از دوران قبل از تاریخ و حتی دورانهایی که انسانهای اولیه بر روی کره زمین زندگی میکردند همیشه و همیشه علم وجود داشت و بشر با دیدن و لمس کردن اشیا و محیط و با تجربیاتی که از فعالیت در دنیای اطرافش کسب می کرد به دانش خود می افزود و از این دانش در راه بهتر شدن زندگی خویش استفاده میکرد. این دانش که بعد ها به علوم تجربی یا علوم پایه معروف شد با گذشت سالها هر چه بیشتر افزایش یافت و بشر از خود و محیط اطراف خود چیزهای بیشتری دانست و به واکنش میان پدیده ها واقف گردید، از مخلوط کردن مواد نا همسان به مواد جدید با خواص جدید دست یافت و آنها را در زندگی روزمره خود به کار گرفت، به خواص شفا بخش گیاهان واقف گشت و به درمان دردهای خود پرداخت، اما آنچه همواره برای او ناشناخته و عجیب می نمود ،  واکنشهای شیمیایی میان مواد بود که تا مدتها به آنها واقف نبود و حتی تا هزاران سال بعد به چگونگی آنها پی نبرد.
فساد مواد غذایی و اجساد، تخمیر انگور و جو، استخراج فلزات از سنگهای معدنی، واکنشهای مواد معدنی در اثر حرارت و .... نمونه هایی از واکنشهای شیمیایی است که انسان از هزاران سال پیش با آنها آشنا بود و آنها را می شناخت.
علم شیمی تا مدتها به عنوان جادو در خدمت جادو گران بود و سالیان سال دستمایه ای برای کیمیا گران در رسیدن به اکسیر حیات بخش و یا کیمیا.
هر چند در تاریخ کشور ما دانشمندان بزرگی وجود دارند که بزرگترین اکتشافات را در زمینه شیمی داشته اند مثل محمد زکریای رازی کاشف الکل و یا کاشف اسید سولفوریک اما متاسفانه همانند بقیه علوم اولین نامهایی که در این رشته بر زبان جاری می شود نام دانشمندان و فیلسوفان یونان باستان و غربی هاست.
در دوران باستان (600 الی 300 ق.م) نظریه فیلسوفان یونانی بر این اساس بود که تمام مواد موجود بر روی کره زمین متشکل از چهار عنصر خاک، آب، باد و آتش است به نسبتهای گوناگون. نظریه تشکیل مواد از اتمهای مجزا توسط لوسیپوس پیشنهاد گردید، اما افلاطون اعتقاد داشت اتمهای یک عنصر از لحاظ ظاهری با اتمهای عنصر دیگر متفاوت است و تحت فرآیند استحاله یک نوع اتم میتواند به اتم دیگر تبدیل شود، ارسطو به تغییر صورت پیوسته طبیعت اعتقاد داشت و می پنداشت تمام اشیای مادی (جاندار و بی جان) از صورتهای نا بالغ به صورت بالغ رشد می کنند و تکامل می یابند. بطوری که در قرون وسطی اعتقاد بر این بود که هر گاه کانی ها از معادن برداشت شوند دوباره رشد نموده و معادن مجددا پر از آنها میشوند!
آنتوان لاوازیه در اواخر قرن هجدهم میلادی شیمی را از تاریکی قرون وسطایی خارج نمود و وارد مرحله جدیدی نمود او با آزمایشهای کمی به قانون بقای جرم رسید (که می گوید در طول یک واکنش شیمیایی جرم همواره ثابت  می ماند) و تعاریف جدید عنصر و ماده مرکب را به کار گرفت.
کار های لاوازیه پایه شیمی نو شد و از آن زمان به بعد به تدریج شیمی به 5 شاخه تقسیم گردید:
1.  شیمی آلی (شیمی ترکیبات کربن)
2.  شیمی معدنی: شیمی تمام عناصر، بجز کربن
3.  شیمی فیزیک: مطالعه اصول فیزیکی که زمینه درک ساختار ماده و تبدیلات شیمیایی است.
4.  شیمی تجزیه: تشخیص اجزای تشکیل دهنده ماده بصورت کمی و کیفی
5.  بیو شیمی (زیست شیمی): شیمی سیستمهای زنده گیاهی و جانوری
در طی سالیان بعد از آن شیمی رشد چشمگیری نمود و بشر توانست هزاران هزار ترکیب شیمیایی بسازد و از آن در بهتر شدن زندگی خود کمک بگیرد، گستردگی شیمی به حدی افزایش یافت که شاخه ها و زیر شاخه های متعدد دیگری برای آن بوجود آمد.
امروزه شیمی در گرایشهای مختلف تا سطح دکترا در دانشگاههای مختلف کشورمان تدریس می گردد که به چند گرایش و کاربرد آنها ذیلا اشاره می شود.
شیمی محض: در این گرایش به طور تئوری به بررسی خواص مواد شیمیایی پرداخته می شود و سنتز یا تجزیه مواد را در مقیاس آزمایشگاهی مورد بررسی و تحقیق قرار میدهد.
مهندسی شیمی: در این رشته به شیمی در مقیاس صنعتی پرداخته می شود.
شیمی کاربردی: پلی میان شیمی محض و مهندسی شیمی ایجاد می نماید و وظیفه دارد واکنشها را در مقیاس نیمه صنعتی طراحی و اجرا نماید.
