در یک روز برفی و سرد، در پارک ملی یلواستون، دسته کوچکی از شیمیدانان درکنار استخر داغ و بخارآلود خم شده‌اند تا فنجان‌های فولادی و ضد زنگشان را در آن فروبرند.
آنان در مقابل دیدگان نگهبان پارک، آب، خاک و مواد رسوبی را جمع‌آوری و سریعاًبه صورت جداگانه در ظرف‌های عایق بسته‌بندی و هرکدام را با دقت مهر و موم وعلامت‌گذاری میکنند.
در گذشته، با فاصله کمی از این مکان، کاشفان در جست و جوی طلا بودند و اکنون‌شیمیدانان در حال تحقیق بر روی چیزهایی هستند که حتی ممکن است با ارزش‌تر از طلاباشند.
آنها در مورد موجوداتی ذره‌بینی تحقیق میکنند که قادر به زندگی و حتی رشد دردماهای بسیار زیاد استخرهای داغ یلواستون و مخازن آب گرم هستند و امیدوارند که ازاین موجودات، پروتئین‌های مقاوم نسبت به حرارت به دست آورند.
چنین پروتئین‌هایی‌قادر به کاتالیز یا تسریع واکنش‌های شیمیایی صنعتی در دماهای بسیار بالا هستند؛ وهمچنین امکان اصلاح پودرهای شوینده به وسیله این پروتئین‌ها وجود دارد.
کمک به‌تصفیه فاضلاب داغ حاصل از کارخانه‌ها، از دیگر فواید این ماده است.
ارزش محصولات‌شیمیایی ساخته شده از پروتئین‌های گرمادوست را می‌توان بیش از 12 میلیارد دلاربرآورد کرد.
شیمیدانان فوق ، در آزمایشگاه خود واقع در شرکت فن‌آوری زیستی دایورسا درسان دیگو، با راه انداختن بالن‌ها و لوله‌های آزمایشگاهی‌شان، به تجزیه و تحلیل گنج‌شیمیایی خواهند پرداخت.
آنها برای انجام چنین کاری، سنت کیمیاگری 1500 سال پیش‌را دنبال خواهند کرد.
مطالعات شیمیایی قدیم کلمه شیمی که برگرفته ازر عربی است، شروعی نیمه افسانه‌ای دارد.
کیمیا به معنی«طلاپزی» است و این دقیقاً همان چیزی است که کیمیاگران قدیمی درصدد انجام آن بودند:به این طریق که روشی پیدا کنند تا فلزات کم ارزشی همچون آهن و سرب را به فلزی بسیارگرانبها، چون طلا تبدیل کنند.
در حدود سال 750 میلادی، کیمیاگر بزرگ عرب، جابربن حیان، تحقیقات خود را درزمینه کشف ماده تبدیل کننده فلزات به یکدیگر شروع کرد.
این گرد افسانه‌ای به‌حجرالفلاسفه معروف شد و تحقیق درباره آن در حدود قرن دوازدهم در اروپا گسترش‌یافت.
هرچند کیمیاگری در باتلاق افکار جادویی، باقی ماند، ولی بسیاری از ترکیبات‌شیمیایی مفید و روش‌های آزمایشگاهی را معرفی کرد.
کیمیاگران یادگرفتند که چگونه‌مایعاتی نظیر آب و الکل را از طریق تقطیر خالص کنند.
آنها خورنده‌های قوی همچون‌سولفوریک اسید و نیتریک اسید و همچنین تعداد دیگری از ترکیبات مفید، از قبیل سدیم‌هیدروکسید (سود سوزآور) و آمونیوم کلراید (نمک مورد استفاده در کارهای فلزی) راتهیه کردند و عناصر جدیدی همچون آرسنیک، روی، و بیسموت را نیز کشف و بررسی‌نمودند.
در اوایل دهه 1500، علم کیمیا توسط پاراسلوس، پزشک سویسی مشهور، به‌جامعه پزشکی معرفی شد.
در طول قرن بعدی، کیمیاگری اعتبار خود را از دست داد، ولی‌شیمی، با کنارزدن موانع، علمی واقعی محسوب گشت.
نسل جدید شیمیدانان، به صنعت‌ساخت واکنشگرها (مواد شیمیایی ایجادکننده واکنش‌ها) و استخراج عناصر خالص وترکیبات از مخلوط‌ها علاقمند شدند.
در سال 1661، شیمدان ایرلندی به نام رابرت بویل، اعتقاد یونانیان باستان را درمورد به وجود آمدن همه مواد فقط از چهار یا پنج عنصر رد کرد.
او در کتاب شیمیدان‌شکاک، مفهوم جدیدی از عناصر را بیان نمود.
به این مضمون که عناصر، موادی هستندکه نمی‌توانند به ذرات کوچکتر تقسیم شوند.
برای مثال، آزمایش‌های او نشان داد که آلیاژفلز مفرغ را می‌توان به مس و قلع تفکیک کرد.
بویل همچنین اهمیت اندازه‌گیری‌های دقیق وآزمودن عقیده‌های جدید را با آزمایش‌های واقعی یادآور شد.
او سپس خصوصیات ویژه گازها را کشف و قوانینی را طرح کرد که هنوز برای توصیف روابط بین حجم و فشار درگازها، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
شیمیدان‌های دیگر، کار بویل را در رابطه با دنیای گازها یا عناصر «غیرقابل رؤیت»ادامه دادند.
در سال 1756، شیمیدان اسکاتلندی به نام جوزف بلک کربن دی اکسید و درسال 1774، جوزف پریستلی اکسیژن و نیتروژن را کشف کرد.
در همین زمان آنتوان‌لاوازیه، شیمیدان فرانسوی، با استفاده از الکتریسیته و احتراق ، آزمایش‌هایی انجام داد.
اوعلاوه بر کشف‌های دیگر، با احتراق مخلوطی از هیدروژن و اکسیژن به وسیله جرقه‌الکتریکی، ترکیب آب (H2O) را تعیین کرد.
