضیح داده می‌شود.

فلز

فلز عنصری است که رسانای خوبی برای الکتریسیته و گرما بوده و دارای سطحی براق، نقره‌ای، جامد، چکش‌خوار و مفتول‌پذیر است. در دمای اتاق، بیشتر فلزات (به استثنای جیوه) به‌صورت جامد هستند. خاصیت مفتول‌پذیری به این معنی است که فلز را می‌توان به سیم‌های نازک تبدیل کرد و خاصیت چکش‌خواری به این معنی است که می‌توان آن را به ورقه‌های نازک کوبید.

از مثالهای فلزات می‌توان به جیوه، مس، آهن و طلا اشاره کرد.

نافلز

نافلز عنصری است که در حالت جامد شکننده بوده و رسانای ضعیفی برای گرما و الکتریسیته است. نافلزات را نمی‌توان به سیم‌های نازک یا ورقه‌های نازک تبدیل کرد. علاوه بر این، نافلزات در دمای اتاق می‌توانند در فازهای مختلف و با رنگ‌های متنوع وجود داشته باشند.

از مثال‌های نافزات، کربن، اکسیژن و گوگرد هستند. در قسمت‌های قبل آموختیم که شیمی چیست. علم شیمی بر پایه برهمکنش بین ماده و انرژی استوار است. یادگیری مفاهیم شیمی مانند ماده، اتم، مولکول و ویژگی‌ آن‌ها یکی از قدم‌های اساسی برای یادگیری رابطه بین ماده و انرژی است. پیشنهاد می‌کنیم

با مشاهده فیلم آموزش موازنه انرژی و مواد فرادرس با مفاهیم مهمی مانند جرم مولی و حجمی و کمیت‌های انرژی و موازنه واکنش‌های شیمیایی و تعادل واکنش آشنا شوید. لینک این آموزش در ادامه آورده شده است.

شبه فلز

برخی عناصر دارای ویژگی‌هایی بین فلزات و نافلزات هستند که به آن‌ها نیمه‌فلز (یا شبه‌فلز) گفته می‌شود. این عناصر معمولا ظاهری مانند فلزات دارند و در واکنش‌های شیمیایی و خواص شیمیایی مانند نافلزات عمل می‌کنند. از مثال‌های شبه فلزات می‌توان به ژرمانیم، سیلیسیم و بور اشاره کرد.

ترکیب

ترکیب، ماده‌ای است که از بیش از یک عنصر تشکیل شده باشد. خواص فیزیکی و شیمیایی یک ترکیب با خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر تشکیل‌دهنده آن متفاوت است، به‌طوری که یک ترکیب مانند یک ماده کاملا جدید رفتار می‌کند. تاکنون بیش از ۵۰ میلیون ترکیب شناسایی شده و هر روز ترکیبات جدیدی کشف می‌شوند. نمونه‌هایی از ترکیبات شامل آب، پنی‌سیلین و سدیم کلرید (نام شیمیایی نمک خوراکی) هستند.

مخلوط

ترکیب‌های فیزیکی از بیش از یک ماده، مخلوط نامیده می‌شوند. مواد می‌توانند به‌صورت عناصر یا ترکیبات وجود داشته باشند، اما اغلب با ترکیب فیزیکی بیش از یک عنصر یا ترکیب، مخلوط‌هایی تشکیل می‌شوند. مخلوط‌ها به دو نوع تقسیم می‌شوند. این دو نوع مخلوطهای همگن و مخلوط های ناهمگن هستند. در ادامه هر یک از این انواع تعریف می‌شوند.

مخلوط همگن

مخلوط همگن مخلوطی است که اجزای آن به شکلی یکنواخت و یکدست در سراسر آن پراکنده شده‌اند و جداسازی اجزای آن با روش‌های ساده امکان‌پذیر نیست. این مخلوط‌ها که از دو یا چند جزء مختلف تشکیل شده‌اند، با چشم قابل تشخیص نیستند و بین اجزای آن‌ها مرز مشخصی وجود ندارد. برای مثال، هوا و مخلوط آب و نمک از مخلوط های همگن به شمار می‌آیند.

مخلوط ناهمگن

مخلوط ناهمگن از ترکیب دو یا چند ماده تشکیل شده است که به شکلی یکنواخت پراکنده نشده‌اند. اجزای مخلوط ناهمگن از اجزای مخلوط همگن بزرگ‌تر هستند و معمولا تعیین مرز بین اجزای آن با چشم قابل تشخیص است. همچنین، جداسازی اجزای آن با روش‌های معمولی مانند ته‌نشینی امکان پذیر است. از انواع مخلوط همگن می‌توان به آجیل و مخلوط آب و ماسه اشاره کرد.

تغییر مواد

مواد در شیمی و در طبیعت می‌توانند تغییر حالت بدهند. این تغییر حالت‌ها می‌تواند فیزیکی یا شیمیایی باشد. در تغییر فیزیکی، ماهیت شیمیایی ماده تغییر نمی‌کند و در تغییر شیمیایی ماهیت ساختار شیمیایی ماده تغییر می‌کند. شناخت تغییر مواد لازمه‌ی داستن این است که شیمی چیست. در ادامه هر یک از این تغییرها را توضیح خواهیم داد.

تعییر فیزیکی

تغییرهای فیزیکی نوعی از تغییر هستند که در آن‌ها هیچ یکی از پیوندهای شیمیایی بین اتم‌ها نمی‌شکند و پیوند جدیدی نیز به وجود نمی‌آید. در واقع هیچ واکنش شیمیایی انجام نمی‌شود و ماهیت ماده تغییر نمی‌کند.

از انواع تغییر‌های فیزیکی می‌توان به فرآیندهایی چون تبخیر، ذوب، میعان، تصعید، تغییر اندازه، تغییر رنگ حاصل از مخلوط شدن دو رنگ، جداسازی اجزای مخلوط، انحلال ترکیبات مولکولی و ... اشاره کرد. برای مثال پس از انجام چند تغییر فیزیکی روی آب باید قادر باشیم بگوییم محصول نهایی همچنان آب است. در تصویر زیر، ذوب شدن یک تکه یخ را مشاهده می‌کنید. قبل و پس از انجام این تغییر، ماده مورد نظر همچنان آب است.

همچنین، تغییرات فیزیکی برگشت‌پذیر هستند. برای مثال، آب ذوب شده را می‌توان دوباره با سرد کردن به یخ تبدیل کرد و در این فرآیند نیز هیچ واکنش شیمیایی انجام نمی‌شود.