بیو شیمی: به شیمی موجودات زنده اعم از گیاهان و جانوران می پردازد
مهندسی پلیمر: به طراحی و ساخت پلیمرهای شیمیایی می پردازد
و ... .
در رده های بالاتر شیمی تخصصی تر می شود بطوری که در مقطع کارشناسی ارشد و دکترا گرایشها و تخصصهای بسیار متنوعی وجود دارد.
در کل می توان برای شیمی تعریف زیر را بیان نمود :
شیمی علم اتم‌ها، پیوندها و مولکول‌هاست. دانشی که می‌تواند خواص ماده، چگونگی تغییرات و شیوه تولید آن‌ها را از هسته اتم گرفته تا کهکشان‌ها بررسی کند و رشته شیمی، رشته‌ای است که به پرورش متخصصانی می‌پردازد که با مطالعه و تحقیق و آزمایش به ابداع و نوآوری پرداخته و یا فرآورده‌های شیمیایی را کنترل می‌کنند.
دکتر محمدحسین رفیعی استاد شیمی دانشگاه تهران در معرفی این رشته می‌گوید:
«رشته شیمی دارای دو بخش علم شیمی و صنایع شیمی است که علم شیمی به عنوان یکی از علوم پایه زیربنای علوم مختلفی همچون بیولوژی ، بیوتکنولوژی ، پزشکی ، دندانپزشکی ، داروسازی و رشته‌های متعدد مهندسی است. اما صنایع شیمیایی عبارت است از صنایعی که در آنها واکنش شیمیایی انجام می‌گیرد یعنی اقسام مواد اولیه تبدیل به محصولات جدید می‌گردد که خواص این محصولات تا حدودی با مواد اولیه متفاوت است. صنایع شیمی طیف گسترده‌ای از صنایع را در بر می‌گیرد که از آن جمله می‌توان به صنایع غذایی، داروسازی، پتروشیمی ، الیاف مصنوعی ، بهداشتی و آرایشی و صنایع تولید لوازم خانگی اشاره کرد.»
تاریخچه ی اتم:
دو هزار و پانصد سال پیش، حدود 450 قبل از میلاد یک دانش پژوه یا حکیم یونانی درباره تبدیل اجسام به قطعات کوچکتر به تفکر پرداخت. نام او «لوسیوپس» بود. از نظر او اینکه هر چیز را مرتبا به قطعات کوچکتر و کوچکتر می‏توان تقسیم کرد، مفهومی نداشت و این عمل می‏بایست در جایی به انتها می‏رسید و زمانی به قطعه‏ی چنان کوچکی رسید که نتوان کوچکتر از آن را به دست آورد....
لوسیوپس شاگردی به نام « دموکرتیوس » داشت که او هم همینطور فکر می‏کرد. وقتی دموکریتوس در سال 380 قبل از میلاد درگذشت، 72 کتاب درباره‏ی فرضیات خود راجع به کائنات نوشته بود. یکی از آن فرضیات این بود که همه چیز در جهان از ذرات بسیار کوچکی ساخته شده و این ذرات کوچکتر از آنند که بتوان بازهم به ذرات کوچکتر تقسیمشان کرد. او این ذرات کوچک را «آتوموس» نامید که یک لغت یونانی است و معنای «خرد نشدنی» می‏دهد. این لغت در انگلیسی به صورت «اتم» درآمد.
دموکریتوس، معتقد بود که همه‏ی جهان از انواع مختلف اتم ساخته شده است و در میان اتم‏ها هیچ چیز وجود ندارد. اتم‏های مجزا کوچکتر از آن هستند که به چشم دیده شوند ولی زمانی که تعداد زیادی از آنها در ترکیبات مختلف به یکدیگر ملحق شوند تشکیل اجسام گوناگونی را می‏دهند که ما در اطراف خود مشاهده می‏کنیم. وی عقیده داشت که گرچه اتمها می‏توانند آرایش خود را تغییر دهند، لکن نه می‏توان آنها را ساخت و نه از بین برد.
دموکریتوس نمی‏توانست عقاید خود را ثابت کند و حکمای یونان هم معتقد به وجود اتم نبودند و سخنان او برایشان مفهوم عقلی نداشت بنابراین نظریه‏ی «اتمیسم» وی معروفیتی نیافت. از کتاب‏های دموکریتوس نسخ زیادی تهیه نشد و همان نسخه‏ها نیز بتدریج از بین رفت و فقط بعلت آنکه در دیگر کتب قدیمی به فرضیه‏ی اتمی دموکریتوس اشاره شده نامی از وی به میان آمده است و ما امروز از فرضیات او آگاه هستیم.
حکیم یونانی دیگری به نام « اپیکور»  کتابهای دموکریتوس را قبل از نابودی مطالعه کرد و نظریه‏ی اتمی وی را دنبال کرد. در سال 306 قبل از میلاد در آتن، مدرسه‏ای بنا کرد. او معتقد بود همه چیز از اتم ساخته شده و حداقل 300 کتاب در موضوعات مختلف نوشت. وی شاگردان زیادی (از جمله زنان) تربیت کرد ولی به مرور زمان او و آثارش به فراموشی سپرده شدند. اما فرض وجود اتم از بین نرفت.
دو قرن پس از اپیکور، در زمانیکه آثارش هنوز موجود بود، یک عالم رومی به نام «کولرتیوس» نظریه‏ی اتمی را دنبال کرد. وی در حدود 56 سال قبل از میلاد شعر طویلی به زبان انگلیسی که  درباره‏ی ماهیت اجسام  می‏باشد، سرود. در این شعر او به طور مشروح و استادانه به بیان و توضیح نظرات دموکریتوس و اپیکور پرداخت.
