تمام مواد حاوی ذراتی به نام اتم هستند. در این مطلب فهرستی از ویژگی های اصلی اتم ها ذکر می شود:
-اتم ها با استفاده از مواد شیمیایی نمی توانند تجزیه و تقسیم شوند. قسمت های تشکیل دهنده اتم عبارتند از: پروتون ها، نوترون ها و الکترون ها. اما اتم ها واحد پایه ی ساختمان شیمیایی ماده هستند.

-هر الکترون دارای یک بارالکتریکی منفی است.

-هر پروتون دارای یک بارالکتریکی مثبت است. به این ترتیب بار یک پروتون و بار یک الکترون از نظر تعداد با هم مساوی است اما با هم متضاد است. الکترون ها و پروتون ها از نظر الکتریکی یکدیگر را جذب می کنند.

-هر نوترون از نظر الکتریکی خنثی است. به عبارت دیگر، نوترون ها بار ندارند و از نظر الکتریکی نه جذب الکترون ها می شوند و نه جذب پروتون ها.

-پروتون ها و نوترون ها تقریباً هم اندازه یکدیگرند و بسیار بزرگ تر از الکترون ها هستند. جرم یک پروتون هم اساساً به اندازه جرم یک نوترون است. جرم یک پروتون 1840 برابر جرم یک الکترون است.

-هسته یک اتم حاوی پروتون ها و نوترون ها است. به این ترتیب هسته حامل یک بار الکتریکی مثبت است.
-الکترون ها خارج از هسته و اطراف آن حرکت می کنند.
-تقریباً همه جرم یک اتم در هسته آن است و تقریباً همه حجم یک اتم به وسیله الکترون ها اشغال شده است.
-تعداد پروتون ها عنصر را تعیین می کند. (تعداد پروتون ها به نام عدد اتمی آن عنصر هم شناخته می شود). تغییر تعداد نوترون ها نتیجه اش در ایزوتوپ ها است. تغییر تعداد الکترون ها نتیجه اش در یون ها است. ایزوتوپ ها و یون های یک اتم در حالی که تعداد  پروتون ها ثابتند، همه ناپایداری های یک عنصرند. 

-ذرات درون یک اتم به وسیله نیروهای قدرتمندی به هم متصل شده اند. به طور کلی، الکترون ها راحت تر از پروتون ها و نوترون ها به اتم ها اضافه می شوند و یا از آنها حذف می شوند. واکنش های شیمیایی، به میزان زیادی اتم ها یا گروه های اتم ها و واکنش های بین الکترون های آنها را درگیر می کنند.

پروتون ها از دو کوارک بالا و یک کوارک پایین تشکیل شده اند و نوترون ها از دو کوارک پایین و یک کوارک بالا تشکیل شده اند. اما الکترون ها و پوزیترون ها (ضد الکترون ها) از کوارک ها تشکیل نشده اند. آنها در یک «خانواده» جداگانه از ذرات قرار دارند که به عنوان لپتون ها شناخته می شوند. هم لپتون ها و هم کوارک ها ذرات بنیادی و غیر قابل تقسیمی هستند. لپتون ها نیروی «قوی» و یا «هادرونی» را تجربه نمی کنند درحالی که پروتون ها و نوترون ها این نیرو را تجربه می کنند...

پروتون ها از دو کوارک بالا و یک کوارک پایین تشکیل شده اند و نوترون ها از دو کوارک پایین و یک کوارک بالا تشکیل شده اند.

اما الکترون ها و پوزیترون ها (ضد الکترون ها) از کوارک ها تشکیل نشده اند. آنها در یک «خانواده» جداگانه از ذرات قرار دارند که به عنوان لپتون ها شناخته می شوند.

هم لپتون ها و هم کوارک ها ذرات بنیادی و غیر قابل تقسیمی هستند.

لپتون ها نیروی «قوی» و یا «هادرونی» را تجربه نمی کنند درحالی که پروتون ها و نوترون ها این نیرو را تجربه می کنند.

شش لپتون شناخته شده وجود دارد که عبارتند از: الکترون ها، الکترون- نوترینوها، موئون ها،  موئون-نوترینوها، تاو، تاو- نوترینوها. شش همتای ضد ماده لپتون ها هم وجود دارد. (به عنوان مثال پوزیترون ها ضد ماده الکترون ها هستند).