تغییر شیمیایی

برای اینکه بدانمیم شیمی چیست، باید بدانیم مفهوم تغییر شیمیایی چیست. تغییر شیمیایی زمانی اتفاق می‌افتد که پیوندهای شیمیاییی بین مولکول‌ها یا اتم‌ها شکسته شود و پیوندهای جدیدی تشکیل شود. به تعریف دیگر، تغییر شیمیایی تغییری است که با انجام یک واکنش شیمیایی همراه باشد. تغییر شیمیایی همواره با یک تغییر ساختاری مانند تغییر رنگ، تغییر بو یا مزه، تغییر نقطه ذوب و جوش و ... همراه است.

تغییرهای شیمیایی معمولا برگشت‌پذیر نیستند و باید یک تغییر شیمیایی دیگر صورت پذیرد تا دوباره به ماده اولیه دسترسی پیدا کنیم. یکی از مثال‌های خوب تغییر شیمیایی، واکنش سوختن شمع است. سوختن شمع در واقع باعث تولید مواد شیمیایی جدیدی می‌شود. در این فرآیند،‌ کربن دی اکسید و بخار آب تولید شده از محیط واکنش خارج شده و وارد هوای اطراف می‌شود. این واکنش به دلیل خارج شدن فرآورده‌ها از محیط واکنش، نمی‌تواند در جهت عکس انجام شود.

تغییر شیمیایی معمولا با یکی از نشانه‌های زیر همراه است.

• تغییر دما
• آزاد شدن انرژی به شکل نور
• تغییر رنگ غیرمنتظره
• تولید کف یا حباب
• تغییر بو یا مزه
• تشکیل جامدی جدیدی از ترکیب دو مایع

اتم

اتم یکی از کوچکترین مواد تشکیل‌دهنده ماده است. درواقع، تمامی مواد از اتم‌ها تشکیل شده‌اند. در گذشته تصور می‌شد که اتم کوچک‌ترین ذره سازنده ماده است. امروزه می‌دانیم که اتم‌ها از ذرات کوچک‌تری به نام پروتون‌ها، نوترون‌ها و الکترون‌ها تشکیل شده‌اند.

اتم‌ها به یکدیگر متصل شده و مولکول‌ها را تشکیل می‌دهند. مولکول‌ها در کنار یکدیگر اجزای بزرگ‌تری را تشکیل می‌دهند که به نام ماده می‌شناسیم. هر اتم از پروتون و نوترون در هسته تشکیل شده است. پروتون بار مثبت دارد و نوترون خنثی است. همچنین، تعداد مشخصی الکترون در اطراف هسته اتم در فضاها و فواصل مشخصی به حالت ابری حرکت می‌کنند. الکترون‌ها بار الکتریکی منفی دارند.

برای مثال، ماده آب از مولکول‌های آب تشکیل شده است. هر مولکول آب نیز از یک اتم اکسیژن متصل به دو اتم هیدروژن تشکیل شده است. هر اتم از تعداد مشخصی پروتون، نوترون و الکترون تشکیل شده است. در واقع، هر اتم تعداد مشخص و منحصر به فردی الکترون، پروتون و نوترون دارد. به تعداد پروتون‌های هر اتم عدد اتمی گفته می‌شود. به جمع تعداد پروتون و نروتون هر اتم عدد جرمی گفته می‌شود. در اتم‌های خنثی، تعداد الکترون‌ها و پروتون‌ها باید برابر باشد تا اتم از نظر بار الکتریکی خنثی باشد.

در اواخر قرن اخیر، مطالعات انجام شده روی اتم نشان داده است که اتم از ذرات ریز‌تری تشکیل شده است که الکترون، پروتون و نوترون نام دارد. همچنین این ذرات نیز خود از ذرات کوچک‌تری مانند کوارک‌ها تشکیل شده‌اند. به ذرات کوچک‌تر از واحد اتم، ذرات زیراتمی گفته می‌شود. پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی بیشتر با این ذرات، مطلب ذرات زیراتمی مجله فرادرس را مطالعه کنید که به توضیح و دسته‌بندی این ذرات پرداخته است. لینک این مطلب در ادامه آورده شده است.

یون

یون، اتمی است که الکترون دریافت کرده یا از دست داده است. در قسمت قبلی با اتم‌ها آشنا شدیم و اموختیم نقش آن‌ها ر شیمی چیست. در اتم‌ها، تعداد پروتون‌ها و الکترون‌ها برابر است و به هیمن علت، اتم‌ها از نظر الکتریکی خنث یهستند. اتم‌ها می‌توانند الکترون های لایه‌های الکمترونی بیرونی خود را از دست بدهند و یون مثبت (کاتیون) تولید کنند. همچنین ابرخی از اتم‌ها می‌توانند در لایه های الکترونی بیرونی خود الکترون در یافت گنند و یون منفی (آنیون ) تولید کنند. برخ یاز اتم‌ها تنها می‌توانند یک الکترون بگیرند یا از دست بدهند.

برای مثال، اتم‌هالوژن‌ها با دریافت یک الکترون، آنیون تولید می‌کنند و اتم فلزات قلیاییی (گروه اول جدول تناوبی) با از دست دادنیک الکترون به آرایش الکترونی گاز نجیب قبل از خود رسیده و کاتیون یک بار مثبت تویلد می‌کنند.

برخی از مواد می‌توانند بیش از یک الکترون بگیرند یا از دست بدهند. برای مثال، اتم گروه فلزات قیلیایی خاکی می‌توانند دو الکترون از دست داده و کاتیون دو با رمثبت تولید کنند . اتم‌های ی مانند اکسیژن و گوگرد با دریافت دو الکترون آنیون دو بار منفی تولید کنند.

در جدول زیر،‌یون‌های رایج جدول تناوبی مشخص شده است.

مولکول

مولکول یکی از کوچک‌ترین اجزای ماده است که ویژگی‌های شیمیایی مواد را تعیین می‌کند. مولکول‌ها از اجتماع دو یا چند اتم تشکیل می‌شوند. ین اتم‌ها به وسیله پیوندهای شیمیایی به هم متصل می‌شوند. برای مثال، مولکول آب با فرمول ($$H_2O$$) از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن تشکیل شده است. مولکول اوزون از سه اتم اکسیژن و مولکول اکسیژن از دو اتم اکسیژن تشکیل شده است.

