شیمی از زبان مصری باستان و از کلمه خامه یا خَمِه که به معنی زمین سیاه بوده برگرفته شده است. پس از سلطه ایران بر مصر واژه کیمیا به شرق راه یافت. در سال ۳۳۰ پیش از میلاد با نام خومِیا (χυμεία) وارد یونان و با شروع حکومت اسلام در خاورمیانه این کلمه به صورت الکیمیاء تغییر یافت و با جنگ‌های صلیبی به صورت الشمی (alchemy) خوانده شد.
کاربرد مواد شیمیایی برخلاف تصوری که در اکثر اذهان عمومی شکل گرفته است نه تنها مضر نمی باشند بلکه می توانند حتی در ساختار بدن انسان نقش ویژه ای داشته باشند. اگر کاربرد علم شیمی نبود شاید هرگز اشکی روی گونه های ما جاری نمی شد و هرگز احساس گرسنگی وجود نداشت. این علم شگفت انگیز به مطالعه ترکیب، ساختار و خصوصیات ماده و اثر متقابل آن با سایر مواد و انرژی می پردازد و تغییراتی که اشکال مختلف مواد در شرایط گوناگون به آن دچار می شوند را بررسی می کند.
کاربرد شیمی، مطالعه علمی درباره خواص و رفتار ماده است و به بررسی عناصر تشکیل‌دهنده ماده، ترکیبات متشکل از اتم‌ها، مولکول‌ها و یون‌ها، ساختار، خواص، رفتار و تغییراتی که در طی واکنش با سایر مواد متحمل می‌شوند می‌پردازد. همچنین برهم‌کنش میان اتم‌ها و مولکول‌ها با پیوندهای شیمیایی و تشکیل ترکیبات جدید توسط علم شیمی بررسی و انجام می‌شود. تمام ترکیبات موجود حداقل دارای یکی از پیوندهای زیر است:
• یونی
• وان‌دروالسی
• کووالانسی
• هیدروژنی
از دیگر یافته‌های شیمی این است که در زمان انجام یک واکنش شیمیایی مقدار انرژی به دست آمده با انرژی از دست رفته همواره یکسان است که این امر نشان دهنده سه مفهوم بنیادی زیر است:
• تعادل
• سینتیک شیمیایی
• ترمودینامیک
در ادامه به بررسی خواص و کاربرد مواد شیمیایی در زندگی روزمره پرداخته شده است
1-کاربرد مواد شیمیایی در ترکیبات بدن
بدن ما از ترکیبات شیمیایی مختلف تشکیل شده است که شاید مهم ترین آن ها آب باشد، ماده ای که بیشتر بدن ما را در بر گرفته و حاصل ترکیب شیمیایی هیدروژن و اکسیژن می باشد. عملکرد انتقال دهنده های شیمیایی به خصوص پیام رسان های عصبی نیز ناشی از ماهیت شیمیایی آن‌هاست. مواد شیمیایی همچون موارد زیر وظیفه این فرآیندها را در بدن بر عهده و عملکرد همگی آن‌ها با علم شیمی قابل توجیه است:
• سروتونین
• اپی نفرین
• دوپامین
بدن انسان از عناصر گوناگونی تشکیل شده است. دو عنصر اصلی تشکیل دهنده بدن انسان عبارتند از:
• کربن
• اکسیژن
علاوه بر عناصر بالا عناصر دیگری نیز در بدن ما وجود دارند که عبارتند از:
• نیتروژن
• فسفر
• هیدروژن
• کلسیم
• پتاسیم
• گوگرد
• منیزیم
کمبود هر کدام از این عناصر می تواند عوارض مختلفی برای بدن به جای بگذارد که معمولا با کمک مصرف مکمل‌ها این کمبود تا حدودی جبران می شود.
در جدول زیر می توانید نام این عناصر و نقش اساسی هر کدام در بدن را مشاهده نمایید:
• اکسیژن (حلال اولیه و تنظیم دما و فشار اسمزی)
• کربن (منبع انرژی، سازنده ی سلول های بدن)
• کلسیم (عنصری اساسی برای استخوان ها و انقباض عضلات)
• منگنز (این ماده به متابولیسم چربی و کربوهیدرات ها ، جذب کلسیم و تنظیم قند خون، ساخت استخوان‌ها و عوامل لخته شدن خون کمک می کند.)
