علم شیمی

شیمی (از کما ، کتاب اسرار هنر مصر، که از آن « الکیمیاء » عربی «الکیمیاء») علم طبیعی است که به بررسی ترکیب ، ساختار و خواص ماده ، اعم از عناصر ، گونه‌ها می‌پردازد. , ترکیبات , مخلوط ها یا سایر مواد و تغییراتی که در طی واکنش ها متحمل می شوند و رابطه آنها با انرژی شیمیایی . [2]او همچنین ارتباط آنها را از طریق پیوندهای شیمیایی که به ویژه ترکیبات مولکولی پایدار یا واسطه های کم و بیش ناپایدار تولید می کنند را مورد مطالعه قرار می دهد . لینوس پاولینگ آن را به عنوان علمی تعریف کرد که مواد، ساختار آنها (انواع و اشکال قرارگیری اتم ها )، خواص آنها و واکنش هایی که آنها را به مواد دیگر با توجه به زمان تبدیل می کند، مطالعه می کند. شیمی، از طریق یکی از شاخه های خود به نام شیمی فوق مولکولی ، عمدتاً به گروه های فرااتمی مانند گازها ، مولکول ها ، کریستال ها وفلزات ، مطالعه ترکیب، خواص آماری، تبدیل ها و واکنش های آنها، اگرچه شیمی عمومی همچنین شامل درک، خواص و برهمکنش های ماده در مقیاس اتمی است.

شیمی در موضوع خود جایگاهی میانی بین فیزیک و زیست شناسی را اشغال می کند.

اغلب به آن ” علم مرکزی ” می گویند زیرا علوم طبیعی دیگر ، یعنی فیزیک (از طریق شیمی فیزیک )، زیست شناسی (از طریق بیوشیمی ) ، نجوم (از طریق اخترشیمی ) و زمین شناسی (از طریق ژئوشیمی ) را به هم متصل می کند. [5] [6] همچنین پایه ای برای درک رشته های علوم پایه و کاربردی در سطح بنیادی فراهم می کند. به عنوان مثال، شیمی جنبه های رشد گیاه ( گیاه شناسی )، تشکیل سنگ های آذرین ( زمین شناسی )، چگونگی تشکیل ازن اتمسفر و چگونگی تخریب آلاینده های محیطی ( اکولوژی )، خواص خاک روی ماه ( کیهان شیمی )، نحوه عملکرد داروها را توضیح می دهد. ( داروشناسی )، و نحوه جمع آوری شواهد DNA در صحنه جرم ( علوم قانونی ). بیشتر فرآیندهای شیمیایی را می توان مستقیماً در آزمایشگاه مطالعه کرد، با استفاده از تعدادی از تکنیک های اغلب ایجاد شده، هم برای جابجایی مواد و هم برای درک فرآیندهای اساسی. یک رویکرد جایگزین توسط تکنیک‌های مدل‌سازی مولکولی ارائه می‌شود که از مدل‌های محاسباتی نتیجه‌گیری می‌کند.

شیمی به موضوعاتی مانند نحوه تعامل اتم ها و مولکول ها از طریق پیوندهای شیمیایی برای تشکیل ترکیبات شیمیایی جدید می پردازد . دو نوع پیوند شیمیایی وجود دارد:

• اولیه: پیوندهای کووالانسی ، که در آن اتم ها یک یا چند الکترون به اشتراک می گذارند. پیوندهای یونی ، که در آن یک اتم یک یا چند الکترون را به اتم دیگر برای تولید یون ( کاتیون ها و آنیون ها ) اهدا می کند. و اوراق قرضه فلزی .
• ثانویه: پیوندهای هیدروژنی روابط با نیروهای واندروالس ؛ فعل و انفعالات یون-یون؛ و برهمکنش های یون-دوقطبی .

شیمی مدرن از کیمیاگری ، یک عمل پیش‌علمی با ماهیت باطنی اما تجربی ، که عناصری از شیمی، فیزیک، زیست‌شناسی، متالورژی و پزشکی را با هم ترکیب می‌کرد، ایجاد شد .

سیستم سازی با ایجاد جدول تناوبی عناصر و معرفی نظریه اتمی آشکار شد ، زیرا محققان درکی اساسی از حالات ماده، یون ها ، پیوندهای شیمیایی و واکنش های شیمیایی ایجاد کردند. از نیمه اول قرن نوزدهم، توسعه شیمی با ظهور و گسترش یک صنعت شیمیایی مرتبط با اقتصاد فعلی و کیفیت زندگی همراه بوده است.

رشته های شیمی بر اساس کلاس موضوع مورد مطالعه یا نوع مطالعه انجام شده گروه بندی می شوند. اینها شامل شیمی معدنی است که مواد معدنی را مطالعه می کند. شیمی آلی که مواد آلی را مطالعه می کند . بیوشیمی که مواد موجود در موجودات بیولوژیکی را مطالعه می کند. شیمی فیزیک که شامل جنبه‌های ساختاری و انرژی سیستم‌های شیمیایی در مقیاس ماکروسکوپی، مولکولی و اتمی است و شیمی تحلیلی که نمونه‌هایی از ماده را تجزیه و تحلیل می‌کند و به دنبال درک ترکیب و ساختار آنها از طریق مطالعات و واکنش‌های مختلف است.