جدول تناوبی عناصر

جدول تناوبی عناصر، جدولی است که در آن عنصر‌ها بر اساس خواص و ویژگی‌های شیمیایی در گروه‌ها و ردیف‌هایی بر اساس افزایش عدد اتمی مرتب شده اند. در قرن ۱۹ میلادی، بسیاری از عناصری که امروز می‌شناسیم کشف شده بودند و دانشمندان متوجه شده بودند که بسیاری از عناصر خواصی مشابه و گروهی دارند. برای مثال، کلر، برم و ید با مواد دیگر مانند سدیم واکنش می‌دهند و ترکیبات مشابهی تولید می‌کنند. در سال ۱۸۶۴، ژولیاس میر (Julius Meyer) که یک دانشمند آلمانی بود، عناصر کشف شده را بر اساس جرم اتمی و خواص شیمیایی آن‌ها مرتب کرد.

در همان دهه نیز دیمیتری مندلیف (Dmitri Ivanovich Mendeleev) که یک شیمی‌دان روسی بود، تمامی عناصر شناخته شده را بر اساس ویژگی‌های مشابهشان دسته بندی کرد. او برخی از جاهای جدول را که عقیده داشت عناصر آن‌ها هنوز کشف نشده است، خالی گذاشت و برخی از پیش‌بینی‌ها را برای ویژگی‌های عناصر کشف نشده انجام داد.

در آینده که این عناصر کشف شدند، این عناصر شباهت زیادی به پیش‌بینی‌های مندلیف داشتند و به همین علت، این دسته‌بندی عناصر به یکی از محبوب‌ترین جدول‌های عناصر تبدیل شد. به دلیل اینکه برخی از خواص عناصر در این جدول به شکل دوره‌ای و متناوب در طول جدول تکرار می‌شود، این جدول به جدول تناوبی عناصر مشهور شد. در این جدول، عناصر بر اساس افزایش عدد اتمی مرتب شده‌اند. این جدول شامل ۱۸ گروه و ۷ ردیف است.

مول

یک مول شامل $$6.022×10^{23}$$ ذره است. شیمیدان ها از عبارت مول برای مشخص کردن تعداد و شمردن تعداد مشخصی از کیفیت‌های شیمی مانند مولکول، اتم یا ... استفاده می‌کنند.

مول واحد شمارش است. یک مول از هر چیزی تعداد $$6.022×10^{23}$$ ذره از آن است. برای مثال، یک مول تخم مرغ شامل $$6.022×10^{23}$$ تخم‌مرغ است. به عدد $$6.022×10^{23}$$ عدد آووگادرو گفته می‌شود. آووگادرو یک دانشمند ایتالیایی در قرن ۱۹ بود که برای اولین بار رابطه بین حجم گازها و تعداد ذراتی که در حجم آن‌ها وجود دارد را کشف کرد.

واکنش شیمیایی

واکنش شیمیایی در واقع فرآیند تبدیل مواد به موادی جدید طی برهمکنش آن‌ها با یکدیگر است. در واکنش‌های شیمیایی، پیوند شیمیایی بین مواد مختلف از بین رفته و پیوند‌های جدیدی برای تولید مواد جدید تشکیل می‌شود. همچنین، انرژی همواره در واکنش‌های شیمیایی همراه خواهد بود و به شکلی آزاد یا دریافت می‌شود. با شناخت واکنش شیمیایی راحت‌تر می‌توانیم بفهمیم شیمی چیست.

واکنش‌های شیمیایی را از لحاظ انرژی به دو دسته گرماده و گرماگیر تقسیم می‌کنند. واکنش گرماده واکنشی است که در آن گرما همراه فرآورده‌های واکنش آزاد می‌شود و واکنش گرماگیر واکنشی است که طی آن گرما برای انجام واکنش جذب می‌شود.

همچنین دسته بندی‌های دیگری نیز برای انواع واکنش‌های شیمیایی وجود دارد. یکی از مهم‌ترین این دسته‌بندی‌ها، بر اساس نوع واکنش و نوع فرآورده تولید شده است که به چند دسته‌بندی کلی زیر تقسیم می‌شود.

• واکنش اسید و باز (خنثی شدن)
• واکنش اکسایش و کاهش
• واکنش جا‌به‌جایی (یگانه و دوگانه)
• واکنش سوختن
• واکنش تجزیه
• واکنش ترکیب (سنتز)

در ادامه می‌آموزیم مفهوم هریک از این واکنش‌ها در شیمی چیست.

واکنش تجزیه

واکنش تجزیه واکنشی است که در آن یک ماده به اجزای کوچک‌تر تجزیه می‌شود. برای مثال تجزیه کربنیک اسید به آب و کربن دی اکسید از این نوع است.

$$H_2CO_3 (aq) \rightarrow CO_2 (g) + H_2O (l)$$

بیشتر واکنش‌های تجزیه با دریافت انرژی به شکل گرما یا الکتریسیته همراه هستند. فرم کلی این واکنش‌ها به شکل زیر است.

$$AB \rightarrow A + B$$

واکنش سوختن

واکنش سوختن واکنشی است که در آن یک ماده با اکسیژن وارد واکنش می‌شود و انرژی را به شکل نور و گرما آزاد می‌کند. فرآورده واکنش سوختن به ماده واکنش‌دهنده بستگی دارد. اگر ماده سوختنی واکنش‌دهنده شامل کربن باشد، فرآورده‌های واکنش کربن دی اسید خواهند بود. اگر ماده واکنش‌دهنده شامل اتم هیدروژن باشد، فرآورده واکنش سوختن به شکل آب خواهد بود. اگر ماده در حال سوختن شامل گوگرد باشد، فرآورده واکنش اکسید گوگرد خواهد بود.

برای مثال، واکنش سوختن گاز شهری متان که با نور و گرمای قابل توجهی همراه است، به شکل زیر است.

$$CH_4 (g) + 2 O_2 (g) \rightarrow CO_2 (g) + 2 H_2O (g)$$

واکنش جابه‌جایی

واکنش جابه‌جایی (جانشینی) واکنشی است که جای یکی از اتم‌های مولکول‌های واکنش‌دهنده با یک ماده دیگر جابه‌جا می‌شود. این نوع واکنش‌ها می‌توانند از نوع جابه‌جایی یگانه یا دوگانه باشند. فرم کلی این واکنش‌ها به شکل زیر است.

$$AB + C \rightarrow CB + A$$

$$AB + CD \rightarrow AD + CB$$

یکی از مثال‌های واکنش جابه‌جایی یگانه، واکنش فلز نقره با مس در محلول نیترات است. این واکنش که در آن جای فلز مس و نقره در ترکیب نیترات تعویض می‌شود، به شکل زیر است.