به اینها بوزون های گیج (Gauge) را اضافه کنید که شامل فوتون ها، بوزون W+، بوزون W-، بوزون Z و گلوئون ها هستند. انبوهی از نظریه ها برای ذراتی دیگر (فوتینوها، گلوئینوها و ...) نیز وجود دارد.

 اگر شما می خواهید زبانی داشته باشید، به الفبا نیاز دارید. اگر می خواهید پروتئین درست کنید، به آمینواسید نیاز دارید. اگر می خواهید مولکول بسازید هم به عناصر نیاز دارید. هر عنصری یک ذره با بقیه فرق دارد. این عناصر الفبای زبان مولکول ها هستند.

به عنوان مثال اگر شما یک کتاب می خوانید، حروفی را می خوانید که آن زبان را تشکیل داده. اما چه چیزی به وجود آمدن این حروف را ممکن کرده؟ جوهر. بله. شما به جوهر نیاز دارید تا حروف را بیافرینید و برای همه حروف همان نوع جوهر به کار رفته. عناصر مثل این حروف هستند. آنها چیزی مشترک دارند. آن هم این است که از اتم ها می آیند. همه عناصر از اتم ها ساخته شده اند. با این که ممکن است که اتم ها از نظر وزن و سازماندهی متفاوت باشند، اما همه آنها به یک طریق ساخته می شوند. الکترون ها، پروتون ها و نوترون ها اتم ها و جهان را می سازند.

اگر شما می خواهید یک کمی بیشتر فکر کنید، با ذرات ماده شروع کنید. ماده چیزهای اطراف ماست. ماده مورد استفاده قرار می گیرد تا اتم ها را بسازد. اتم ها مورد استفاده قرار می گیرند تا عناصر را بسازند. عناصر مورد استفاده قرار می گیرند تا مولکول ها را بسازند همین طورادامه پیدا می کند. هر چیزی که شما می بینید با استفاده از چیزی دیگر ساخته شده.

شیمی علم ماده است. دانشمندان درباره مواد شیمیایی، خواص آنها و واکنش هایشان مطالعه می کنند.

بیوشیمی هم شیمی موجودات زنده است.

ماده شیمیایی چیست؟
مواد شیمیایی پایه مواد هستند. عناصری مثل هیدروژن و اکسیژن ماده شیمیایی هستند. ترکیبات مختلف (مانند آب) وجود دارند که موقعی که اتم های عناصر مختلف به هم می پیوندند ساخته می شوند. بدن، غذا و لباس هایی که ما می پوشیم همه از مواد شیمیایی ساخته شده اند.

خواص شیمیایی چیست؟
خواص یک ماده شیمیایی آن چه که این ماده با مواد شیمیایی دیگر انجام می دهد را توصیف می کند. برای مثال  اکسیژن باعث می شود آهن زنگ بزند یا اکسید شود، بنابراین اکسیژن یک عامل اکسید کننده است.

چرا برخی از مواد شیمیایی خطرناکند؟
بدن های ما دارای ده ها هزار ماده شیمیایی است که ترکیب می شوند و واکنش نشان می دهند تا به ما انرژی دهند و ما را زنده نگه دارند. مواد شیمیایی سمی با این واکنش ها تداخل دارند. برخی از مواد شیمیایی هم خورنده هستند - آنها مواد جامد مثل فلزات را می خورند.

واکنش قوی 
داروسازان با انجام آزمایشات می فهمند وقتی مواد شیمیایی به روش های مختلف مخلوط می شوند چگونه واکنش نشان می دهند. برخی از مواد شیمیایی به شدت واکنش نشان می دهند، حباب می شوند، سوزش ایجاد می کنند و یا حتی منفجر می شوند. سایر مواد شیمیایی به هیچ وجه واکنش نشان نمی دهند.

واکنش های شیمیایی
یک واکنش شیمیایی وقتی رخ می دهد که دو ماده شیمیایی یا بیشتر ترکیب می شوند تا ترکیبات شیمیایی جدیدی بسازند. بسیاری از واکنش ها گرما آزاد می کنند -برای مثال، سوزش.

