إن الكيمياء علم تجريبي. يطرح العلماء غالباً أسئلة لفهم الكيمياء في الحياة اليومية ويبحثون عن إجابات لهذه الأسئلة. لتحقيق هذه الغاية، يتبع العلماء سلسلة محددة من الخطوات التي تشكل معاً مايسمى بالمنهج العلمية. يتضمن هذا النهج إجراء ملاحظات، وطرح أسئلة، وبناء فرضية، وإجراء تجارب، وتحليل نتائج، وصياغة استنتاج.  

الملاحظة والسؤال

تتمثل الخطوة الأولى في المنهج العلمي في ملاحظة ظاهرةٍ ما في العالم المادي. بعد ذلك، يتم طرح سؤال لفهم هذه الظاهرة على نحو أفضل. على سبيل المثال، قد يكون السؤال كالتالي: “ أيهما يتجمّد بشكل أسرع، الماء العادي، أم الماء المضاف إليه الملح؟ ”

الفرضية

تتمثّل الخطوة التالية في صياغة تفسير للملاحظة المحددة. يسمى هذا التفسير المبدئي لمجموعة من الملاحظات التي تعمل كدليل لفهم الظاهرة الملاحظة بالفرضية. على سبيل المثال، بالنسبة للسؤال السابق، يمكن أن تقترح الفرضية إلى أن إضافة الملح يغير نقطة تجمد الماء العادي.

غالباً ما يستخدم العلماء الأبحاث والأدبيات السابقة لبدء استقصاءهم وصياغة فرضية يمكن اختبارها من خلال التجارب. إن الفرضية القوية قابلة للاختبار وقابلة للدحض على حد سواء. تعتبر قابلة للاختبار إذا كان من الممكن إثبات صحتها وقابلة للدحض إذا كان من الممكن إثبات بطلانها; &mdashوفي هذه الحالة، يجب على العالِم تعديل الفرضية أو تجاهلها.  

التجريب  

الخطوة الثالثة هي تصميم وإجراء التجارب لاختبار صحة الفرضية. التجارب هي القياسات والملاحظات التي يتم تنفيذها في ظل ظروف خاضعة للرقابة. تكون بعض الملاحظات والتجارب نوعية (تصف كيفية حدوث عملية ما)، في حين أن العديد منها كمّي (قياس أو تحديد كمّي لشيء ما عن العملية). لاختبار فرضية الماء المالح، يمكن للعالِم أخذ كوبين بكميات متساوية من الماء، في درجة حرارة الغرفة. يمكن إضافة ملعقة من الملح إلى أحد الكوبين، ووضع كلا الكوبين في الثلاجة. يمكن ملاحظة حالة الماء في كل كوب كل 15 دقيقة ويمكن تسجيل الوقت الذي يستغرقه كل كوب من الماء حتى يتجمّد تماماً.  

يعتبر المخطط التجريبي خطوة مهمة في المنهج العلمي. ينبغي توجب الحرص للتحكم في عدد العوامل المتغيرة بحيث يمكن مراقبة تأثير العامل المعين قيد البحث.  

تحليل النتيجة والاستنتاج

تتمثل الخطوة التالية في تحليل نتائج التجارب واستنتاج ما إذا كانت هذه النتائج تثبت صحة الفرضية أم لا. إذا تم إثبات صحتها، فسيتم قبول الفرضية وقد يتم إخضاعها لمزيد من التجارب للإجابة عن أسئلة جديدة. عندما يتم إثبات خطأ الفرضية، فمن الممكن اقتراح فرضية جديدة، والعملية تستمر.  

في مثال المياه المالحة، تشير النتائج إلى أن الماء المالح يستغرق تجميده وقتًا أطول من الماء العادي. هذا من شأنه أن يقدّم استنتاجاً مفاده أن الماء الذي يحتوي على ملح يتجمد بمعدل أبطأ من الماء العادي. وبالتالي، فإن النتائج تثبت صحة الفرضية.

هذا النص مأخوذ من Openstax, Chemistry 2e, Section 1.1: The Scientific Method.