$$2 AgNO_3 (aq) + Cu (s) \rightarrow Cu(NO_3)_2 (aq) + 2 Ag (s)$$

یکی از مثال‌های واکنش جابه‌جایی دوگانه، تشکیل رسوب سرب یدید از واکنش پتاسیم یدید و سرب نیترات است. معادله این واکنش به شکل زیر است.

$$Pb(NO_3)_2 (aq) + 2 KI (aq) \rightarrow PbI_2 (s) + 2 KNO_3 (aq)$$

واکنش ترکیب

واکنش ترکیب یا سنتز واکنشی است که در آن دو یا چند ماده با یکدیگر ترکیب می‌شوند تا یک ماده جدید تشکیل شود. فرم کلی این واکنش به شکل زیر است.

$$A + B \rightarrow AB$$

واکنش‌های تولید اکسید از واکنش مواد مختلف با اکسیژن یکی از انواع واکنش ترکیب است. همچنین واکنش تولید اکسید به همراه آب نیز یکی از واکنش‌های ترکیب است. واکنش‌های زیر، مثال‌هایی از واکنش ترکیب هستند.

$$2 Mg (s) + O_2 (g) \rightarrow 2 MgO (s)$$

$$CaO (s) + H_2O (l) \rightarrow Ca(OH)_2 (aq)$$

$$H_2O (l) + SO_3 (g) \rightarrow H_2SO_4 (aq)$$

واکنش خنثی شدن

واکنش خنثی شدن واکنشی است که بین یک اسید و باز صورت می‌گیرد. این واکنش‌ها شامل فرآورده‌های نمک اسید و باز و آب هستند. به دلیلی اینکه فرآورده‌های این واکنش‌ها از نظر اسیدیته خنثی هستند به این واکنش‌ها واکنش خنثی شدن نیز گفته می‌شود. یکی از مثال‌های واکنش خنثی شدن را در ادامه مشاهده می‌کنید.

$$HBr (aq) + NaOH (aq) \rightarrow H_2O (l) + NaBr (aq)$$

واکنش اکسایش و کاهش

واکنش اکسایش و کاهش واکنشی است که در آن الکترون بین دو ماده جابه‌جا می‌شود. واکنش‌های اکسایش و کاهش به طور کلی به واکنش‌هایی گفته می‌شود که در آن‌ها یکی از مواد الکترون می‌گیرد و دیگری الکترون از دست می‌دهد. واکنش‌های اکسایش کاهش در بسیاری از پدیده‌ها نقش دارند. واکنش‌هایی مانند فتوسنتز، تنفس نوری، خوردگی و سوختن همگی واکنش‌های اکسایش و کاهش هستند.

در این واکنش‌ها، ماده‌ای که الکترون دریافت می‌کند، با نام اکسنده شناخته شده و خود کاهش می‌یابد. ماده‌ای که الکترون خود را از دست می‌دهد با نام کاهنده شناخته شده و خود اکسید می‌شود. در واقع به فرآیند از دست دادن الکترون اکسید شدن و به گرفتن الکترون، کاهش گفته می‌شود. چند مثال از واکنش‌های اکسایش و کاهش را در ادامه مشاهده می‌کنید.

$$Zn + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2$$

$$Fe_2O_3 (s) + 2 Al (s) \rightarrow Al_2O_3 (s) + 2 Fe (l)$$

$$2 H_2O_2 (aq) \rightarrow 2 H_2O (l) + O_2 (g)$$

معادله واکنش شیمیایی

معادله واکنش شیمیایی، معادله‌ای شامل نام مواد شرکت‌کننده در واکنش است که روند واکنش و فرآورده‌های واکنش را مشخص می‌کند. واکنش‌های شیمیایی و برهمکنش مواد با یکدیگر در مقیاس میکروسکوپی یکی از مهم‌ترین جنبه‌های علم شیمی و بررسی مواد است. برای بررسی درست مواد و گزارش درست نتیجه‌گیری‌ها از مجموعه‌ای از نمادها استفاده می‌شود.

این نماد‌ها که ابتدا و انتهای یک واکنش شیمیایی را مشخص می‌کنند از چند قسمت تشکیل شده‌اند. این قسمت‌ها، واکنش‌دهنده‌ها، فرآورده‌ها، جهت واکنش، شرایط واکنش و فاز مواد شرکت‌کننده در واکنش است. در ادامه هر یک از این موارد توضیح داده شده‌اند.

واکنش دهنده ها

واکنش‌دهنده‌های واکنش موادی هستند که واکنش با آن‌ها آغاز شده است. در یک معادله واکنش شیمیایی نماد شیمیایی مواد واکنش‌دهنده در سمت چپ نوشته می‌شود و بین آن‌ها علامت «+» قرار می‌گیرد.

فرآورده ها

فرآورده‌های واکنش شیمیایی موادی هستند که پس از انجام شدن واکنش شیمیایی بر جای می‌مانند. این مواد در سمت راست معادله واکنش شیمیایی و با نماد شیمیایی مواد مشخص می‌شوند.

جهت (فلش)

جهت واکنش که با فلشی نمایش داده می‌‌شود، نشان دهنده مسیر انجام واکنش است. این جهت معمولا چپ به راست است و در سمت چپ آن واکنش‌دهنده و در سمت راست آن فرآورده قرار می‌گیرد. همچنین، فلش واکنش می‌توان به صورت رفت و برگشتی نیز برای واکنش‌های رفت و برگشتی یا تعادلی نوشته شود.

شرایط واکنش

شرایط واکنش شرایط خاصی هستند که برای انجام شدن واکنش باید در نظر گرفته شود. برای مثال اگر واکنش باید در دما و فشار خاصی یا با حضور کاتالیزگر یا گرمایی اضافی انجام شود، این شرایط در بالای فلش واکنش نمایش داده می‌شود.

حالات ماده

حالات مواد واکنش‌دهنده و فرآورده را می‌توان جلوی هر ماده و در پرانتزی مشخص کرد. علامت (s) برای حالت ماده جامد، علامت (g) برای نشان‌دادن حالت ماده گاز، حالت (l) برای نشان دادن حالت ماده مایع و علامت (aq) برای نشان دادن حالت ماده محلول در آب نمایش داده می‌شود.