اسیدها و بازها چه هستند؟
اسیدها موادی شیمیایی هستند که با فلزات واکنش نشان می دهند. اسیدهای قوی مانند اسید سولفوریک، اسید نیتریک و اسید هیدروکلریک، بسیار خورنده هستند. باز یک ماده شیمیایی است که یک اسید را خنثی می کند. وقتی اسیدها و بازها واکنش نشان می دهند، موادی شیمیایی به نام نمک را تشکیل می دهند. قلیایی ها بازهایی هستند که محلول در آبند.

مقیاس pH
مقیاس pH برای اندازه گیری اسیدیته است. اسیدهای خیلی قوی pH 1 دارند، مواد شیمیایی خنثی pH 7 دارند و بازهای قوی یا قلیایی ها pH 14 دارند.
pH 14: سود سوزآور (پاک کننده اجاق گاز)، سود سوزآور با چربی و گریس واکنش نشان می دهد و پوست و گوشت را از بین می برد.
pH 11: شیر منیزیت، از این قلیایی برای معالجه سوء هاضمه استفاده می شود -اسید را در معده شما خنثی می کند. 
pH 9: صابون مایع، همه محصولات پاک کنند باز هستند. مثل بیشتر بازها، صابون احساس لغزندگی می دهد.
pH 7.5: خون، تزریق پزشکی آن حاوی موادی شیمیایی به نام بافر است برای مطابقت با pH خون.  
pH 7-6: آب خالص، آب خالص خنثی است -نه اسید است و نه باز.
pH 4: پرتقال، پرتقال ها به شکل ملایمی اسیدی هستند، به همین دلیل است که طعم آنها کمی تیز است.
pH 3: سرکه، اسید در سرکه باکتری ها را می  کشد، بنابراین در ترشی مورد استفاده قرار می گیرد برای حفظ و نگهداری غذا.
pH 2: آب لیمو، لیموها ترش مزه هستند چراکه حاوی اسید سیتریک هستند. اسید در لاتین معنی ترش می دهد.
pH 1: اسید هیدروکلریک، یک اسید قوی و خورنده است. طی واکنشی قوی بیشتر فلزات را می خورد.

بیوشیمی
بیوشیمی مولکول ها را در موجودات زنده از جمله گیاهان، جانوران و بدن انسان مطالعه می کند. این مولکول ها همگی ترکیبات عنصر کربن هستند.

چرا حیات بر پایه کربن است؟
اتمهای کربن می توانند از راه های بسیار بسیار شامل حلقه ها و زنجیره هایی با هر درازایی به یکدیگر (و به سایر عناصر) متصل شوند. این تنوع عظیم به این معنی است که کربن بلوک ساختمانی اصلی کاملی برای مولکول های پیچیده حیات است.

شما می توانید سرکه را بنوشید،اما نمی توانید انواع دیگر اسید های رقیق مثل اسید باطری را بنوشید.

در این جا توضیحی در رابطه با اینکه چرا نوشیدن سرکه بی خطر است وجود دارد:

سرکه یک شکل طبیعی از استیک اسید رقیق است(%CH₃COOH  5)،که یک اسید ضعیف است.اسید باطری ،اسید سولفوریک حدود %30 است(H₂SO₄).اسید سولفوریک یک اسید قوی است.حتی اگر شما اسید باطری را رقیق کنید تا اسید %5 شود،همانند سرکه،شما هنوز هم نمی توانید آن را بنوشید.

اسید های قوی مثل اسید باطری به طور کامل در آب یا بدن شما تفکیک می شوند،بنابراین در یک محلول یکسان اسید قوی فعالتر از اسید ضعیف است.

هرچند،قدرت یک اسید دلیل اصلی این نیست که چرا شما مایل نیستید که بخواهید اسید باطری را بنوشید.سولفوریک اسید یا اسید باطری خورنده تر از سرکه است.اسید باطری به شدت با آب موجود در بافت انسان واکنش می دهد.اسید باطری همچنین شامل ناخالصی های سمی همچون سرب است.

