شیمی (در فارسی افغانستان و فارسی تاجیکستان: کیمیا) (به فرانسوی: Chimie) شاخه‌ای از علم است که به بررسی عناصر، ترکیب‌های ساخته شده از اتم‌ها، مولکول‌ها و یون‌ها، ساختار شیمیایی، خواص و رفتار مواد و تأثیر مواد برهمدیگر و همچنین تغییراتی که یک ماده در حین انجام یک واکنش با مواد دیگر از خود نشان می‌دهد.
در نمایی کلی از علم، شیمی در جایی میان رشته فیزیک و زیست‌شناسی قرار می‌گیرند. در واقع از شیمی به‌عنوان یک دانش بنیادی یاد می‌شود؛ به این خاطر که این علم، مفاهیمی را ارائه می‌کند که درک سایر زمینه‌های علمی چه در سطح پایه و چه در سطح کاربردی ممکن می‌کند. برای مثال علم شیمی، جنبه‌های مختلفی از شیمی گیاهی «گیاه‌شناسی»، چگونگی تشکیل سنگ‌های آذرین «زمین‌شناسی»، چگونگی تشکیل ازون در اتمسفر و چگونگی تجزیه آلودگی «محیط زیست»، خواص خاک موجود روی ماه «کیهان‌شناسی»، چگونگی عملکرد داروها «داروسازی» و چگونگی جمع‌آوری دی‌ان‌ای در صحنه جرم به‌عنوان مدرک «جرم‌شناسی» را توضیح می‌دهد.
علم شیمی به موضوعاتی مانند چگونگی برهم‌کنش اتم‌ها و مولکول‌ها از طریق پیوندهای شیمیایی و تشکیل ترکیبات شیمیایی جدید می‌پردازد. چهار نوع پیوند شیمیایی وجود دارد که ترکیبات مختلف دارای حداقل یکی از آنها هستند: پیوند کووالانسی، پیوند یونی، پیوند هیدروژنی - وان‌دروالسی و پیوند فلزی.
واژه‌شناسی[ویرایش]
واژهٔ شیمی از کیمیا در زبان مصری باستان، کیمیا از واژهٔ خامه یا خَمِه به معنای زمینِ سیاه برگرفته شده‌است. پس از تسلط ایرانیان بر مصر در ۵۲۰ پیش از میلاد، این واژه به صورت کیمیا به شرق آمده‌است و پس از تسلط یونانیان در ۳۳۰ پیش از میلاد به صورت خومِیا (به یونانی: χυμεία) 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 ۱۸۳۱ توسط میرزا صالح شیرازی در یک رسالهٔ علوم طبیعی که خود وی مرقوم داشته بود به‌کار برده شد که بعدها در مدرسهٔ دارالفنون با عنوان «رسالهٔ طبیعیات» تدریس می‌گردید.
تاریخ[ویرایش]
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. همچنین از دیگر اهداف علم کیمیا، می توان به ساخت داروی جاودانگی که به آن «اکسیر» می گفتند، اشاره کرد. به همین سبب، به کیمیا، علم اکسیر نیز می گفتند. 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.[۱] کیمیاگری در بین‌النهرین، مصر باستان، ایران، هند، چین، یونان، روم، در تمدن اسلامی، و سپس در اروپا تا قرن ۱۹ – به صورت یک شبکه پیچیده از مکاتب و نظام‌های فلسفی در طول دست کم ۲۵۰۰ سال رواج داشت.[۲]
مفهوم «شیمی نوین» یا «شیمی مدرن»، نخستین بار در کتاب شیمی‌دان شکاک آورده شد. این کتاب توسط رابرت بویل در سال ۱۶۶۱ در شهر لندن انتشار یافت. رابرت بویل برای اولین بار در این کتاب میان شیمی و کیمیا تفاوت قائل و پس از آن شیمی با تلاش‌های آنتوان لاووازیه و ارائه قانون پایستگی جرم، به یک دانش تکامل‌یافته تبدیل شد.[۳]
شیمی به عنوان علم[ویرایش]
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 به‌طور 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 زمینهٔ 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 پایهٔ 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 به‌طور واقعی تنها بررسی سیستم‌های سادهٔ 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[ویرایش]
ساختار شیمیایی شامل هندسهٔ مولکولی، ساختار الکترونی و ساختار کریستالی مولکول است. هندسه مولکولی اشاره به آرایش فضایی اتم‌ها در یک مولکول و نحوهٔ چیدمان <a class="mw-redirect" title="پیوندهای