شیمی
شیمی مطالعهٔ ساختار، خواص، ترکیبات، و تغییر شکل مواد است. این علم مربوط میشود به عناصر شیمیایی و ترکیبات شیمیایی که شامل اتمها، مولکولها، و برهم‌کنش میان آنهاست.
تاریخچه
واژه شیمی خود داستان درازی دارد. ریشه این نام در واژه کیمیاست. خاستگاه واژه کیمیا را برخی از یونانی دانسته‌اند و چیستی کار کیمیاگری دگرساختن مس به طلا بود. این واژه و داستان دانش شگفت انگیز پشت آن به همراه دانشش به عربی وارد شد و اروپاییان با این واژه و دانش آن از راه عرب‌ها آشنا شدند و این دانش را با نام alchemy شناختند. آنگاه آن را در میان خود پروردند تا در سده‌های نزدیک به ریخت فرانسه شیمی به زبان ما بازگشت. دانش شیمی به دو گرایش شیمی محض و شیمی کاربردی تقسیم میشود.علم شیمی از ابتدا تا کنون به ۵ دوران تقسیم میشود
1. دوران رشد کارهای تجربی
2. دوران رشد جنبه‌های تئوری شیمی
3. دوران کیمیا گری
4. دوران اصل اتش
5. دوران شیمی مدرن
نگاه گذرا
تئوری 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 به طور ساده به این معنی است که اگر ده‌هزار اتم داشته باشیم و مقدار زیادی واکنش شیمیایی انجام پذیرد، در پایان ما همچنان بطور 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 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 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 بطور 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، مفهوم اساسی که پشت آن است، یعنی کوانتومی کردن انرژی، چنین نیست. شیمی‌دان‌ها برای بکارگیری کلیه روش‌های طیف نمایی به آثار و نتایج کوانتوم وابسته‌اند، هرچند که ممکن است بسیاری از آنها از این امر آگاه نباشند. علم فیزیک هم ممکن است مورد بی توجهی 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.
بخش‌های اصلی دانش شیمی عبارت‌اند از:
شیمی تجزیه، که به تعیین ترکیبات مواد و اجزای تشکیل دهنده آنها می‌پردازد.
شیمی آلی، که به مطالعهٔ ترکیبات کربن‌دار، غیر از ترکیباتی چون دو اکسید کربن (دی اکسید کربن) می‌پردازد.
شیمی معدنی، که به اکثریت عناصری که در شیمی آلی روی آنها تاکید نشده و برخی خواص مولکولها می‌پردازد.
شیمی فیزیک، که پایه و اساس کلیهٔ شاخه‌های دیگر را تشکیل می‌دهد، و شامل ویژگی‌های فیزیکی مواد و ابزار تئوری بررسی آنهاست.
دیگر رشته‌های مطالعاتی و شاخه‌های تخصصی که با شیمی پیوند دارند عبارت‌اند از: علم مواد، مهندسی شیمی، شیمی بسپار، شیمی محیط زیست و داروسازی.
ولی دلایل تقریباً محکم علمی ممکن است شما را به فکر کردن دوباره در این مورد وادار کند.
این اتفاق طبیعی «اثر امپمبا» نام دارد. این نام را به افتخار «اراستو امپمبا» دانش آموز دبیرستانی تانزانیایی که در سال 1963 این اثر را مشاهده و ثبت کرد، انتخاب کرده‌اند.
اثر امپمبا زمانی رخ می‌دهد که دو مقدار مساوی آب با دما‌های متفاوت را در معرض منبع سردی قرار می‌دهند و آبی که دمای بالاتری دارد زودتر منجمد میشود.
مشاهده این نوجوان شک‌های دانشمندان و متفکرانی مانند ارستو و دکارت را به یقین تبدیل کرد.
برای توضیح این اثر اولین عاملی که به بحث گذاشته میشود، تبخیر سطحی مایع است. مولکول‌های سطحی مایعات همواره در حال جدا شدن از سطح مایع هستند. به همین دلیل است که لیوان آب در دمای معمولی پس از چند روز کاملاً خالی میشود و هر قدر که دمای آب بالاتر باشد متعاقباً تبخیر سطحی زودتر رخ می‌دهد.
به این ترتیب در اثر امپمبا، تا زمانی که هر دو مقدار آب منجمد شوند، تبخیر سطحی زودتر در سطح آب با دمای بالاتر انجام میشود و با داشتن مقدار کمتری آب برای منجمد شدن، آب با دمای بالاتر زودتر منجمد میشود.
ایرادی که به این قسمت وارد است این است که این توضیح برای حالتی درست است که سطح مایع باز باشد و در حالتی که سطح مایع بسته است معنی ندارد و اثر امپمبا در محفظه‌های بسته نیز انجام میشود.
توضیح دیگری که برای این اثر می‌دهند، این است که مقدار گاز‌های حل شده در آب گرم کمتر است و به همین دلیل آب گرم زودتر منجمد میشود.
دلیل دیگری که ارائه میشود این است که در زمان منجمد شدن، آب از پایین به بالا یخ می‌زند و با دارا بودن اختلاف جریان حرکت گرما سریع‌تر انجام میشود. به این معنی که هر قدر اختلاف دمای سطح و کف آب در حال انجماد بیشتر باشد، حرکت گرما سریع‌تر انجام میشود و به همین دلیل هم آب با دمای بالاتر زودتر منجمد میشود.
پس دفعه بعدی که آب را برای یخ زدن در فریزر قرار می‌دهد، سعی کنید از آب گرم استفاده کنید تا زودتر یخ در دسترستان باشد.