چرا شما می توانید سرکه را بنوشید؟

نوشیدن سرکه به این دلیل بی خطر است که استیک اسید %5 غلظتی حدود 1M و PH حدود 2.5 دارد.بدن شما شامل عوامل بافری است که از اثرات ناسازگار اسیدیته بافتهای شما کهتوسط یک اسید ضعیف بوجوذ آمده جلوگیری می کند.شما می توانید سرکه را بدون هیچ گونه اثر ناخوشایندی تحمل کنید.این بدین معنا نیست که نوشیدن مستقیم سرکه برای شما خوب است.اسید بر روی مینای دندان شما واکنش می دهد.نوشیدن زیاد سرکه می تواند شما را بیمار کند.

شیمی تنها علمی است که علاوه بر این‌که همه 115 عنصر طبیعت را همراه نام خود دارد، با تسلط بر جهان بر تمام کائنات حکمرانی می‌کند، چون اگر لحظه‌ای فعالیت‌های این حکمران جبری طبیعت از کائنات حذف شود، حیات دیگر مفهومی نخواهد داشت، بلافاصله همه چیز متوقف خواهد شد؛ دیگر نوری از خورشید ساطع نخواهد شد، سوخت و سازی در بدن جانوران و گیاهان انجام نخواهد شد، هیچ تولیدی و فعالیت اقتصادی رخ نخواهد داد و... اهمیت و فرآیندهای این علم و فعالیت‌های عمده آن درصنایع مختلف باعث شد گفت‌وگویی با دکتر نادر شکوفی عضو هیات علمی پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران داشته باشیم تا بیشتر پیرامون این علم و جذابیت‌های آن به بحث بپردازیم.

شیمی چه کاربردهایی می تواند در زندگی روزمره هر فردی داشته باشد؟

شیمی در همه زمینه ها می تواند کاربرد داشته باشد. از همه وسایل دور و اطرافمان مانند مواد غذایی، شیمیایی، پوشیدنی، دارویی و ترکیبات آن مانند عطرها و رنگ ها یا تجهیزات عمومی که استفاده می کنیم همه مرتبط با علم شیمی است. شاید بتوان گفت اگر علم شیمی را بگیریم مانند این است که در خلأ معلق هستیم. در واقع علم شیمی را نمی توان به عنوان یکی از علوم پایه از سایر علوم جدا و اظهار کنیم که این علم بیش از سایر علوم مهم تر است؛ زیرا امروزه همگرایی عجیبی بین علوم وجود دارد.

علم شیمی در چه حوزه هایی ملموس تر است؟

شیمی از یک سو با زیست شناسی، مواد فیزیک و زمین شناسی و از سوی دیگر با سایر حوزه های مختلف مانند پزشکی، دارو یا صنایع گوناگون همچون نفت، پتروشیمی، صنایع معدنی و شیمیایی ارتباط تنگاتنگی دارد، به همین دلیل در اغلب رشته های تحصیلی صنایع مختلف، گرایش علم شیمی وجود دارد. علاوه بر اینها می تواند در صنایع پزشکی و دارویی نیز کاربرد داشته باشد، به عنوان مثال امروزه از آلیاژها و ترکیبات شیمیایی در دندانپزشکی برای پر کردن دندان استفاده می شود.

علم شیمی به چند زیر شاخه تقسیم بندی می شود؟

در تقسیم بندی آکادمیک، علم شیمی به آلی، معدنی، تجزیه و شیمی فیزیک تقسیم بندی می شود؛ شیمی آلی به ترکیبات و مواد آلی، شیمی معدنی به ترکیبات معدنی و فلزات، شیمی تجزیه به آنالیز مواد و شیمی فیزیک هم به بررسی فرآیندهای شیمی و فیزیکی می پردازد. رشته هایی مانند شیمی نانو یا شیمی کاربردی هم جزو زیرشاخه های شیمی محسوب می شود.

شیمی محض و کاربردی چه تفاوت هایی با هم دارند. بیشتر دانشجویان علاقه مند به رشته محض هستند یا کاربردی؟

