كيمياء

الجزيء

علاوةً على ذلك، الجزيء هو أصغر جزء غير قابل للتقسيم من المادة الكيميائية النقية، والذي يمتلك مجموعة فريدة من الخواص التابعة له، بمعنى قدرته إحداث مجموعة معينة من التفاعلات مع المواد الأخرى. يمكن أن تتواجد الجزيئات على شكل وحدات متعادلة كهربائيًا على عكس الأيونات. تعد الجزيئات مجموعة من الذرات المرتبطة مع بعضها بروابط تساهمية، ومثل هذه البنى متعادل كهربائيًا وتكون جميع الأغلفة التكافؤية متزاوجة مع إلكترونات أخرى بواسطة الأواصر أو الأزواج الوحيدة. لا تحتوي جميع المواد على جزيئات مجردة، فغالبية العناصر الكيميائية مكونة من ذرات وحيدة تمثل الوحدة المجردة الصغرى. وتنتظم الأنواع الأخرى من المواد مثل المركبات الأيونية والشبكات الصلبة بطريقة تقلل من وجود جزيئة يمكن التعرف عليها. وتدرس هذه المواد بالاعتماد على وحدات الصيغة أو البناء البلوري كأصغر وحدة متكررة بنيوية ضمن المادة، وذلك لعدم وجود جزيئات يمكن التعرف عليها.

وفق سرعة التفاعل

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

كذلك، 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.

علاوةً على ذلك، التفاعل المتجانس هو التفاعل الذي تحدث بين المواد من نفس الحالة كالتفاعل بين غاز النيتروجين وغاز الهيدروجين لتكوين غاز النشادر.

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

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

الكم المغزلي ms

وله قيمتان +1/2 أو -1/2، وله خواص مغناطيسية.

هيئات مختصَّة بالكيمياء

• مصلحة الكيمياء، القاهرة.
• الجمعية الكيميائية الأمريكية.
• الجمعية الأمريكية للكيمياء العصبية.
• المؤسسة الكندية للكيمياء.
• الجمعية الكيميائية في البيرو.
• الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية.
• المؤسسة الملكية الأسترالية للكيمياء.
• الجمعية الملكي الهولندي للكيمياء.
• الجمعية الملكية للكيمياء في بريطانيا RSC.
• جمعية التصنيع الكيميائي.
• انظر كذلك
• تاريخ الكيمياء
• جائزة نوبل في الكيمياء
• قائمة مصطلحات الكيمياء
• قائمة بالمشاكل غير المحلولة في الكيمياء
• كيمياء كهرضوئية
• المراجع

الفروع

من جانب آخر، تنقسم الكيمياء بصفة عامة إلى فروع رئيسة عدة، وتنقسم الفروع الأساسية إلى فروع أخرى، وموضوعات ذات تخصص أكبر داخل هذه الفروع، ومن هذه الفروع الرئيسية:

نظام التسمية في الكيمياء

وفي السياق ذاته، في القدم وحتى نهاية القرن التاسع عشر كان عدد المركبات الكيميائية المكتشفة قليلة. ولكن حينما بدأت أعداد المركبات الكيميائية تزداد بدرجة كبيرة وحينما بدأ تحضير واكتشاف مركبات عضوية معقدة صارت الحاجة ملحة لوضع قواعد متفق عليها للتسمية، في ذلك الحن بدأ علماء الكيمياء بالبحث لطريقة بتسمية المركبات الكيميائية، وفي سنة 1892 عقد أول مؤتمر لمناقشة هذا الشأن، وأصدر حينها قواعد لتسمية المركبات الكيميائية، وقد حدثت مع مرور الزمن عدة تعديلات وتطويرات لتلك القواعد فيما بعد وعلى فترات زمنية، وذلك لمواكبة الاكتشافات والتطورات التي حدثت في علم الكيمياء. والجهة المسؤولة عن ذلك هي الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية، وتعرف اختصارًا IUPAC وتقرأ: أيوباك، وهي اختصارًا من: .

العنصر

من جهة ثانية، العنصر الكيميائي هو المادة المتكونة من نوع واحد من الذرات، ويمتلك العنصر الكيميائي عددًا ثابتًا ومحددًا من البروتونات في نواة ذرته، ويعرف هذا العدد بالعدد الذري للعنصر. فمثلًا جميع الذرات التي تمتلك 6 بروتونات في أنويتها هي ذرات عنصر الكربون، وجميع الذرات التي تمتلك 92 بروتونًا في أنويتها هي ذرات عنصر اليورانيوم. وهنالك 94 عنصرًا متوفرًا في الطبيعة إلى جانب 18 عنصرًا تم تصنيعها.

من جهة ثانية، على الرغم من احتواء جميع ذرات العنصر الواحد على نفس عدد البروتونات فإن ليس من اللازم احتواءها على نفس عدد النيترونات، تسمى مثل هذه الذرات بالنظائر ويمكن أن يمتلك العنصر الواحد أكثر من نظير واحد.

وفي السياق ذاته، أفضل تمثيل للعناصر الكيميائية هو الجدول الدوري والذي يرتب العناصر حسب عددها الذري، وتتشارك زمر ودورات العناصر في الجدول الدوري في بعض الخصائص أو تتبع نمطًا معينًا للخصائص، مثل قطر الذرة، والسالبية الكهربية، وغيرها.

