شيمي كوانتومي

• 
  

شیمی کوانتومی

 
 

 

 

 

 

 

دید کلی

شیمی کوانتومی ، دانش کاربرد مکانیک کوانتومی در مسایل مربوط به شیمی است. اثر شیمی کوانتومی ، در شاخه‌های وابسته به شیمی قابل لمس است. مثلا :

• علمای شیمی فیزیک ، مکانیک کوانتومی را (به کمک مکانیک آماری) در محاسبات مربوط به خواص ترمودینامیکی (مانند آنتروپی و ظرفیت حرارتی) گازها ، در تفسیر طیفهای مولکولی به منظور تائید تجربه خواص مولکولی (مانند طولها و زوایای پیوندی) ، در محاسبات نظری خواص مولکولی ، برای محاسبه خواص حالات گذار واکنشهای شیمیایی به منظور برآورد ثابتهای سرعت واکنش ، برای فهم نیروهای بین مولکولی و بالاخره برای بررسی ماهیت پیوند در جامدات بکار می‌برند.
  
   

• علمای شیمی آلی از مکانیک کوانتومی ،‌ برای برآورد پایداریهای نسبی مولکولها ، محاسبه خواص واسطه‌های واکنش ، بررسی ساز و کار واکنشهای شیمیایی ، پیش بینی میزان ترکیبات و تحلیل طیفهای  NMR  استفاده می‌کنند.

• علمای شیمی تجزیه از مکانیک کوانتومی برای تفسیر شدت و فرکانسهای خطوط طیفی استفاده می‌کنند.
  
   

• علمای شیمی معدنی از نظریه میدان لیگاند که یک روش تقریبی مکانیک کوانتومی است، در توضیح خواص یونهای مرکب فلزات واسطه سود می‌برند.

فرضیه پلانک ، سرآغاز مکانیک کوانتومی

در سال 1900، "ماکس پلانک" ، نظریه‌ای ابداع کرد که با منحنی‌های تجربی تابش جسم سیاه ، مطابقتی عالی از خود ارائه داد. فرض او این بود که اتمهای جسم سیاه ( ماده‌ای که تمام نورهای تابیده به آن را جذب کند ) ، تنها قادرند نورهایی را گسیل سازند که مقادیر انرژی آنها توسط رابطه hv  داده می‌شود. در رابطه ، v  فرکانس تابش و h  ، ثابت تناسب است که

 

به ثابت پلانک معروف است. با قبول مقدار ، منحنی‌هایی بدست می‌آیند که با منحنی‌های تجربی جسم سیاه کاملا مطابقت دارند. کار پلانک سرآغاز مکانیک کوانتومی بود.

به دنبال پلانک ، "انیشتین" نیز مشاهدات مزبور را بر اساس اندیشه تشکیل نور از اجزایی ذره گونه تشریح کرد که آنها را

فوتون نامید که انرژی هر یک از آنها برابر است با  

 

احتمال و مکانیک کوانتومی

موضوع احتمال ، یک نقش اساسی را در مکانیک کوانتومی ایفا می‌کند. در مکانیک کوانتومی ، سروکار ما با احتمالاتی است که با متغیر پیوسته‌ای مانند مختصه x  درگیرند. صحبت از احتمال پیدا شدن یک ذره در یک نقطه خاص

مانند x = 0.5000  حاوی چندان معنایی نیست، زیرا تعداد نقطه‌ها در روی محور x  نامتناهی ، ولی تعداد در اندازه گیریهای ما به هر حال متناهی است و از این رو ، احتمال وصول با دقت به 0.5000  بی‌نهایت کم خواهد بود.

این است که به جای آن از احتمال یافتن ذره در یک فاصله کوتاه از محور x  ، واقع بین  x+dx , x صحبت می‌شود که در آن dx  یک طول بینهایت کوچک است. طبیعتا احتمال فوق متناسب با فاصله کوچک dx  بوده و و برای نواحی مختلف محور x متغیر خواهد بود. بنابراین احتمال اینکه ذره در فاصله مابین x و x+dx  پیدا شود، مساوی g(x)dx  است که در اینجا (g(x  بیانگر نحوه تغییرات احتمال روی محور x  است. تابع (g(x  چون برابر مقدار احتمال در واحد طول است، لذا چگالی احتمال نامیده می‌شود.

