مقدمة عن الكيمياء

الكيمياء

chemistry

مقدمة عن الكيمياء

الكيمياء هي علم يقوم على دِراسة المواد والعناصر الكيميائيّة والعلاقات المُتبادلة فيما بينها، كما تُعرّف على أنّها العلم الّذي يدرس تركيب المادّة والتغيّرات التي تطرأ عليها، وكذلك الطّاقة المُرافقة لهذه التّغيرات، وتُعرَّف الكيمياء أيضاً على أنّها العِلم الذي يدرس المادّة وخاصّة بنيتها، وخواصّها، وسلوكها وتركيبها، وتداخلاتها التي تُحدِثها، وتفاعلاتِها

مصطلحات أساسيّة في الكيمياء :

الذّرّة: هي البنية الأساسيّة في المادة، وتتكوّن من: البروتونات، والنّيترونات، وعدد من الإلكترونات .

العنصر: هو مادّة مكوّنة من نوع مُحدّد من الذرات، وغالباً 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 جزء في المادّة، وهو غير قابل للانقسام

بما اننا سوف نركز على العناصر و تفاعلاتها لابد من التنويه وبشكل موجز على الجدول الدوري للعناصر :

يُعرَف الجدول الدوري للعناصر بالإنجليزية: (Periodic Table of Elements) :

جدول يحتوي على جميع العناصر الكيميائية المعروفة، وتكون هذه العناصر مُرتبة في هذا الجدول حسب زيادة عددها الذري من اليسار إلى اليمين، ومن الأعلى إلى الأسفل، وتُعرف مجموعة العناصر الموجودة ضمن الصف الواحد في الجدول الدوري بالدورة (Periods)، في حين يُطلق على مجموعة العناصر التي تنتمي إلى نفس العمود اسم المجموعة (Group)، وتجدر الإشارة إلى أنّ العالم الكيميائي الروسي ديمتري ماندليف (Dmitri Mendeleev) هو من اخترع هذا الجدول.

استخدام الجدول الدوري للعناصر :
بأنّه يُمكن استخدام الجدول الدوري لمعرفة عدد كبير من المعلومات الخاصة بالعناصر؛ كرمز العنصر، وعدده الذري، وكتلته الذرية، وغيرها من المعلومات الأخرى، ويكون كل عنصر من عناصر الجدول الدوري موجوداً ضمن مربع صغير في الجدول، وفيما يأتي بعض المعلومات التي يُمكن معرفتها عبر كل مربع خاص بالعنصر:

رمز العنصر: هو اختصار لاسم العنصر الذي يُشير إليه، وقد تُشير بعض الرموز إلى الأسماء اللاتينية القديمة لأسماء العناصر؛ كاختصار رمز الفضة (Ag) الذي يُشير إلى اسم العنصر القديم، وهو (Argent-um).

العدد الذري: هو عدد البروتونات التي تحتويها ذرة واحدة من ذرات العنصر، ويتركز الاهتمام بالبروتونات لأنّها تميّز العنصر عن الآخر، في حين أنّ تغيُر عدد الإلكترونات والنيترونات في عنصر معين لا يُغير نوعه.

الكتلة الذرية: هي متوسط كتلة العنصر بالنسبة لنظائره.

اسم العنصر: هو الاسم العلمي للعنصر، حيث تحتوي العديد من الجداول الدورية على العناصر جنباً إلى جنب مع رموزها

أهمية الجدول الدوري للعناصر :


أهمية الجدول الدوري للعناصر يُعدّ الجدول الدوري أحد أهمّ الأدوات التي تمّ اكتشافها في تاريخ علم الكيمياء، ولهذا الجدول أهمية كبيرة بالنسبة لمن يستخدمه، وفيما يأتي بعض من الأمور التي تُشير إلى أهمية هذا الجدول :

1-      تصنيف العناصر: يقوم الجدول الدوري بتصنيف العناصر جميعها ضمن مجموعات أفقية ورأسية، وذلك حسب تشابه الخصائص لهذه العناصر، لهذا السبب يُعدّ الجدول الدوري مرجعاً سريعاً للتعرف على العناصر الكيميائية التي لها نفس الخصائص.

2-      التجارب المبينة على الخصائص: يُتيح الجدول الدوري للأشخاص إجراء تجارب علمية قائمة على معرفة العناصر وخصائصها.