فهرست مطالب

• 1شرح
• 2تاریخ
• 3مفاهیم اصلی شیمی
  • 3.1اتم ها و مولکول ها
  • 3.2پیوندهای شیمیایی و نیروهای جاذبه بین مولکولی
  • 3.3حالات و تجمع ماده
  • 3.4ترکیبات و مخلوط های شیمیایی
  • 3.5واکنش های شیمیایی
  • 3.6تعادل شیمیایی
  • 3.7قوانین شیمی و فیزیک
  • 3.8مکانیک کوانتومی
• 4رشته های بنیادی شیمی
  • 4.1شیمی معدنی
  • 4.2شیمی ارگانیک
  • 4.3شیمی فیزیک
  • 4.4شیمی تجزیه
  • 4.5بیوشیمی
  • 4.6سایر رشته ها
• 5کاربردهای شیمی
  • 5.1شیمی و صنعت
  • 5.2شیمی و پزشکی
  • 5.3شیمی و محیط زیست
  • 5.4شیمی و میراث فرهنگی
• 6فلسفه شیمی
• 7توجه داشته باشید
  • 7.1حاشیه نویسی ها
  • 7.2منابع
• 8کتابشناسی – فهرست کتب
  • 8.1مطبوعات تخصصی
• 9آیتم های مرتبط
• 10پروژه های دیگر
• 11لینک های خارجی

توضیحات

شیمی، همچنین به دلایل عملی ناشی از کاربردهای تکنولوژیکی خود ، جمعیت بیشماری از بشریت را از زمان های قدیم مورد توجه قرار داده است. با شروع از مصر بطلمیوسی , کیمیاگری از قرن دوم قبل از میلاد توسعه یافت , مجموعه ای از دانش در مورد ماده و دگرگونی های آن مرتبط با باورهای فلسفی و باطنی . از آن شیمی مدرن (به دنبال انقلاب علمی ، و به طور دقیق تر انقلاب شیمیایی در پایان قرن 18th) آمد.). همچنین در دوره‌های بعدی شیمی به تکامل خود ادامه داد، زیرا اکتشافات جدید زمینه‌های مورد علاقه و روش‌های مورد استفاده را گسترش دادند.

موضوعات مورد مطالعه شیمی عمدتاً عبارتند از:

• خواص اجزای تشکیل دهنده ماده ( اتم ها )؛
• خواص موجودات مولکولی ، به عنوان مثال یون ها یا مولکول ها ، که از اتم های منفرد یا ترکیبی از چندین اتم تشکیل شده اند.
• خصوصیات گونه های شیمیایی (که هر کدام با نوع خاصی از موجودیت مولکولی و ویژگی های خاصی که آن را از سایر گونه های شیمیایی متمایز می کند مشخص می شود).
• خواص مخلوط ها و مواد متشکل از یک یا چند گونه شیمیایی.

این مطالعه ماده به خواص و ساختار آن در یک لحظه محدود نمی شود، بلکه به دگرگونی های آن نیز می پردازد که واکنش های شیمیایی نامیده می شود (که شامل شکستن پیوندهایی است که اتم های متعلق به یک مولکولی را در کنار هم نگه می دارد و تشکیل مواد جدید را شامل می شود. پیوندهایی برای ایجاد موجودات مولکولی جدید). [N 1]

تأثیرات این ویژگی‌ها و برهم‌کنش‌های بین اجزای ماده بر اجزای اشیاء و ماده‌ای که معمولاً با آن‌ها سروکار داریم و روابط بین آنها نیز مورد مطالعه قرار می‌گیرد که اهمیت عملی گسترده چنین مطالعاتی را تعیین می‌کند. بنابراین، این یک زمینه مطالعاتی بسیار گسترده است که بخش‌های آن به طور سنتی بر اساس نوع موضوعی که با آن سروکار دارند یا نوع مطالعه تقسیم می‌شوند.

دانش ساختار الکترونیکی اتم ها اساس شیمی مرسوم است، در حالی که دانش ساختار هسته اتم و دگرگونی های خود به خودی و القایی آن اساس شیمی هسته ای است .

تاریخچه

دو مکتب فکری اصلی در فلسفه طبیعی که توسط یونانیان شرح داده شده بود وجود داشت : دموکریتوس معتقد بود که طبیعت توسط اجسام ( اتم‌های ) تقسیم ناپذیری شکل می‌گیرد که در یک فضای خالی با هم متحد و جدا می‌شوند، در حالی که ارسطو ساختار پیوسته ماده را که از ترکیب مواد حاصل می‌شود فرض کرد. عناصر آب ، هوا ، خاک و آتش .

بین قرن دوم و پنجم پس از میلاد کیمیاگری در اسکندریه در مصر توسعه یافت که منشأ فلسفی خود را با یک بار معنایی قوی باطنی حفظ کرد . در این زمینه، کیمیاگر ، یا “جادوگر طبیعی” به عنوان پیوندی بین جهان کلان و عالم صغیر ، الهی و انسانی ایستاده است. دو هدف اساسی کیمیاگران بود که باید با کمک سنگ فیلسوف به آن دست یافت : تبدیل فلزات به طلا .که منطبق بر اعتلای صفات معنوی انسان و امکان شفای انواع بیماری ها و ایجاد حیات نیز می باشد. در قرن شانزدهم، شاخه ای که به عنوان ایاتروشیمی تعریف شد ، استقلال خاص خود را به دست آورد ، که مشارکت کنندگان اصلی خود را در پاراسلسوس و ژان باپتیست ون هلمونت داشت و تلاش کرد فرآیندهای شیمیایی را که در بدن انسان رخ می دهد با حالت های پاتولوژیک و درمان های احتمالی مرتبط کند. .

