ما هي الكيمياء

مفهوم علم الكيمياء:

 الكيمياء: يقال لها في الإنجليزية “chemistry“: وهي دراسة المادة، وخصائصها، وكيف ولماذا تتحد المواد أو تنفصل لتشكل مواد أخرى، وكيف تتفاعل المواد مع الطاقة أو تنتج الطاقة.

يعتقد الكثير من الناس أن الكيميائيين هم-علماء مطلين بالبيض يخلطون سوائل غريبة في المختبر-ولكن الحقيقة أننا جميعًا كيميائيين-هل كنت تعلم ذلك- لأن الكيمياء هي جزء من كل شيء في حياتنا – حتى أجسامنا.
يتدخل علم الكيمياء في كل ما نقوم به من زراعة الأغذية، طهي الطعام، إلى تنظيف منازلنا، أجسادنا إلى إطلاق مكوك فضائي. والكيمياء هي واحدة من العلوم الفيزيائية التي تساعدنا على وصف وشرح عالمنا.

مفاهيم أساسية في الكيمياء:

• الذرة: هي أصغر وحدة من المادة، والتي تمثل خصائص العنصر الكيميائي في حالاتها الثلاث، الصلبة والسائلة والغازية، وتتكون من البروتونات والإلكترونات والنيوترونات.
  
• العنصر: هو مادّة مكوّنة من نوع مُحدّد من الذرات، إذ يكون غالباً ما يمتلك العنصر عدداً ثابتاً من البروتونات الموجودة في نواة الذرة.
  
• المركّب الكيميائي: هو عبارة عن مادّة تتكوّن من مجموعة من العناصر، لكلّ عنصر نسبة محدّدة، فمثلاً يتكوّن الماء من ذرة أكسجين وذرّتي هيدروجين.
  
• الجزيء: هو أصغر وحدة من المادة الكيميائية النقية ويحتفظ بتركيبها الكيميائي و خصائصها.
  

فروع علم الكيمياء:

يمكن تصنيف الكيمياء في خمسة فروع رئيسية. هي الكيمياء العضوية والكيمياء غير العضوية والكيمياء الفيزيائية والكيمياء التحليلية والكيمياء الحيوية.

1- الكيمياء العضوية:

هو فرع الكيمياء الذي يدرس المركبات الكيميائية التي تحتوي على عنصر الكربون، وتكوَن روابط الكربون -الهيدروجينية (C-H). حيث يسعى الكيميائيون العضويين (الكيميائيون المتخصصون في الكيمياء العضوية) إلى فهم التركيب والخواص ونوع التفاعلات التي تمر بها هذه المركبات. ومع هذا الفهم، يمكنهم تحديد وتصنيف مختلف المركبات العضوية التي تحدث بشكل طبيعي وأيضًا إنشاء مركبات عضوية ذات خصائص ووظائف مطلوبة.

2- الكيمياء غير العضوية:

يدرس هذا الفرع من الكيمياء تفاعلات وخصائص جميع المركبات الكيميائية التي لا تحتوي على روابط C-H- بمعنى آخر- تدرس الكيمياء غير العضوية المركبات غير العضوية. تشمل المركبات غير العضوية المعادن الموجودة في قشرة الأرض والمواد غير الحية.

3- الكيمياء الفيزيائية:

يدرس هذا الفرع من الكيمياء الخواص الفيزيائية للمركبات الكيميائية، وذلك باستخدام قوانين ومفاهيم الفيزياء، مثل الحركة والطاقة والقوة والوقت والديناميكا الحرارية والكيمياء الكمومية والميكانيكا الإحصائية.

بحيث تشمل الخصائص الفيزيائية للمركبات الكيميائية ، درجة الحرارة، الضغط، الحجم، الموصلية الكهربائية، اللدونة، قوة الشد، التوتر السطحي في السوائل، الذوبان، اللزوجة، نقطة الغليان، نقطة الانصهار، اللون.

ويتم ذلك كله باستخدام النماذج الرياضية والصيغ الكيميائية. كما أنه يستطيع الكيميائيون الفيزيائيون (المتخصصون في الكيمياء الفيزيائية) تحديد الخواص الفيزيائية للمواد الكيميائية، كما يمكنهم تحديد تأثير بعض الظواهر على الخواص الفيزيائية للمواد الكيميائية.