چون احتمالات ، اعداد حقیقی و غیر منفی‌اند، لذا (g(x  باید یک تابع حقیقی باشد که همه جا غیر منفی است. تابع

موج  می‌تواند هر مقدار منفی و یا مقادیر مختلط را به خود بگیرد و از این نظر به عنوان یک چگالی احتمال محسوب نمی‌شود. مکانیک کوانتومی به عنوان یک اصل می‌پذیرد که چگالی احتمال برابر  است. 

 

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ

اندیشه "بوهر" مبنی بر اینکه هر الکترون در اتم ، تنها می‌تواند کمیتهای معین انرژی را دارا باشد، گام مهمی در رشد و تکوین نظریه اتمی بود (مدل اتمی بوهر). نظریه بوهر برای توجیه طیف اتم هیدروژن ، مدلی رضایت بخش ارائه کرد، اما تلاش برای بسط نظریه به منظور تشریح طیف اتمهای دارای بیش از یک الکترون ناموفق بود. دلیل این مشکل به زودی آشکار شد.

در نگرش بوهر ، الکترون به عنوان ذره‌ای باردار متحرک ، در نظر گرفته می‌شود. برای پیش بینی دقیق مسیر یک جسم متحرک ، دانستن مکان و سرعت جسم در هر لحظه معین ضروری است. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ (1926)  نشان می‌دهد که تعیین دقیق مکان و اندازه حرکت جسمی به کوچکی الکترون ناممکن است. هرچه تلاش کنیم که یکی از این کمیتها را دقیقتر تعیین کنیم، از دقت کمیت دیگر ، نامطمئن‌تر هستیم.

مشاهده اشیا با دریافت انعکاس پرتوهای نوری که برای روشن کردن آنها بکار رفته است، امکان‌پذیر است. برای تعیین موقعیت جسمی به کوچکی یک الکترون ، تابشی با طول موج به غایت کوتاه مورد نیاز است. چنین تابشی ،‌ طبعا فرکانس بسیار بالایی خواهد داشت و بسیار پرانرژی خواهد بود. وقتی این تابش به الکترون برخورد کند، سبب تغییر تندی و جهت حرکت آن می‌شود. از این رو هر گونه تلاش برای تعیین موقعیت الکترون ، اندازه حرکت آن را به شدت تغییر می‌دهد. فوتونهایی که طول موج بلندتر دارند، کم انرژی‌ترند و تاثیر کمتری بر اندازه حرکت الکترون می‌گذارند، ولی به علت بلندی طول موجشان ، نخواهند توانست موقعیت دقیق الکترون را نشان دهند.

از این رو ، این دو نوع عدم قطعیت با هم مرتبطند. به گفته هایزنبرگ ، حاصلضرب عدم قطعیت در مورد lیک شیء ،  

و عدم قطعیت در اندازه حرکت آن ،  ، برابر یا بزرگتر از حاصل بخش ثابت پلانک ،  است:


عدم قطعیت در اندازه گیری ، برای اشیایی به کوچکی الکترون بسیار مهم است، در حالی که برای اشیا با اندازه معمولی بی‌اهمیت است. 

 

 

معادله شرودینگر

اصل عدم قطبیت هایزنبرگ نشان می‌دهد که هر نوع کوشش در راه جامعتر و دقیق کردن مدل بوهر ، بی‌نتیجه است، زیرا تعیین دقیق مسیر الکترون در یک اتم ناممکن است. از سوی دیگر ، "شرودینگر" ، رابطه دوبروی را برای تدوین معادله‌ای بکار برد که الکترون را برحسب خصلت موجی آن توصیف می‌کند.

معادله شرودینگر پایه مکانیک موجی است. معادله برحسب یک تابع موجی  برای الکترون نوشته می‌شود. وقتی

معادله برای الکترون در اتم هیدروژن حل می‌شود، یک سلسله تابع موجی بدست می‌آید. هر تابع موجی به یک حالت معین انرژی برای الکترون مربوط است و ناحیه‌ای در اطراف هسته را توضیح می‌دهد که در آن ،‌ امکان یافتن الکترون وجود دارد. تابع موجی یک الکترون آنچه را که یک اوربیتال نامیده می‌شود، توضیح می‌دهد.