برای مثال، واکنش زیر واکنش هیدروژن و اکسیژن برای تولید بخار آب است. در این معادله واکنش هیدروژن و اکسیژن گازی (g) واکنش‌دهنده (Reactants) هستند و آب در حالت گاز فرآورده (Products) است.

$$\underbrace{{\mathrm H}_2\;(g)\;+{\mathrm O}_2\;(g)}_\text{Reactants}\rightarrow\underbrace{{\mathrm H}_2\mathrm O\;(g)}_\text{Product}$$

پیوند شیمیایی

پیوند شیمیایی به شیوه اتصال اتم‌ها در مولکول‌ها و مولکول‌ها در ترکیب‌ها گفته می‌شود. پیوند شیمیایی یکی از اساسی‌ترین و پایه‌ای‌ترین مفاهیم شیمی است که بدون آن توضیح بسیاری از پدیده‌های شیمیایی ممکن نبود. پیوندهای شیمیایی نیروهایی هستند که اتم‌ها را در مولکول‌ها و ترکیب‌های شیمیایی نزدیک به یکدیگر نگه می‌دارند و آن‌ها را به هم متصل می‌کنند.

پیوندهای شیمیایی با انتقالات اکترون در لایه‌های الکترونی مواد درگیر در پیوند مرتبط است. الکترون‌ها می‌توانند بین اتم‌ها به اشتراک گذاشته شوند یا کاملا بین اتم‌ها جابه‌جا شوند. بنابراین انتقالات، پیوند‌های شیمیایی به چند دسته تقسیم می‌شوند.

در ادامه هر یک از این پیوندها را به اختصار توضیح می‌دهیم.

پیوند یونی

پیوند یونی، پیوند شیمیایی بین یون‌ها در یک ترکیب یونی است. یون‌ها موادی هستند که حاصل از از دست دادن یا گرفتن الکترون اضافی توسط اتم‌ها هستند. یون‌های منفی (آنیون) حاصل از دریافت الکترون توسط اتم‌ها هستند. یون‌های مثبت (کاتیون) حاصل از از دست دادن الکترون توسط اتم‌ها هستند. در نتیجه یون‌های منفی و یون‌های مثبت می‌توانند الکترون را به اشتراک گذاشته و اتم خنثی تشکیل بدهند. اختلاف الکترونگاتیوی نیز یکی از مواردی است که تعیین کننده قدرت پیوند شیمیایی و نوع پیوند شیمیایی است. در پیوندهای یونی اختلاف الکترونگاتیوی بیشترین حد خود می‌رسد.

پیوند شیمیایی موجود در موادی مانند سدیم کلرید، کلسیم فلوئورید و منیزیم اکسید که حاصل از اتصال یون‌ها به یکدیگر است، از نوع پیوند یونی است.

پیوند کووالانسی

پیوند کووالانسی نوعی از پیوند است که در آن الکترون‌ها بین اتم‌ها به اشتراک گذاشته می‌شوند. این به اشتراک گذاری الکترون بین اتم‌ها برای رسیدن آن‌ها به آرایش الکترونی اوکتت (گاز نجیب) است. این بدین معنی است که این اتم‌ها با به اشتراک گذاشتن الکترون، به آرایش الکترونی پایداری خواهند رسید. به همین علت است که وجود ترکیب‌های شیمیایی پایدار خیلی بیشتر از اتم‌ها به حالت تکی است.

ترکیباتی مانند کربن دی اکسید و آب موادی با پیوند‌های کووالانسی هستند. پیوند کووالانسی به دو دسته قطبی و ناقطبی تقسیم می‌شود. پیوند کووالانسی قطبی برای مواردی استفاده می‌شود ک اختلاف الکترونگاتیوی بین اتم‌های دو سر پیوند به اندازه‌ای زیاد باشد که یکی از اتم‌ها، الکترون‌های پیوند را بیشتر از اتم دیگر به سمت خود بکشد و مقداری بار جزئی منفی بگیرد و اتم دیگر مقداری مثبت شود. بدین ترتیب یک قطب منفی و یک قطبی مثبت به دست می‌آید. برای مثال، پیوند شیمیایی بین اتم‌های اکسیژن و هیدروژن در مولکول آب قطبی است.

پیوند کووالانسی ناقطبی برای مولکول‌هایی با یک نوع اتم یا مولکول‌هایی استفاده می‌شود که اختلاف الکترونگاتیوی بین دو اتم دو سر پیوند زیاد نیست و هردو به یک میزان الکترون را به اشتراک می‌گذارند. برای مثال پیوند کووالانسی بین دو اتم کلر در مولکول دو اتم یجور هسته کلر از نوع کووالانسی ناقطبی است.

پیوند فلزی

پیوند فلزی، پیوندی است که در مواد فلزی، اتم‌ها را به هم متصل نگاه می‌دارد. اتم مواد فلزی ساختاری بسیار فشرده دارند و الکترون‌های لایه خارجی و الکترون‌های لایه ظرفیت این اتم‌ها با یکدیگر همپوشانی می‌کنند. در نتیجه، الکترون‌های لایه ظرفیت این اتم‌ها می‌توانند به راحتی از اتمی به اتم دیگر منتقل شوند و به اتم خاصی تعلق نداشته باشند. درواقع پیوندهای فلزی یکی از کلیدهای رسانایی الکتریکی در این مواد هستند.

پیوند هیدروژنی

پیوند هیدروژنی پیوندی است که بین اتم هیدروژن و یک اتم الکترونگاتیوتر به وجود می‌آید. با وجود اینکه این پیوند، پیوندی یونی یا کووالانسی نیست اما از برهمکنش‌های دوقطبی دو قطبی بین مولکول‌ها به شمار می‌رود. در این پیوند، اتم هیدروژنی که به یک اتم الکترونگاتیو دیگر با پیوند کووالانسی متصل شده است، بار جزئی مثبت دارد. در نتیجه با نزدیک شدن این اتم به اتم الکترونگاتیو دیگری از یک مولکول دیگر، پیوند هیدروژنی این مولکول‌ها را به هم متصل نگه می‌دارد. پیوند هیدروژنی از پیوندهای بین مولکولی و ضعیف به شمار می‌رود. این نوع پیوند بین مولکول‌های آب و یخ دیده می‌شود.

پیوند واندروالسی

پیوند واندروالسی ضعیف‌ترین نوع پیوند است که بین مولکول‌های خنثی وجود دارد. این برهمکنش الکترواستاتیک نیرویی است که مولکول‌ها را در ترکیب‌های مختلف کنار یکدیگر نگه می‌دارد. پیوند هیدروژنی نیز می‌تواند به نوعی پیوند واندروالسی در نظر گرفته شود. از دیگر پیوندهای واندرووالسی می‌توان به نیروی پراکندگی لاندن و نیروهای دوقطبی - دوقطبی اشاره کرد.