اما از لوکریتوس هم نسخ زیادی تهیه نشد. همزمان با اضمحلال تمدن یونان و روم، نسخه‏های قدیمی هم نابود می‏شدند. با آغاز قرون وسطی در اروپا نوشته‏های دموکریتوس، اپیکور و لوکریتوس همگی از میان رفته و مردم اتم را به فراموشی سپردند.
تا اینکه در سال 1417، زمانی که اروپائیان به نسخ قدیمی علاقمند شده بودند شخصی موفق به کشف یک نسخه‏ی قدیمی آسیب دیده از شعر لوکریتوس شد. در سال 1454 « یاهان گوتنبرگ » دستگاه چاپ را اختراع کرد و کتاب‏ها را از خطر نابودی نجات داد.
شعر لوکریتوس منتشر شده و بسیاری  از دانش پژوهان تحت تاثیر نظریه‏ی اتمی قرار گرفتند. «پیر گاسندی» که در نیمه‏ی اول دهه سالهای 1600 کتب موثر و متعددی نوشته است نظریه‏ی اتمی را پذیرفت و بسیاری از دانش پژوهان اروپایی را از نظرات خود درباره‏ی اتم مطلع ساخت.
یک شیمیدان انگلیسی به نام «رابرت بویل» از جمله کسانی بود که از نظرات گاسندی مطلع بود. او اولین دانشمندی بود که به آزمایشاتی دست زد که نشان دهنده احتمال وجود اتم بود. موضوع مورد علاقه‏ی بویل، هوا بود. هوا جامد نبود که موقع لمس کردن سخت باشد و فرم خود را حفظ کند و مایع هم نبود، که جریان داشته و قابل رویت باشد. هوا ماده‏ای است که به طور رقیق پراکنده می‏شود و به چنین ماده‏ای « گاز » می‏گویند.
در سال 1662، بویل کمی جیوه در یک لوله‏ی شیشه‏ای بلند به طول 5 متر و به شکل حرف J ریخت. قسمت کوتاهتر تحتانی لوله بسته بود در حالی که سر لوله بلندتر باز بود. جیوه بخش تحتانی لوله را پر کرد و هوا در قسمت بسته و کوتاه لوله محبوس شد. سپس بویل جیوه ‏ی بیشتری در لوله ریخت. فشار وزن جیوه اضافی مقداری از جیوه را در داخل قسمت کوتاه لوله به بالا راند. هم چنان که جیوه به بالای قسمت کوتاه فشار می‏آورد، هوای محبوس در فضای کوچکتر متراکم می‏شد و این هوای فشرده بود. هر چه بویل جیوه بیشتری می‏ریخت، هوای محبوس در فضای کوچکتر بیشتر متراکم می‏شد. بویل با این آزمایش نشان داد که چگونه فضای پر شده از هوا با افزایش وزن جیوه کمتر می‏شود. این را «قانون بویل» می‏گویند.

آزمایش بویل:
هوا چگونه متراکم می‏شود؟
 یک اسفنج را می‏توان در فضای کوچکتری متراکم کرد. این به آن دلیل است که اسفنج دارای منافذ کوچکی است که وقتی آن را فشار می‏دهید هوای درون آن منافذ بیرون و ذرات سخت و جامد اسفنج به هم نزدیکتر می‏شوند. وقتی هوا را فشرده می‏کنیم، منافذ آن را بسته و ماده‏ی هوا را به هم نزدیکتر می‏کنیم.
 بویل فکر کرد باید اتم‏های بسیار ریزی در هوا باشد. بین اتم‏ها فضایی وجود دارد که در آن هیچ چیزی نیست. وقتی هوا متراکم می‏شد اتم‏ها ناچار به یکدیگر نزدیک می‏شدند. به عقیده او این در مورد گازها صادق بود.
 اگر آب مایع را بجوشانید تبدیل به بخار می‏شود که نوعی گاز است. بخار بیش از هزار برابر آب فضا را اشغال می‏کند. آسانترین توضیح این است که فرض کنیم در آب اتم چنان به هم نزدیکند که یکدیگر را لمس می‏کنند حال آنکه در بخار و گاز آن‏ها از یکدیگر دورند.
 بدین ترتیب در سال 1662، بواسطه بویل، اتم برای اولین بار از مرحله یک ایده و تصور گام فراتر نهاد.
شواهد وجود اتم‏ :
آیا اتم انواع مختلف دارد؟ دموکریتوس معتقد بود که این امکان وجود دارد. یونانیان باستان عقیده داشتند جهان از چهار عنصر خاک، آب، هوا، آتش ساخته شده است. به نظر دموکریتوس هر یک از این عناصر احتمالا نوع متفاوتی از اتم را دارا بودند.
اتم‏های خاک ممکن است سخت و ناهموار باشند، اتم‏های آب احتمالا نرم و گرد هستند و اتم‏های آتش ممکن است نوک تیز و کنگره دار باشند و اتم‏های هوا بسیار سبک هستند.
اما یونانیان باستان هیچگونه مدرکی برای اثبات اینکه جهان واقعی از این چهار عنصر ساخته شده نداشتند. بویل در کتابی که در 1661 نوشت، اظهار داشت که عناصر باید از طریق آزمایش کشف شوند.
