آریا بانو - خراسان / تعریف علم شیمی، یکی از سخت‌ترین کارهای دنیاست! شیمی اساسا علمی است که به مطالعه و بررسی همه چیز می‌پردازد. همچنین آن‌قدر مهم است که معمولا «علم پایه» نامیده می‌شود زیرا رشته‌ای است که همه علوم دیگر را به هم وصل می‌کند. هر کسی که تا به حال سریال «بریکینگ بد» را تماشا کرده باشد، می‌داند چقدر شیمی می‌تواند جذاب و جالب باشد. پنجم شهریور(27 اوت)، روز بزرگداشت زکریای رازی است.او متولد سال 243 هجری خورشیدی، پزشک، فیلسوف، شیمی‌دان، کیهان‌شناس، استاد منطق، ریاضیات و در یک کلام همه‌چیزدان ایرانی بود. رازی علاوه بر آثار ماندگاری در زمینه پزشکی، شیمی و فلسفه، به‌عنوان کاشف الکل، جوهر گوگرد (اسید سولفوریک) و نفت سفید هم مشهور است. از هزار سال پیش از میلاد، تمدن‌های باستان از ابزارهایی استفاده می‌کردند که به نوعی به علم شیمی مربوط می‌شدند؛ مثل استخراج فلزها از سنگ معدن، سفالگری با لعاب، تهیه رنگدانه برای لوازم آرایشی و نقاشی، استخراج مواد شیمیایی از گیاهان برای دارو و عطر، ساخت شیشه و آلیاژهایی مانند برنج. به همین بهانه و در پرونده امروزدرباره تاریخچه علم شیمی می‌خوانیم تا بدانیم این علم پایه، از کجا شروع شده و به این‌جا رسیده‌ است. درباره چهره جدید و کمتر دیده شده علم شیمی هم خواهیم گفت.
1- آتش باستان، اولین آزمایش شیمی جهان
چه زمانی؟ 4 هزار سال پیش از میلاد
نخستین واکنش شیمیایی که بشر توانست انجام دهد، کنترل و مهار کند، آتش بود. آتش برای مردم باستان نیرویی شگفت‌انگیز بود که می‌توانست یک ماده را به ماده دیگر تبدیل کند، در حالی که نور و گرما هم می‌داد. این آتش سبب کشف شیشه و نحوه پالایش فلزها یا متالورژی و شناخت مواد شد. کشف آلیاژها باعث آغاز عصر برنز شد. پس از آن دانش شیمی و متالورژی برای ساخت ابزارهای جنگی به کار گرفته ‌شد. مصریان باستان در زمینه متالورژی توانا بودند. امپراتور روم هنگام حمله به مصر دستور سوزاندن اسنادی را داد که مربوط به کیمیا بود و به همین دلیل نوشته‌های مصری بسیار کمی درباره آن باقی مانده‌است که مهم‌ترین آن‌ها پاپیروس استکهلم و پاپیروس لیدن هستند. مصریان عقیده داشتند که علم کیمیا یعنی علم تبدیل مواد به یکدیگر و مخصوصا مس به طلا، توسط خدای دانش و خرد پدید آمده‌ است.
2-کیمیای ایرانی، زیبایی علم شیمی
چه زمانی؟ 2 هزار سال پیش از میلاد در ایران باستان
سفالینه‌های خاکستری با لعاب سیاه ، دو هزار سال پیش از میلاد در تپه حصار و تپه سیلک به وجود آمدند. این سفال‌ها نخستین نوع سفال‌های لعاب‌داری هستند که شناخته‌ شده‌اند. ایرانیان باستان برای خودآرایی از موادی مانند سرخاب، وسمه و سرمه استفاده می‌کردند که این مواد را از چربی حیوانات یا خاکستر به دست می‌آوردند و به آن‌ها رنگدانه‌های طبیعی می‌افزودند. در آن دوران سنگ فیروزه به خاطر رنگ زیبایش مورد توجه بود و ایران تنها کشوری بود که این سنگ گران بها را استخراج می‌کرد. به همین دلیل می‌توان آغاز علم شیمی را در ایران باستان جست‌وجو کرد. بنا بر بعضی روایت‌های تاریخی، علم کیمیا هم از ایران به مصر و بقیه دنیا صادر شده است.