شدت هر موج ، با مجذور دامنه آن متناسب است. تابع موجی ،  ، تابع دامنه است. مقدار  برای یک حجم کوچک در هر موقعیتی در فضا ، متناسب با چگالی بار الکترونی در آن حجم است.

می‌توان تصور کرد که بار الکترون به سبب حرکت سریع الکترون به صورت ابر باردار در فضای دور هسته گسترده شده است. این ابر در برخی نواحی غلیظتر از نواحی دیگر است. احتمال یافتن الکترون در هر ناحیه معین متناسب با چگالی ابر الکترونی در آن ناحیه است. این احتمال در ناحیه‌ای که ابر الکترونی غلیظتر است، بیشتر خواهد بود. این تفسیر کوششی برای توصیف مسیر الکترون ، به عمل نمی‌آورند، بلکه فقط پیش بینی می‌کند که احتمال یافتن الکترون در کجا بیشتر است.

 

 

 

گروه علمی نابغه های ایران

 

 

 

 

 

اتم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

پرش به: ناوبری، جستجو

اتم

This illustrates the nucleus (pink) and the اوربیتال distribution (black) of the هلیم atom. The nucleus (upper right) is in reality spherically symmetric، although this is not always the case for more complicated nuclei.

رده

کوچک‌ترین جز در شیمی عناصر

مشخصات

جرم :	≈ 1.67×10^-۲۷ to 4.52×10^-۲۵ kg
بار الکتریکی :	صفر
قطر : (قطر به عنصر و ایزتوپ اتم بستگی دارد)‎	31 pm (He) تا 520 pm (Cs)‎
انواع اتمهای که تاکنون دیده شده‌است:	~10^80^[۱]

اَتُم (به انگلیسی: Atom) واحد تشکیل دهنده تمام مواد (یا تک تک عنصر شیمیایی) است که متشکل از یک هسته مرکزی است که محاطه شده با ابر الکترونی با بار منفی. تعریف دیگری آن را به عنوان کوچکترین واحدی در نظر می‌گیرد که ماده را می‌توان به آن تقسیم کرد بدون اینکه اجزاء بارداری از آن خارج شود.^[۲] اتم ابری الکترونی، تشکیل‌شده از الکترون‌ها با بار الکتریکی منفی، که هستهٔ اتم را احاطه کرده‌است. هسته نیز خود از پروتون که دارای بار مثبت است و نوترون که از لحاظ الکتریکی خنثی است تشکیل شده است. زمانی که تعداد پروتون‌ها و الکترون‌های اتم با هم برابر هستند اتم از نظر الکتریکی در حالت خنثی یا متعادل قرار دارد در غیر این صورت آن را یون می‌نامند که می‌تواند دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی باشد. اتم‌ها با توجه به تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های آنها طبقه‌بندی می‌شوند. تعداد پروتون‌های اتم مشخص کننده نوع عنصر شیمیایی و تعداد نوترون‌ها مشخص‌کننده ایزوتوپ عنصر است.^[۳]

نظریه فیزیک کوانتم تصویر پیچیده‌ای از اتم ارائه می‌دهد و این پیچیدگی دانشمندان را مجبور می‌کند که جهت توصیف خواص اتم بجای یک تصویر متوسل به تصاویر شهودی متفاوتی از اتم شوند. بعضی وقت‌ها مناسب است که به الکترون به عنوان یک ذره متحرک به دور هسته نگاه کرد و گاهی مناسب است به آنها عنوان ذراتی که در امواجی با موقعیت ثابت در اطراف هسته (مدار: orbits) توزیع شده اند نگاه کرد. ساختار مدارها تا حد بسیار زیادی روی رفتار اتم تأثیر گذارده و خواص شیمیایی یک ماده توسط نحوه دسته بندی این مدارها معین می‌شود.^[۲]

محتویات

 [نهفتن] 

• ۱ اجزا
  • ۱.۱ ذرات بنیادی
  • ۱.۲ هسته
  • ۱.۳ ابر الکترونی
• ۲ مدل‌های اتمی
  • ۲.۱ مدل اتمی دموکریت
  • ۲.۲ مدل اتمی دالتون
  • ۲.۳ مدل اتمی تامسون
  • ۲.۴ مدل اتمی رادرفورد
  • ۲.۵ مدل اتمی نیلز بور
  • ۲.۶ مدل اتمی لایه‌ای
• ۳ منبع

