بحث علمي عن الكيمياء

علم الكيمياء

يُعرَّف علم الكيمياء بأنه العلم الذي يدرس المادة، وبنيتها المحددة كعناصر أو مركبات، وخصائصها، وكيفية تكوينها، أو فصلها، وسبب ذلك، بالإضافة إلى أنه يدرس كافة التحولات التي تمر بها المادة، والطاقة التي يتم طردها أو امتصاصها خلال تلك العمليات، وتتكون كل المواد الطبيعية والتي تمّ إنتاجها اصطناعياً على حد سواء من واحد أو أكثر من ذرات أحد العناصر المحددة، إذ تشكّل هذه الذرات اللبنة الأساسية للمواد الكيميائية على الرغم من أنها تتكون من جسيمات أولية، لذا فإن علم الكيمياء يهتم بخصائص الذرات، والقوانين التي تحكم ارتباطها، وكيفية استخدام هذه الخصائص لتحقيق أهداف محددة.

فروع علم الكيمياء

يُقسَم علم الكيمياء إلى العديد من الفروع الأساسية والفرعية، وتتمثل الفروع الأساسية فيما يأتي:

• الكيمياء الحيوية: يهتم هذا الفرع بدراسة طبيعة الحياة، والعمليات الكيميائية في الكائنات الحية المختلفة، ويشمل علماء الكيمياء الحيوية في دراساتهم السرطان ، والغشاء والبيولوجيا البنيوية، وبيولوجيا الخلايا الجذعية ، والأمراض المعدية، بالإضافة إلى علم الوراثة، وعلم الأحياء الجزيئي، والكيمياء الحيوية الآلية، وعلم الجينوم، وبيولوجيا النظم والتطور، كما تم تعريف الكيمياء الحيوية من قبل العديد من العلماء على أنه المجال الذي يدرس الظواهر البيولوجية باستخدام المصطلحات الكيميائية، كدراسة الهضم ، والتنفس الخلوي، وقد ظهرت العديد من الأقسام الفرعية للكيمياء الحيوية، والتي يمكن أن يختص بها الكيميائيون الحديثون، ومنها ما يأتي:
  • علم الإنزيميات (بالإنجليزية: Enzymology): يهتم بدراسة الإنزيمات .
  • علم الغدد الصم (بالإنجليزية: Endocrinology): يدرس هذا العلم الهرمونات .
  • الكيمياء الحيوية السريرية (بالإنجليزية: Clinical Biochemistry): يدرس هذا الفرع الأمراض.
• الكيمياء غير العضوية: تعرف الكيمياء غير العضوية بأنها الفرع الذي يغطي كافة المواد غير العضوية ، والموصوفة بأنها مواداً غير حية، والتي لا تحتوي على رابطة الهيدروجين والكربون، أي أنها لا تدرس المواد التي تحتوي على الكربون، أو الهيدروكربونات ، وتضم المركبات التي يدرسها هذا الفرع العديد من الأمثلة كالبنيات البلورية، والمعادن ، والفلزات، والمحفزات، ومعظم عناصر الجدول الدوري، وتضم الكيمياء غير العضوية العديد من الفروع، ومنها ما يأتي:
  • علم الجيوكيمياء (بالإنجليزية: Geochemistry): يدرس التركيب الكيميائي للأرض، والمعادن، والصخور ، والغلاف الجوي.
  • علم الكيمياء النووية (بالإنجليزية: Nuclear chemistry): يهتم بدراسة المواد المشعة.
  • الكيمياء الصناعية غير العضوية (Industrial inorganic chemistry): يدرس هذا العلم المواد المستخدمة في التصنيع كالأسمدة .
• الكيمياء الفيزيائية: يعرف هذا الفرع بأنه العلم الذي يدرس الخواص الفيزيائية للجزيئات، وعلاقتها بالطرق التي يمكن وضع الجزيئات من خلالها معاً، كما يهتم بقواعد ومنهجيات الكيمياء، والفيزياء، ويدرس تأثير التركيب الكيميائي على خواص المادة الفيزيائية، ومن أمثلة المجالات التي يدرسها علماء الكيمياء الفيزيائية معدل التفاعل الكيميائي ، وتفاعل الجزيئات مع الإشعاع، وتنقسم الكيمياء الفيزيائية إلى العديد من الفروع، ومنها ما يأتي:
  • الكيمياء الكهربائية (بالإنجليزية: Electrochemistry): تدرس تفاعلات الذرات ، والجزيئات، والتيار الكهربائي، والأيونات .
  • كيمياء الكم (بالإنجليزية: Quantum Chemistry): تدرس ميكانيكا الكم ومدى ارتباطها بالظواهر الكيميائية.
  • التحليل الطيفي (بالإنجليزية: Spectroscopy): يهتم هذا الفرع بدراسة أطياف الضوء أو الإشعاع .
• الكيمياء العضوية: تدرس الكيمياء العضوية مركبات الكربون كالوقود، والبلاستيك، والأدوية، وتهتم بدراسة الكربون، والمواد الكيميائية في الكائنات الحية كدراسة عملية التمثيل الضوئي في النبات، وابتكار الطرق التجريبية لفصل أو تركيب المواد الجديدة، كما يشمل هذا الفرع عدداً من التخصصات كدراسة الألدهيدات، والكيتونات، والكحول، وتنقسم إلى العديد من الفروع، ومنها ما يأتي:
  • الكيمياء الفراغية (بالإنجليزية: Stereochemistry): تدرس التركيب الثلاثيّ الأبعاد للجزيئات.
  • الكيمياء العضوية الفيزيائية (بالإنجليزية: Physical organic chemistry): تدرس البنية والتفاعلية في الجزيئات العضوية.
  • كيمياء البوليمرات (بالإنجليزية: Polymer chemistry): تدرس تكوين جزيئات البوليمر.
• الكيمياء التحليلية: تُعرَّف بأنها الدراسة التي تشتمل على كيفية تحليل المكونات الكيميائية للعينات، كقياس المستوى الهيدروجيني لأحواض السباحة، أو كمية الكافيين في فنجان القهوة، وتدخل الكيمياء التحليلية في العديد من المجالات كالعلوم الجنائية، وعلوم البيئة، وغيرها، كما تنقسم إلى فرعين أساسيين، وهما: التحليل النوعي الذي يستخدم الأساليب، والقياسات للمساهمة في تحديد مكونات المواد، والتحليل الكمي الذي يُساعد على تحديد مقدار كل المكونات الموجودة في مادة محددة، ويُشار إلى إمكانية استخدام كلا الفرعين لتوفير المعلومات المهمة التي تتعلق بعينة غير محددة، والمُساعدة على تحديد نوعها.