3-فلسفه یونانی، عامل کشف اتم
چه زمانی؟ 500 سال پیش از میلاد در یونان باستان
در گذشته‌های دور، فیلسوفان تلاش می‌کردند تا بدانند چرا مواد مختلف خاصیت‌های متفاوت (رنگ، بو و غلظت) و حالت‌های متفاوت (جامد، مایع و گاز) دارند و با شیوه‌های متنوع با یکدیگر واکنش می‌دهند. در این زمان فیلسوفان یونانی نخستین نظریه‌ها را درباره شیمی و طبیعت ارائه کردند که تا حدودی این نظریه‌ها متاثر از فرهنگ و تمدن‌های زمان خود بود. برای مثال تالس تصور می‌کرد که آب عنصر اصلی سازنده جهان است. 200 سال پس از او ارسطو از «عناصر چهارگانه» سخن گفت و اعتقاد داشت که جهان از چهار عنصر آب، هوا، خاک و آتش ساخته‌ شده‌ است. ارائه نظریه اتمی به دوران یونان باستان بازمی‌گردد. لوکرتیوس در کتابی به نام «طبیعت چیزها» به اندیشه‌های دموکریت و لئوکیپوس اشاره می‌کند که دموکریت ادعا می‌کرده همه مواد از ذره‌های تجزیه‌ناپذیری به نام اتم تشکیل شده‌اند.
4-و اما کیمیا ...
چه زمانی؟ 300 تا 700 سال پیش از میلاد
در گذشته مردم بسیار مشتاق بودند که بتوانند فلزهای ارزان را به فلزی گران بها همچون طلا تبدیل کنند. به اعتقاد آنان ماده‌ای که می‌توانست چنین کاری انجام دهد، سنگ جادویی فلاسفه بود. همین موضوع سبب شد علمی به نام کیمیا پدید آید. کیمیا تنها به دنبال تبدیل فلزهای ارزان به فلزهای گران بها نبود بلکه مردم امید داشتند کیمیا بتواند کمک کند تا دارویی ساخته‌ شود که به بهبودی بیماری‌ها منجر شود. مردم امیدوار بودند که کیمیاگران بتوانند ماده‌ای به نام آب حیات یا اکسیر زندگی به وجود بیاورند تا به کمک آن مرگ انسان‌ها را به تأخیر بیندازند. کیمیا در فرهنگ فارسی نیز تأثیرگذار بود و شاعران در آثار خود به کیمیا اشاره می‌کردند.
5- بنیان‌گذاری شیمی مدرن به همت ایرانیان
چه زمانی؟ 700 سال پیش از میلاد تا 1500 میلادی
دانشمندان مسلمان ایرانی و عرب ترجمه آثار علمی یونان باستان را شروع و شیوه‌های علمی آن‌ها را آزمایش کردند. در قرن هشتم میلادی جابربن‌حیان که او را پدر علم شیمی نیز می‌نامند و از شاگردان امام صادق(ع) بوده ‌است، یک رویکرد منظم همراه با آزمایش عملی را معرفی کرد. او وسیله‌ای به نام انبیق برای تقطیر مواد اختراع و با آن مواد شیمیایی را بررسی ‌کرد. از خدمات دیگر جابربن‌حیان به علم شیمی، تفاوت قائل شدن میان اسید و باز و ساخت صدها دارو است. شیمی‌دانان مسلمان و ایرانی برخی نظریه‌های کیمیا از جمله داستان سنگ فلاسفه را رد کردند. خواجه نصیرالدین طوسی نیز به گونه‌ای پایستگی جرم را ارائه کرد. او اشاره کرد که یک ماده تنها می‌تواند تغییر کند اما نمی‌تواند ناپدید شود. محمد زکریای رازی نیز نظریه عناصر چهارگانه ارسطو را برای اولین بار ردکرد. او با به‌کارگیری آزمایشگاه مدرن و طراحی و توصیف بیش از 20 ابزار آزمایشگاهی که برخی از آن‌ها هم‌اکنون نیز کاربرد دارند، بنیان مستحکمی برای شیمی مدرن بنا کرد.
6-آغاز دوره شکوفایی شیمی نوین
چه زمانی؟ 1500 تا 1800 میلادی
رابرت بویل، دانشمند انگلیسی در سال 1661 شیمی را علمی تجربی خواند. او از دانشمندان خواست تا علاوه بر سه ابزار اصلی یونانیان یعنی مشاهده کردن، اندیشیدن و نتیجه‌گیری، پژوهش‌های علمی نیز انجام دهند. بویل عقیده ارسطو را که جهان از چهار عنصر تشکیل شده‌ است، رد کرد و به جای آن سه عنصر نمک، گوگرد و جیوه را عناصر سازنده جهان دانست. در سال 1669 هنینگ براند توانست فسفر را از ادرار به دست آورد. فسفر اولین عنصری بود که با شیوه شیمیایی کشف شد. هنری کاوندیش برای اولین بار در سال 1766 توانست گاز هیدروژن را از دیگر گازها تشخیص دهد. آنتوان لاووازیه در سال 1789 قانون پایستگی جرم را مطرح کرد. جوزف بلک در سال 1754 توانست کربن دی‌اکسید را جداسازی کند. کارل ویلهلم شیله و جوزف پریستلی، در سال‌های 1771 و 1774 به‌طور مستقل توانستند اکسیژن را کشف کنند. در سال 1800 آلساندرو ولتا با ساخت اولین باتری شیمیایی باعث آغاز دانش الکتروشیمی شد. در سال 1801 جان دالتون نظریه اتمی خود را در هفت بند منتشر کرد و اتم را تجزیه‌ناپذیر خواند. دوره شکوفایی شیمی نوین آغاز شد.
