الكيمياء
منذ عدة آلاف من السنين ، قبل أن يتم التحدث عن الذرة ، قام جماعة من المفكرين ، بمحاولة اكتشاف سر المادة وذلك بحثا عن إمكانية إيجاد مادة تستطيع تحويل النحاس مثلا إلى ذهب فتحدث العلماء الإغريق ومن بعدهم علماء الحضارة الإسلامية عن “حجر الفلاسفة” ظنا أنهم بواسطته يتمكنون من تحويل الفلزات إلى ذهب ، وكان معظم الكيميائيين يخلطون اهتماماتهم العلمية بالسحر والشعوذة . . . إذ امتد بهم الخيال إلى إيجاد “إكسير الحياة “ المادة التي تجعل الحياة خالدة ، لكنهم للأسف لم يتوصلوا إليها . هذا العلم الوهمي (الكيمياء ) اجتذب بعض العقول النيرة وبعض أصحاب البصيرة الثاقبة من أمثال صاحب كتابي : أصول لكيمياءء ة وأسرار الكيمياء، عام 815 . إنه جابر بن حيان . فأدخلوا إلى علم الكيمياء عنصر التجربة والاختبار وعمليا ت ا لتقطير و ا لترشيح وا لتصعيد ، واكتشفوا عدة مواد كيميائية مثل بعض الحوامض وبعض القلويات ، واتجهوا نحو استخلاص بعض الأدوية من الأعشاب . . . هكذا ولدت الكيمياء التي نعرفها وبدأت تتطور مع تقدم التفكير والعلم وآلات القياس وما شابه إلى أن أصبحت على ما هي عليه الآن . فكان تثبيت كيمياء جابر بن حيان وإلغاء كل ما تحدث عنه الكيميائيون في القرن السابع عشر عندما قدم العالم الانكليزي روبرت بويل (27 6 ا- 1 9 6 1( فكرة العناصر الكيميائية التي تكون باتحادها مركبات جديدة . ثم كان جدول مندلييف (1907-1834)ليثبت جدول العناصر ويقضي نهائيا على عناصر أرسطو
نظرية دالتن الذرية
في بداية القرن التاسع عشر ، أوضح دالتن في نظريته عن الذرة ،أن المادة مكونة من جسيمات متناهية في الصغر لا ترى بالعين المجردة . و لقد ظهر له من نشاطه المعملي أن الذرات لا يمكن أن تنقسم إلى جسيمات أصغر من كما إنه لا يمكن تدميرها . وبذلك صور المادة على إنها مكونة من ذرات دائرية صغيرة مصمتة و قد ظهر من الجهود العلمية التي تلت نظرية دالتن أن الذرة ، على عكس تصر دالتن ، مكونة من جسيمات بالغة الصغر .
اكتشاف الذرة :-
حوالي نهاية القرن التاسع عشر ، درس عالم الفيزياء الإنجليزي ج.ج توماس سلوك التيار الكهربائي يمر خلال أنبوبة أفرغ منها الهواء . وتعرف هذه الأنبوبة باسم أنبوبة أشعة الكاثود . و اكتشف أن التيار الكهربائي بتألف من جزيئات سالبة الشحنة تسمى الإلكترونات . وتوصل هذا العالم من خلال تجاربه إلى استنتاج أن الإلكترونات تأتي من داخل الذرات . كذلك تمكن علماء آخرون من اكتشاف وزن أو كتلة الإلكترون . وهذه الكتلة تساوي جزء صغير من أخف الذرات وزنا .
النشاط الإشعاعي :-
في نفس الفترة تقريبا اكتشف بعض العلماء أن الذرة يمكن أن تتحطم منقسمة إلى ذرات أصغر . وفي عملية التحطم تنطلق منها جسيمات أصغر منها . مثل هذه الذرات سميت ذرات إشعاعية . وسميت الجسيمات التي تنطلق من هذه الذرات الإشعاعية جزيئات ألفا .
اكتشاف النواة :-
حوالي عام 1911 ، سلط " رذرفورد " وهو عالم نيوزلندي المولد ، تيارا من أشعة ألفا السريعة الحركة على قطعة رقيقة من رقائق الذهب . و أدهشه أن معظم جزيئات ألفا الدقيقة الحجم مرت مستقيمة من الرقاقة الذهبية كما لو أنها لم تكن موجودة و لم ينعكس من هذه الأشعة إلا مقدار ضئيل جدا .
إن السبب في أن مغلب الجزيئات قد مرت دون أينعكس أو يتغير اتجاهها هو أن الذرات في الرقاقة الذهبية ليست مصمتة و إنما تتكون أساسا من مكان فارغ. على أن هناك في مركز كل ذرة كتلة صغيرة و لكن ثقيلة من المادة هي التي عكست أو أرجعت ذلك الجزء الصغير المرتد من أشعة ألفا.
و قد أسمى رذرفورد هذه الكتلة الثقيلة في مركز الذرة النواة.