انرژی

در قست‌های قبلی آموختیم شیمی چیست. شیمی علمی است که برهمکنش بین ماده و انرژی را بررسی می‌کند. همانطور که هر چیزی که اطراف ما است از ماده تشکیل شده است، انرژی نیز جزء جدانشدنی ماده است. به انرژی موجود در پیوند‌های شیمیایی مواد، انرژی شیمیایی می‌گویند.

انرژی در واقع توانایی انجام کار است. این انرژی می‌تواند از نوع پتانسیل یا جنبشی باشد. مواد نیز در مقیاس مولکولی و اتمی دارای انرژی هستند. پیوندهای شیمیایی دارای انرژی پتانسیل هستند، اتم‌ها در هسته دارای انرژی هسته‌ای هستند و بین الکترون‌های اتم‌ها نیروهای الکترواستاتیک وجود دارد. همچنین، می‌توان از انرژی پتانسیل بین پیوندهای مواد در تولید سایر انرژی‌ها استفاده کرد.

انرژی آزاد شده یا دریافت شده توسط واکش‌های شیمیایی اغلب به شکل نور و گرما دیده می‌شود. از انرژی گرمایی آزاد شده از واکنش‌های شیمیایی می‌توان برای گرمایش غذا، محیط، آب یا حتی تولید برق استفاده کرد. سیستم‌های شیمیایی می‌توانند هم انرژی سینتیکی و هم انرژی پتانسیل داشته باشند.

قوانین شیمی

قوانین شیمی قوانینی طبیعی هستند که به شیمی مربوطند. یکی از روش‌های دانستن اینکه شیمی چیست، آشنایی با قوانین آن است. یکی از پایه ای‌ترین قوانینی که در شیمی استفاده می‌شود، قانون پایستگی جرم است. این قانون بیان می‌کند که در واکنش‌های شیمیایی تغییری در جرم کلی مواد در دو سمت واکنش اتفاق نمی‌افتد. فیزیک مدرن بیان می‌کند که در واقع در واکنش‌های شیمیایی انرژی پایدار است و مقدار آن قبل و بعد واکنش تغییری نمی‌کند و جرم و انرژی با هم مرتبط هستند. این قانون در شیمی هسته‌ای بسیار مهم است و در سایر مباحث به مفاهیم مهمی در تعادل شیمیایی، ترمودینامیک و سینتیک اشاره می‌کند.

قوانین دیگری نیز در شیمی وجود دارند که با استفاده از آن‌ها می‌توان به ویژگی‌های مواد پی‌برد و رفتار آن‌ها را در واکنش‌های شیمیایی پیش‌بینی و بررسی کرد. در ادامه برخی از این قوانین نام برده‌ شده‌اند.

• قانون بویل
• قانون شارل
• قانون دالتون
• قانون نسبت های چندگانه
• قانون لوشاتلیه
• و ...

تعادل شیمیایی

تعادل در تمامی علوم مطرح می‌شود. در ادامه، بررسی می‌کنیم تعادل در شیمی چیست. تعادل شیمیایی به یک سیستم گفته می شود که در آن سرعت واکنش در جهت رفت با سرعت واکنش در جهت برگشت برابر باشد. تعادل شیمیایی می‌تواند در هر صورتی به دست آید. واکنش می‌تواند با تمام واکنش‌دهنده و بدون فرآورده، یا با تمام فرآورده و بدون واکنش‌دهنده، یا با کمی از هردو در نهایت به تعادل برسد. تعادل شیمیایی یک فرآیند پویا است. در تعادل شیمیایی، واکنش شیمیایی از حرکت نمی‌ایستد و واکنش‌های رفت و برگشت به شکلی مداوم و با سرعت برابر در حال انجام هستند.

به دلیل برابر بودن سرعت واکنش رفت و برگشت، هیچ تغییری در غلظت واکنش‌دهنده‌ها و فرآورده‌ها ایجاد نمی‌شود و به همین علت می‌توان گفت که واکنش به تعادل رسیده است. برای به تعادل رسیدن سیستم یک واکنش شیمیایی، سیستم باید بسته باشد و هیچ ماده‌ای از محیط واکنش خارج نشود. همچنین، سرعت واکنش رفت و برگشت برابر باشد.

رشته‌های دانشگاهی شیمی

در قسمت‌های قبل آموختید علم شیمی چیست. علم شیمی مانند سایر علوم دیگر یکی از علومی است که در زیرشاخه‌های مختلف در مقاطع دانشگاهی و تحصیلات عالی به آن‌ها پرداخته شده است. همانطور که در قسمت‌های قبل اشاره کردیم، شیمی پنج زیرشاخه اصلی شامل شیمی آلی، شیمی فیزیک، شیمی معدنی، شیمی تجزیه و بیوشیمی را دارد. این زیرشاخه‌ها خود دارای زمینه‌ای مختلفی هستند و همچنین این زیرشاخه‌ها و زمینه‌ها در برخی از موارد با یکدیگر همپوشانی دارند.

در ایران می‌توان در رشته‌های شیمی آلی، شیمی معدنی، شیمی تجزیه، شیمی فیزیک، شیمی دارویی، بیوشیمی، دبیری شیمی، شیمی پلیمر، شیمی محض یا کاربردی، مهندسی شیمی و فیتو شیمی تحصیل کرد. در ادامه، رشته‌های شیمی را که امروزه در دسترس دانشجویان دنیا قرار دارد نام می‌بریم.