3-      التعرف على العناصر: يُتيح الجدول الدوري معرفة العناصر الكيميائية بشكل دقيق.

وللاستزادة اكثر في الجدول الدوري من خلال معرفة خصائص كل عنصر من عناصره ومعلومات اضافية عنه بمجرد النقر على أي عنصر من العناصر , الدخول على هذا الرابط :

https://ar.wikipedia.org/wiki/%D9%83%D9%8A%D9%85%D9%8A%D8%A7%D8%A1#%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%AF%D9%88%D9%84_%D8%A7%D9%84%D8%AF%D9%88%D8%B1%D9%8A

التفاعل الكيميائي :

هو تحول في التركيب الدقيق للجزيئات. ويمكن أن ينتج التفاعل الكيميائي من مهاجمة جزيئات أخرى لتكوين جزيئات أكبر أو جزيئات تتفكك لتكوين جزيئين أو أكثر أقل حجمًا، أو إعادة ترتيب الذرات في نفس الجزيء أو خلال جزيئات أخرى. وتتضمن التفاعلات الكيميائية غالبًا تكوين أو تكسير روابط كيميائية. تمثل التفاعلات الكيميائية بطريقة كتابية أو بمجوعة من الرموز ويعرف هذا التمثيل بـ «المعادلة الكيميائية»؛ تبين المعادلة الكيميائية التغيرات التي تطرأ على المواد المتفاعلة وظروف التفاعل كما تبين المعادلة حاجة التفاعل إلى حرارة وضغط وعوامل مساعدة. ويجب أن تكون المعادلة الكيميائية صحيحة الرموز والصيغ وأن تكون موزونة حيث أن مجموع كتل المواد المتفاعلة يساوي مجموع كتل المواد الناتجة من التفاعل.

 وعند كتابة معادلة يجب مراعاة الشحنة لأنها تلعب دوراً في عدد الإلكترونات المفقودة أو المكتسبة.

يمكن تسريع التفاعل الكيميائي باستعمال المحفز وذلك بإضافة كميات قليلة للتفاعل الكيميائي بهدف تسريعه دون أن تتغير خواصها الكيميائية؛ بمعنى أنها قادرة على أن تزيد سرعة التفاعل الكيميائي عن طريق خفض طاقة التفاعل أو تنشيطه دون أن يحدث بها تغيير كيميائي دائم 

أنواع التفاعلات الكيميائية :

1-           وفق شكل التفاعل :

-      تفاعل التفكك عبارة عن تفكك مركب إلى مركبين أو إلى عناصر.

-      تفاعل الاتحاد أو الضم عبارة عن اتحاد عنصرين لإنتاج مركب أو اتحاد مركبين لإنتاج مركب جديد.

-      تفاعل الاحتراق عبارة عن تفاعل كيميائي بين مادتين ينتج عنه حرارة وانبعاثات غازية ويصاحبه لهب.

-      تفاعل التبادل أو الإزاحة عبارة عن تبادل على المستوى الجزيئي بين الروابط بين نوعين كيميائيين متفاعلين بحيث يؤدي إلى الحصول على نواتج لها الارتباط الكيميائي نفسه أو مشابه له

2-              وفق سرعة التفاعل :

-       التفاعلات فائقة السرعة: تُمثلها التفاعلات الأيونية التي لا يُمكن قياس سرعتها في الظروف العادية مثل تفاعل كلوريد الصوديوم مع نترات الفضة لتشكيل راسب كلوريد الفضة.

-       تفاعلات متوسطة السرعة: وهي تفاعلات قابلة للقياس معمليًا بنمطيها العضوي وغير العضوي مثل تفكك يوديد الهيدروجين في درجة حرارة الغرفة إلى اليود والهيدروجين.

-       تفاعلات شديدة البطء: وهي تفاعلات لا يمكن إدراكها لحدوثها خلال آلاف السنين مثل تكوين النفط، والغاز الطبيعي، والفحم. وفق حالة المواد المتفاعلة

-       التفاعل المتجانس هو التفاعل الذي تحدث بين المواد من نفس الحالة كالتفاعل بين غاز النيتروجين وغاز الهيدروجين لتكوين غاز النشادر.

-       التفاعل الغير المتجانس هو التفاعل الذي تحدث بين المواد الكيميائية مختلفة الحالة مثل: التفاعل بين الكربون والأكسجين لتكوين غاز ثاني أكسيد الكربون.