شیمی دان‏ها باید سعی کنند هر چیز را به ساده‏ترین مواد ممکن تجزیه کنند، زمانیکه دیگر ماده قابل تجزیه نبود، آن یک عنصر است. پس از انتشار کتاب بویل تا اواخر سالهای دهه‏ی 1700، حدود 30 عنصر مختلف کشف شد.
آیا هر عنصر دارای نوع مختلفی از اتم است؟ یعنی نیکل، نقره، اکسیژن و گوگرد هریک دارای اتم‏های نوع خود هستند؟ طی سالهای دهه‏ی 1700، اگر بویل و چندتن دیگر طرفداران فرضیه‏ی اتم بودند، ولی اکثر شیمیدان ها مطالعه در اجسام ریزی را که دیده نمی‏شدند، عمل بی فایده‏ای می‏دانستند.
شیمیدانی فرانسوی به نام «آنتوان لوران لاووازیه» در سال 1782 ثابت کرد که وقتی ماده‏ای به ماده دیگر تغییر شکل می‏دهد، تغییری در وزن کلی آن حاصل نم‏شود و به طور کلی جرم فراورده‏ها برابر واکنش دهنده هاست. این قانون « بقای ماده » خوانده می‏شود.
کشف لاووازیه با فرضیه اتم جور در می‏آید. فرض کنیم گفته‏ی دموکریتوس که اتم‏ها قابل ساختن یا از بین بردن نیستند درست باشد و تنها تغییر آرایش آنها ممکن باشد. چوب و هوا هریک دارای اتم‏هایی با آرایش یکسان هستند.
وقتی چوب می‏سوزد، اتم‏ها با تغییر آرایش به صورت خاکستر و دود در می‏آیند. با این حال تعداد اتم‏ها همان خواهد بود و وزن کلی آنها تغییر نخواهد کرد. اگر چنین باشد می‏توان به جای وزن کلی وزن هر عنصر را جداگانه حساب کنیم و ببینیم وقتی تغییرات روی می‏دهد چه اتفاقی می‏افتد.
 «ژوزف لوئی پروست» شیمی دان فرانسوی، این مورد آزمایش کرد، در سال 1789 به علت انقلاب بی رحمانه در فرانسه به اسپانیا رفت (لاووازیه در فرانسه ماند و در 1794 سر از بدنش جدا شد). پروست طی آزمایش هایی ترکیبات مختلفی از عنصرها را شناخت و به این نتیجه رسید که برای هر ترکیب با هر روشی عنصرها را بیامیزد باید همان نسبت‏ها را حفظ کند. وی به این کار (ترکیب عناصر) ادامه داد تا در سال 1799 قانون «نسبتهای ثابت» خود را اعلام کرد. بردست خود را درگیر مساله‏ی اتم نکرد ولی اتم در قانون وی بدین صورت جای می‏گیرد: فرض کنید تمام عناصر از اتم تشکیل شده باشند و اتم قابل تجزیه به ذرات کوچکتر نباشد. وقتی عناصر به هم ملحق شده و ترکیبی را به وجود می‏آورند، اتم‏های بسیاری از یک عنصر با اتم‏های بسیاری از یکدیگر ترکیب می‏شوند.
 «جان دالتون» دانشمند انگلیسی با توجه به این ارتباط میان اتم‏ها و قانون نسبتهای ثابت، پس از آزمایشهای متعدی موفق به ارایه‏ی قانون نسبت‏های چند گانه، در 1803 شد.
 این قانون بدین صورت است که هرگاه چند گرم از عنصر A با گرم‏های متفاوتی از عنصر B واکنش دهد، ترکیبات متفاوتی می‏دهد که بین گرم‏های عنصر B نسبت‏های ساده و کوچکی برقرار بود.
 وی در واقع همان نظریات لوسیوپس و دموکریتوس را کامل‏تر و با اثبات ارائه می‏کرد و در سال 1808 نظریات خود را درباره اتم را در کتابی منتشر کرد و به خاطر این کتاب است که امتیاز کشف و فرضیه‏ی اتمی به او داده می‏شود.
پس از نشر کتاب دالتون شیمیدان‏های بیشتری آماده قبول فرضیه وجود اتم شدند و به زودی تقریبا همه آن را پذیرفتند.
وزن اتم‏ها :
یکی دیگر از مشکلاتی که سر راه اثبات اتم بود وزن آن‏ها بود. دالتون در جستجوی آن بود که بداند چه چیز باعث می‏شود اتم‏های عناصر مختلف با یکدیگر متفاوت باشند. در آزمایشات و تحقیقات افرادی مانند لاووازیه، پروست و خود دالتون، وزن مواد مختلف داخالت داشتند. شاید کشف وزن اتم‏های مختلف امکان‏پذیر بود و شاید این همان عاملی بود اتم‏ها را با یکدیگر متفاوت می‏ساخت.
 در سال 1811 فیزیکدان ایتالیایی به نام «آمدئوآووگادرو» مدعی شد که چنانچه حجمهای مساوی از گازهای مختلف همیشه از ذرات مساوی ساخته شده باشند او می‏تواند قانون ترکیب احجام را ثابت کند.