أهمية الكيمياء

يشكل علم الكيمياء هيكلاً لدعم العلوم الأخرى، مثل: الفيزياء، والجيولوجيا ، والبيولوجيا، والهندسة البيئية، وغيرها، كما له أهمية كبيرة في العديد من المجالات، ومنها ما يأتي:

• الغذاء: تدخل الكيمياء في عمليات التصنيع الغذائي في العديد من المجالات كالتحلية الاصطناعية، والنكهات، والمواد الحافظة، والتي تشكل مركبات كيميائية يُصنعها الإنسان، واستخدام الأسمدة الكيميائية، والمبيدات الحشرية، ومبيدات الآفات إلى جنب الزراعة الآلية كما حدث في الهند، والذي سبب ما يُعرف بالثورة الخضراء فيها.
• الملابس: على الرغم من إمكانية الحصول على القطن، والحرير، والصوف ، والجوت كألياف طبيعية لصناعة الملابس، إلا أنّ صناعة الألياف المصنعة كالنايلون، والرايون، وغيرها تتقدم على الألياف الطبيعية.
• مصادر الطاقة: يشكل علم الكيمياء أهمية كبيرة في تلبية احتياجات الطاقة، وذلك من خلال المواد الكيميائية التي تستخدم لذلك كالبترول، والفحم، والوقود النووي، وغيرها.
• الأدوية: يعد الكيمياء مهماً لصناعة الأدوية المختلفة كالمضادات الحيوية، وخافضات الحرارة، والمسكنات، والفيتامينات ، والمطهرات، والهرمونات، والتي تستخدم في تحسين حياة الإنسان، كما يدخل في بعض الأدوية المهمة لعلاج الأمراض المختلفة كالسرطان، ومرض باركنسون، والأنسولين البشري، والإيدز، والسكري، وغيرها من الأمراض.
• النقل والطاقة الكهربائية: يدخل علم الكيمياء في صناعة أنواع من الوقود اللازم للنقل كالبنزين، والديزل، والذي يستخدم في توليد الطاقة الكهربائية، كما تتخذ الكيمياء الكهربائية أهميةً في العديد من التطبيقات المُنتجة للكهرباء كخلية دانيال، والخلايا الجافة، وخلية تخزين الرصاص، وخلايا الوقود.
• الصناعة: يدخل الكيمياء في العديد من الصناعات المختلفة كصناعة المنظفات، والصابون، والمطاط، والدهانات، والأصباغ، والعطور، وأحبار الطباعة، وغيرها، كما يكون استخراج كافة المواد الهندسية كالحديد، والفولاذ المقاوم للصدأ، والألمنيوم، والزنك، والقصدير، والنحاس، والمعادن الثمينة كالفضة، والذهب، والبلاتين وغيرها من المواد، وتنقيتها، وجمعها، وتحليلها عن طريق العمليات التي تعتمد على التكنولوجيا الكيميائية.