3-           وفق اتجاه التفاعل :

-       التفاعل غير العكسي: يتسم هذا النوع من التفاعل بعدم قدرة نواتج التفاعل على العودة لحالتها الأصلية قبل المُشاركة فيه كالتفاعل بين الأكسجين والكربون لإنتاج ثاني أكسيد الكربون.

-       التفاعل العكسي: هو تفاعل كيميائي لا يستمر في اتجاه واحد حتى يكتمل، فالمواد الناتجة تتحد مع بعضها البعض مرة أخرى لتعطي المواد الداخلة في التفاعل تحت ظروف التجربة نفسها، فيحدث توازن كيميائي بينها. أي يصبح لدينا مخلوطا من المواد الداخلة في التفاعل ومواد ناتجة عن التفاعل، ويسود بينهم توازن كيميائي

4-           وفق لتعاملها مع الحرارة :

-       التفاعل الماص للحرارة: هي التفاعلات التي يحدث خلالها استهلاك للحرارة كالبناء الضوئي.

-       لتفاعل الطارد للحرارة: تُشير للتفاعلات التي تؤدي لانطلاق حرارة مثل التنفس والاحتراق .

الحمضية والقاعدية :
غالبًا ما تصنف المادة كحمض وقاعدة. وهناك نظريات متعددة شرحت السلوك الحمضي-القاعدي، أبسط هذه النظريات هي نظرية أرهينوس، والتي تنص على أن الحمض هو المادة التي تنتج أيونات الهيدرونيوم عند 

إذابتها في الماء، وأن القاعدة هي المادة التي تنتج أيون الهيدروكسيد عند إذابتها في الماء.

أما نظرية برونشتد- لوري للحمضية والقاعدية، فتعد الحمض المادة التي تمنح أيون الهيدروجين موجب الشحنة إلى مادة أخرى ضمن تفاعل كيميائي، وبالتالي تكون القاعدة هي المادة التي تستقبل أيون الهيدروجين.

أما نظرية لويس فتعتمد على عملية تكوين أواصر (روابط) كيميائية جديدة، فالحمض هو المادة القادرة على تقبل مزدوج إلكتروني من مادة أخرى أثناء عملية تكوين الأواصر، والقاعدة هي المادة التي تستطيع توفير مزدوج إلكتروني لتكوين آصرة جديدة .

 مقياس pH للتوضيح :الأحمر النطاق الحمضي، والأزرق النطاق القاعدي

ويلاحظ أن :

PH + pOH = 14

الأكسدة والاختزال :

مفهوم يرتبط بقابلية ذرات المواد المختلفة على اكتساب وفقدان الإلكترونات. حيث تدعى المواد القادرة على أكسدة المواد الأخرى بالمؤكسدات وتعرف بالعوامل المؤكسدة. يقوم العامل المؤكسد بإزالة الإلكترونات من المواد الأخرى. وتدعى المواد القادرة على اختزال المواد الأخرى بالمواد المختزلة أو العامل المختزل. يقوم العامل المختزل بنقل الإلكترونات إلى المواد الأخرى، وبالتالي تحصل في العامل المختزل عملية الأكسدة، ويسمى العامل المختزل كذلك بمانح الإلكترون لقيامه بهذه الوظيفة. ترمز عملية الأكسدة والاختزال إلى التغير في عدد التأكسد، وقد لا يحدث الانتقال الفعلي للإلكترونات، لذا فمن المفضل أن نعرف الأكسدة بأنها العملية التي تقوم بزيادة عدد التأكسد، والاختزال بأنه العملية التي تقلل عدد التأكسد

تمثيل لعملية أكسدة-اختزال: تعطي ذرة الهيدروجين إلكترونًا لذرة الفلور، ثم تتحد معه

وللاستزادة ايضا في معرفة قوانين التفاعلات , الدخول على هذا الرابط الذي يحتوي على كل القوانين وبمجرد النقر على أي قانون يُظهر معلومات عنه :

https://ar.wikipedia.org/wiki/%D9%83%D9%8A%D9%85%D9%8A%D8%A7%D8%A1#%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%88%D8%A7%D9%86%D9%8A%D9%86 

و هنا فيديو ممتع لأغرب المواد الكيميائية التي تم اكتشافها :