• منیزیم (در بیش از 300 واکنش بیوشیمیایی مورد نیاز است)
کاربرد عناصر شیمیایی و همچنین واکنشهای آن تنها به حضور در بدن انسان محدود نمی‌شود بلکه در بروز احساسات نیز این عناصر نقش مهمی دارند. هر وقت احساس خوشبختی، غم و اندوه، نشاط، آرامش یا استرس داریم، واکنشهای شیمیایی زیادی در بدن اتفاق می افتد. در این مواقع پیام رسان های شیمیایی یا همان انتقال دهنده های عصبی در مغز آزاد می شوند.
از لحظه ای که غذا را در دهان خود می گذارید، تعدادی از واکنشهای شیمیایی مختلف در دستگاه گوارش شما شروع می شود. بزاق حاوی آنزیم آمیلاز است، که وظیفه تجزیه کربوهیدرات ها را بر عهده دارد و معده شروع به تولید اسید هیدروکلریک می کند. همه این آنزیم ها تحت واکنشهای شیمیایی قرار می گیرند تا هضم مناسب و همچنین جذب مواد غذایی رخ دهد.
2-کاربرد مواد شیمیایی در تولید مواد غذایی
گیاهان از طریق فتوسنتز که یک واکنش شیمیایی بسیار مهم به شمار می‌رود مواد غذایی خود را تولید می کنند. واکنش شیمیایی که در فتوسنتز رخ می دهد رایج ترین و حیاتی ترین واکنش شیمیایی است.
مواد شیمیایی حتی در بهترین و خوشمزه ترین میوه های طبیعی نیز وجود دارند. به عنوان مثال در توت فرنگی بیش از حدود 350 ماده شیمیایی وجود دارد، که از جمله مهمترین آن‌ها عبارتند از:
• متیل بوتانوات
• آنتوسیانین ها
• اکسین
در صورت خواندن مواد موجود در لیبل درج شده بر روی محصولاتی مانند سس گوجه فرنگی، مربا یا ترشی، ممکن است از دیدن لیست انواع مواد شیمیایی گوناگون شگفت زده شوید. اغلب این مواد شیمیایی به عنوان نگهدارنده مواد غذایی شناخته می شوند. این نگهدارنده ها رشد میکروارگانیسم ها را به تاخیر می اندازند. رایج ترین مواد نگهدارنده مواد غذایی شیمیایی عبارتند از:
• بنزوات سدیم
• اسید سوربیک
• سوربات پتاسیم
• سوربات کلسیم
• سربن سدیم
• اسید پروپیونیک
• نمکهای نوتروز اسید
3-کابرد مواد شیمیایی در تولید مواد بهداشتی
صابون ها نمک های سدیم و یا پتاسیم اسید های چرب می باشند که در طی فرایند های شیمیایی صابونی شدن به وجود می آیند. صابون ها با گریس و روغن ها وارد واکنش می شوند و می توانند آن ها را از روی سطوح پاک نمایند. از جمله مواد شیمیایی که در صابون ها استفاده می شد می توان به ترکیبات زیر اشاره کرد:
• سدیم هیدروکسید
• پتاسیم هیدروکسید
مواد ضد آفتاب از جمله موادی هستند که به خصوص در تابستان ها به وفور مورد استفاده قرار می گیرند. اکسید روی و تیتانیوم دی اکسید از جمله مواد شیمیایی هستند که در این محصولات عموما مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد باعث می شوند که از نفوذ اشعه ماوابنفش به اعماق پوست جلوگیری به عمل آید.
4-مواد شیمیایی و تولید نان، کیک و شیرینی
نان خوب حاصل واکنشهای شیمیایی است. اجزای اصلی نان مخمر، آرد، آب و نمک است. هر یک از این اجزا در پختن نان نقش دارد. آرد شامل نشاسته و پروتئین است. آرد و آب با مخمر آمیخته می شود تا خمیر به دست آید در خمیر آمیخته، آب و پروتئین زنجیره های مولکول در هم پیچیده ای به نام گلوتن ایجاد می کند.
وقتی خمیر ورز داده می شود این زنجیرها ردیف می شوند و خمیر صاف و یکدست می شود. نشاسته ی موجود در خمیر هم با آب به صورت ماده ای ژله شکل در می آید و ساختار خاصی به خمیر می دهد.این که هنگام پخت و پز چه تغییراتی در مواد غذایی رخ می دهد، غذاها چگونه فاسد می شوند، چگونه می توان از مواد غذایی نگهداری کرد و بدن برای هضم و جذب آن ها چگونه عمل می کند، همه این موارد به علم شیمی و واکنشهای شیمیایی مرتبط است.