پایه های توسعه شیمی مدرن در قرن هفدهم با اولین تعریف واکنش های شیمیایی (در Tyrocinium Chymicum ژان بگین ) و توسعه تدریجی روش آزمایشی، به لطف دانشمندان مختلف که رابرت بویل در میان آنها برجسته است، گذاشته شد. . حوضه نمادین بین کیمیا و شیمی را می توان سال 1661 با انتشار کتاب کیمیای شکاک بویل در نظر گرفت که در آن مفاهیم عنصر شیمیایی و ترکیب شیمیایی معرفی شده است . [7]

متعاقباً کار آنتوان لاووازیه ، که برای اولین بار قانون بقای جرم را اعلام کرد و نظریه فلوژیستون را رد کرد ، نشانگر غلبه قطعی کیمیاگری بود. در سال 1807 یونس ژاکوب برزلیوس یکی از اولین کسانی بود که اصطلاح ” شیمی آلی ” را در اشاره به شیمی که مشخصه ترکیبات تولید شده توسط قلمرو حیوانات بود، بر خلاف ترکیباتی که منشأ معدنی دارند و مربوط به شیمی معدنی هستند، استفاده کرد . این فردریش ولر در سال 1828 نشان داد که ترکیبات آلی را می توان از طریق سنتز نیز به دست آورد.در آزمایشگاه، موفق به سنتز اوره با شروع از مواد معدنی.

در سال 1869 ، دیمیتری مندلیف و جولیوس لوتار مایر، عناصر شیمیایی را با قرار دادن آنها در جدول تناوبی ، که بر اساس وزن اتمی آنها مرتب شده بودند، سفارش دادند . در سال 1937 ، امیلیو سگره ایتالیایی ، تکنسیوم ، اولین عنصر شیمیایی مصنوعی را کشف کرد ، و در سال‌های بعد بسیاری از عناصر جدید دیگر به طور مصنوعی سنتز خواهند شد که جدول تناوبی را غنی می‌کنند.

مفاهیم اصلی شیمی

اتم ها و مولکول ها

92 عنصر در طبیعت وجود دارد و به آنها اضافه شده است (در حال حاضر) 28 عنصر دیگر که به صورت مصنوعی ایجاد شده اند. هر یک از آنها مربوط به یک اتم با تعداد معینی پروتون است و ساختار و خواص متفاوتی دارد.

وقتی اتم ها با هم ترکیب می شوند، مولکول ها تشکیل می شوند . [8] دومی می‌تواند از اتم‌هایی تشکیل شود که همگی با یکدیگر یکسان هستند و مواد ساده‌ای را تشکیل می‌دهند (به عنوان مثال N 2 ، O 2 و S 8 )، در حالی که مولکول‌های ساخته شده از اتم‌های مختلف مشخصه ترکیب هستند. مواد (به عنوان مثال H 2 O , C 12 H 22 O 11 و H 2 SO 4 ).

از ” مول ” برای نشان دادن مقدار ماده استفاده می شود . [9] یک مول ماده از تعدادی موجودات مولکولی (به عنوان مثال اتم ها یا مولکول ها) برابر با مقدار عددی ثابت آووگادرو تشکیل شده است .6.02214179 × 10 23 ) [10] . با توجه به اینکه یک مول آب حدود 18 گرم وزن دارد، به راحتی می توان فهمید که ماده ای که ما را احاطه کرده است از تعداد زیادی ذرات بنیادی تشکیل شده است.

پیوندهای شیمیایی و نیروهای جاذبه بین مولکولی [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

اتم ها می توانند با هم پیوند برقرار کنند و نیروی الکترواستاتیکی که آنها را متحد می کند پیوند شیمیایی نامیده می شود . این پیوند، که با شدت های متفاوت در رابطه با ترکیبی که ایجاد می کند مشخص می شود، در اعطای واکنش پذیری و پایداری خاص خود ترکیب، و همچنین در تعیین ساختار مولکولی و هندسه مشخصه آن، اساسی است.

سپس نیروهای بین مولکولی با شدت کمتر از پیوند شیمیایی وجود دارد که اتم ها و مولکول ها را به یکدیگر جذب می کند. این نیروها چیزی را که معمولاً به عنوان پیوند شیمیایی ثانویه از آن یاد می شود ایجاد می کند و نقش مهمی در تعیین وضعیت تجمع یک ماده در شرایط خاص دما و فشار دارد . آنها همچنین مسئول ساختار ثانویه ، سوم و چهارم پروتئین ها هستند .

حالات و تجمع ماده [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

ترکیبات شیمیایی می توانند در حالت های مختلف تجمع از جمله جامد ، مایع ، گاز و در نهایت پلاسما ظاهر شوند .

دمای یک جسم مستقیماً با حرکت میکروسکوپی (یا بهتر است بگوییم با انرژی جنبشی میکروسکوپی) [N 2] ذرات بنیادی (مولکول ها) مرتبط است : به ویژه در دماهای پایین، مولکول ها از طریق پیوندهای پرانرژی بیشتری به یکدیگر جذب می شوند. بنابراین تنها حرکتی که می توان آنها را تحت تأثیر قرار داد حرکت ارتعاشی است. حالت ماده مرتبط با این حالت حالت جامد است .

با افزایش دما، مولکول‌ها انرژی می‌گیرند زیرا با پیوندهای کم انرژی به هم متصل می‌شوند، بنابراین توانایی بیان سه نوع حرکت را دارند: انتقالی، چرخشی و ارتعاشی. حالت ماده مرتبط با این حالت حالت مایع است .