اجزا 

جهت بررسی اجزاء یک ماده، می‌توان به صورت پی در پی آن را تقسیم کرد. اکثر مواد موجود در طبیعت ترکیب شلوغی از مولکول‌های مختلف است. با تلاش نسبتاً کمی می‌توان این مولکول‌ها را از هم جدا کرد. مولکول‌ها خودشان متشکل از اتم‌ها هستند که توسط پیوندهای شیمیایی به هم پیوند خورده اند. با مصرف انرژی بیشتری می‌توان اتم‌ها را از مولکول‌ها جدا کرد. اتم‌ها خود از اجزاء ریزتری بنام هسته و الکترون تشکیل شده که توسط نیروهای الکتریکی به هم پیوند خورده اند و شکستن آنها انرژی بسی بیشتری طلب می‌کند. اگر سعی در شکستن این اجرا زیر اتمی با صرف انرژی زیاد بکنیم، کار ما باعث تولید شدن ذرات جدیدی می‌شویم که خیلی از آنها بار الکتریکی دارند. ^[۲]

همانطور که اشاره شد اتم از هسته و الکترون تشکیل شده است. جرم اصلی اتم در هسته قرار دارد؛ فضای اطراف هسته عموماً فضای خالی می‌باشد. هسته خود از پروتن (که بار مثبت دارد)، و نوترن (که بار خنثی دارد) تشکیل شده. الکترون هم بار منفی دارد. این سه ذره عمری طولانی داشته و در تمامی اتم‌های معمولی که به صورت طبیعی تشکیل می‌شوند یافت می‌شود. بجز این سه ذره، ذرات دیگری نیز در ارتباط با آنها ممکن است موجود باشد؛ می‌توان این ذرات دیگر را با صرف انرژی زیاد نیز تولید کرد ولی عموماً این ذرات زندگی کوتاهی داشته و از بین می‌روند.^[۲]

اتم‌ها مستقل از اینکه چند الکترون داشته باشند (۳ تا یا ۹۰ تا)، همه تقریباً یک اندازه دارند. به صورت تقریبی اگر ۵۰ میلیون اتم را کنار هم روی یک خط بگذاریم، اندازه آن یک سانتیمتر می‌شود. به دلیل اندازه کوچک اتم ها، آنها را با واحدی به نام آنگستروم که برابر ^۱۰- ۱۰ متر است می‌سنجند.^[۲]

ذرات بنیادی 

نوشتار اصلی: ذرات زیراتمی

هسته 

نوشتار اصلی: هسته اتم

دارای نوترون و پروتون

ابر الکترونی 

مدل‌های اتمی 

مدل اتمی دموکریت 

دموکریت در ۵۰۰سال قبل از میلاد اوّلین تحقیق ها را در رابطه با اتم انجام داد. البته نتایج آزمایش ها او امروزه هیچ کدام مورد قبول نیست اما اصلی ترین گام در راستای تحقیق در رابطه با اتم بود. نام اتم به معنای تجزیه ناپذیر را نیز او انتخاب کرد. نظری ها او بسیار ابتدایی بود اما باید توجه داشت که تا زمانی که نمی‌توان اتم را به چشم دید صحبت در رابطه با آن نیز تنها حدس است. او بر این عقیده بود که:

• ماده ساختار ذرّه‌ای دارد یعنی از ذرّه ها بسیار کوچکی ساخته شده‌است که خود آن را تجزیه ناپذبر نامید.
• اتم مواد مختلف در شکل بایکدیگر متفاوت است. برای مثال مواد تیز و برنده یا ترش دارای اتمی با لبه های تیز به شکل هایی چون مثلث هستند یا مواد نرم و شیرین دارای شکلی دایره ای.(البته این مورد در نظرات بعدی کاملا رد شد.)

مدل اتمی دالتون [ویرایش]

نظریهٔ اتمی دالتون: دالتون نظریه اتمی خود را با اجرای آزمایش در هفت بند بیان کرد.