لاوازیه با ارائه این نظریه که «ماده، نه به وجودمی‌آید و نه از بین میرود، بلکه فقط از شکلی به شکل دیگر تغییر می‌کند» انقلابی در شیمی‌به وجود آورد.
اکنون ما این واقعیت را به عنوان قانون بقای ماده می‌شناسیم.
سپس لاوازیه اولین‌کتاب شیمی جدید را نوشت.
همچنین او و دیگران، نظامی را برای نامگذاری عناصرطراحی کردند که امروزه نیز از آن استفاده می‌شود.
وی با این کار به ایجاد یک زبان‌بین‌المللی شیمی همت گماشت که برای شیمدانان سراسر جهان، این امکان را فراهم‌می‌ساخت تا از اطلاعات مربوطه بهره ببرند.
لاوازیه، به خاطر همه این کارها، پدر شیمی‌جدید لقب گرفت.
تا سال 1800، شیمیدانان حدود 30 عنصر مختلف را کشف کرده بودند.
این مسئله،شیمیدانان را با این چالش روبرو کرد که بتوانند اختلاف عناصر را با یکدیگر به طور دقیق‌توضیح دهند.
در سال 1803 شیمیدان بریتانیایی به نام جان دالتون با نظریه جدید خود، بااین چالش مقابله کرد.
کار ویژه دالتون این بود که پیشنهاد کرد هر چیزی که از ذرات تفکیک‌ناپذیر، ساخته‌شده باشد اتم نامیده می‌شود.
این کلمه و معنی آن، ابتدا به وسیله یونانیان در حدود سال450 پیش از میلاد بیان شده بود.
دالتون پا را از این فراتر گذاشت و توضیح دادکه هرعنصر شناخته شده‌ای، نوع متمایزی اتم است و یک نوع خاص از اتم نمی‌تواند به اتم‌دیگری تبدیل شود، به همین دلیل، او نتیجه گرفت که سرب هرگز نمی‌تواند به طلا تبدیل‌گردد و هیچ عنصری نیز به عنصر دیگر تبدیل نمی‌شود.
(اینک ما می‌دانیم که واپاشی‌رادیواکتیو در موارد نادری این کار را انجام می‌دهد و عناصر ناپایدار مشخصی به‌عناصر مکمل وابسته به آن تبدیل می‌شوند.) آزمایش‌های تعیین کننده دالتون، که نشان داد اتم‌های عناصر مختلف وزن‌های‌متفاوتی دارند، شاید بیشترین اهمیت را داشته باشد.
دالتون کارش را با تعیین وزن هرعنصر شروع کرد اما کسی که در دهه 1820 میلادی وزن‌های اتمی را به صورت دقیق‌برای اولین بار تعیین کرد، شیمیدان سوئدی، یونس یاکوب برزلیوس بود.
برزلیوس‌نشانه‌های شیمیایی جدید امروزی (O برای اکسیژن، Pb برای سرب و غیره) و فرمول(H2O برای آب، NaCl برای سدیم کلراید و غیره) را نیز ابداع کرد.
همچنین در اوایل دهه 1800، شیمدان ایتالیایی به نام آمدئوآواگادرو بیان کرد که‌حجم‌های مساوی از هر دو گاز متفاوت، تعداد مساوی مولکول دارند.
به شرطی که فشار ودما برای هر دو یکسان باشد.
این اصل که به نام قانون آواگادرو شناخته شده، به دلیل عدم‌نیاز به وزن گازها، کار با آنها را ساده کرده است.
مقارن دهه 1860، شیمیدانان حدود 60 عنصر را شناسایی کردند و در جست‌وجوی‌روشی منطقی برای نظم بخشیدن به آنها بودند.
این تلاش چندان موفقیت‌آمیز نبود، تا اینکه سال 1869 شیمیدانی روسی به نام دیمیتری مندلیف، جدولی را ابداع کرد که در آن‌عناصر برحسب وزن اتمی مرتب شده بودند.
در جدول قابل توجه مندلیف، عناصری که‌خواص مشابه داشتند با هم در یک ستون یا «خانواده» قرار می‌گرفتند، او حتی مکان‌هایی‌را در جدول خود برای عناصری که کشف خواهند شد، و دقیقاً پیشگویی کرده بود، خالی‌گذاشت.
اکنون ما جدول شیمیایی مندلیف را با نام جدول تناوبی می‌شناسیم.
شیمی آلی زماین، شیمیدانان جهان شیمیایی را به دو طبقه اصلی تقسیم کرده بودند.
بعضی‌ترکیبات شیمیایی از قبیل کانی‌ها و آب، بر اثر حرارت ذوب شده یا می‌جوشیدند، و به‌هنگام سردشدن، به شکل اصلی خود برمی‌گشتند.
بقیه مواد، همانند چوب یا شکر، هنگام‌حرارت دادن می‌سوختند و به زغال تبدیل می‌شدند، یا این که از آنها بخار خارج می‌شد.گروه دوم به هنگام سردشدن، به شکل اولیه خود برنمی‌گشتند.
شیمیدانان کلیه مواد گروه‌دوم را ناشی از موجودات زنده یا موجوداتی که قبلاً زنده بوده‌اند، دانستند که حاوی‌عنصر کربن هستند.
در سال 1807، برزلیوس پیشنهاد کرد که این مواد، آلی نامیده شوند،و موادی همانند کانی‌ها و آب که از دنیای غیرزنده به دست می‌آیند، معدنی نامگذاری‌گردند.
ابتدا، شیمیدانان اعتقاد داشتند که مواد شیمیایی آلی فقط به وسیله موجودات زنده‌و با کمک بعضی «اعمال حیاتی» مبهم تشکیل می‌شوند؛ اما در اواسط دهه 1800، دریافتندکه میتوانند بسیاری از ترکیبات آلی را در آزمایشگاه و از مواد معدنی تولید کنند.
شغل‌های مربوط به رشته شیمی شیمی از جمله علومی است که برای دارندگان تحصیلات کارشناسی هم، طیف‌وسیعی از فرصت‌های شغلی را دارد.