افزایش بیشتر دما پیوندهای موجود بین مولکول ها را تضعیف می کند، به طوری که فاصله بین مولکول ها بیشتر می شود و در نتیجه حجم اشغال شده توسط کل سیستم افزایش می یابد. [N 3] حالت ماده مرتبط با این حالت حالت گازی است .

در نهایت، با یونیزه کردن یک گاز، پلاسما را به دست می آوریم که اعتقاد بر این است که 99٪ از ماده جهان را تشکیل می دهد .

ما همچنین از ” فاز ” برای نشان دادن بخش همگن یک سیستم ترمودینامیکی صحبت می کنیم . بسته به وضعیت تجمع، ما از “فاز جامد”، “فاز مایع” یا “فاز هوایی” صحبت می کنیم. مفاهیم “فاز” و “وضعیت تجمع” را نباید اشتباه گرفت: در واقع یک سیستم می تواند در یک حالت تجمعی خاص باشد اما فازهای بیشتری را ارائه دهد. به عنوان مثال مایعات غیر قابل اختلاط (مانند آب و روغن )، که حالت تجمع یکسانی (یعنی مایع) دارند، اما مربوط به دو فاز مجزا هستند (در واقع، اگر روغن در ظرفی حاوی آب ریخته شود، لایه‌ای روی آن ایجاد می‌کند. سطح مایع، به طور تمیز از آب زیرین تقسیم شده است).

بنابراین، سیستمی که از یک فاز تشکیل شده باشد، همگن است ، در حالی که سیستمی که از چند فاز تشکیل شده باشد، ناهمگن است .

ترکیبات و مخلوط های شیمیایی [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

هنگامی که اتم ها در نسبت های مشخص و ثابت به یکدیگر پیوند می خورند، ترکیبات شیمیایی به دست می آید . به عنوان مثال، آب یک ترکیب شیمیایی است که با فرمول شیمیایی H 2 O نشان داده می شود، یعنی توسط اتم های هیدروژن و اکسیژن در نسبت 2:1 تشکیل شده است. این ترکیبات علاوه بر اینکه دارای ترکیب شیمیایی متفاوتی نسبت به مواد اولیه تولید کننده آنها هستند، خواص شیمیایی و فیزیکی متفاوتی نیز نسبت به این مواد دارند.

سیستم هایی که توسط چندین ماده شیمیایی (ساده یا مرکب) تشکیل می شوند، مخلوط نامیده می شوند. [N 4] موادی که یک مخلوط را می سازند «مواد تشکیل دهنده» نامیده می شوند. [11] مخلوط ها به نوبه خود می توانند همگن یا ناهمگن باشند. نوع خاصی از مخلوط همگن محلول هایی هستند که توسط یک حلال (مواد تشکیل دهنده به مقدار زیاد) و یک یا چند املاح (مواد تشکیل دهنده در مقادیر کمتر) تشکیل می شوند.

واکنش های شیمیایی

یک واکنش شیمیایی یک فرآیند شیمیایی است که در آن اتم‌ها، یون‌ها یا مولکول‌هایی که مواد اولیه را تشکیل می‌دهند (به نام واکنش‌دهنده ) با یکدیگر برهمکنش می‌کنند تا مواد نهایی ( محصولات ) را ایجاد کنند. ترکیب و خواص شیمیایی-فیزیکی محصولات با واکنش دهنده ها متفاوت است.

واکنش دهنده ها بر اساس نسبت های جرمی به خوبی تثبیت شده، بر اساس ضریب استوکیومتری خود، در واکنش شرکت می کنند . استوکیومتری واکنش امکان محاسبه مقدار نظری محصولات قابل حصول را فراهم می کند [ N 5] .

واکنشی که با تولید گرما انجام می شود گرمازا و واکنشی که با جذب گرما از محیط خارجی انجام می شود گرماگیر نامیده می شود .

در حالی که ترموشیمی تعیین اینکه آیا یک واکنش معین می تواند به طور خود به خود تحت شرایط خاصی رخ دهد یا خیر، ممکن می سازد، سینتیک شیمیایی با تجزیه و تحلیل مکانیسم واکنش و تعیین اینکه آیا یک واکنش شیمیایی معین می تواند با سرعت واکنش قابل قبولی ادامه یابد یا خیر سر و کار دارد. بسیاری از واکنش های خود به خودی بدون حضور یک کاتالیزور انجام نمی شود، دقیقاً به این دلیل که در غیر این صورت سرعت بسیار پایینی خواهند داشت. وجود کاتالیزور برای غلبه بر یک “دیوار” پرانرژی که از انجام واکنش جلوگیری می کند ضروری است. هنگامی که واکنش شروع شد، در موارد خاصی می تواند “خود” را تغذیه کند، به طوری که حضور کاتالیزور از لحظه ای خاص دیگر ضروری نیست. مکانیسم مشابهی در واکنش‌های احتراق رخ می‌دهد : در واقع این واکنش‌ها به یک محرک اولیه نیاز دارند (مثلاً یک جرقه)، اما هنگامی که احتراق شروع شد، گرما تولید می‌شود که خود واکنش را تغذیه می‌کند.