• ماده از ذره‌های تجزیه ناپذیری به نام اتم ساخته شده‌است.
• همهٔ اتم‌ها یک عنصر، مشابه یکدیگرند.
• اتم‌ها نه به وجود می‌آیند و نه از بین می‌روند.
• همهٔ اتم‌های یک عنصر جرم یکسان و خواص شیمیایی یکسان دارند.
• اتم‌های عنصرهای مختلف به هم متصل می‌شوند و مولکول‌ها را به وجود می‌آورند.
• در هر مولکول از یک ماده مرکب معین، همواره نوع و تعداد نسبی اتم‌های سازنده ی آن یکسان است.
• واکنش‌های شیمیایی شامل جابه جایی اتم‌ها و یا تغییر در شیوهٔ اتصال آن‌ها است.

نظریه‌های دالتون نارسایی‌ها و ایرادهایی دارد و اما آغازی مهم بود. مواردی که نظریهٔ دالتون نمی‌توانست توجیه کند:

• پدیدهٔ برقکافت (الکترولیز) و نتایج مربوط به آن
• پیوند یونی - فرق یون با اتم خنثی
• پرتو کاتدی
• پرتوزایی و واکنش‌های هسته‌ای
• مفهوم ظرفیت در عناصر گوناگون
• پدیدهٔ ایزوتوپی

قسمت اول نظریهٔ دالتون تأیید فیلسوف یونانی (دموکریت) بود.

نظریهٔ دالتون از سه قسمت اصلی (قانون بقای جرم - قانون نسبت‌ها معین - قانون نسبت‌های چندگانه) می‌باشد.

مطالعهٔ اتم‌ها و ذرات ریزتر فقط به صورت غیرمستقیم و از روی رفتار (خواص) امکان پذیر است.

اولین ذرهٔ زیراتمی شناخته شده الکترون است. مواردی که به کشف و شناخت الکترون منجر شد:

• الکتریسیتهٔ ساکن یا مالشی
• پدیدهٔ الکترولیز (برقکافت)
• پرتو کاتدی
• ۴پدیدهٔ پرتوزایی

مدل اتمی تامسون 

مدل اتمی تامسون (کیک کشمشی، مدل هندوانه‌ای یا ژله میوه دار)

• الکترون با بار منفی، درون فضای ابرگونه با بار مثبت، پراکنده شده‌اند.
• اتم در مجموع خنثی است. مقدار با مثبت با بار منفی برابر است.
• این ابر کروی مثبت، جرمی ندارد و جرم اتم به تعداد الکترون آن بستگی دارد.
• جرم زیاد اتم از وجود تعداد بسیار زیادی الکترون در آن ناشی می‌شود.

مدل اتمی رادرفورد 

۱)هر اتم دارای یک هسته کوچک است که بیشتر جرم اتم در آن واقع است.

۲)هسته اتم دارای بار الکتریکی مثبت است.

۳)حجم هسته در مقایسه با حجم اتم بسیار کوچک است زیرا بیشتر حجم اتم را فضای خالی تشکیل می‌دهد.

۴)هسته اتم بوسیله الکترونها محاصره شده‌است.

مدل اتمی نیلز بور 

او یکی از محققان موفق در این راه بود که با وجود اشتباه بودن مدل او بازهم در خیلی مکان ها مانند انرژی اتمی از آن استفاده می شود.

• اتم دارای هسته کوچک اما سنگین با بار مثبت است
• هسته در اتم در حجم کمی قرار دارد که اطراف آن الکترون ها بر روی مدار هایی مانند منظومه شمسی به دور آن می چرخند.

مدل اتمی لایه‌ای 

یک مدل اتمی است که امروزه پذیرفته شده‌است ولی هنوز از مدل اتمی بور برای نمایش اتم استفاده می‌شود در این مدل مانند مدل بور هسته که عمدهٔ جرم اتم را تشکیل داده در مرکز اتم قرار دارد و الکترون‌ها با انرژی‌های مختلف به دور هسته در حال گردش هستند با این تفاوت که در این مدل الکترون‌ها به شکل ابری که ابر الکترونی نامیده شده‌است در اطراف هسته اتم ودر فضای بسیار بزرگی که قطر آن ۱۰۰۰۰ برابر قطر هستهٔ اتم است در حرکتند

شيمي

شیمی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

پرش به: ناوبری، جستجو

کلاس‌ درس برخطی مربوط به موضوع این مقاله در کلاس‌های درس اینترنتی در بخش شیمی موجود است.

