در یک روز برفی و سرد، در پارک ملی یلواستون، دسته کوچکی از شیمیدانان درکنار استخر داغ و بخارآلود خم شده‌اند تا فنجان‌های فولادی و ضد زنگشان را در آن فروبرند. آنان در مقابل دیدگان نگهبان پارک، آب، خاک و مواد رسوبی را جمع‌آوری و سریعاًبه صورت جداگانه در ظرف‌های عایق بسته‌بندی و هرکدام را با دقت مهر و موم وعلامت‌گذاری می‌کنند.
در گذشته، با فاصله کمی از این مکان، کاشفان در جست و جوی طلا بودند و اکنون‌شیمیدانان در حال تحقیق بر روی چیزهایی هستند که حتی ممکن است با ارزش‌تر از طلاباشند. آنها در مورد موجوداتی ذره‌بینی تحقیق می‌کنند که قادر به زندگی و حتی رشد دردماهای بسیار زیاد استخرهای داغ یلواستون و مخازن آب گرم هستند و امیدوارند که ازاین موجودات، پروتئین‌های مقاوم نسبت به حرارت به دست آورند. چنین پروتئین‌هایی‌قادر به کاتالیز یا تسریع واکنش‌های شیمیایی صنعتی در دماهای بسیار بالا هستند؛ وهمچنین امکان اصلاح پودرهای شوینده به وسیله این پروتئین‌ها وجود دارد. کمک به‌تصفیه فاضلاب داغ حاصل از کارخانه‌ها، از دیگر فواید این ماده است. ارزش محصولات‌شیمیایی ساخته شده از پروتئین‌های گرمادوست را می‌توان بیش از 12 میلیارد دلاربرآورد کرد.
شیمیدانان فوق ، در آزمایشگاه خود واقع در شرکت فن‌آوری زیستی دایورسا درسان دیگو، با راه انداختن بالن‌ها و لوله‌های آزمایشگاهی‌شان، به تجزیه و تحلیل گنج‌شیمیایی خواهند پرداخت. آنها برای انجام چنین کاری، سنت کیمیاگری 1500 سال پیش‌را دنبال خواهند کرد.
مطالعات شیمیایی قدیم
کلمه شیمی که برگرفته ازر عربی است، شروعی نیمه افسانه‌ای دارد. کیمیا به معنی«طلاپزی» است و این دقیقاً همان چیزی است که کیمیاگران قدیمی درصدد انجام آن بودند:به این طریق که روشی پیدا کنند تا فلزات کم ارزشی همچون آهن و سرب را به فلزی بسیارگرانبها، چون طلا تبدیل کنند.
در حدود سال 750 میلادی، کیمیاگر بزرگ عرب، جابربن حیان، تحقیقات خود را درزمینه کشف ماده تبدیل کننده فلزات به یکدیگر شروع کرد. این گرد افسانه‌ای به‌حجرالفلاسفه معروف شد و تحقیق درباره آن در حدود قرن دوازدهم در اروپا گسترش‌یافت.
هرچند کیمیاگری در باتلاق افکار جادویی، باقی ماند، ولی بسیاری از ترکیبات‌شیمیایی مفید و روش‌های آزمایشگاهی را معرفی کرد. کیمیاگران یادگرفتند که چگونه‌مایعاتی نظیر آب و الکل را از طریق تقطیر خالص کنند. آنها خورنده‌های قوی همچون‌سولفوریک اسید و نیتریک اسید و همچنین تعداد دیگری از ترکیبات مفید، از قبیل سدیم‌هیدروکسید (سود سوزآور) و آمونیوم کلراید (نمک مورد استفاده در کارهای فلزی) راتهیه کردند و عناصر جدیدی همچون آرسنیک، روی، و بیسموت را نیز کشف و بررسی‌نمودند.
در اوایل دهه 1500، علم کیمیا توسط پاراسلوس، پزشک سویسی مشهور، به‌جامعه پزشکی معرفی شد. در طول قرن بعدی، کیمیاگری اعتبار خود را از دست داد، ولی‌شیمی، با کنارزدن موانع، علمی واقعی محسوب گشت. نسل جدید شیمیدانان، به صنعت‌ساخت واکنشگرها (مواد شیمیایی ایجادکننده واکنش‌ها) و استخراج عناصر خالص وترکیبات از مخلوط‌ها علاقمند شدند.
در سال 1661، شیمدان ایرلندی به نام رابرت بویل، اعتقاد یونانیان باستان را درمورد به وجود آمدن همه مواد فقط از چهار یا پنج عنصر رد کرد. او در کتاب شیمیدان‌شکاک، مفهوم جدیدی از عناصر را بیان نمود. به این مضمون که عناصر، موادی هستندکه نمی‌توانند به ذرات کوچکتر تقسیم شوند. برای مثال، آزمایش‌های او نشان داد که آلیاژفلز مفرغ را می‌توان به مس و قلع تفکیک کرد. بویل همچنین اهمیت اندازه‌گیری‌های دقیق وآزمودن عقیده‌های جدید را با آزمایش‌های واقعی یادآور شد. او سپس خصوصیات ویژه گازها را کشف و قوانینی را طرح کرد که هنوز برای توصیف روابط بین حجم و فشار درگازها، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
شیمیدان‌های دیگر، کار بویل را در رابطه با دنیای گازها یا عناصر «غیرقابل رؤیت»ادامه دادند. در سال 1756، شیمیدان اسکاتلندی به نام جوزف بلک کربن دی اکسید و درسال 1774، جوزف پریستلی اکسیژن و نیتروژن را کشف کرد. در همین زمان آنتوان‌لاوازیه، شیمیدان فرانسوی، با استفاده از الکتریسیته و احتراق ، آزمایش‌هایی انجام داد. اوعلاوه بر کشف‌های دیگر، با احتراق مخلوطی از هیدروژن و اکسیژن به وسیله جرقه‌الکتریکی، ترکیب آب (H2O) را تعیین کرد. لاوازیه با ارائه این نظریه که «ماده، نه به وجودمی‌آید و نه از بین می‌رود، بلکه فقط از شکلی به شکل دیگر تغییر می‌کند» انقلابی در شیمی‌به وجود آورد.