چند نمونه از واکنش های شیمیایی عبارتند از:

• اکسیداسیون – احیا

به عنوان مثال: K 2 Cr 2 O 7 + 6 FeSO 4 + 7 H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + 3 Fe 2 ( SO 4 ) 3 + 7 H 2 O

• واکنش های اسید و باز

به عنوان مثال: NaOH + HCl → NaCl + H 2 O

• تجزیه

به عنوان مثال: CaCO 3 → CaO + CO 2

• تعویض دوبل

به عنوان مثال: KCl + NH 4 NO 3 → KNO 3 + NH 4 Cl

• ته نشینی

به عنوان مثال: AgNO 3 + NaCl → NaNO 3 + AgCl↓

• کمپلکس کردن

به عنوان مثال: CuCl 2 + NH 3 → [Cu(NH 3 ) 4 ]Cl 2

• واکنش های آلی

به عنوان مثال استیلاسیون اسید سالیسیلیک با انیدرید استیک برای تشکیل اسید استیل سالیسیلیک و اسید استیک :

C7H6O3 + C4H6O3 → C9H8O4 + C2H4O2 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

فلش سمت راست (→) جهت انجام واکنش را نشان می دهد. در این مورد همچنین لازم است شرایطی که در آن کار می کند (از جمله دما و فشار ) مشخص شود، زیرا واکنش معکوس (یعنی از راست به چپ) برای شرایط خاص می تواند مطلوب باشد. در حالت کلی تر، واکنش دهنده ها (عضو اول) و محصولات (عضو دوم) با علامت “از هم جدا می شوند.⇄که نشان دهنده برگشت پذیری واکنش است.

علامت فلش رو به پایین (↓) ماده ای را نشان می دهد که به صورت بدنه پایین رسوب می کند. با این حال، اگر شرایط عملیاتی به گونه ای باشد که حلالیت محصول در محلول به اندازه کافی بالا باشد، بارش رخ نمی دهد . نماد فلش رو به بالا (↑) نیز گاهی در نمادهای شیمیایی استفاده می شود تا نشان دهد که محصول تحت شرایطی که در آن واکنش رخ می دهد گازی است.

تعادل شیمیایی [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

تعادل شیمیایی شرایطی از تعادل دینامیکی است که زمانی رخ می دهد که محصولات یک واکنش شیمیایی به نوبه خود با یکدیگر واکنش داده و واکنش دهنده های شروع کننده را اصلاح کنند.

یک واکنش تعادلی با استفاده از فلش های دوتایی مخالف نشان داده می شود (⇌، به جای استفاده از فلش کلاسیک که از واکنش دهنده ها به محصولات اشاره می کند. مثال زیر است:

بهبه+بب⇌جج+دد

در تئوری همه واکنش‌های شیمیایی را می‌توان تعادل در نظر گرفت، اما در عمل معمول آن‌هایی که با مقدار ثابت تعادل بسیار بالا مشخص می‌شوند، واکنش‌های «تکمیل» در نظر گرفته می‌شوند (یعنی فقط در یک جهت رخ می‌دهند). ثابت تعادل K با نسبت عملیات ضرب غلظت مواد تولید شده، که هر کدام به ضریب استوکیومتری خاص خود افزایش می یابد، با توجه به عملیات ضرب غلظت مواد واکنش دهنده تعریف می شود. با در نظر گرفتن مثال قبلی دو واکنش دهنده و دو محصول، این رابطه برقرار است:

ک=[ج]ج[د]د[به]به[ب]ب

ثابت تعادل K در شرایط دمای ثابت (و فشار ثابت در مورد گازها ) ثابت است . ثابت تعادل را می توان بر حسب نسبت های فشار جزئی یا حتی کسرهای مولی نیز بیان کرد . [12]

قوانین شیمی و فیزیک [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

تمام واکنش های شیمیایی و دگرگونی های فیزیکی بر اساس قوانین شیمیایی-فیزیکی صورت می گیرد. در زیر فهرستی از اظهارات برخی از قوانین دارای اهمیت ویژه در زمینه شیمی آورده شده است.

• قوانین گاز
  • قانون گاز ایده آل : توابع حالت کمیت ماده، فشار ، حجم و دمای گاز ایده آل را به یکدیگر مرتبط می کند .
  • قانون فشارهای جزئی : فشار کل اعمال شده توسط مخلوط ایده آل گازهای ایده آل برابر است با مجموع فشارهای جزئی که اگر گازها به تنهایی در حجم مساوی وجود داشته باشند، اعمال می شود.
  • قانون بویل ماریوت : در شرایط دمای ثابت، فشار گاز با حجم آن نسبت معکوس دارد.
  • قانون اول گی لوساک : در شرایط فشار ثابت، حجم گاز با افزایش دما به صورت خطی افزایش می یابد.
  • قانون دوم Gay-Lussac : تحت شرایط حجم ثابت، فشار گاز به صورت خطی با افزایش دما افزایش می یابد.
  • قانون واندروالس : توابع حالت کمیت ماده، فشار، حجم و دمای گاز واقعی را به هم مربوط می کند .
  • قانون هنری : در دمای ثابت، مقدار گازی که در یک مایع معین حل می‌شود، نسبت مستقیمی با فشار جزئی گاز در حالت تعادل با خود مایع دارد.
• وزن ها را بخوانید
  • قانون بقای جرم یا قانون لاووازیه: در یک واکنش شیمیایی، جرم واکنش دهنده ها دقیقاً برابر با جرم محصولات است.
  • قانون نسبت‌های معین یا قانون پروست: در یک ترکیب شیمیایی خاص در حالت خالص، عناصر تشکیل‌دهنده آن به نسبت جرمی معین و ثابت در میان خود هستند.
  • قانون تناسبات چندگانه یا قانون دالتون: هنگامی که دو عنصر به روش های مختلف ترکیب می شوند و ترکیبات متفاوتی را تشکیل می دهند، جرم معینی از یک عنصر با جرم های دیگری ترکیب می شود که نسبتی به یکدیگر دارند که می تواند به صورت کسرهای ساده بیان شود.
• قانون عمل جرم : سرعت یک واکنش شیمیایی متناسب با غلظت مواد شرکت کننده در آن است.
• اصل لو شاتلیه : هر سیستمی که در تعادل است، تمایل دارد به تغییری که از بیرون بر آن تحمیل می‌شود، با به حداقل رساندن اثرات آن واکنش نشان دهد.
• قانون رائول : فشار بخار مایع در محلول را به فشار بخار حالت خالص و غلظت آن را بر حسب کسر مولی مرتبط می کند .
• قانون هس : تغییر آنتالپی یک واکنش شیمیایی مستقل از مسیر میانی است که از طریق آن محصولات از واکنش دهنده ها به دست می آیند.
• قانون دبای-هوکل : ضریب فعالیت متوسط ​​محلول های الکترولیت را تعریف می کند .
• قانون تحرک مستقل یون : رسانایی معادل یک محلول الکترولیت در رقت بی نهایت برابر است با مجموع تحرک کاتیون و آنیونی که الکترولیت از آن تشکیل می شود، تحرک هایی که در رقت نامحدود بر یکدیگر تأثیر نمی گذارند.
• قانون لامبرت-بیر : مقدار نور جذب شده توسط یک ماده را با ماهیت شیمیایی آن، غلظت آن و ضخامت محیط متقاطع مرتبط می کند.