آزمایشگاه های شیمی در هر دو زمینه صنعتی و دارویی، فارغ‌التحصیلانی را که دوره چهارساله شیمی را گذرانده‌اند برای کار تحت نظرشیمیدانان کارآزموده‌تر استخدام میکنند.
کارمندان چنین آزمایشگاه‌هایی، انواع وسیعی‌از آزمایش‌ها و روش‌ها را از تجزیه نمونه‌های خون گرفته تا سنجش‌های کنترل کیفی‌روزمره برای تضمین خلوص غذاها و دیگر محصولات شیمیایی انجام می‌دهند.
همچنین، دانشجوی این رشته، با گذراندن دوره تربیت معلم، می‌تواند به عنوان شیمیدان، دروس علمی را در سطوح راهنمایی و دبیرستان آموزش دهد.
موقعیت‌های‌پژوهشی و شغل‌های صنعتی در سطوح بالاتر، معمولاً به داشتن تحصیلات در سطح‌کارشناسی ارشد در یکی از شاخه‌های اختصاصی شیمی نیاز دارد.
ورود به مقاطع تحصیلات تکمیلی بسیار رقابتی است و پذیرش، تنها آغاز سال‌هاکار برای دانشجو است.
با وجود آن که هیچ گونه قانون محکم و ثابتی وجود ندارد، امامی‌توان گفت که درجه کارشناسی ارشد در شیمی را طی یک یا دو سال مطالعه تمام وقت‌می‌توان به دست آورد.
دکترای شیمی هم معمولاً به دو تا پنج سال تحصیل و دستیاری درآزمایشگاه یا تدریس همراه با پژوهش عمیق، برای تکمیل پایان‌نامه نیاز دارد.
با وجود آن که هیچ گونه قانون محکم و ثابتی وجود ندارد، امامی‌توان گفت که درجه کارشناسی ارشد در شیمی را طی یک یا دو سال مطالعه تمام وقت‌می‌توان به دست آورد.
دانش آموزی که به تحصیل در رشته شیمی علاقه‌مند است، برای ورود به دانشکده‌باید دوره‌های دبیرستان را هم در زمینه شیمی و هم در زمینه‌های زیست‌شناسی، فیزیک‌و ریاضیات - شامل جبر و مثلثات و حسابان - بگذراند.
علاوه بر اینها، مهارت‌های‌کامپیوتری نیز مهم است.
شیمی نیز همانند هر علم دقیقی به استعداد خاصی احتیاج دارد.معمولاً شیمیدانان باید مشاهده کنندگانی تیزبین باشند و کارشان را با نظم و دقت زیادی‌همراه سازند.
دانشجویان شیمی معمولاً تحصیلات دانشگاهی خود را با دو یا سه ترم‌شیمی عمومی شروع میکنند.
سپس دوره‌های شیمی آلی، تجزیه، فیزیک و معدنی را درسال‌های دوم و سوم دانشکده می‌گذرانند و از سال سوم، این دانشجویان تحصیلات خودرا به صورت تخصصی در حوزه مورد علاقه‌شان با گرایش‌هایی چون بیوشیمی، شیمی‌محیط، شیمی صنعتی، یا مهندسی شیمی ادامه می‌دهند.
معرفی روزالیند فرانکلین در دهه 1950 با کشف ساختار مولکول مرموزی که تحت عنوان DNA یا دی اکسی‌ریبونوکلئیک اسید شناخته شده، جهان شیمی با دوره پرهیجانی روبرو گشت.
بسیاری‌نسبت به نقش مهم این نوکلئیک اسید در ژنتیک، یعنی انتقال صفات ارژی از یک نسل به‌نسل بعدی تردید داشتند، اما با درک ساختار آن انتظار می‌رفت که سرانجام معمای‌چگونگی «فعالیت‌های حیاتی» حل شود.
از جمله معروف‌ترین رقیبان آن دوره برای کشف ساختار DNA، لینوس پاولینگ‌در کالیفرنیا، جیمز واتسون و فرانسیس کریک در کمبریج، و موریس ویلکینز در لندن‌بودند.
همان طور که اکثر دانشجویان هر علمی می‌دانند واتسون و کریک کسانی بودند که‌تاریخ را ساختند.
در سال 1953، این دو مرد جوان و جسور با ارائه تصویر DNA به‌صورت یک مارپیچ مضاعف ظریف، به شهرت آنی رسیدند.
آنها به خاطر این کشف،جایزه نوبل سال 1962 را با موریس ویلکینز سهیم شدند.
ویلیکنز با مطالعات بلورشناسی‌به وسیله اشعه X، کار آنها را هدایت کرده بود.
با این حال، هنوز هم در کتاب‌های تاریخی احتمال می‌دهند که در واقع مطالعات‌شیمیدان جوان دیگری به نام روزالیند فرانکلین (بلورشناس اشعه X) ساختار مارپیچیDNA را ثابت کرده باشد.
ظاهراً ویلکینز بدون موافقت فرانگلین، عکس‌هایی را که او به یاری میکروسکوپ ازDNA گرفته بود به واتسون نشان داده بود و این عمل مستقیماً واتسون را به کشف‌ساختار DNA هدایت کرد.
این مجادله هنوز باقی است که اگر ویلکینز، کار فرانکلین رابرای رقیب خود فاش نکرده بود، فرانکلین به عنوان اولین یابنده رموز DNA محسوب‌می‌شد.
با همه این توضیحات، فرانکلین شیمی فیزیکدانی جوان و برجسته و متخصص دربلورشناسی با اشعه X بود.
وی در سال 1952 با استفاده از میکروسکوپ طراحی شده‌توسط خود او، دریافت که اشعه X عبوری از میان DNA، روی صفحه عکاسی شکسته‌می‌شود و یک ساختمان تکراری را نشان می‌دهد که او دقیقاً حالت مارپیچ یا حلقوی رابرای آن تفسیر کرد.