اکنون ما این واقعیت را به عنوان قانون بقای ماده می‌شناسیم. سپس لاوازیه اولین‌کتاب شیمی جدید را نوشت. همچنین او و دیگران، نظامی را برای نامگذاری عناصرطراحی کردند که امروزه نیز از آن استفاده می‌شود. وی با این کار به ایجاد یک زبان‌بین‌المللی شیمی همت گماشت که برای شیمدانان سراسر جهان، این امکان را فراهم‌می‌ساخت تا از اطلاعات مربوطه بهره ببرند. لاوازیه، به خاطر همه این کارها، پدر شیمی‌جدید لقب گرفت.
تا سال 1800، شیمیدانان حدود 30 عنصر مختلف را کشف کرده بودند. این مسئله،شیمیدانان را با این چالش روبرو کرد که بتوانند اختلاف عناصر را با یکدیگر به طور دقیق‌توضیح دهند. در سال 1803 شیمیدان بریتانیایی به نام جان دالتون با نظریه جدید خود، بااین چالش مقابله کرد.
کار ویژه دالتون این بود که پیشنهاد کرد هر چیزی که از ذرات تفکیک‌ناپذیر، ساخته‌شده باشد اتم نامیده می‌شود. این کلمه و معنی آن، ابتدا به وسیله یونانیان در حدود سال450 پیش از میلاد بیان شده بود. دالتون پا را از این فراتر گذاشت و توضیح دادکه هرعنصر شناخته شده‌ای، نوع متمایزی اتم است و یک نوع خاص از اتم نمی‌تواند به اتم‌دیگری تبدیل شود، به همین دلیل، او نتیجه گرفت که سرب هرگز نمی‌تواند به طلا تبدیل‌گردد و هیچ عنصری نیز به عنصر دیگر تبدیل نمی‌شود. (اینک ما می‌دانیم که واپاشی‌رادیواکتیو در موارد نادری این کار را انجام می‌دهد و عناصر ناپایدار مشخصی به عناصر مکمل وابسته به آن تبدیل می‌شوند.)
آزمایش‌های تعیین کننده دالتون، که نشان داد اتم‌های عناصر مختلف وزن‌های‌متفاوتی دارند، شاید بیشترین اهمیت را داشته باشد. دالتون کارش را با تعیین وزن هرعنصر شروع کرد اما کسی که در دهه 1820 میلادی وزن‌های اتمی را به صورت دقیق‌برای اولین بار تعیین کرد، شیمیدان سوئدی، یونس یاکوب برزلیوس بود. برزلیوس‌نشانه‌های شیمیایی جدید امروزی (O برای اکسیژن، Pb برای سرب و غیره) و فرمول(H2O برای آب، NaCl برای سدیم کلراید و غیره) را نیز ابداع کرد.
همچنین در اوایل دهه 1800، شیمدان ایتالیایی به نام آمدئوآواگادرو بیان کرد که‌حجم‌های مساوی از هر دو گاز متفاوت، تعداد مساوی مولکول دارند. به شرطی که فشار ودما برای هر دو یکسان باشد. این اصل که به نام قانون آواگادرو شناخته شده، به دلیل عدم‌نیاز به وزن گازها، کار با آنها را ساده کرده است.
مقارن دهه 1860، شیمیدانان حدود 60 عنصر را شناسایی کردند و در جست‌وجوی‌روشی منطقی برای نظم بخشیدن به آنها بودند. این تلاش چندان موفقیت‌آمیز نبود، تا این‌که سال 1869 شیمیدانی روسی به نام دیمیتری مندلیف، جدولی را ابداع کرد که در آن‌عناصر برحسب وزن اتمی مرتب شده بودند. در جدول قابل توجه مندلیف، عناصری که‌خواص مشابه داشتند با هم در یک ستون یا «خانواده» قرار می‌گرفتند، او حتی مکان‌هایی‌را در جدول خود برای عناصری که کشف خواهند شد، و دقیقاً پیشگویی کرده بود، خالی‌گذاشت. اکنون ما جدول شیمیایی مندلیف را با نام جدول تناوبی می‌شناسیم.
شیمی آلی
زماین، شیمیدانان جهان شیمیایی را به دو طبقه اصلی تقسیم کرده بودند. بعضی‌ترکیبات شیمیایی از قبیل کانی‌ها و آب، بر اثر حرارت ذوب شده یا می‌جوشیدند، و به‌هنگام سردشدن، به شکل اصلی خود برمی‌گشتند. بقیه مواد، همانند چوب یا شکر، هنگام‌حرارت دادن می‌سوختند و به زغال تبدیل می‌شدند، یا این که از آنها بخار خارج می‌شد.گروه دوم به هنگام سردشدن، به شکل اولیه خود برنمی‌گشتند. شیمیدانان کلیه مواد گروه‌دوم را ناشی از موجودات زنده یا موجوداتی که قبلاً زنده بوده‌اند، دانستند که حاوی‌عنصر کربن هستند. در سال 1807، برزلیوس پیشنهاد کرد که این مواد، آلی نامیده شوند،و موادی همانند کانی ها و آب که از دنیای غیرزنده به دست می‌آیند، معدنی نامگذاری‌گردند.