7- آسپرین، اولین نتیجه تفکیک شیمی آلی و معدنی
چه زمانی؟ 1800 تا 1900 میلادی
جالب این‌جاست که انگلیسی‌ها، جوزف پریستلی را پدر شیمی جدید می‌دانند و فرانسوی‌ها آنتوان لاووازیه را! با این حال شیمی مدرن پس از فعالیت‌های لاووازیه شکوفا شد. اصلی‌ترین دلیل آن، اکتشافات او درباره پایستگی جرم، نظریه ماهیت آتش و واکنش سوختن در سال 1783 بود. پیش از آن فرض می‌شد که ماهیت آتش ماده‌ای ‌است که از ماده سوختنی آزاد می‌شود. فریدریش وهلر که در سال 1828 موفق به ساخت ترکیب اوره شده‌ بود، بحث دیگری را درباره ارتباط شیمی و حیات و تمایز مواد آلی و مواد معدنی آغاز کرد. پیش از آن در دانش شیمی هرگز به ترکیب مواد آلی و مواد معدنی پرداخته‌ نشده ‌بود. همین موضوع سرآغاز یک رشته جدید در شیمی شد به‌طوری‌که در اواخر قرن نوزدهم میلادی دانشمندان می‌توانستند صدها ترکیب آلی به وجود بیاورند. مهم‌ترین آن‌ها جوهرهای مصنوعی بنفش، سرخابی و دیگر رنگ‌ها و نیز آسپرین بود.
8-جدول تناوبی متولد شد
چه زمانی؟ 1850 تا 1900 میلادی
جان نیولندز، شیمی‌دان انگلیسی در سال 1865 دریافت که با گذر از هر هشت عنصر، خواص فیزیکی تکرار می‌شوند. دیمیتری مندلیف، شیمی‌دان روسی اولین کسی بود که در سال 1866 یک جدول تناوبی مشابه جدول‌های تناوبی امروزی را به وجود آورد. او عناصر را برحسب جرم اتمی کنار یکدیگر قرار داد و به شباهت خواص آن‌ها پی برد. سپس عناصری را که به یکدیگر شبیه بودند در جدولی زیر یکدیگر قرارداد و جدولش را منتشر کرد. مندلیف به دلیل تکرار تناوبی خواص متوجه شد بعضی عناصر هنوز کشف نشده‌اند و جای این عناصر را در جدولش خالی گذاشت. او وجود سه عنصر ژرمانیم، گالیوم و اسکاندیم را حدس زد و نام آن‌ها را به ترتیب اکاسیلیسیوم، اکاآلومینیوم و اکابور نهاد. وی همچنین توانست برخی خواص همچون جرم و رنگ آن‌ها را حدس بزند که پس از کشف این عناصر پیش‌بینی‌های او با واقعیت مطابقت می‌کردند.
9-از نفت تا رایانه
شیمی به همه جا سرک کشید
چه زمانی؟ 1900 تا 2000
در اوایل قرن نوزدهم، کشفیاتی در زمینه زیست‌شناسی صورت گرفت مانند کشف بزاق و نحوه تبدیل نشاسته به شکر. سال 1878 ویلهلم کان، دانشمند آلمانی آنزیم را کشف کرد که پلی میان شیمی و زیست‌شناسی بود. در سال 1953 جیمز واتسون و فرانسیس کریک توانستند ساختار مارپیچ دی‌ان‌ای را با مدل‌هایی الهام‌گرفته از دانش شیمی و پرتوی ایکس که روزالیند فرانکلین آن را انجام داد، توجیه کنند. در اواخر قرن نوزدهم تحول عظیمی در بهره‌برداری از نفت استخراجی رخ داد. تولید گسترده و پالایش نفت سبب به وجود آمدن گازوئیل، حلال‌های شیمیایی، آسفالت، واکس و بسیاری از محصولاتی که در دنیای مدرن کاربرد دارند مانند فیبر، پلاستیک، چسب، آمونیاک، شوینده‌ها و دارو شد. کنترل ساختار الکترونیکی مواد نیمه‌رسانا باعث اختراع ترانزیستور در سال 1951 شد. این دستاورد سبب ساخت تراشه‌ها برای استفاده در دستگاه‌های الکترونیکی مانند رایانه شد.