فرانکلین همچنین چگالی DNA را به دست آورد و عامل مهم دیگری‌که کشف کرد این بود که گروه‌های فسفات DNA، در بیرون زنجیر مارپیچ قرار دارند.
همچنین فرانکلین ساختار مولکولی ویروس‌های مهم، مانند ویروس موزائیک‌تنباکو را تعیین کرد و به ثبت ساختار مارپیچی و تک رشته‌ای RNA یا ریبونوکلئیک اسیدکمک نمود.
او همچنین اولین مطالعات مربوط به انکسار اشعه X را منتشر کرد که به‌کشف ساختار کربن منجر شد.
سرانجام وی به دلیل ابتلا به سرطان در سال 1958 در سن37 سالگی درحالی که در حوزه کاری خودش به شهرت رسیده بود از دنیا رفت؛ اما در این‌دنیای بزرگ بسیار ناشناخته باقی ماند.
شیمی فیزیک در اواسط سالهای 1800 میلادی، علم فیزیک اثر عمیقی بر درک علمی ما از موادشیمیایی گذاشت.
فیزیک با اشکال مختلف انرژی، چون نور، الکتریسیته، و مغناطیس سرو کار دارد.
از حدود سال 1850 به بعد، شیمیدانان استفاده از اصول فیزیکی را برای درک‌بهتر طبیعت اتم‌های تفکیک‌ناپذیر و عناصر شروع کردند.
برای مثال، در سال 1859 فیزیکدانی آلمانی به نام گوستاو کیرشهف نشان داد هرعنصر، وقتی تا حالت قرمزشدن حرارت داده شود، طیف نوری خاص خود را تولیدمی‌کند.
وی از دستگاهی به نام طیف بین، برای نشان دادن خطوط رنگی متفاوتی که‌علامت مشخصه هر عنصر است استفاده کرد.
سپس شیمیدانان از این روش جدید طیف بینی برای کشف تعدادی از عناصر جدیداستفاده کردند.
برای مثال، در سال 1868، عنصر هلیم با مطالعه طیف خورشید، به عنوان‌منبع قوی این عنصر، کشف شد.
ولی این عنصر تا 27 سال بعد از آن در روی زمین پیدانشده بود.
در دهه 1890، دو دانشمند فرانسوب با تلفیق رشته‌های شیمی و فیزیک، رشته‌ای‌جدید به نام شیمی هسته‌ای ایجاد کردند.
در سال 1896، آنتوان بکرل عنصر اورانیوم را به‌عنوان ماده‌ای معرفی کرد که جریان ثابتی از انرژی نیرومند منتشر می‌کرد.
در سال1898، ماری کوری دوتای دیگر از چنین عنصرهایی را کشف کرد: پلونیم و رادیم.
وی‌همچنین کلمه رادیواکتیویته را برای توصیف انرژی اتمی تولید شده توسط آنها به کاربرد.
کار بکرل و کوری نشان داد که اتم‌ها نیز از ذرات کوچک‌تری ساخته شده‌اند؛ امادانشمندان هنوز نمی‌دانستند که این ذرات چیستند.
در سال 1909، ارنست رادرفورد فیزیکدان بریتانیایی، با انجام دادن آزمایش‌هایی‌نشان داد که اتم در واقع از هسته‌ای با بار مثبت تشکیل شده که ذرات دارای بار منفی، آن رااحاطه کرده‌اند.
وی این ذرات را الکترون نامید.
همچنین، رادرفورد اولین کسی بود که ازطریق بمباران یک عنصر با ذرات زیراتمی به طور مصنوعی عنصری دیگر به وجود آورد.
سپس، در سال 1913، فیزیکدان دانمارکی به نام نیلس بور کشف کرد که حرکت‌الکترون‌ها یک اتم در لایه‌هایی است که الکترون‌ها در آن قرار گرفته‌اند.
این لایه‌های‌الکترونی، خواص شیمیایی هر اتم را تعیین میکنند.
سال بعد، فیزیکدان بریتانیایی به نام‌هنری موزلی با استفاده از اشعه X نشان داد که اتم‌های هر عنصر تعداد مشخصی‌پروتون در هسته خود دارند.
در 1932، سرجیمز چادویک انگلیسی، نوترون را به عنوان‌ذره هسته‌ای بدون بار کشف کرد.
در سال 1940 و 1950، فنون جدیدی برای اندازه‌گیری انرژی ذخیره شده در اتم به‌کار گرفته شد.
این انرژی هسته‌ای قوی، برای ساختن سلاح‌های مهیب و تولید الکتریسته‌مهار می‌شود.
در سال 1960، انواع زیادی از ذرات زیراتمی کوچکتر کشف شدند که آنهارا کوارک نامیدند.
پیشرفت‌های اخیر طی جنگ جهانی دوم (دهه 1940) شیمیدانان استفاده از نفت را به عنوان منبع اصلی‌ترکیبات آلی، برای ساخت انواع بسپارهای مصنوعی مفید (مولکول‌هایی با زنجیرهای‌بسیار طولانی از اتم‌ها) شروع کردند.
نتیجه آن سیلی از محصولات، و انواع جدیدی ازلاستیک بود.
همچنین، از اواسط تا اواخر قرن بیستم، انواع بسیاری از داروهای جدید درآزمایشگاه‌های داروسازی ساخته شد.
در این میان، دستگاه‌ها و فنون جدید، به زیست شیمیدانان کمک کرد تا بتوانندساختار پروتئین‌های پیچیده‌ای را که برای سلامتی انسان ضروری است تعیین کنند.
آنان‌با داشتن این نقشه‌های اصلی توانستند، بسیاری از پروتئین‌ها را برای معالجه بیماری‌های‌مزمن در آزمایشگاه تولید کنند؛ مانند انسولین برای درمان بیماری قند.
در اواخر قرن‌بیستم، زیست شیمیدانان توانستند مواد ژنتیکی موجودات ذره‌بینی را تغییر دهند و ازطریق آنها پروتئین‌های حیاتی و ارزشمندی را تولید کنند.