مکانیک کوانتومی [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

مکانیک کوانتومی بخش شیمی فیزیک (رشته‌ای مرزی با فیزیک ) بود که بیشترین انگیزه را به توسعه شیمی مدرن داد، ساختار و ویژگی‌های اتم‌ها را توضیح داد و شرایط اولیه را برای پردازش ریاضی پیوند شیمیایی ایجاد کرد.

ایده اولیه توسط De Broglie ارائه شد که در سال 1924 احتمال ارتباط یک ذره متحرک مانند یک الکترون را با یک موج از طول موج فرض کرد. �قابل حصول از رابطه:

�=ساعت متر�

جایی کهساعتنشان دهنده ثابت پلانک در حالی که محصول استمتر�حرکت است . بنابراین، طبق گفته دی بروگلی، ذره ای در حال حرکت ماهیت موجی ذره ای دوگانه دارد و هر چه جرم آن کوچکتر باشد ، طول موج موج مرتبط با خود جرم بیشتر خواهد بود: به عنوان مثال برای یک الکترون (جرم)9 × 10-31 کیلوگرم  و سرعت چرخش به دور هسته از2 × 10 6  m/s ) a به دست می آید�=3.68  Å ، در حالی که یک بالون وزن دارد500  گرم در حال حرکت با سرعت30 متر بر ثانیه مربوط به یک موج با�=4.4 × 10-35 متر .  _

در سال 1926 ، اروین شرودینگر ، با استناد به نظریه دی بروگلی، معادله ای را توصیف کرد ( در واقع معادله شرودینگر ) که انتشار موج مواد سه بعدی مرتبط با الکترون در حال چرخش به دور هسته اتم هیدروژن را نشان می دهد . جواب های ریاضی این معادله تابع موج را تشکیل می دهند . همه آن توابع موجی از نظر فیزیکی قابل قبول هستند که اعداد کوانتومی آنها ( n ، l ، m ) که آنها را مشخص می کند، تابع قوانین کوانتیزاسیون دیکته شده توسط مکانیک کوانتومی است. اوربیتال به طور رسمی به عنوان la تعریف می شودطرح‌ریزی تابع موج بر اساس موقعیت ، یعنی مؤلفه فضایی تابع موج را نشان می‌دهد. بر اساس اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ، نمی توان موقعیت و تکانه الکترون را به طور همزمان با دقت یکسان دانست. به طور تقریبی، اوربیتال به عنوان ناحیه ای از فضا در نظر گرفته می شود که احتمال (90%) یافتن الکترون در آن حداکثر است. با به دست آوردن یا گسیل یک کوانتوم انرژی، الکترون می تواند به ترتیب به سطوح انرژی بالاتر یا پایین تر منتقل شود.

رشته های بنیادی شیمی [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

شیمی معدنی [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

شیمی معدنی به مطالعه ترکیبات معدنی می پردازد ، یعنی ترکیباتی که توسط اتم های کربن تشکیل نشده اند (اگرچه در واقعیت یک کلاس محدود از ترکیبات کربن غیرآلی در نظر گرفته می شوند) [N 6] . به مطالعه پیوند شیمیایی و تقارن مولکول ها می پردازد . بر خصوصیات ساختاری و پرانرژی جامدات کریستالی و فلزی تمرکز دارد . شیمی عناصر به طور سیستماتیک توصیف می شود و عناصر شیمیایی را بر اساس گروه های جدول تناوبی گروه بندی می کند . واکنش های مورد مطالعه قرار می گیردردوکس ، اسید-باز و سنتز و خصوصیات ترکیبات هماهنگ کننده و ترکیبات آلی فلزی (حاوی پیوند فلز-کربن). در نهایت، شیمی بیوان آلی به نقش عناصر فلزی در فرآیندهای زندگی می پردازد [13] .