 این ذرات ممکن است اتم‏های منفرد و یا ترکیبی از اتم‏ها که مولکول نامیده می‏شوند، باشند و این «فرضیه آووگادرو» خوانده می‏شود. با توجه به اینکه دو حجم از هیدروژن با یک حجم اکسیژن ترکیب می‏شود، چنانچه این نظریه صحت داشته می‏داشت، پس احتمالا بدان معنی است که به عوض یک اتم از هر کدام که دالتون معتقد بود، 2 اتم هیدروژن در یک مولکول آب را پذیرفتند ولی تقریبا هیچ کس اعتنایی به فرضیه‏ی اووگادرو نکرد. برای حدود 50 سال شیمی دان‏ها نمی‏فهمیدند منظور از نسبت‏های چندگانه چیست؟
 در سال 1860 اولین کنگره بین المللی شیمی در کارلسروهه آلمان تشکیل شد. صد و چهل شیمیدان از همه‏ی ممالک در آن شرکت کردند. یک شیمیدان ایتالیایی به نام «استاینس لائو کانیزارو» که با فرضیه‏ی اووگادرو کاملا آشنایی داشت، نظریات خود را در جزوه‏ای منتشر کرد و در کنگره سخنرانی مستدلّی درباره اووگادرو ایراد کرد. «ژان سوره استا» شیمیدان بلژیکی که مشغول تهیه‏ی جدول اوزان اتمی بود فرضیه‏ی اووگادرو را اساس کار قرار داد و سرانجام در 1865 موفق شد اولین جدول جدید این ارقام را در اختیار عموم قرار دهد.
آرایش اتمی‏ :
اگر چه مشکل وزن‏های اتمی حل شده بود، اما این تنها مشکل اتم نبود.
 در 1824 دو شیمیدان آلمانی، «جوستوس خون لیبیگ» و «فرد ریش وولر» روی دو ترکیب متفاوت کار می‏کردند هریک برای ترکیب خود به فرمولی دست یافتند و به تعداد زیادی از اتم‏های هریک از آن دو عنصر پی بردند. وقتی نتایج حاصله را اعلام کردند، معلوم شد هر دو ترکیب دارای فرمول واحدی هستند و در مقیاس مساوی، مولکول هر ترکیب دارای فرمول واحدی هستند و در مقیاس مساوی، مولکول هر ترکیب دارای همان عناصری است که در ترکیب دیگر وجود دارد. با همه‏ی اینها دو ترکیب متفاوت با دو طرز عمل مختلف بودند. «بزرلیوس» که پیشکسوت شیمیدان‏های عصر خود بود، از این مساله در شگفت شد و عمل دو شیمیدان را تکرار کرد و متوجه صحت عمل آن دو شد. دو ترکیب متفاوت با عناصر یکسان با نسبتهای یکسان حاصل می‏شد. برزلیوس آنها را «ایزومر» نامید که واژه‏ای یونانی به معنای «نسبت‏های برابر» است. موارد دیگری از ایزومرها کشف شد که تقریبا همیشه در مولکول‏های حاوی اتم کربن بدست می‏آمد.
 برزلیوس مولکول‏های کربن دار نباتات و حیوانات را به دلیل اینکه معمولا در موجودات زنده بودند «ترکیبات آلی» نامید.
 دست یابی به فرمول ترکیبات آلی دشوارتر بود. در حالیکه اکثر مولکول‏های فاقد اتم کربن کوچک بودند ولی پی بردن به ساختمان آنها میسر بود. اما در مورد اینکه دقیقا چه میزان از هر نوع اتم وجود داشته، گیج کننده بود و ممکن بود که همان ترکیبات ایزومرهای متفاوتی داشته باشند.
 دانستن تعداد اتم‏های یک مولکول کافی نبود، زیرا ممکن بود انواع یکسان از اتم‏ها به نظر تعداد مساوی آرایش متفاوتی در دو مولکول متفاوت ارائه دهند. اما شیمیدان‏ها چگونه می‏توانستند به این آرایش پی ببرند؟ یک شیمیدان انگلیسی به نام «ادوارد فرانکلند» در سال 1852 پیشنهاد کرد که هر نوع مختلف اتم دارای «ظرفیت» خاص است. یعنی قدرت ترکیب فقط با تعداد خاصی از اتم‏های دیگر را دارد. این کلمه را از لغت یونانی به معنای «قدرت» گرفته شده است.
 برای مثال هیدروژن دارای ظرفیت 1 است و فقط با یک اتم دیگر می‏تواند ترکیب شود.
 در 1858 یک شیمی دان اسکاتلندی به نام «آرچیباله اسکات کوپر» پیشنهاد کرد که به اتم آنچنان بنگریم که گویی پیوند هایی دارد که به وسیله‏ی آنها خود را به دیگر اتم‏ها متصل می‏کند. مثلا هیدروژن را به صورت -H می‏نویسیم و با متصل کردن پیوندها مولکول می‏سازیم. روش استفاده از پیوندهای اتمی برای ساختن مولکول در مورد ترکیبات آلی کوچک به آسانی قابل عمل بود، ولی مساله‏ی پیچیده مولکول‏های بزرگ آلی بود که هنوز نیاز به توضیح داشت.
 «ککوله» فرضیه ظرفیت را در مورد ترکیبات آلی اجرا کرد و در سال 1858 نشان داد که با تمرکز بر این واقعیت که اتم کربن چهار پیوندی است و مساله‏ی تعدادی از مولکول‏ها را حل کرده است. با روشن شدن موضوع اوزان اتمی، صحت راه ککوله نیز روشن شد.