شیمی فیزیکدانان نیز در این دوره با استفاده از اتم شکن‌ها به خلق عناصرسنگین‌تر از اورانیم (فرااورانیم)، که در طبیعت پیدا نمی‌شود، پرداختند.
این نوع عناصرفقط برای جزئی از ثانیه به وجود می‌آیند و سپس متلاشی می‌شوند.
اما در سال 1998،دانشمندان موفق به خلق عنصر 114 شدند.
(عنصر فرااورانیوم با پایداری غیرمعمول، که‌زمان پایداری آن به 30 ثانیه می‌رسد).
حوزه‌های فعالیت در رشته شیمی بی‌شک، شیمی به عنوان علم مطالعه ترکیب، ساختار و خواص ماده و همچنین‌تغییرات شیمیایی ماده، تحت حالت‌های متفاوت آن، حوزه‌های کاری تخصصی بسیاری‌دارد و بعضی از این تخصص‌ها نیازمند فراگیری علم دیگری مانند نجوم، زیست‌شناسی،یا فیزیک هم هست.
شیمی تجزیه شامل شناسایی مواد شیمیایی، تعیین مقادیر این مواد در مخلوط، وجداسازی مخلوط‌ها به اجزای ترکیباتشان است.
شیمیدانانی که دارای گرایش تجزیه‌هستند، تحقیقات گسترده‌ای در زمینه صنعت و دارو دارند، و ترکیبات بالقوه مهم راشناسایی و محصولات شیمیایی خالص تهیه میکنند.
برای مثال، تعدادی از گروه‌شیمیدانان ذکر شده در ابتدای این فصل، شیمیدانان تجزیه هستند.
شیمی آلی بررسی همه ترکیبات کربن را شامل می‌شود.
اینک شیمیدانان آلی‌هرساله صدها ماده جدید، همچون پلاستیک‌ها، الیاف مصنوعی، حلال‌ها و پاک کننده‌های‌قوی شیمیایی را تولید میکنند.
شیمی معدنی بررسی خواص و رفتار همه عناصر و ترکیبات، بجز ترکیبات کربن‌است (البته با چند استثنا).
شیمیدانان معدنی تقریباً در هر صنعت جدیدی نقش کلیدی‌دارند.
ساخت اسباب‌های الکترونیکی جدید، منسوجات، داروها و مواد منفجره از آن‌جمله‌اند.
این گروه همچنین نقش اساسی در پژوهش‌های مربوط به مواد ابر رسانای جدیدایفا میکنند.
قسمت مهمی از شیمی معدنی، شیمی زمین است؛ یعنی مطالعه سنگ‌ها و کانی‌ها،شیمیدانان زمین، اغلب میتوانند در معدن و صنایع نفتی کار کنند و روش‌های مربوط به‌بهره‌برداری از سنگ‌های معدنی، استخراج نفت و استفاده بهینه از زغال را اصلاح نمایند.
شیمی فیزیک شاخه وسیعی از شیمی است که با ساختار ماده و تغییرات انرژی‌حاصل از تغییرات فیزیکی و شیمیایی سر و کار دارد.
برای مثال، شیمی فیزیکدانان‌سرعت یک واکنش شیمیایی معین را تعیین کرده و همچنین چگونگی افزایش یا کاهش‌سرعت آن را توضیح می‌دهند.
معمولاً شیمی فیزیکدانان، برای پیشگویی خواص عناصرو ترکیبات در حالت‌های مختلف ماده، (گاز، مایع، جامد) از محاسبات ریاضی ویژه‌ای‌استفاده میکنند.
یکی از بخش‌های شیمی فیزیک الکتروشیمی است، که به مطالعه تغییرات شیمیایی‌حاصل از جریان‌های الکتریکی می‌پردازد.
به عبارتی می‌توان گفت که همه واکنش‌های‌شیمیایی در سطح اتمی، الکتروشیمیایی هستند.
ولی الکتروشیمیدانان توجه خاصی به‌رفتار محلول‌های الکترولیت دارند - یعنی موادی که وقتی حل شوند، میتوانند جریان برق را هدایت کنند.
آنان در عین حال به دنبال یافتن روش‌هایی هستند که با استفاده ازالکتریسیته، مقادیر زیادی از مواد شیمیایی ارزشمند را برای استفاده در صنایع گوناگون‌تهیه کنند.
فتوشیمی قسمتی از شیمی فیزیک است که با واکنش‌های شیمیایی حاصل از برهم‌کنش نور و ماده سر و کار دارد.
فتوشیمیدانان جدید، به طور وسیع از لیزر جهت‌برانگیختن اتم‌ها یا مولکول‌ها استفاده و نتایج را بررسی میکنند.
اینک جدی‌ترین کار فتوشیمیدانان بررسی عمیق آن دسته از واکنش‌های فتوشیمی‌است که در جوّ زمین به وقوع می‌پیوندد.
تولید مه در جوّ زیرین و لایه ازن، در جوّ بالایی(حوادثی که تخریب‌های بسیار زیادی برای محیط داشته و همچنین اثرات درازمدت، برروی سلامت و ایمنی بشر دارد) از جمله مهمترین فرآیندها فتوشیمی است.
زیست شیمی با بسیاری فرآیندهای شییایی درون موجودات زنده سر و کار دارد.برای نمونه، ممکن است زیست شیمیدان، در پی کشف چگونگی تجزیه غذایی خاص یادارو در بدن انسان و نحوه استفاده بدن از آن باشد.
همچنین، برای تهیه داروهای جدید ومواد شیمیایی صنعتی از مواد طبیعی موجود در گیاهان، جانوران و موجودات ذره‌بینی،زیست شیمیدانان، با شیمیدانان تجزیه، پیوسته در ارتباط هستند.
شیمی محطی بر تغییرات شیمیایی در محیط و چگونگی اثر آنها بر روی موجودات‌زنده متمرکز شده است.