شیمی آلی [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

شیمی آلی ترکیبات کربن را مطالعه می کند . سیستماتیک طبقات ترکیبات آلی را بر اساس وجود گروه های عاملی خاص گروه بندی می کند ، خواص شیمیایی-فیزیکی آنها، روش های سنتز و واکنش های مشخصه را مطالعه می کند. استریوشیمی و مکانیسم‌های واکنش یکی از زمینه‌های اساسی مطالعه در شیمی آلی است . این رشته همچنین شامل ترکیبات معطر ، ترکیبات حلقوی با ثبات خاص و مولکول های زیستی مانند کربوهیدرات ها است.اسیدهای آمینه ، پروتئین ها ، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک ( DNA و RNA ). پلیمرهای آلی دسته متنوعی از ترکیبات با علاقه صنعتی بالا و با کاربردهای عملی مختلف هستند . روش های فیزیکی اعمال شده در شیمی آلی ( NMR ، طیف سنجی IR ، طیف سنجی جرمی ، طیف سنجی UV ) امکان شناسایی گروه های عاملی اصلی و ساختار مولکولی را فراهم می کند.

شیمی فیزیک [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

هدف شیمی فیزیک مطالعه و توصیف واکنش ها و پدیده های شیمیایی با استفاده از روش ها و ابزارهای فیزیک است . فازهای ماده و انتقال فاز با تأکید بر قوانین حاکم بر حالت گازی ، ساختار جامدات کریستالی و نمودارهای فاز مورد مطالعه قرار می گیرند . ترمودینامیک به تفصیل و همچنین مفاهیم آن در زمینه واکنشهای شیمیایی ( ترموشیمی ) مورد بررسی قرار می گیرد و به تعیین خودانگیختگی یا غیر آن یک واکنش بر اساس محاسبهانرژی آزاد واکنش گیبس . عواملی که می‌توانند بر تعادل شیمیایی و ترمودینامیک مخلوط‌ها و محلول‌ها تأثیر بگذارند به طور مشابه تجزیه و تحلیل می‌شوند . با شروع از مبانی مکانیک کوانتومی ، پیوند شیمیایی به طور دقیق بر اساس مبانی ریاضی توصیف شده است .

مدل های خاص در مطالعه پتانسیل ناشی از برهمکنش های بین مولکولی (پیوندهای شیمیایی ثانویه) مفید هستند . از ساختار اتمی ما به ساختار مولکولی که با استفاده از تقریب Born-Oppenheimer تعیین می شود، عبور می کنیم . طیف‌سنجی و تکنیک‌های مختلف طیف‌سنجی به جای کاربردهای عملی ، با برجسته کردن پایه‌های فیزیکی آن‌ها درمان می‌شوند. یکی دیگر از زمینه های مطالعه شیمی فیزیک توسط پدیده های حمل و نقل نشان داده شده است . الکتروشیمی با مطالعه تبدیل بین انرژی شیمیایی و انرژی الکتریکی و هر آنچه که در آن دخیل است می پردازد. سینتیک شیمیاییبا محاسبه سرعت واکنش و با فرمول‌بندی فرآیندهای ابتدایی منفرد که یک واکنش از آنها تشکیل شده است ( مکانیسم‌های واکنش )، در حالی که دینامیک مولکولی اصول دینامیک را در سیستم‌های اتمی و مولکولی اعمال می‌کند. در نهایت، فتوشیمی تأثیر نور بر واکنش‌پذیری شیمیایی را مطالعه می‌کند .

شیمی تجزیه [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

شیمی تجزیه مجموعه‌ای از تکنیک‌ها، ابزاری و غیره را به منظور تشخیص و کمی کردن یک آنالیت معین به کار می‌گیرد . به طور خاص، تجزیه و تحلیل کیفی با شناسایی ماده مورد بررسی سروکار دارد، در حالی که تجزیه و تحلیل کمی مقدار ماده موجود در یک نمونه معین را تعیین می کند . در گذشته، تجزیه و تحلیل کیفی به صورت دستی و به صورت سیستماتیک و با استفاده از معرف های مناسب انجام می شد. امروزه تکنیک های ابزاری مانند طیف سنجیآنها این رویکرد سیستماتیک و صرفاً دستی را از طرف تحلیلگر جایگزین کرده اند. با این حال، در زمینه تحلیل کمی، تکنیک‌هایی که صرفاً به اپراتور سپرده شده‌اند، مانند تیتراسیون‌های کلاسیک ، با تکنیک‌های مختلف ابزاری خودکار وجود دارند. دومی، همانطور که قبلاً ذکر شد، معمولاً می‌تواند طیف‌سنجی، کروماتوگرافی ، الکتروتحلیلی یا حرارتی باشد (مانند آنالیز حرارتی تفاضلی ، کالری‌سنجی اسکن تفاضلی ، وزن‌سنجی گرما) .). باید تاکید کرد که شیمی تجزیه به پردازش آماری صحیح داده های تحلیلی و همچنین کیفیت و پایایی این داده ها نیز می پردازد.

بیوشیمی [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

بیوشیمی به مطالعه ترکیبات و فرآیندهای شیمیایی که موجودات زنده را متمایز می کند، می پردازد . به بیوسنتز بیومولکول ها ، نقش و عملکرد بیولوژیکی آنها می پردازد: اسیدهای نوکلئیک و اطلاعات ژنتیکی ، پروتئین ها ، لیپیدها و کربوهیدرات ها . او همچنین آنزیم ها و کاتالیز آنزیمی را مطالعه کرد تا اینکه به سینتیک Michaelis-Menten رسید . بیوشیمی بر جنبه های شیمیایی متابولیسم ، انتقال اکسیژن توسطهموگلوبین و میوگلوبین ، تنفس سلولی ، فتوسنتز ، هموستاز و انتقال سیگنال در سلول ها . کانال های غشایی و پمپ های یونی اجازه عبور یون ها و مولکول ها از غشای سلول را می دهند . بیوسنتز آنتی بادی ها و برهمکنش آنها با آنتی ژن نقش اساسی در پاسخ ایمنی دارد .