 زمانی که ککوله سیستم خود را اعلام کرد بسیاری از مسائل مربوط به ترکیبات آلی بسرعت حل شد. با این حال یک ترکیب ساده همچنان حل نشده باقی ماند و آن بنزن با فرمول COHO بود. به نظر می‏رسید که برای ترکیب 6 اتم کربن و 6 اتم هیدروژن برای ایجاد مولکولی که مانند بنزن عمل کند، طبق سیستم ککوله هیچ راهی نباشد. بعد از ظهر یک روز در سال 1865 وقتی که سوار بر یک واگن اسبی بود به خواب سبکی فرو رفت، در حالت نیمه خواب زنجیری از اتمهای کربن به سرعت از نظرش گذشت ناگهان ته زنجیره خود را به سر دیگر متصل کرد و حلقه‏ای از اتم تشکیل داد.
 بدین ترتیب ککوله جواب سئوال خود را یافت و فرمول گسترده بنزن را ارائه داد. در 1874 یک شیمی دان هلندی به نام «جاکوبرس هنریکوس وانهوف» نشان داد که چگونه می‏توان پیوندهای اتم کربن را نه فقط به صورت ترسیم روی یک کاغذ بلکه در فضای واقعی قرار داد. بدین ترتیب ساختن نمونه‏های سه بعدی مولکول‏ها در حالیکه همه‏ی اتم‏ها در جای صحیح خود و همه پیوندها در جهت درست قرار داشته باشند میسّر گردید.
واقعیت اتم‏ :
حدود اواخر سالهای دهه‏ی 1800 فرضیه‏ی اتمی در تمامی پیکارهایش پیروز شده بود. ساختمان مولکول‏های بیشتر و بیشتری با جزئیات کشف شده و حتی ساختمان بعضی از ترکیبات آلی نسبتا پیچیده نیز روشن شد. اما هنوز هیچکس اتم یا مولکول را به چشم ندیده بود و اتم  ومولکول تنها وسیله‏ای آسان و مفید برای توجیه و تشریح اکتشافات شیمیدانان و مفاهیم بودند. هیچکس نمی‏دانست اتمها و مولکولها واقعا چگونه‏اند، چه اندازه وچه وزنی دارند و بسیاری از شیمی دانان اظهار می‏کردند که نباید موضوع اتم را جدی گرفت و فقط در حد یک ایده است. در سال 1827 یک گیاه شناس اسکاتلندی به نام «رابرت براون» برای دیدن یک ذره‏ی بسیار کوچک گرده گیاهی که بر روی آب شناور بود از میکروسکوپ خاصی استفاده کرد. وی مشاهده کرد که ذرات کوچک گرده در جهات مختلف پراکنده می‏شدند. البته دانه‏های گرده از گیاهان بر می‏خیزند و ذرات کوچکی از حیات در خود دارند. در نتیجه براون به فکر افتاد که حرکت ذرات بدلیل زنده بودن آنهاست. براون همین آزمایش را روی ذرات بسیار ریز رنگ که فاقد حیات بودند، انجام داد. آنها نیز همانطور حرکت می‏کردند. این حرکت را «حرکت براونی» می‏نامند. برای مدتی در حدود 30 سال هیچکس نمی‏دانست چگونه آن را توجه یکند. حدود 1860 یک ریاضیدان اسکاتلندی به نام «جیمز کلارک ماکسول» در مورد طرز عمل گازها به مطالعه پرداخت. وی نشان داد که گازها نه تنها از اتم و مولکول ساخته شده‏اند، بلکه این اتم‏ها و مولکول‏ها دائما در همه جهات در حرکت اند و از اطراف و بالای یکدیگر به سرعت می‏جهند. هر چه درجه حرارت بالا بود اتم‏ها و مولکول‏ها با سرعت بیشتری حرکت می‏کردند و با شدت بیشتری می‏جهیدند. ذره کوچک بر حسب جهتی که تصادمات مولکول‏ها انجام می‏دهد تا بی نهایت روی آب به این طرف و آن طرف خواهد رفت. این توضیح حرکت براونی است.
در سال 1905 ریاضیدان آلمانی به نام «آلبرت انیشتین» حرکت ذراتی بر طبق «حرکت براونی» را مورد مطالعه قرار داد و فرمول ریاضی پیچیده‏ای شامل اندازه ذره، اندازه مولکول آب و فاصله‏ای که ذره در مدت زمان معین طی می‏کند، ارائه داد. بنابراین اگر کسی می‏توانست اعداد قسمت‏های حباب به استثنای مولکول آب را بدست آورد مجهول آخر قابل محاسبه است.
 سرانجام در سال 1908 یک دانشمند فرانسوی به نام «ژان بانیست پرن» مسئله را حل کرد. وی ذرات جسمی موسوم به شیره انگم را در ظرف آبی ریخت، نیروی جاذبه زمین ذرات را به ته ظرف کشاند ولی «حرکت براونی» همچنان ذرات را به طرف بالا پرتاب می‏کرد. طبق فرمول همچنان که یک ذره از پایین به بالا می‏رفت تعداد ذرات در آب می‏بایست تا میزان بخصوصی کم شود. پرن در همه‏ی ارتفاعات مختلف ذرات را شماره کرد و توانست ارقامی برای همه موارد فرمول به غیر از مولکول آب تهیه و اندازه‏ی مولکولی آب را حساب کند. معلوم شد که یک اتم حدود ( 100000000/ 1)یک سانتیمتر است.
 وقتی خبر آزمایش پرن پخش شد مابقی شیمیدان‏ها ناگزیر تسلیم شدند.