شیمی مطالعهٔ ساختار، خواص، ترکیبات، و تغییر شکل مواد است.

شیمی (به پارسی سره: کیمیا)^{[نیازمند منبع]}و(به انگلیسی: Chemistry) 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.

محتویات

 [نهفتن] 

• ۱ تاریخچه
• ۲ نگاه گذرا
• ۳ شاخه‌های شیمی
• ۴ جستارهای وابسته
• ۵ منابع
• ۶ پیوند به بیرون

تاریخچه 

نوشتار اصلی: تاریخ شیمی

در اوایل، تلاش برای بیان طبیعت مواد و چگونگی دگرگونی آن‌ها ناموفق بود. دانش پیشرفته‌تر کیمیا نیز در این مورد ناتوان بود. به هرحال دانش کیمیا به کمک انجام تحقیقات اولیه و ثبت نتیجه‌ها، پایه‌گذار شیمی مدرن بود. تغییر نگرش در شناخت مواد زمانی شروع شد که رابرت بویل در سال ۱۶۶۱ در کتاب شیمی‌دان شکاک میان شیمی و کیمیا تفاوت قائل شد.^[۱][۲] پس از آن شیمی با تلاش‌های آنتوان لاووازیه و ارائه قانون پایستگی جرم، به یک دانش تکامل‌یافته تبدیل شد. دغدغهٔ هر دو دانش کیمیا و شیمی شناخت طبیعت مواد و چگونگی دگرگونی آن‌ها بود، اما تنها شیمی از شیوه‌های علمی قوی بهره‌مند شد.^[۲] با کوشش‌های ویژهٔ جوسایا ویلارد گیبز تاریخ شیمی با ترمودیناک رابطهٔ عمیقی پیدا کرد.^[۳]

نگاه گذرا

نظریه 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 و مواد آلی چوب. 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، اما از مفهوم اساسی آن، یعنی کوانتومی کردن انرژی، نمی‌توان صرف نظر کرد. شیمی‌دان‌ها برای بکارگیری کلیه روش‌های طیف نمایی به آثار و نتایج کوانتوم وابسته‌اند. 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.

شاخه‌های شیمی

• شیمی تجزیه
• شیمی آلی
• شیمی معدنی
• شیمی آلی معدنی
• شیمی‌فیزیک
• شیمی پلیمر
• شیمی فرامولکولی
• شیمی محیط‌زیست
• هیستوشیمی
• شیمی دارویی
• شیمی پیشرانه‌ها
• نانوشیمی
• شیمی نظری
• شیمی دستگاهی
• شیمی کاتالیست
• مهندسی شیمی
• شیمی گاز
• نانو طراحی فرآیندهای صنایع نفت
• فیتو شیمی
• شیمی کاربردی
• شیمی پالایش
• زیست‌شیمی (بیوشیمی)
• شیمی محض
• شیمی دریا
• آموزش شیمی

جستارهای وابسته 

• شیمی محض
• فراورده‌های شیمیایی و واکنشگرهای برقی (القایی)
• نامگان باقاعده
• فرمول شیمیایی
  • فرمول شیمیایی ساده
  • فرمول مولکولی
• پیوستگی شیمیایی
• قطبیت شیمیایی
• معادلهٔ شیمیایی
• واکنش شیمیایی
• روش علمی
• واحد SI
• نمادهای مهم
• اتم
• اربیتال‌ها
• جدول تناوبی عناصر شیمیایی
• فهرست عناصر شیمیایی
• همپار (ایزومر)
• آلوتروپی
• همسانگرد (ایزوتروپ)
• یون
• ساختمان الکترون
• روندهای دوره‌ای
  • الکترونگاتیویته (الکترون گیر)
  • شعاع اتمی، شعاع یونی
  • انرژی یونش
  • کشش الکترون (نیرویی که موجب همبستگی اتم‌ها در مولکول می‌شود)
• گروه‌های عناصر گروه P، گروه D، گروه F، گروه G
• شیمیدانان
• المپیاد جهانی شیمی
• جدول تناوبی
• فهرست ترکیبات