وتعتمد الطرق الفيزيائية لتحديد المواد الكيميائية وقياسها على مقدار الضوء الذي تمتصه أو تنبعث من المواد المحللة، أو على قوة الإشارة الكهربائية التي تنتجها المواد المحللة في القطب. وتسمى الأساليب الفيزيائية أيضًا الأساليب الفعالة لأنها تعتمد على استخدام الآلات لتحديد الكميات الفيزيائية للتحليلات.

إن الأساليب الفيزيائية ليست دقيقة مثل الطرق التقليدية، ولكن يمكن استخدام عينة صغيرة ويمكن أن تحدد تركيز المواد المحللة التي تقل عن 0.1 % من العينة، كما أنها تأتي بنتائج أسرع من الأساليب الكلاسيكية كما أن الأساليب الآلية تحلُّ تدريجيا محل العديد من الطرق الكلاسيكية في الكيمياء التحليلية الحالية حيث يتم اختراع آلات تحليلية أكثر قوة ودقة.

4- الكيمياء التحليلية:

يتناول هذا الفرع من الكيمياء فصل المواد الكيميائية (التحليلات) وتحديدها وقياسها في عينة معينة. وبطريقة بسيطة، تمكن معرفة الكيمياء التحليلية الكيميائيين من تحديد المواد الكيميائية التي يمكن أن تكون موجودة في مادة معينة.

تتضمن الكيمياء التحليلية جانبين: التحليل النوعي والتحليل الكمي:

التحليل النوعي: يتضمن العمليات التي يتم تنفيذها لتحديد مادة كيميائية في عينة معينة.
التحليل الكمي: ينطوي على معرفة تركيز أو كمية المادة في العينة.
للقيام بفعالية بتحديد المواد الكيميائية بدرجة عالية من الدقة، تم تطوير العديد من الطرق الكيميائية والفيزيائية. وقد تم تطوير الطرق الكيميائية البحتة في القرن التاسع عشر وتعرف بالطرق الكلاسيكية (وتسمى أيضًا طرق الكيمياء الرطبة). بحيث تشتمل الطرق الكيميائية أو الكلاسيكية على استخدام المواد الكيميائية ذات التركيب المعروف لتحديد المادة المحلَلة (المادة الكيميائية قيد التحقيق).
يمكن أيضًا تحديد التحليلات حسب الرائحة أو اللون أو نقطة الغليان أو نقطة الانصهار. وتشمل التحليلات الكمية باستخدام الطرق الكلاسيكية القياس بالمعايرة: حيث يتم تحديد تركيز المادة التحليلية من خلال حجم الكاشف المطلوب للتفاعل معه تمامًا.

تعتبر الأساليب الكلاسيكية دقيقة ودقيقة للغاية، ومع ذلك، يوجد بعض أوجه القصور الخطيرة. بحيث أنها تتطلب كمية كافية من العينة ويجب ألا يكون تركيز المواد المحللة في العينة أقل من 0.1%. كما أنها تتطلب الكيميائيين من ذوي الخبرة لتنفيذها. وللكيمياء التحليلية تطبيقات واسعة في التحليل البيئي والطب الشرعي والعلوم الطبية المخبرية وتحليل المواد والتحليل الحيوي.

5- الكيمياء الحيوية:

يختص هذا الفرع من علوم الكيمياء الذي يدرس التركيب والتفاعلات الكيميائية للمكونات الكيميائية للأنظمة الحية (النباتات، الحشرات، الفيروسات، الكائنات الحية الدقيقة، والثدييات) لفهم كيف ولماذا تحدث التفاعلات الكيميائية فيها.

تجمع الكيمياء الحيوية بين البيولوجيا(العلم الذي يهتم بدراسة الكائنات الحية) والكيمياء العضوية وغير العضوية والفيزيائية وتتناول قضايا مثل التغيرات الأساسية التي تحدث في الأمراض، الأساس الكيميائي للوراثة، أيضاً كيف تستمد الكائنات الحية الطاقة من الأطعمة.

للكيمياء الحيوية تطبيقات واسعة في الطب والطب البيطري وطب الأسنان وعلوم الأغذية والزراعة. كما أن للكيمياء استخدامات وأهمية علم الكيمياء واسعة في علم وظائف الأعضاء، وعلم الصيدلة، والكيمياء السريرية، وعلم الأحياء المجهرية حيث يمكن لعلماء الكيمياء الحيوية (العلماء الذين يدرسون الكيمياء الحيوية) دراسة آلية عمل دواء معين، أنشطة البحوث الفيروسية أو تطبيق المفاهيم والإجراءات والتقنيات الكيميائية للتحقيق في تشخيص وعلاج الأمراض وتقييم الصحة.