شیمیدانان دارای گرایش محیطی، با تعیین اثرات شدیدموادشیمیایی، صنعتی، کشاورزی وخانگی بر روی سامانه‌های طبیعی و همچنین محیط‌شهری، نقش مهمی در این زمینه ایفا میکنند.
شیمی هسته‌ای درباره تغییرات درون هسته‌های اتم بحث می‌کند.
کاربردهای‌شیمی هسته‌ای عبارتند از: استفاده از قدرت هسته‌ای برای تولید برق ، دفع ایمن زباله‌های‌هسته‌ای، وتولید سلاح‌های هسته‌ای، پرتوشیمی بخش مهمی از شیمی هسته‌ای است که به‌بررسی ایزوتوپ‌های پرتوزا و استفاده آنها در تحقیقات زیستی و دارویی می‌پردازد.
اخترشیمی به طور عمده با منشأ اجزای اصلی ترکیبات شیمیایی گیتی سر و کاردارد.
اخترشیمیدانان، مواد موجود در فضا (هم آنهایی که به وسیله سیارک‌ها، دنباله‌دارهاو شهاب سنگ‌ها به زمین می‌رسند و هم آنهایی که از طریق تلسکوپ‌های قوی مشاهده‌می‌شوند، خصوصاً گازها و گردوغبار بین ستاره‌ای) را تجزیه و تحلیل میکنند و به دنبال‌تعیین منشأ این مواد شیمیایی و طبیعت واکنش‌های آنها در فضا هستند.
شیمی صنعتی از نظر علمی رشته مستقلی نیست.
صنعت شیمی یکی از پنج صنعت‌تولیدکننده عمده در ایالات متحده است که شیمیدانان زمینه‌های مختلف را به کار می‌گیرد.
آنان هرساله با کمک یکدیگر، تعداد بی‌شماری از محصولات جدید را می‌سازند، که‌پلاستیک‌های جدید، چینی‌ها، الیاف مصنوعی، کودهای شیمیایی، آفت کش‌ها، آلیاژهای‌فلزی، نیم رساناها و ابر رساناها از آن جمله‌اند.
در ایالات متحده به تنهایی، تولید این‌محصولات شیمیایی سالانه به صدها هزار تن می‌رسد.
علاوه بر این، شیمیدانان صنعتی عامل ایجاد روش‌های سالم برای پاکیزه سازی ودفع یا بازیافت مواد زاید تولیدات شیمیایی هم هستند.
معرفی لینوس پاولینگ لینوس پاولینگ، شیمیدان آمریکایی تا آغاز قرن 21 تنها کسی است که دو جایزه‌نوبل را به تنهایی دریافت کرده است.
اولین کار پاولینگ که به خاطرش جایزه نوبل شیمی‌را در سال 1954 گرفت، در رابطه با ساختار مولکولی بود.
او در زمره اولین کسانی بود که‌اصول مکانیک کوانتوم را برای تعیین فاصله‌ها و زوایای بین پیوندهای شیمیایی به کاربرد.
پاولینگ به واسطه این بررسی‌ها، ساختار و خواص فیزیکی بسیاری از ترکیبات‌زیست حیاتی مهم را تعیین کرد، که برجسته‌ترین آنها پروتئین‌ها بودند.
او اندیشه‌هایش‌را در این باره در کتاب پیوندهای شیمیایی (1939) گرد آورد.
به یکی از مفیدترین‌کتاب‌های علمی قرن بیستم به شمار میرود.
در دهه 1950، پاولینگ درباره خطرات ناشی از انتشار ذرات پرتوزای حاصل ازآزمایش سلاح‌های هسته‌ای عمیقاً نگران شد.
او علیه چنین آزمایش‌هایی گفت و نوشت ودر سال 1958، دادخواستی را به سازمان ملل متحد ارائه داد که به امضای بیش از یازده‌هزار دانشمند رسیده بود.
در همان سال پاولینگ متنی تحت عنوان «جنگ دیگر بس است»منتشر کرد که در آن مخالفت خود را با سلاح‌های هسته‌ای بیان نمود.
دولت آمریکا به‌خاطر اعتراضات پاولینگ، گذرنامه او را برای چندین سال توقیف کرد.
و به این ترتیب مانع‌خروج وی از کشور و همکاری او با دیگران شد.
در دهم اکتبر 1963 یعنی روز امضای‌قرارداد تحریم آزمایش‌های هسته‌ای بین آمریکا و شوروی، پاولینگ جایزه صلح نوبل1962 را نیز دریافت کرد.
دوره بعدی زندگی پاولینگ به بررسی تعدادی از موضوعات پزشکی طی شد.
اونشان داد که کم خونی سلول‌های داسی شکل، ناشی از اختلال مولکولی موروثی است.همچنین، نظریه مگاویتامین، یعنی استفاده از مقادیر زیاد ویتامین‌ها، را برای درمان‌بیماریها و پیشرفت سلامتی مورد پژوهش قرار داد.
از جمله بحث انگیزترین ومعروف‌ترین ادعاهای او این بود که مصرف زیاد ویتامین ث می‌تواند مانع سرماخوردگی‌معمولی شود، یا این که آن را معالجه کند.
شیمی آلی از قرن‌ها پیش دانشمندان مواد شیمیایی موجود در طبیعت را جداسازی و مطالعه‌می‌کرده‌اند.
ولی در دهه 1700 به علت علاقه وافر به شناخت ترکیبات موجود در گیاهان وجانوران، علم شیمی تولد یافت.
شیمیدانان اولیه این ترکیبات را به دلیل این که ازموجودات زنده یا از بقایای آنها حاصل می‌شد آلی نامیدند و نهایتاً رشته‌ای که به مطالعه‌چنین ترکیباتی اختصاص یافته بود، به عنوان شیمی آلی شناخته شد.
دانشمندان نام‌شیمی معدنی را نیز برای مواد شیمیایی مشتق شده از کانی‌ها و دیگر مواد غیر زنده‌برگزیدند.
آلی یا معدنی شیمیدانان اولیه به شکستن ترکیبات و تبدیل آنها به عناصر سازنده ادامه دادند وطولی نکشید که دریافتند چیزی در تمام ترکیبات آلی مشترک است و آن کربن میباشد.