التحليل الطيفي :
إذا استخدم الكيميائي المطياف ، تمكن من تحليل خليط من الفلزات خلال بضع ثوان . من المعلوم أن جميع العناصر الكيميائية تعطي ضوءا عندما تتوهج وتحترق رغم أن ذلك الضوء قد لا يكون دائما في الجزء المنظور من الطيف . كما لا يجوز أن ننسى أن الضوء الأبيض يتألف من مزيج من عدة ألوان . .
يستعمل الكيميائي المطياف لتجزئة الضوء الأبيض إلى ألوانه المتباينة أي إلى ألوانه الطيفية . ولكل عنصر لون طيف مميز. فالمطياف بالنسبة للكيميائي هو بمثابة بصمات الأصابع لمعرفة هوية الأشخاص .
يستخدم لذلك جهاز صغير نقال يدعى "مطياف الضوء المباشر" وهو يساعد مثلا في تصنيف وصف كل من الكلسيوم والأسترونشيوم والليثيوم التي تعطي جميعها لهبا أحمر.
وكذلك إذا وضعنا فلزا كهدف لهذه لأشعة السينية )أشعة إكس ( فإن الأشعة الناتجة تظهر ذرى معينة عند ترددات محددة وهذه الترددات تميز الفلز كما أنها تشكل أساس مبدأ التحليل الطيفي بالأشعة السينية .
التحليل العضوي:
قد تكون المواد المطلوب تحليلها من قبل الكيميائي عضوية، فما العمل ؟
ابتكر العلماء طريقة نظامية تلائم تحليل المواد العضوية وهي على النحو التالي : يقرر المحلل ما إذا كان تعامله مع مادة مفردة أو مع خليط من المواد . فإذا تبين أن هناك خليط أو مزيج من المواد فلا بد من فصل مكوناته وذلك بالطرق الكيميائية المعروفة .
ينتقل المحلل بعد ذلك للبحث عن العناصر غير العضوية كالفلزات أو النيتروجين أو الكبريت... الخ. بعدها يقوم بتسخين عينة من المادة بشدة في غطاء بوتقة حتى يحترق كل الكربون . ففي حال تخلف عن ذلك رماد أو بقايا يدل ذلك على وجود أحد الفلزات التي تحدد هويته بواسطة طرق التحليل غير العضوية .
ويتم الكشف على وجود النيتروجين والكبريت والهالوجينات بكشف واحد هو اختبار ليسان بصهر المادة مع الصوديوم ، ويتم ذلك بتسخين قليل من المادة مع قطعة صغيرة من الصوديوم في أنبوبة اختبار صغيرة ، إلى درجة الاحمرار ، ثم تغمر الأنبوبة في قليل من الماء المقطر الموضوع في حوض صغير للتبخير ، أثناء ذلك يتحول كل الازوت إلى مادة سيانيد الصوديوم والكبريت إلى كبريتيد الصوديوم ، والكلور إلى كلوريد الصوديوم ، ثم يختبر المحلول للتعرف على وجود كل من مركبات الصوديوم الآنفة الذكر . إذا لم يسفر الكشف الأولي عن وجود عناصر عضوية في المادة الجاري فحصها ، فالكيميائي يتوقع أن يحتوي المركب على عناصر الكربون والهيدروجين والأوكسجين فقط . إثر ذلك يقوم بفحص حامضيته أو قاعديته ثم يختبر وجود مجموعات الكربونيل ، أو الأستر أو مجموعات الهيدروكسيل .
بعد هذه الفحوصات يتبين ما إذا كانت المادة الجاري فحصها هي حامض أو أستر أو كحول أو فينول أو قاعدة أو الدهيد أو كيتون أو مجرد هيدروكربون وهكذا يتابع تحليلاته وفحوصاته للتوصل إلى معرفة عناصركل مادة عضوية أو لتحديد المركب.
التحليل الكمي :
يقدم لنا التحليل الكيفي ( النوع ) أسماء أو أنواع العناصر التي تدخل في تركيب جسم معين . أما التحليل الكمي فإنه يحد كمية كل عنصر داخل في تركيب الحسم . مثلا قد يستطيع الكيميائي تحديد العناصر التي تدخل في تركيب حامض الكبريتيك لكنه لا يعرف بالضبط مقدار كل عنصر داخل في تركيب حامض الكبريتيك .
هناك طريقتان مألوفتان للتحليل الكمي : يتم استخدام محلول المادة المراد فحصها وتستعمل محاليل المواد الكشافة للاختبار. يتم التعبير عن جميع القياسات بأحجام المحاليل . هذه الطريقة تعرف باسم التحليل الحجمي .
أما الطريقة الثانية فيتم خلالها ترسيب العنصر المراد تعيين كميته من المحلول كمركب غير ذائب ، يعبر عن جميع القياسات في هذه الحالة في صورة أوزان المواد . إنها طريقة التحليل الوزني .