سایر رشته ها [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

رشته‌ها و تخصص‌های شیمی زیادی وجود دارد که می‌توان آن‌ها را جزء رشته‌های بنیادی و غالباً بخشی از سایر رشته‌های علمی مرتبط دانست. به عنوان مثال: شیمی دارویی ، شیمی صنعتی ، شیمی پلیمر و ماکرومولکول ، شیمی مواد غذایی ، شیمی حالت جامد و سطح ، اخترشیمی ، کیهان شیمی ، الکتروشیمی ، ژئوشیمی ، شیمی نظری ، شیمی بالینی ، شیمی بالینی، شیمی بالینی, شیمی هسته ای , رادیوشیمی , شیمی تابشی , شیمی آلی فلزی , استریوشیمی , شیمی محیط , شیمی سبز , فتوشیمی , سونوشیمی , شیمی خاک , شیمی اتمسفر , شیمی اتمسفر , رادیوداروشناسی , شیمی شیمیایی , شیمی شیمیایی , شیمی میراث فرهنگی , مهندسی سازه شیمی , مغناطیس شیمی ,شیمی کوانتومی ، فنتوشیمی ، شیمی کلوئیدی ، شیمی رابط ، شیمی ترکیبی ، شیمی محاسباتی ، شیمی ریاضی ، شیمی سنجی ، شیمیایی ، شیمی مواد ، شیمی سیمان ، شیمی نرم ، شیمی فوق العاده ، نانوشیمی شیمی .

کاربردهای شیمی [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

شیمی و صنعت [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

شیمی صنعتی با سنتز در مقیاس بزرگ محصولات شیمیایی برای مصارف مختلف، بهینه سازی نسبت هزینه به سود کل چرخه تولید مواد شیمیایی سر و کار دارد. به ویژه، با در اختیار داشتن مواد اولیه مناسب ، از طریق مجموعه ای از فرآیندهای انجام شده در داخل یک کارخانه شیمیایی ، می توان محصولات نیمه تمام یا تمام شده ای را به دست آورد که بتواند مشخصات و الزامات فنی مورد نیاز برای استفاده عملی را برآورده کند. به عنوان مثال، برای نشان دادن برخی از شناخته شده ترین فرآیندهای شیمیایی صنعتی، فرآیند هابر-بوش برای سنتز آمونیاک ذکر شده است.و فرآیند استوالد برای سنتز اسید نیتریک . صنعت پتروشیمی و پلیمرهای مصنوعی از دیگر حوزه های بزرگی است که بسیار فعال است.

شیمی و پزشکی [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

شیمی دارویی زمینه تحقیقاتی برای سنتز و کاربرد درمانی داروهای جدید است . پایه های خود را بر مطالعه نظری خواص شیمیایی-فیزیکی مولکول ها و مدل های برهمکنش دارویی با ارگانیسم می گذارد. سپس یک استراتژی سنتز مناسب، با بهره‌گیری از رویکرد شیمی ترکیبی ، فرموله می‌شود و داروی جدید به‌دست‌آمده می‌تواند مرحله آزمایش را آغاز کند که اگر با نتیجه مثبت به پایان برسد، امکان عرضه آن به بازار را فراهم می‌کند. علاوه بر این جنبه‌های فارماکولوژیک، شیمی به دلیل امکان انجام آزمایش‌های شیمیایی بالینی خاص، کمک مفیدی در پزشکی تشخیصی است.آزمایشگاه. ایزوتوپ های رادیواکتیو در پزشکی هسته ای استفاده می شوند .

شیمی و محیط زیست [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

حساسیت فزاینده نسبت به تأثیر کم محیطی و نیاز به اعمال سیاست های توسعه پایدار منجر به تولد به اصطلاح شیمی سبز شده است . هدف این رشته کاهش تأثیر فرآیندهای شیمیایی با به کار بردن مفاهیمی مانند استفاده از مواد خام به دست آمده از منابع تجدیدپذیر ، کاهش ضایعات و ضایعات، استفاده از ترکیبات زیست پایدار و سازگار با محیط زیست است . از سوی دیگر، شیمی محیطی بر مطالعه شیمی و بیوشیمی درگیر در محیط زیست متمرکز است: به شیمی آب های شیرین و دریایی ، شیمی خاک علاقه مند است.و جو . خود را به درک پایه های شیمیایی محدود نمی کند، بلکه حوزه مطالعه و تحقیقات خود را به پدیده های مرتبط با آلودگی و تأثیر مواد سمی منتشر شده در محیط گسترش می دهد و پیشنهاد یافتن راه حلی را می دهد.

شیمی و میراث فرهنگی [ ویرایش | ویرایش ویکی متن ]

شیمی به کار رفته در میراث فرهنگی با مواد مورد استفاده در حوزه هنری و با تکنیک های تحلیلی، تهاجمی و غیرتهاجمی، که برای تحقیقات ابزاری روی آثار هنری استفاده می شود، سروکار دارد [14] . او همچنین به تاریخ گذاری یافته ها، روش های مرمت و حفاظت علاقه مند است. او مکانیسم‌ها و عواملی را که به زوال آثار هنری کمک می‌کنند، مطالعه می‌کند و سعی می‌کند اثر آنها را اصلاح کند.