معمولا این تقسیم بندی در دوره کارشناسی مطرح است؛ در فوق لیسانس گرایش محض چهار شاخه شیمی آلی، معدنی، تجزیه و فیزیک و گرایش کاربردی هم میان دو رشته شیمی و مهندسی شیمی است. در سطوح کارشناسی شیمی محض، بیشتر به جنبه های تحقیقاتی و علمی قضیه یا ساینس می پردازد. شیمی کاربردی نیز ضمن بررسی جنبه های تحقیقاتی، مهندسی شیمی و حرکت کاربردی کردن دانش علم شیمی را پردازش می کند. به عنوان مثال برای این که یک کارخانه رنگ راه اندازی شود لازم است دانش و اطلاعات در رابطه با سنتز و تهیه مواد رنگی کاربردی و بررسی شود که آیا می تواند در مقیاس بیشتری تولید شود؟ چگونه می توان آن محصول را وارد بازار کرد؟ آیا پارامترهای صنعتی و تجاری این مساله می تواند دخیل باشد و کاربرد این علم را به جامعه یا صنعت داشته باشد؟

اما در مقاطع و سطوح بالاتر این تقسیم بندی (تفکیک) کمرنگ تر می شود. زیرا مرز شیمی محض و کاربردی بر یکدیگر نزدیک می شود.

یک دانشمند شیمی وقتی از خواب بر می خیزد تا زمانی که به خواب فرو می رود، چه کارهایی انجام می دهد؟

علم، ماهیتش به گونه است که اگر شما انگیزه و علاقه واقعی نداشته باشید، انجام آن کار شاید برای شما سخت باشد اما وقتی این انگیزه و علاقه وجود داشته باشد نه تنها انجام کارها سخت و دشوار نیست بلکه بسیار شیرین و لذتبخش هم است و مشتاق خواهید شد به دنبال آن کار بروید و سعی کنید از نظر علمی و کاربردی این کار را افزایش دهید و ایده تان را وارد جامعه کنید.

خیلی وقت ها این انگیزه زندگی معمولی ما شیمیدان ها را هم تحت تاثیر قرار می دهد. شاید یک کارمند عادی پس از سپری کردن ساعت کاری اش با خاطری آسوده به سایر کارهای زندگی اش رسیدگی کند؛ اما واقعیت این است که برای ما تعطیلی مفهومی ندارد. گاهی تا پاسی از شب هم ذهنمان درگیر کارهای علمی است. انجام دادن کارهای علمی نه تنها خسته کننده نیست بلکه گاهی به علت شیرینی و جذابیت این علم حتی متوجه گذشت زمان هم نمی شویم، حتی برخی اوقات هم وقت کم می آوریم.

علم شیمی از چه جذابیتی برخوردار است؟

یکی از مهم ترین جذابیت های علم شیمی این است که یک شیمیدان مدام با پدیده های جدیدی سروکار دارد و دائم فعالیت پژوهشی می کند که کارهای جدیدتری را انجام دهد.دومین جذابیتی هم که من سعی کرده ام آن را طی این چند سال دنبال کنم، انجام فعالیت های علمی و تعمیم کاربرد آن به بخش صنعت و جامعه است. صرفا فعالیت های علمی زمانی در جهان ارزشمند است که این فعالیت ها بتواند در جامعه هم کاربرد داشته باشد. وقتی ایده یک دانشمند شیمی در جامعه کاربرد پیدا می کند احساس لذتبخشی در او به وجود می آید که برای جامعه خودش مفید است و این احساس باعث ترغیب او برای انجام سایر فعالیت های پژوهشی می شود.

ساده ترین فرمول شیمیایی که در اطراف ماست، چیست؟

ساده ترین فرمول شیمیایی که همه به نوعی شاهد آن هستند اکسید شدن (مثلا زنگ زدن یک فلز بر اثر واکنش با اکسیژن) یا نمک طعام است؛ نمک از دو ترکیب ساده سود یا پتاس (Naoh) با اسید کلریک (Hcl) به وجود می آید. برای درست کردن یک ماده شیمیایی باید اندازه ترکیب ها دقت شود زیرا با مخلوط کردن چند ماده به ترکیب شیمیایی مورد نظرمان نمی رسیم. غذایی که ما می خوریم نیز یک واکنش زیستی، بیولوژی و شیمی است.

برخلاف این واکنش، فرآیند ترکیب نیز در سیستم بدن رخ می دهد مثلا هموگلوبین که یک ترکیب شیمیایی است وقتی خون اکسیژن را از ریه می گیرد به یک ترکیب شیمیایی جدید تبدیل می شود. این اکسیژن جذب شده بار دیگر در درون سلول ها تجزیه شده و اکسیژن را آزاد می کند.