ما هي الكيمياء؟

بالعربي/ تشارك الكيمياء في كل ما نقوم به.

قد تفكر في الكيمياء فقط في سياق الاختبارات المعملية أو المضافات الغذائية أو المواد الخطرة ، لكن مجال الكيمياء يشمل كل شيء من حولنا. 

“كل ما تسمعه ، تراه ، تشمه ، تتذوقه ، تلمسه يتضمن الكيمياء والمواد الكيميائية (المادة) ،” وفقًا لجمعية الكيمياء الأمريكية (ACS) ، وهي منظمة علمية غير ربحية للنهوض بالكيمياء ، يرخصها الكونجرس الأمريكي. “والسمع ، والرؤية ، والتذوق ، واللمس كلها تنطوي على سلسلة معقدة من التفاعلات والتفاعلات الكيميائية في جسمك.”

لذا ، حتى لو كنت لا تعمل ككيميائي ، فأنت تقوم بعمل الكيمياء ، أو شيئًا ما يتضمن الكيمياء ، مع كل ما تفعله تقريبًا. في الحياة اليومية ، تقوم بالكيمياء عند الطهي ، عند استخدام المنظفات لمسح المنضدة الخاصة بك ، عند تناول الدواء أو عند تخفيف العصير المركز بحيث لا يكون الطعم شديدًا.

وفقًا لـ ACS ، الكيمياء هي دراسة المادة ، والتي يتم تعريفها على أنها أي شيء له كتلة ويشغل مساحة ، والتغييرات التي يمكن أن تخضع لها المادة عندما تخضع لبيئات وظروف مختلفة. 

تسعى الكيمياء إلى فهم ليس فقط خصائص المادة ، مثل كتلة أو تكوين عنصر كيميائي ، ولكن أيضًا كيف ولماذا تخضع المادة لتغييرات معينة – سواء تحول شيء ما بسبب اتحاده مع مادة أخرى ، تجمد لأنه ترك لمدة أسبوعين في الفريزر ، أو تغير الألوان بسبب تعرضه لأشعة الشمس الزائدة.

أساسيات الكيمياء

السبب الذي يجعل الكيمياء تلمس كل ما نقوم به هو أنه يمكن تقسيم كل شيء في الوجود تقريبًا إلى وحدات بناء كيميائية.

اللبنات الأساسية في الكيمياء هي العناصر الكيميائية ، وهي مواد تتكون من ذرة واحدة . كل مادة كيميائية فريدة من نوعها ، وتتألف من عدد محدد من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات ، ويتم تحديدها بواسطة اسم ورمز كيميائي ، مثل “C” للكربون. العناصر التي اكتشفها العلماء حتى الآن مدرجة في الجدول الدوري للعناصر ، وتشمل العناصر الموجودة في الطبيعة مثل الكربون والهيدروجين والأكسجين ، وكذلك العناصر التي من صنع الإنسان ، مثل Lawrencium .

يمكن أن تترابط العناصر الكيميائية معًا لتكوين مركبات كيميائية ، وهي مواد تتكون من عناصر متعددة ، مثل ثاني أكسيد الكربون (الذي يتكون من ذرة كربون واحدة متصلة بذرتين من الأكسجين) ، أو ذرات متعددة لعنصر واحد ، مثل غاز الأكسجين (الذي يتكون من ذرتين من الأكسجين متصلتين ببعضهما البعض). يمكن أن ترتبط هذه المركبات الكيميائية بعد ذلك بمركبات أو عناصر أخرى لتشكيل مواد ومواد أخرى لا حصر لها. 

الكيمياء كعلم فيزيائي

تعتبر الكيمياء عادة علمًا فيزيائيًا ، على النحو المحدد في موسوعة بريتانيكا ، لأن دراسة الكيمياء لا تشمل الكائنات الحية. تقع معظم الكيمياء المستخدمة في البحث والتطوير ، مثل صنع منتجات ومواد جديدة للعملاء ، ضمن هذا الاختصاص.

لكن التمييز كعلم فيزيائي يصبح ضبابيًا بعض الشيء في حالة الكيمياء الحيوية ، التي تستكشف كيمياء الكائنات الحية ، وفقًا لجمعية الكيمياء الحيوية . لا تعتبر المواد الكيميائية والعمليات الكيميائية التي درسها علماء الكيمياء الحيوية من الناحية الفنية “حية” ، لكن فهمها مهم لفهم كيفية عمل الحياة.