 بدین ترتیب دلیل روشنی در مورد اندازه‏های اتمهای واحد بدست آمد. اگرچه خود اتم‏ها دیده نمی‏شدند ولی نتایج حاصل از تکان‏های آرام، فشار دادن و تصادم آنها قابل رویت بود.
 در سال 1936 یک دانشمند آلمانی به نام «اووین ویلهلم مولر» میکروسکوپ الکترونی را اختراع کرد. در این میکروسکوپ سر سوزن ظریفی در ظرفی که همه‏ی هوای آن کشیده شده (خلأ) قرار داده شده بود.
 وقتی به ظرف حرارت داده می‏شد، ذرات کوچکی از سر سوزن جدا شده و در خطوط مستقیم از آن دور شده و به صفحه‏ای از مواد شیمیایی اصابت می‏کردند و این صفحه در اثر برخورد ذرات سرخ و گداخته می‏شد. از گداختگی صفحه می‏توانستند نوع ساختمان سر سوزن را تعیین کنند.
 مولر این وسیله را تکمیل و در حدود سالهای 1950 موفق شد از صفحه گداخته عکس بگیرد. این عکس اتم‏های سازنده‏ی نوک سوزن را که در خطوط منظم ردیف شده بودند نشان می‏داد.
 بالاخره مردم موفق به دیدن اتم شدند. البته دیگر در آن زمان می‏دانستند که اتم آنچه که تصور می‏کردند، نیست. لوسیپوس و دموکریتوس و دالتون فکر می‏کردند اتم‏ها غیر قابل تجزیه‏اند و خود کلمه‏ی اتم هم به همین نام است. امروزه دانشمندان درباره‏ی اتم چیزهای زیادی می‏دانند.

اتمسفر :
بسیاری از مردم پوشش اطراف زمین را تا آنجا که جو نامیده میشود به مثابه پوششی تحت نام اقیانوس هوا می شناسند که زمین را در بر گرفته است و این پوشش لایه هایی از گازها وبخار آب است . با اینکه از نگاه اولیه این تصور شکل می گیرد اما باید بدانیم که در این نگرش ساده مواردی وجود دارد که در بحثهای عمومی کمتر بدان پرداخته می شود.
بحثهائی که تحت آن علم هواشناسی شکل می گیرد و به راستی یکی از زیبا ترین وپیچیده ترین مکانیسم های طبیعی را مورد بررسی قرار میدهد.
آنچه که برروی این کره خاکی حیات را مقدور ساخته است ارتباط بسیار منظم وتنگاتنگی ما بین اعضای تشکیل دهنده این پوشش با طبقات مختلف است.طبقاتی که هر لایه آن وظیفه بسیار مهم وتعیین کننده ای در تشکیل و ادامه حیات داراست. به نحوی که با حذف مجازی هر لایه ومحاسبات مربوط به آن دگرگونی ژرفی در سایر طبقات وبه تبع آن، تغییر کامل مکانیسم فعلی را سبب می شود.در دید اغلب افراد اهمیت جو در لایه مجاور زمین است که دارای اکسیژن کافی برای تنفس می باشد.برای شکل گیری این لایه که موجودات در تماس مستقیم با آن می باشندطبقات دیگر طبق چینش خاص خود با خصوصیات منحصر به فرد دخالت دارند که در این مشارکت با حذف هر کدام قطعا حیات به خطر جدی خواهد افتاد. گر چه جو به معنای واقعی یک سوسیال کامل است و هیچ جای خالی در جو نمی توان یافت و کاملا فضا را به یک نسبت ویک شکل پوشش می دهد اما در هر لایه ترکیبات خاص از عناصر و ملوکولها با توجه به خصوصیات آن لایه قرار دارد.از دیدگاه مخابرات ماکروویو وابستگی ارسال تحت کانال هوا به پارامترهای فیزیکی ،جای پائی برای مطالعه وباز بینی دقیقی بر این رویه میطلبد. اهمیت لایه های جو در مخابرات بدین سبب است که محیط انتقال امواج الکترومغناطیس بوده و گاهی به عنوان Reflector مورد استفاده قرار میگیرد ماهواره ای که در مدار زمین قرار میگیرد وتنها راه ارتباطی آن با زمین امواج رادیوئی میباشد، امواجی را دریافت میدارد که از این لایه ها در شرایط مختلف جوی ودر زمانهای مختلف فصلی وشبانه روزی عبور نموده است.دو مشخصه عمده امواج صرفنظر از نوع قطبی شدگی و اختلاف فاز ، دامنه موج و فرکانس موج میباشد.که هرچه فرکانس موج بالاتر رود نفوذ وانتشار آن در فاصله های بعید بهتر صورت میگیرد.اما این دو کمیت به چه نسبت وتا چه حدود افزایش یابند که اولا اختلاف زیادی با سطح Optimize خود نداشته از طرف دیگر ارتباط به شکلی دائمی وجود داشته باشد.چرا که طبق آنچه که در ادامه توضیح داده خواهد شد جو ترکیبی پیچیده از عوامل محدود کننده میباشد که بر اساس ماهیت فیزیکی منحصر به فرد خود در ارتباط با امواج رادیوئی در طول شبانه روز رفتار متغییری از خود نشان میدهد.