پس شیمی آلی مطالعه ترکیبات دارای کربن است.
میلیون‌ها ترکیب از این نوع وجوددارند.
اتم کربن در این مواد، به عناصری دیگر، به ویژه هیدروژن، متصل است.
امامعدودی غیرفلز دیگر مانند اکسیژن، نیتروژن، گوگرد، و هالوژن‌های کلر، فلوئور، ید وبرم هم به صورت ترکیب با کربن وجود دارند.
(تعداد کمی از ترکیبات ساده کربن جزءمواد معدنی به شمار می‌روند، مانند کربن دی اکسید و سیانیدها).
شیمیدانان قرن هجدهم معتقد بودند که ترکیبات آلی، قدری «نیروی حیاتی» خاص‌نیز دارند.
با وجود آن که آنان توانسته بودند ترکیبات معدنی را در آزمایشگاه تهیه کنند،ولی در ساخت ترکیبات آلی که طبیعت به راحتی آنها را ایجاد می‌کند توقیفی نداشتند.
بیشتر دانشمندان آن روز، نتیجه گرفتند که امکان تولید مصنوعی مولکول آلی‌وجود ندارد.
اولین کسی که به اشتباه بودن نظریه فوق پی برد شیمیدان جوان آلمانی،فریدریش وهلر بود.
وهلر در سال 1828 با حرارت دادن ترکیب معدنی آمونیوم سیانات،اوره را که یک مولکول آلی است و به طور طبیعی در ادرار وجود دارد تولید کرد.
موفقیت‌وهلر در تهیه این ماده نامطلوب شیمیایی، ظهور دوره جدیدی از سنتز یا ترکیبات آلی‌ساخت بشر را رقم زد.
این انقلابی برای دنیای جدید بود.
امروزه، شیمی آلی بیش از هر زمان دیگری، علاوه بر بررسی ترکیبات آلی سازنده‌بدن ما و جهان زنده اطراف به همان نسبت نیز به تولید و شناخت ترکیبات کربن‌دارمصنوعی می‌پردازد.
و هرساله صدها ترکیب آلی جدید ترکیب یا کشف می‌شوند.
بنابراین اصطلاح شیمی آلی قدری گمراه کننده می‌شود.
اکنون مردم، بجز درآزمایشگاه‌ها و کلاس‌های علمی، اغلب از کلمه «آلی» برای چیزهایی که رشد میکنند و نه‌مواد شیمیایی مصنوعی استفاده میکنند.
در واقع، بیشتر مواد آفات کش مصنوعی، موادشیمیایی آلی هستند (یعنی اساس آنها کربن است).
بنابراین، چرا ما همچنان ترکیبات کربن را «آلی» می‌نامیم، درحالی که بسیاری ازآنها اکنون توسط بشر ساخته می‌شوند و در هیچ موجود زنده‌ای هم یافت نمی‌شوند؟
درپاسخ می‌توان گفت که نام آلی بیانگر این مطلب است که همه ترکیبات آلی تولید شده درآزمایشگاه، شباهت نزدیک خود را با مولکول‌های کربن‌داری که در طبیعت وجود دارندحفظ کرده‌اند.
ترکیبات آلی، خواه منشأ طبیعی داشته باشند یا این که در آزمایشگاه درست شده‌باشند، دارای ساختار مشترک و رفتار یکسانی هستند و همین موضوع ما را در امربررسی و استفاده از آنها یاری می‌دهد.
مواد شیمیایی آلی درون و اطراف ما ترکیبات آلی زندگی ما را دربر گرفته است، بافت‌های تشکیل دهنده بدن ما، که‌پروتئین و چربی هستند، عمدتاً از ترکیبات آلی ساخته شده‌اند.
مولکول‌های آلی همچونDNA (دی اکسی ریبونوکلئیک اسید) و RNA (ریبونوکلئیک اسید) مستقیماً و با کمک‌دیگر مولکول‌های آلی، که آنزیم نامیده می‌شوند، این بافت‌ها را می‌سازند.
در واقع، کل‌غذای ما از ترکیبات آلی تشکیل شده است.
میوه‌ها، سبزیجات و دیگر مواد گیاهی به طورعمده از مولکول‌های آلی معروف به کربوهیدرات‌ها تشکیل شده‌اند.
گیاهان و جانوران بعد از مردن تجزیه می‌شوند و ترکیبات آلی آنها به زمین‌برمی‌گردد.
برخی از این مواد توسط جانوران تجزیه کننده سریعاً به چرخه باز می‌گردندو سبب رشد گیاهان می‌شوند.
هرچند بعضی دیگر از مواد آلی طی سالیان بسیار طولانی‌به محصولات غنی از کربن، یعنی نفت و زغال، تبدیل می‌شوند.
دانشمندان از خزانه ثروت طبیعی که همان مولکول‌های آلی است، تعداد بی‌شماری‌محصولات دارویی را شناختند و جمع‌آوری کردند که این داروها عبارتند از: اولین‌آنتی‌بیوتیک‌ها، مسکن‌ها، پمادها و داروهای نیروبخش.
امروزه، هنوز پژوهشگران‌پزشکی، داروهای جدید را در جهان طبیعی جست و جو میکنند.
اما زمانی که ترکیب‌مطلوب را یافتند، معمولاً تکثیر آن به مقدار زیاد در آزمایشگاه، آسان‌تر از جمع‌آوری آن‌ترکیب از منابع طبیعی است.
از دهه 1940 به بعد، شیمیدانان آلی، ترکیبات آلی جدیدی، هم تولید کرده‌اند که‌انقلابی در جهان به وجود آورده است.
این مواد، که هرگز قبلاً در روی زمین یافت نشده‌بودند، آنتی بیوتیک‌های سولفا، همچنین گستره وسیعی از داروهای ترکیبی مورداستفاده برای مقابله با بیماری‌هایی از قبیل سل، مالاریا و افسردگی است.