الفروع الخمسة الرئيسية للكيمياء

تقليديا ، يتم تقسيم الكيمياء إلى خمسة فروع رئيسية ، وفقًا لكتاب الكيمياء المدرسي عبر الإنترنت الذي نشرته LibreText . هناك أيضًا المزيد من المجالات المتخصصة ، مثل كيمياء الأغذية والكيمياء البيئية والكيمياء النووية ، لكن هذا القسم يركز على التخصصات الفرعية الخمسة للكيمياء.

الكيمياء التحليلية تحليل المواد الكيميائية ، وتتضمن طرقًا نوعية مثل النظر في تغيرات اللون ، بالإضافة إلى الأساليب الكمية مثل فحص الطول الموجي الدقيق للضوء الذي تمتصه المادة الكيميائية لتؤدي إلى تغير اللون. 

تمكن هذه الأساليب العلماء من توصيف العديد من الخصائص المختلفة للمواد الكيميائية ، ويمكن أن تفيد المجتمع بعدة طرق. على سبيل المثال ، تساعد الكيمياء التحليلية شركات الأغذية على إعداد وجبات عشاء مجمدة ألذ من خلال اكتشاف كيفية تغير المواد الكيميائية في الطعام عندما يتم تجميدها بمرور الوقت. تستخدم الكيمياء التحليلية أيضًا لمراقبة صحة البيئة عن طريق قياس المواد الكيميائية في الماء أو التربة ، على سبيل المثال.

تستخدم الكيمياء الحيوية ، كما ذكر أعلاه ، تقنيات كيميائية لفهم كيفية عمل الأنظمة البيولوجية على المستوى الكيميائي. بفضل الكيمياء الحيوية ، تمكن الباحثون من رسم خريطة الجينوم البشري وفهم ما تفعله البروتينات المختلفة في الجسم وتطوير علاجات للعديد من الأمراض.

تدرس الكيمياء غير العضوية المركبات الكيميائية في الكائنات غير العضوية أو غير الحية مثل المعادن والفلزات. تقليديًا ، تعتبر الكيمياء غير العضوية المركبات التي لا تحتوي على الكربون (والتي تغطيها الكيمياء العضوية) ، لكن هذا التعريف ليس دقيقًا تمامًا ، وفقًا لـ ACS . 

بعض المركبات التي تمت دراستها في الكيمياء غير العضوية ، مثل “المركبات العضوية المعدنية” ، تحتوي على معادن ، وهي معادن مرتبطة بالكربون – العنصر الرئيسي الذي تمت دراسته في الكيمياء العضوية. على هذا النحو ، تعتبر مركبات مثل هذه جزءًا من كلا المجالين. 

تُستخدم الكيمياء غير العضوية لإنتاج مجموعة متنوعة من المنتجات ، بما في ذلك الدهانات والأسمدة وواقيات الشمس. 

تتعامل الكيمياء العضوية مع المركبات الكيميائية التي تحتوي على الكربون ، وهو عنصر يعتبر ضروريًا للحياة. يدرس الكيميائيون العضويون تكوين وبنية وخصائص وتفاعلات هذه المركبات ، والتي تحتوي مع الكربون على عناصر أخرى غير كربونية مثل الهيدروجين والكبريت والسيليكون. تُستخدم الكيمياء العضوية في العديد من التطبيقات ، كما هو موصوف في ACS ، مثل التكنولوجيا الحيوية وصناعة البترول والأدوية والبلاستيك.

تستخدم الكيمياء الفيزيائية مفاهيم من الفيزياء لفهم كيفية عمل الكيمياء. على سبيل المثال ، معرفة كيف تتحرك الذرات وتتفاعل مع بعضها البعض ، أو لماذا تتحول بعض السوائل ، بما في ذلك الماء ، إلى بخار عند درجات حرارة عالية. يحاول الكيميائيون الفيزيائيون فهم هذه الظواهر على نطاق صغير جدًا – على مستوى الذرات والجزيئات – لاستخلاص استنتاجات حول كيفية عمل التفاعلات الكيميائية وما الذي يعطي مواد معينة خصائصها الفريدة.

يساعد هذا النوع من البحث في إعلام فروع الكيمياء الأخرى وهو مهم لتطوير المنتجات ، وفقًا لـ ACS . على سبيل المثال ، قد يدرس الكيميائيون الفيزيائيون كيفية تفاعل مواد معينة ، مثل البلاستيك ، مع المواد الكيميائية المصممة لتلامسها. 