کاربردهای جدید و کمتر شنیده شده علم شیمی
مریم ملی| روزنامه‌نگار علم
شاخه‎های مختلف علوم پایه را به سختی می‎شود کاملا مجزا و منفرد بررسی کرد چراکه انگار دستانشان را در دست هم گره و وحدتی عجیب پیدا کرده‎اند. علم شیمی هم طبق همین قاعده با علوم زیست‎شناسی، فیزیک و زمین‎شناسی پیوندی محکم دارد. با پیشرفت علوم و فناوری، اهمیت شیمی در بقیه علوم هر روز پر رنگ‌تر شده است و امروز می‎بینیم که زیرشاخه‎هایی همچون شیمی فیزیک، زیست شیمی و شیمی اعصاب به حوزه‎هایی بسیار تاثیرگذار تبدیل شده‎اند. خوردگی و زنگ زدن فلزات یکی از مسائلی است که در صنعت، راه‌سازی و حمل‎و‎نقل همیشه مورد بحث بوده و زیان‎های زیادی به کشورها و مردم وارد کرده است اما بخش‎های مختلف فیزیک مثل ترمودینامیک با کمک علم شیمیِ مواد می‎توانند راه‌حل‎های خوبی برای این حوزه ارائه و از خسارت‎های فراوان جانی و مالی جلوگیری کنند. باتری‎هایی که توی گوشی‎های ماست به کمک شیمیِ فیزیک در حال کار کردن هستند و هر روز هم مدرن‎تر و به صرفه‎تر می‎شوند. این که هر قطعه الکترونیکی چطور و در چه سیستمی قرار بگیرد تا کارایی داشته باشد و انرژی‎اش از چه راهی تامین شود، همه و همه از رابطه بین شیمی و فیزیک شکل گرفته و زندگی ما را دستخوش تغییرات قابل توجهی کرده، تغییراتی که البته سرعت و رفاه را برای ما در پی داشته است.
درون بدن‌تان چه می‌گذرد؟
زیست شیمی، همان‌طور که از نامش بر می‎آید، علم مطالعه سر و کله زدن شیمی با مولکول‎ها و سلول‎هاست. درون بدن موجودات زنده چه می‎گذرد؟ ترکیبات غذایی مختلف چه تاثیری بر فرایندهای زیستی درون بدن انسان و دیگر جانداران دارد؟ هرچه در ساختمان بدن موجودات زنده به کار رفته زیر ذره‏بین زیست‎شیمی‎دان‎هاست تا آثار و نوع عملکردش را ببینند و بسنجند و در نهایت برای تولید داروهای مخصوص مبارزه با بیماری‎های ویروسی یا درمان بعضی بیماری‎ها مثل ایدز و سرطان اطلاعات دقیق و تازه‎ای به دست بیاورند. یکی از اتفاقات مهم این حوزه کشف ژن و نقش آن در سلول بود که به تنهایی تاثیر زیادی بر پیشرفت و توسعه زیست‎شناسی و پزشکی گذاشت. وقتی شما به آزمایشگاه می‎روید تا با کمک آزمایش خون شرایط سلامتی خودتان را بسنجید این علم زیست شیمی است که به واسطه‎اش می‎شود میزان آنزیم‎های خون را اندازه گیری کرد و با بررسی DNA ناهنجاری‎های ژنتیکی، بیماری‎های عفونی و سرطان‎ها را در آن تشخیص داد.
از شیمی اعصاب چه می‌دانید؟
در این قسمت جالب است که اشاره‎ای کوتاه هم به شاخه کاربردی و مهم دیگری از شیمی داشته باشیم که با عنوان شیمیِ اعصاب شناخته می‎شود و امروز بسیار اهمیت پیدا کرده است. در پیام‎رسان‎های عصبی بدن انسان و موجودات زنده دیگر چه خبر است و نقش آن‌ها در سلامت و حیات یک جاندار چیست؟ دستگاه عصبی بدن و انشعاباتش چطور کار می‎کنند و از چه چیزهایی تاثیر می‎گیرند، مواد شیمیایی درون آن‎ها چیست و زمانی که مغز فرمان انجام کاری را می‎دهد، پیام‎ها با چه ویژگی‎هایی به اندام‎های بدن ارسال می‎شوند؟ این‎ها و سوالات بی‌شمار دیگری در سطح کاملا تخصصی کار پژوهشگرانی است که در زمینه شیمی اعصاب کار می‌کنند و در نهایت تلاش‎هایشان در این حوزه می‎تواند به متخصصان علوم اعصاب و روان پزشک‌ها کمک کند تا در درمان بیماری‎های عصبی و اختلالات روانی موفق‌تر عمل کنند.
منابع این پرونده:کتاب شیمی عمومی، نوشته چارلز مورتیمر،کتاب شیمی آلی، نوشته سولومونز،شیمی لند و ایسنا