• آگروشیمی: این شاخه از شیمی با نام شیمی کشاورزی نیز شناخته می‌شود و با کاربرد شیمی در تولیدات کشاورزی، فرآیندهای غذایی و اصلاحات زیست محیطی سروکار دارد.
• شیمی تجزیه: این رشته شیمی شامل مطالعه خواص مواد و استفاده و بهبود وسیله‌ها و روش‌ها برای آنالیز مواد است.
• شیمی فضایی: شیمی فضایی مطالعه ساختار شیمیایی و واکنش‌های شیمیایی مواد و مولکول‌های موجود در ستاره‌ها و اجرام آسمانی است. همچنین، برهمکنش این مواد با هم و برهمکنش آن‌ها با امواج نیز بررسی می‌شود.
• بیوشیمی: بیوشیمی شاخه‌ای از شیمی است که با واکنش‌ها و مواد شیمیایی موجود در ارگانیسم‌های زنده سروکار دارد.
• مهندسی شیمی: مهندسی شیمی شامل کاربرد‌های عملی شیمی برای حل مسائل مختلف در صنعت‌ها است.
• تاریخ شیمی: تاریخ شیمی یک شاخه از شیمی است که رابطه تاریخ و شیمی را بررسی می‌کند و رد پای تکامل شیمی به عنوان علم را در گذر زمان دنبال می‌کند.
• شیمی ترکیبات خوشه ای: این شاخه از شیمی به مطالهه ترکیبات خوشه‌ای می‌پردازد که اندازه‌ای بین اتم‌های تک و ترکیبات جامد توده‌ای بزرگ دارند.
• شیمی ترکیبی: این شاخه از شیمی شامل شبیه‌سازی کامپیوتری مولکول‌ها و مواد شیمیایی و واکنش‌های بین آن‌ها است.
• الکتروشیمی: الکتروشیمی شاخه ای از شیمی است که شامل مطالعه واکنش‌های شیمیایی در محلول‌ها و در سطح بین رساناهای یوتی و رساناهای الکتریکی است. الکتروشیمی ممکن است به عنوان مطالعه انتقال الکترون مخصوصا در محلول الکترولیت اشاره داشته باشد.
• شیمی محیط زیست: شیمی محیط زیست، شیمی است که با شیمی و ترکیبات خاک، هوا و آب و اثر انسان‌ها بر این ترکیبات تاکید دارد.
• شیمی مواد غذایی: شیمی مواد غذایی شاخه‌ای از شیمی است که با فرآیندهای موجود در تمامی جنبه‌های مواد غذایی سروکار دارد. بسیاری از جنبه‌های شیمیایی مواد غذایی بر پایه بیوشیمی بنا شده است اما با سایر شاخه‌های شیمی نیز ارتباط دارد.
• شیمی عمومی: شیمی عمومی ساختار ماده و واکنش و برهمکنش بین ماده و انرژی را بررسی می‌کند. این شاخه از شیمی یکی از پایه‌های سایر شاخه‌های شیمی است.
• ژئو شیمی: ژئوشیمی یا شیمی زمین، مطالعه ساختار و ترکیب شیمیایی و فرآیند‌های شیمیایی مربوط به زمین و سایر سیارات است.
• شیمی سبز: شیمی سبز مربوط به فرآیند‌ها و فرآورده‌هایی است که میزان مواد آسیب‌زا را حذف می‌کنند یا به حداقل می‌رسانند.
• شیمی معدنی:‌ شیمی معدنی یکی از شاخه‌های اصلی شیمی است که به ساختار و برهمکنش بین مواد معدنی (غیرآلی) می‌پردازد.
• سینتیک: سینتیک شاخه‌ای از شیمی است که به بررسی واکنش‌های شیمیایی از لحاظ سرعت آن‌ها می‌پردازد. همچنین، موارد مرتبط و اثر گذار بر سرعت واکنش‌های شیمیایی نیز در این شاخه بررسی می‌شود.
• شیمی دارویی: شیمی دارویی شیمی است که با ساختار شیمیایی و برهمکنش‌های مواد دارویی و ساخت دارو‌ها سروکار دارد.
• نانوشیمی: نانوشیمی با ساختار‌ها و رفتار مواد در مقیاس نانو سروکار دارد.
• شیمی هسته‌ای: شیمی هسته ای شاخه‌ای از شیمی است که به بررسی واکنش‌های هسته‌ای و ساختار هسته اتم‌ها و ایزوتوپ‌ها می‌پردازد.
• شیمی آلی:‌ شیمی آلی یکی از شاخه‌های اصلی شیمی است که به بررسی ویژگی‌ها، ساختار، واکنش‌ها و کاربرد و بهبود مواد آلی می‌پردازد. مواد آلی موادی هستند که عمده ساختار مولکول آن‌ها از کربن و هیدروژن تشکیل شده است.
• فتوشیمی: فتوشیمی یا شیمی نور به بررسی برهمکنش نور به شکل موج و ماده تاکید دارد.
• شیمی فیزیک:‌ شیمی فیزیک نیز یکی از شاخه‌های اصلی شیمی است که از قوانین فیزیک برای بررسی پدیده‌های شیمی استفاده می‌کند. مکانیک کوانتومی و ترمودینامیک از نمونه های مباحث ارائه شده در شیمی فیزیک هستند.
• شیمی پلیمر: شیمی پلیمر شیمی بررسی مواد در مقیاس ماکرومولکولی است. این شاخه از شیمی ساختار و واکنش‌های مواد ماکرومولکولی و روش‌های جدید برای سنتز آن‌ها را بررسی می‌کند.
• شیمی حالت جامد: شیمی حالت جامد یکی از شاخه‌های شیمی است که روی ساختار، ویژگی‌ها و فرآیندهای شیمیایی که در فاز جامد ماده اتفاق می‌افتد، تمرکز دارد. بیشترین تمرکز شیمی حالت جامد، بر سنتز و تولید و شناسایی مواد جامد جدید است.
• طیف سنجی: طیف سنجی (اسپکتروسکوپی) برهمکنش بین ماده و امواج الکترومغناطیسی را بررسی می‌کند. طیف سنجی بیشتر برای شناسایی و پیداکردن مواد شیمیایی بر اساس طیف‌های الکترومغناطیسی رسم شده آن‌ها است.
• ترموشیمی: ترموشیمی ممکن است یکی از زیرشاخه‌های شیمی فیزیک در نظر گرفته شود. ترموشیمی شامل مطالعه اثرات گرمایی روی واکنش‌های شیمیایی و انتقالات انرژی حرارتی بین فرآیندها است.
• شیمی تئوری: شیمی تئوری از شیمی و محاسبات فیزیکی برای پیش‌بینی و توضیح درباره پدیده‌های شیمیایی بهره می‌برد.

ارتباط شیمی و صنایع شیمیایی

صنایع شیمیایی به صنایعی گفته‌ می‌شود که کار آن‌ها تولید مواد شیمیایی مختلف است. این مواد شیمیایی می‌تواند مواد شیمیایی اولیه ساده مانند اسید‌ها و حلال‌ها برای استفاده در سایر صنایع باشد یا می‌تواند مواد شیمیایی نهایی برای مصرف‌کننده باشد. برای مثال، شوینده‌ها و صابون‌ها از این نوع هستند. فرآورده‌هایی که صنایع شیمیایی تولید می‌کنند می‌تواند به سه دسته کلی تقسیم شود.

• مواد شیمیایی پایه
• مواد شیمیایی تخصصی
• مواد شیمیایی مصرفی

بسیاری از دسته‌بندی‌های دیگر نیز می‌تواند برای فرآورده‌های تولید شده توسط صنایع شیمیایی به کار رود. برخی از فرآورده‌های پایه صنایع شیمیایی می‌تواند در مقیاس میلیون‌ها تن تولید شود. برخی از مواد شیمیایی تخصصی ممکن است در حد چند کیلوگرم اما با مقدار ارزش بالا تولید شود. در تصویر زیر مشاهده می‌کنید روش تقسیم‌بندی مواد در صنایع شیمی چیست.