نفت و مواد شیمیایی مصنوعی شیمی آلی در فن‌آوری جدید هم از اهمیت فوق العاده‌ای برخوردار است.
شیمی‌بنزین، لاستیک‌ها، کاغذ و جوهر، اقسام چسب‌ها، پلاستیک، منسوجات، شوینده‌ها، وسایل‌آرایشی، افزودنی‌های خوراکی و نگاهدارنده‌ها از جمله موارد فن‌آوری جدید است.
اکنون شیمیدانان میتوانند تعداد بی‌شماری از ترکیبات آلی را به دلخواه تولید کنند،زیرا فوت و فن شیمیایی شکستن و سوار کردن مولکول‌ها را کشف کرده‌اند.
شیمی آلی ازبسیاری جهات شبیه بازی با مجموعه جالب اسباب بازیهایی است که باید آنها را روی هم‌سوار کرد.
این قطعات با ترتیب حیرت آوری از قسمت‌های قابل تعویض تکمیل می‌شوند.
طی قرن گذشته، شیمیدانان آلی، نفت و زغال را مواد خام می‌دانستند.
آنان از این‌ذخیره کلان مواد آلی، ترکیبات آلی ساده تهیه می‌کردند و آنها را به عنوان واحدهای‌سازنده ترکیبات بزرگتر و پیچیده‌تر، در آزمایشگاه به کار می‌بردند.
ولی در قرن بیست و یکم آنان محصولاتی علاوه بر مواد نفتی تهیه کردند.
امروزه‌از باکتری و دیگر موجودات زنده به عنوان واسطه‌های زنده برای تولید مقادیر زیادی‌ترکیبات آلی پیچیده استفاده میکنند.
بسیاری از این ترکیبات ارزشمند، بسیار پیچیدهتراز آن هستند که با روش‌های شیمیایی خاص ساخته شوند.
در این جا درباره مهندسی ژنتیک و توانایی ساخت ژن‌هایی که مستقیماً از ترکیبات‌آلی تهیه شده بحث می‌کنیم.
انتقال یک ژن به باکتری، برای تولید اصطلاحاً ابریشم‌عنکبوتی، بهترین مثال در این زمینه است، و باکتری فوق را می‌توان در مقادیر واقعاًنامحدود کشت داد.
محصول نهایی این عمل، منسوجات ارزان قیمت و دیگر موادی است‌که دارای استحکام بسیار زیادند، و در عین حال به طور حیرت‌آوری کیفیت کشسان هم‌دارند.
این ویژگی را فقط در تار عنکبوت می‌توان یافت.
هم اکنون شیمیدانان از باکتری برای تولید مواد شیمیایی پیچیده، مانند 5، 6- سیس- دی هیدروکسی سیکلوهگزا - 1 - 3 - دی آن، استفاده میکنند.
این ماده را می‌توان به‌راحتی به شکل مواد نیم رسانای آلی درآورد که در صنعت الکترونیکی کاربرد دارد.درحالی که قبلاً چنین موادی باید به زحمت و با یک سلسله واکنش‌های مشکل اکسایش -کاهش تولید می‌شد.
شگفتی‌های کربن چه چیز خاصی در مورد ترکیبات کربن وجود دارد که آنها را از ترکیبات متجاوز ازصد عنصر دیگر متمایز ساخته است؟
یک دلیل، وجود بسیار زیاد آنهاست.
میلیون‌هامیلیون ترکیب به اضافه ترکیبات جدیدی که هر روز ساخته می‌شوند.
دوم این که گستره‌ترکیبات کربن از مولکول‌های بسیار کوچک تا بزرگترین و پیچیده‌ترین آنهاست، که ازنظر علمی شناخته شده هستند.
موارد فوق و دیگر ویژگی‌های ترکیبات آلی از خواص منحصر به فرد خود اتم کربن‌است.
مهمترین این خواص، توانایی اتم کربن برای تشکیل پیوندهای قوی با خود و دیگرعناصر غیرفلزی است.
پیوند کربن با خود، این عنصر را قادر می‌سازد که زنجیره‌های بلندو بالقوه بی‌انتها را با تعداد نامحدودی شاخه تشکیل دهد.
اتم‌های کربن میتوانند به شکل‌مولکول‌های حلقوی نیز به هم متصل شوند و یا چندین حلقه متصل به هم را به طرزماهرانه‌ای تشکیل دهند.
داشتن صدها اتم کربن به صورت زنجیره یا حلقه، برای مولکول‌های آلی کاملاًعادی است.
برخی ترکیبات آلی مانند نشاسته و لاستیک دارای اتم‌های کربن بی‌شماری درزنجیره ظاهراً بی‌انتها هستند.
برای تعیین نقاط اتصال عناصر و گروه‌های دیگر، ازچارچوب کربنی این زنجیر بلند و مولکول‌های حلقه‌ای استفاده می‌شود.
مرور ساختار اتمی کربن در شناخت قدرت عجیب این عنصر برای تشکیل چنین‌مولکول‌های بزرگ و پیچیده‌ای ما را یاری خواهد داد.
کربن نیز مانند همه اتم‌ها از یک هسته نسبتاً چگال، حاوی پروتون‌ها و نوترون‌ها،تشکیل شده و با ابری از ذرات دارای انرژی زیاد به نام الکترون احاطه گشته است.الکترون‌ها در مدارها با لایه‌های مختلف وجود دارند.
فقط الکترون‌ها مدار یا لایه خارجی‌یک اتم، در واکنش‌های شیمیایی معمولی شرکت میکنند.
اتم‌ها با گرفتن، به اشتراک گذاشتن، یا دادن الکترون، به آرایش پایدار هشت‌الکترونی در خارجی‌ترین لایه خود می‌رسند.
(هیدروژن و هلیم، با حداکثر دو الکترون درتنها لایه خود، استثنا هستند) در این فرآیند الکترون‌های خارجی اتم‌ها، با الکترون‌های‌ظرفیتی، با دیگر اتم‌ها پیوند می‌دهند.