مختصری در خصوص اتمسفر زمین :
 فضای بین اتمسفر زمین وسیارات منظومه شمسی خلا کامل نیست اگر چه چگالی مواد بین سیارات کم است این فضا مقادیری گازهای داغ وذرات گرد و غبار در بر دارد. مواد گازی موجود در این نواحی را گاز بین سیارات مینامند زیرا این گازها بین سیارات قرار دارند واغلب از پروتونها و الکترونها تشکیل شده اند و چگالی مولوکولی آن بسیار کم است.
مدار حرکت زمین به دور خور شید از فضای بین سیارات میگذرد وبه همین دلیل با گازهای بسیار رقیق بین سیارات ادغام می شود.
جو از نظر عمودی ممکن است بنا به ترکیبات ،عکس العملهای شیمیایی ، یونیزه شدن ، دما ، فشار وغیره برحسب ارتفاع طبقه بندی شود که در این بخش مختصری از خصوصیات این طبقات شرح داده میشود.از موارد بر شمرده شده یونیزه شدن از اهمیت فوق العاده ای بر خوردار است.
به طور خلاصه میتوان گفت که جو از چهار لایه کاملا مشخص تروپوسفر ، استراتوسفر ،مزوسفر و ترموسفر تشکیل شده است.
دماهای زیاد نزدیک سطح زمین ،در مجاورت استراتوپاز و ناحیه ترموسفر دیده میشود.این زیاد بودن دما به تابش خورشید و جذب آن مربوط است.بیشتر تابش خورشیدی توسط سطح زمین جذب میشود.بنا بر این تروپوسفر از ناحیه زیرین شروع به گرم شدن میکند.تغییرات دما از سطح زمین با افزایش ارتفاع ، کاهش می یابد و این بدین سبب است که از منبع گرمائی که سطح زمین می باشد دور میشویم.بر عکس تروپوسفر ناحیه گرمائی استراتوسفر در بالای آن قرار دارد واینجا همان نقطه ای است که در آن شکل گیری اوزن و تجزیه ملوکولهای اکسیژن صورت میگیرد ودر اثر این واکنش گرما ایجاد میشود .با نزدیک شدن به این بخش چون به منبع گرمائی نزدیک میشویم تغییرات دما با افزایش ارتفاع افزایش می یابد.در بخش بالاتر، مزوسفر قرار دارد که در اینجا چگالی مولکولی کم میشود وبا افزایش ارتفاع به دلیل دور شدن از استراتوسفر که منبع گرمائی میباشد، دما به شدت نزول میکند تا بخش بالاتر که ترموسفر نامیده میشود از اینجا به بعد دما باز هم افزایش می یابدو توجیه آن خروج از حیطه زمین وکاسته شدن اثرات حرارتی آن ونزدیک شدن به منبع اصلی گرما در منظومه شمسی می باشد.از اینجا به بعد تغییرات دما سیر صعودی دارد. در اتمسفر زمین تقریبا از ارتفاع 50 تا 500 کیلومتر یعنی بخشهائی از مزوسفر و ترموسفر لایه هائی از گازهای یونیزه به نام یونسفر وجود دارد.یونسفر از الکترونهای آزاد و یونهای مثبتی تشکیل میشودکه با جذب تشعشع ماوراء‎‎ بنفش خورشید توسط اتمها ومولکولهای اتمسفر بالائی ایجاد میگردند.ذرات باردار در این ناحیه توسط میدان مغناطیسی زمین به دام می افتند.خصوصیات این لایه ها از نظر ارتفاع وچگالی یونی از طرفی به ترکیبات مزوسفر و ترموسفر و از سوی دیگر به طبیعت تشعشعات خورشیدی و چگونگی چرخه لکه خورشیدی(Sunspot cycle) بستگی دارد.طوفانهای خورشیدی که در اثر انفجارات سطحی خورشید به وجود می آیندو از میزان بسیار زیاد انرژی آزاد شده آن تنها بخش بسیار کوچکی به زمین میرسد نیز در این مشخصه ها نقش اساسی دارند .از آنجائیکه این انفجارات و تشعشعات پریودیک نبوده ومیزان ومعیاری برای تناوبی شدن آنها در فواصل کوتاه شبانه روز،فصلها وحتی سالها وجود ندارد پیش بینی مشخصه های چگالی یونی و ارتفاع توسعه یافته لایه یونسفر تقریبا غیر ممکن میباشد.لایه یونسفر با توجه به دارا بودن حالت یونی وپلاسما گونه اش به لایه پلاسما نیز شهرت دارد.از خصوصیات بارز این لایه ایجاد شفق قطبی که پدیده ای نادر است رامی توان نام برد.این پدیده در اثر به دام افتادن ذرات باردار ویونها در میدان مغناطیسی قوی موجود در قطبها می باشد.در این لایه چگالی الکترون ویون در لایه های یونیزه جداگانه اساسا یکسان است .وجه تسمیه پلاسمای این لایه بر اساس همین توازن چگالی الکترون و یون می باشد. یونسفر نقش اصلی در انتشار امواج الکترومغناطیسی دارد واثرات مهمی بر ارتباطات راه دور را داراست.از آنجائیکه جرم الکترونها نسبت به یونهای مثبت بسیار سبکتر است توسط میدانهای الکتریکی امواج الکترومغناطیس گذرنده بیشتر شتاب می یابند.در تحلیل ارائه شده بر اساس این واقعیت از شتاب یونها صرفنظر شده و لابه یونسفر به عنوان یک گاز الکترون آزاد Free electron gas در نظر گرفته شده است.