مواد پایه

مواد شیمیایی پایه موادی هستند که از آن‌ها در سایر صنایع شیمیایی استفاده می‌شود. این مواد شامل موادی مانند مواد شیمیایی خارج شده از نفت (مواد پتروشیمیایی)، پلیمر‌ها و مواد معدنی پایه هستند. برای مثال، اتانوییک اسید برای ساخت استر که در نهایت برای ساخت رنگ استفاده می‌شود، جزو مواد شیمیایی پایه است.

مواد تخصصی

مواد شیمیایی تخصصی موادی مانند مواد حفاظت از محصولات کشاورزی مانند آفت‌کش‌ها، رنگ‌ها، جوهر‌ها، رنگ‌دانه‌ها و ... هستند. از این مواد در صنایع شیمیایی مختلف برای تولید بافت مواد، کاغذ و ... استفاده می‌شود. اخیرا در این نوع از محصولات صنایع شیمیایی هم قوانین حفاظت از محیط زیست رعایت می‌شود و هم مواد مورد نیاز صنایع مختلف جدید تولید می‌شود.

مواد مصرفی

مواد شیمیایی مصرفی موادی هستند که برای مردم عادی و برای استفاده روزانه تولید و استفاده می‌شوند. برای مثال موادی مانند شوینده‌ها، صابون‌ها، خمیر دندان و ... از این نوع مواد شیمیایی هستند.

روش علمی شیمی

برای درک بهتر اینکه شیمی چیست، باید بدانیم شیمی علمی است که بر پایه مشاهده و آزمایش بنا شده است. بررسی مباحث مربوط به علم شیمی، نیازمند تلاش برای پاسخ به پرسش‌های و توضیح مشاهدات انجام شده در حوزه‌های قوانین تئوری‌های شیمی است. در این روش استفاده از پروسه‌های تایید شده توسط جوامع علمی شیمی رایج است. روش علمی به مسیری که در آن کشفیات، به پرسش‌ها و مشاهدات و پس از آن قوانین و فرضیه و تئوری می‌انجامد گفته می‌شود.

هیچ روش تنهایی برای پاسخ به سوالات پیش آمده در مشاهدات انجام شده در بررسی علم شیمی وجود ندارد. هر مشاهده‌گری ممکن است بسته به علم خود و آزمایش‌های متفاوتی تلاش کند تا به نتیجه برسد. برخی از روش‌های پاسخ به این پرسش‌ها نیازمند تولید فرضیه، پاسخ‌های غیر‌قطعی و مشاهده برای جمع‌آوری اطلاعات برای اثباتی در فرضیه باشد. برای آزمایش فرضیه‌های اجام شده از آزمایش‌کردن، انجام محاسبات و مقایسه آزمایش‌ها با یکدیگر انجام می‌شود.

برخی از فرضیه‌ها تلاش‌هایی برای توضیح برخی از رفتار‌ها هستند که در قوانین شیمی خلاصه می‌شوند. قوانین در شیمی و سایر علوم در واقع خلاصه‌ای از مجموعه‌ای از آزمایش‌ها، مشاهدات و نتیجه‌گیری‌ها هستند. برای مثال، قوانین پایستگی ماده و انرژی و قوانین بویل و شارل در مورد گاز ایده‌آل پس از انجام آزمایشات و مشاهدات بسیار به دست آمده‌اند و امروزه با اطمینان استفاده می‌شوند.

تئوی‌های علمی، توضیح پدیده‌هایی هستند که به خوبی اثبات شده‌اند، کامل هستند و قابل اثبات هستند. تئوری‌ها به دلیل اینکه توضیحات قابل قبولی را در مورد مباحث ارائه می‌دهند، به خوبی مورد تایید واقع می‌شوند. اما اگر اطلاعات جدیدی در مورد آن‌ها به دست بیاید، می‌توانند تغییر کنند. در ادامه در تصویر زیر، مسیر روش علمی مشخص شده است.

با دانستن و شناخت روش علمی و به کار بردن صحیح آن در آزمایشات می‌توان بهتر درک کرد که علم شیمی چیست.

یادگیری شیمی دانشگاهی با فرادرس

تا اینجا آموختیم شیمی چیست و اصطلاحات آن کدامند. شیمی یکی از علوم مهم است که پس از تحصیلات متوسطه، در بسیاری از رشته‌های دانشگاهی به شکلی عمومی و تخصصی آموزش داده می‌شود. در شیمی دانشگاهی، مواردی مانند اتم و ایزوتوپ، مدل‌ها و نظریه‌های اتمی مانند نظریه شرودینگر، ساختار درونی اتم مانند لایه‌های الکترونی و واکنش‌های آلی و ساختار‌های مواد معدنی بررسی می‌شود. پیشنهاد می‌کنیم برای شناخت این مباحث و مفاهیم، به مجموعه فیلم آموزش دروس شیمی از دروس دانشگاهی تا کاربردی مراجعه کنید که با زبانی ساده ولی کاربردی به توضیح این مباحث می‌پردازد.

همچنین، با مراجعه به فیلم‌های آموزش فرادرس که لینک آن‌ها در ادامه آورده شده است، می‌توانید به آموزش‌های بیشتری در زمینه شیمی دانشگاهی دسترسی داشته باشید.

• فیلم آموزش شیمی آلی ۱ فرادرس
• فیلم آموزش شیمی فیزیک فرادرس
• فیلم آموزش شیمی معدنی ۱ فرادرس

جوامع حرفه‌ای شیمی

جوامع علمی شیمی جوامعی هستند که به تحقیق، بررسی، تولید فرصت برای پرداختن به آزمایشات و تحقیقات شیمی و رشد سازمانی در کنار شیمی‌دان‌ها هستند. در ایران، انجمن شیمی ایران یکی از جوامع علمی شیمی است که به برگزاری سخنرانی‌ها، کارگاه‌ها و ... در زمینه شیمی می‌پردازد. در ادامه این مطلب از مجله فرادرس می‌آموزیم لیست مهم‌ترین جوامع علمی دنیا در شیمی چیست.

• جامعه شیمی آمریکا
• آیوپاک (جامعه بین المللی شیمی محض و کاربردی)
• جامعه سلطنتی شیمی
• جامعه صنایع شیمیایی