نان، کیک‌ها و شیرینی‌هایی که مصرف می شوند به منظور بهبود کیفیت و بافت آن ها از افزودنی جوش شیرین با نام شیمیایی سدیم بی کربنات استفاده می شود. افزودن جوش شیرین به مواد غذایی قبل از پخت و پز منجر به تولید دی اکسید کربن (CO2) می‌شود.
5-مواد شیمیایی در پزشکی و داروسازی
علم شیمی و ترکیبات شیمیایی کمک زیادی به بهبود امکانات بهداشتی و درمانی کرده و جان انسان های زیادی را نجات داده است. از گذشته تاکنون بسیاری از پزشکان از علم شیمی برای تشخیص واکنش های شیمیایی انجام شده در بدن انسان کمک گرفته اند و تشخیص بیماری های مختلف با انجام آزمایش هایی همچون آزمایش خون با افزودن مواد شیمیایی خاص، میسر شده است.
علم شیمی در ساخت داروهای مختلف نقش اساسی داشته است، از جمله آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• داروهای مسکن برای کاهش انواع مختلف دردها
• آنتی بیوتیک ها برای مهار عفونت ها
• آرام بخش ها برای کاهش استرس و تنش های روحی
• ضد عفونی کننده ها برای جلوگیری از عفونت زخم ها
• داروهای بی حسی و بیهوشی برای سهولت در انجام عمل های جراحی
• آفت کش هایی که خطر بیماری های ناشی از موش، پشه و مگس را به شدت کاهش داده اند
6-کاربرد شیمی در صنعت
شیمی نقش مهم و کلیدی در توسعه و رشد تعداد زیادی از صنایع داشته و در ساخت تقریبا تمامی محصولاتی که در کارخانه ها تولید می شوند از واکنش های شیمیایی و مواد شیمیایی استفاده می شود.
کاربردهای بی نظیر شیمی در صنایعی همچون صنایع نفت، شیشه، سیمان، کاغذ، پارچه، رنگ سازی، پلاستیک، داروسازی و غیره غیر قابل انکار می باشد و بی شک همه این مواد از مهم ترین نیازمندی های انسان عصر حاضر محسوب می شوند.
علاه بر این علم شیمی در طول تاریخ با تهیه کاتالیزورهای مناسب به تولید هرچه بیشتر اسید سولفوریک، اسید نیتریک و آمونیاک که در صنایع به وفور از آن ها استفاده می شود کمک کرده است.
7-کاربرد مواد شیمیایی در کشاورزی
کشاورزان برای افزایش کیفیت میوه، سبزیجات و سایر محصولات زراعی خود از کودهای شیمیایی مختلفی استفاده می‌کنند، که از جمله آن‌ها می‌توان به کودهای زیر اشاره کرد:
• کود اوره
• سوپر فسفات کلسیم
• نیترات سدیم
• آمونیوم سولفات
علاوه بر کودهای شیمیایی از محصولات شیمیایی به منظور موارد زیر نیز در کشاورزی استفاده می‌شود:
• حشره کش ها: یکی از انواع سموم دفع آفات در کشاورزی به منظور کشتن حشرات و آفات
• قارچ کش ها: به منظور از بین بردن و جلوگیری از رشد قارچ ها
• ضد باکتری ها: به منظور از بین بردن باکتری ها و ویروس های مختلف
• ضد جوندگان: برای از بین بردن جوندگان همچون موش
• علف کش ها: به منظور از بین بردن علف های هرز و ناخواسته
8-کاربرد شیمی در مسائل حقوقی
شیمی نقش مهمی در حوزه حقوق و بررسی پرونده های حقوقی دارد. به عنوان مثال فردی نفت سفید را با بنزین مخلوط کرده و می فروشد، برای اثبات این مسئله در دادگاه از آزمایش های شیمیایی استفاده می شود تا اتهام فرد مورد نظر تایید یا رد شود.
9-کاربرد مواد شیمیایی در تولید فلزات
از مواد شیمیایی در استخراج فلزات مختلف استفاده می شود، از جمله فلزاتی که به این منظور استفاده می‌شوند، عبارتند از:
• طلا
• نقره
• مس
• آهن
• آلومینیوم
• روی
علاوه بر موارد فوق آلیاژهای فراوانی از این فلزات نیز به کمک علم شیمی تولید می‌شوند که در ساخت اشیا مختلف از جمله زیور آلات، ظروف، سکه و بسیاری از لوازم صنعتی و کشاورزی کاربرد فراوان دارند.
مهم ترین صنعت استفاده کننده از سولفات مس، استفاده از آن در صنایع کشاورزی است.