هناك طرقا أخرى للتحليل ، تعتمد على الخصائص المختلفة للمواد الكيميائية هي عبارة عن تقنيات حديثة للتحليل وتفيد بشكل خاص في تحليل مخاليط المواد .
من الأمثلة على ذلك : أدى اختلاف معدلات انتشار الكيميائيات على ورقة امتصاص إلى ما يعرف باسم التحليل الكروماتوجرافي .
كما أن التباينات في تبادل الأيونات بين العناصر المؤينة قد استعملت كطرق للتحليل . أضف إلى ذلك المعدلات المختلفة لحركة الأيونات في المحلول المعرض لتأثير جهد كهربائي . كما أن تباين أوزان الأيونات نفسها قد استخدمت كطريقة للتحليل الكمي للمخاليط .
بشكل عام يعين التحليل الاكمي( وزني أم حجمي ) التركيب الكمي الدقيق للمادة في المحلول.
التحليل الكيفي (النوعي )
إذا أراد الكيميائي التعرف على عناصر المواد أو مخاليها ، عليه القيام بالتحليل الكيفي أو النوعي . أي أنه يريد أن يعرف مثلا أن الجلوكوز مركب من العناصر الثلاثة الكربون والأوكسجين والهيدروجين دون معرفة النسب العددية لتركيبها.
فإذا كان للكيميائي ذاكرة قوية وباستعماله الكواشف الكيميائية فإنه يأخذ مادة ما - المادة مجهولة - فيجري عليها واحدا أو أكثر من مئات التفاعلات المعروفة، أو بعض الكواشف الأخرى ليحدد أنواع عناصرها .
إنما كي يقتصد في الوقت ويتجنب الأخطاء يمكنه إجراء ذلك بطريقة أفضل باتباعه خطة عمل نظامية ثم إعدادها على مدى سنوات طويلة من قبل الكيميائيين التحليليين . وقد وضعت هذه الأنظمة المتعددة في صورة جداول . هكذا يتابع الكيميائي ، مستعينا بسلسلة من التعليمات على أساس اتباع سلسلة من التفاعلات الكيميائية وفقا لترتيب معين .
المبدأ المفضل في هذا المجال هو استخدام الاختيارات التي تعمل على أساس استبعاد المواد البديلة على التوالي . وفي حال كانت كمية المادة المراد اختبارها قليلة يستعين الكيميائي بإحدى طرق التحليل للكميات الصغيرة . أما إذا توفر لديه من 10 إلى15 غراما فأغلب الظن أنه سيقوم باعتماد نظام تحليل الكميات الكبيرة . وهذا التحليل ينقسم إلى ثلاثة أجزاء :-
1- الاختبارات التمهيدية .
2-اختبارات الجذور الحامضية .
3 -اختبارات الفلزات .
مثلا : في التحليل الكيفي يسخن الكيميائي قليلا من المادة الجافة في أنبوبة اختبار، حيث يستدل بانطلاق غازات قلوية تحول ورق عباد الشمس إلى اللون الأزرق ،على وجود أملاح الأمونيوم . أما المادة الزرقاء التي تتحول التحليل إلى اللون الأسود بالتسخين فغالبا ما تكون من الأملاح النحاسية .
التفاعلات الكيميائية:
في أي تفاعل كيميائي تكتسب جزيئات المادة أو تفقد ذرات أو يعاد ترتيبها. وهناك أربع أنواع.
رئيسية من التفاعلات الكيميائية:
1-التفاعل الاندماجي يحدث عندما تتحد مادتان أو أكثر لتكونا مركبا ما.
2-الانحلال يحدث عندما يتجزأ مركب كيميائي؛ مكونا مواد أكثر بساطة
3-الإحلال يحدث عندما يفقد مركب ما عنصرا أو أكثر، إلا أنه يكتسب عناصر أخرى تحل محله.
4-الانحلال الثنائي يحدث عندما يتبادل مركبان - في حالة انحلال الذرات - ليكونا مركبين جديدين.
التفاعلات الكيميائية الشائعة:-
الاحتراق: هو اشتعال سريع يحدث عندما يتحد الأكسجين بسرعة مع مادة أخرى.
الصدأ: ينشأ الصدأ على الأسطح المعدنية عندما تتفاعل مع الهواء، أو الكيماويات، أو الرطوبة.
التقطير الإتلافي: هو تحلل المواد في وعاء مغلق.
الهضم في الحيوانات، يشمل الهضم عمليات تكسر الطعام بواسطة حفازات بروتين تسمى الأنزيمات.
التفكك: هو تكسر جزيئات المركب إلى مكونات أكثر بساطة والتي قد تتحد من جديد.
التحليل الكهربي يتم بمرور تيار كهربي خلال سائل فيكسر أجزاءه.
التخمر: هو تغير إلى مواد عضوية بواسطة الأنزيمات
التأكسد: ينشأ عندما تفقد المادة إلكترونات، حيث يتم اكتسابها بواسطة مادة أخرى تعاني من الاختزال، ويحدث التفاعلان معا (تفاعل الأكسدة). منقول