ماذا يفعل الكيميائيون؟

يعمل الكيميائيون في مجموعة متنوعة من المجالات ، بما في ذلك البحث والتطوير ومراقبة الجودة والتصنيع وحماية البيئة والاستشارات والقانون. يمكنهم العمل في الجامعات ، للحكومة أو في الصناعة الخاصة ، وفقًا لـ ACS .

فيما يلي بعض الأمثلة على ما يفعله الكيميائيون:

البحث والتطوير

في الأوساط الأكاديمية ، يهدف الكيميائيون الذين يجرون أبحاثًا إلى زيادة المعرفة حول موضوع معين ، وقد لا يكون لديهم بالضرورة تطبيق معين في الاعتبار. ومع ذلك ، لا يزال من الممكن تطبيق نتائجهم على المنتجات والتطبيقات ذات الصلة.

في الصناعة ، يستخدم الكيميائيون في البحث والتطوير المعرفة العلمية لتطوير أو تحسين منتج أو عملية معينة. على سبيل المثال ، يقوم الكيميائيون الغذائيون بتحسين جودة الطعام وسلامته وتخزينه ومذاقه ؛ يقوم الكيميائيون الصيدلانيون بتطوير وتحليل جودة الأدوية والتركيبات الطبية الأخرى ؛ والكيميائيين الزراعيين يطورون الأسمدة والمبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب الضرورية لإنتاج المحاصيل على نطاق واسع.

في بعض الأحيان ، قد لا يتضمن البحث والتطوير تحسين المنتج نفسه ، بل عملية التصنيع التي ينطوي عليها صنع هذا المنتج. يبتكر المهندسون الكيميائيون ومهندسو العمليات طرقًا جديدة لجعل تصنيع منتجاتهم أسهل وأكثر فعالية من حيث التكلفة ، مثل زيادة سرعة و / أو عائد منتج لميزانية معينة.

حماية البيئة

يدرس الكيميائيون البيئيون كيفية تفاعل المواد الكيميائية مع البيئة الطبيعية ، ويصفون المواد الكيميائية والتفاعلات الكيميائية الموجودة في العمليات الطبيعية في التربة والماء والهواء. على سبيل المثال ، يمكن للعلماء جمع التربة أو الماء أو الهواء من مكان مهم وتحليلها في المختبر لتحديد ما إذا كانت الأنشطة البشرية قد تلوث البيئة أو ستلوثها أو تؤثر عليها بطرق أخرى. يمكن لبعض الكيميائيين البيئيين أيضًا المساعدة في معالجة أو إزالة الملوثات من التربة ، وفقًا لمكتب الولايات المتحدة لإحصاءات العمل 

يمكن للعلماء الذين لديهم خلفية في الكيمياء البيئية أن يعملوا أيضًا كمستشارين لمنظمات مختلفة ، مثل الشركات الكيميائية أو الشركات الاستشارية ، ويقدمون إرشادات حول كيفية إكمال الممارسات والإجراءات وفقًا للوائح البيئية.

قانون

يمكن للكيميائيين استخدام خلفيتهم الأكاديمية لتقديم المشورة أو الدفاع عن القضايا العلمية. على سبيل المثال ، قد يعمل الكيميائيون في مجال الملكية الفكرية ، حيث يمكنهم تطبيق خلفيتهم العلمية على قضايا حقوق التأليف والنشر في العلوم ، أو في القانون البيئي ، حيث قد يمثلون مجموعات المصالح الخاصة ويقدمون للموافقة عليها من الوكالات المنظمة قبل حدوث أنشطة معينة.

يمكن للكيميائيين أيضًا إجراء التحليلات التي تساعد في إنفاذ القانون. يلتقط الكيميائيون الشرعيون ويحللون الأدلة المادية التي تُركت في مسرح الجريمة للمساعدة في تحديد هويات الأشخاص المتورطين ، وكذلك للإجابة على الأسئلة الحيوية الأخرى المتعلقة بكيفية وسبب تنفيذ الجريمة. يستخدم الكيميائيون الشرعيون مجموعة متنوعة من طرق التحليل ، مثل اللوني وقياس الطيف ، والتي تساعد في تحديد المواد الكيميائية وتحديدها كمياً.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com