وصلات خارجيَّة

أنماط وتطبيقات والمبادئ العامة للكيمياء (كتاب)

الشارد

ومن ناحية أخرى، الشوارد الموجبة الشحنة تسمى صاعدات أو كاتيونات. ويتكون الكاتيون عندما تفقد ذرة إلكترونات. ونظرا لأن النواة الذرية تحتفظ بعدد البروتونات فيها (في الذرة المتعادلة تتساوى فيها عدد البروتونات وعدد الإلكترونات)، ولذلك يظهر الأيون بأن له شحنة موجبة. تسمى الشوارد سالبة الشحنة هابطات أو أنيونات، ويتكون الأنيون عندما تكتسب الذرة إلكترونًا. بذلك يصبح للذرة شحنة زائدة من الإلكترونات، فتكون سالبة الشحنة.

كذلك، تتكون الأيونات من ذرات عندما تفقد إلكترونات أو تكتسب إلكترونات. ورغم أن تفكك الجزيء يحتاج إلى طاقة من الخارج إلا أن تكوّن الأيونات قد تكون أنسب من وجهة اكتمال الغلاف الإلكتروني الخارجي للذرة أو الأيون. تحاول الأيونات بصفة عامة الوصول إلى ما يسمى قاعدة الثمانيات.

ومن ناحية أخرى، الشارد أو الأيون مركب مشحون، أو هو ذرة أو جزيء اكتسب أو فقد إلكترونًا أو أكثر. الأيونات الموجبة الشحنة تسمى هابطات أو كاتيونات مثل كاتيون الصوديوم Na+، والأيونات السالبة الشحنة تسمى صاعدات أو أنيونات مثل أنيون الكلور Cl-، واللذان عن اتحادهما يكونا الملح المتعادل كلوريد الصوديوم (NaCl). ومثل للأيونات ذات الذرات العديدة التي لا تتفكك خلال تفاعلات الحمض - القاعدة هو مجموعة الهيدروكسيد (OH-)، أو الفوسفات). تعرف الأيونات في الحالة الغازية بالبلازما.

وفق شكل التفاعل

وفي هذا السياق، تفاعل الاتحاد أو الضم عبارة عن اتحاد عنصرين لإنتاج مركب أو اتحاد مركبين لإنتاج مركب جديد.

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

ومن جهة أخرى، 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.

في هذا الإطار، تفاعل الاحتراق عبارة عن تفاعل كيميائي بين مادتين ينتج عنه حرارة وانبعاثات غازية ويصاحبه لهب.

تعريفات

في هذا الإطار، تغير تعريف الكيمياء عبر العصور بسبب التطور الحاصل في النظريات والاكتشافات التي وسعت من مفهوم هذا العلم، وفيما يلي بعض التعريفات التي استعملت في كتابات بعض الكيميائيين:

وفي هذا السياق، الكيمياء عند القدماء: هو علم يراد به تحويل بعض المعادن إلى بعض وعلى الخصوص تحويلها إلى الذهب بواسطة الإكسير وهو حجر الفلاسفة أو استنباط داء لجميع الأمراض.

وفي هذا السياق، الكيمياء (330): هو دراسة تركيب الماء والحركة والنمو والتجسّد واستخراج الأرواح من الأجساد. — زوسيموس

كيمياء (1998): هو دراسة المادة والتأثيرات التي تحصل عليها.

وفي السياق ذاته، كيمياء (1663): فن علمي يستطيع الفرد من خلاله حل الأجسام، واستخراج المواد المختلفة المكونة لها، وكيفية دمجها مجددًا، ورفعها إلى مستوى أكثر كمالًا. — كلاسر

وعلى صعيد آخر، كيمياء (1947): هو علم المواد: بنيتها، خواصها، والتفاعلات التي تحولها إلى مواد أخرى. —لينوس باولنغ.

وفي هذا السياق، كيمياء (1730): هو فن حل الأجسام الممتزجة أو المختلطة أو المجموعة إلى أجزاءها الرئيسية، وتركيب هذه الأجسام من هذه المواد. — جورج ستال

ومن ناحية أخرى، كيمياء (1837): هو العلم الذي يهتم بالقوى الجزيئية وتأثيراتها وقوانينها. — دوماس

وعلى صعيد آخر، كيمياء (1661): موضوع المواد الأساسية للأجسام المتمازجة. — روبرت بويل

وفي السياق ذاته، الكيمياء (القرن الثامن الميلادي): «الكيمياء هو الفرع من العلوم الطبيعية الذي يبحث في خواص المعادن والمواد النباتية والحيوانية وطُرق تولدها وكيفية اكتسابها خواص جديدة». — جابر بن حيان

في هذا الإطار، كيمياء (1377): علم ينظر في المادة التي يتم بها كون الذهب والفضة بالصناعة، ويشرح العمل الذي يوصل إلى ذلك. — ابن خلدون

الروابط الكيميائية

أنواع الروابط الكيميائية:

من جانب آخر، الرابطة الكيميائية هي القوة التي تربط الذرات ببعضها؛ وذلك لسعي الذرة بأن تكون أقل طاقةً وأكثر استقرارًا. في مركبات بسيطة عديدة، نظرية التكافؤ ومبدأ عدد التأكسد يمكن استخدامهما للتنبؤ بالتركيب الجزيئي. وبالمثل؛ فإن النظريات الفيزياء الكلاسيكية يمكن استخدامها للتنبؤ بتركيب مركبات أيونية عديدة. أما المركبات ذات التركيب المعقد، مثل السبائك المعدنية، فإن نظرية التكافؤ لا تستطيع تفسير تركيبها، وهنا تظهر أهمية استخدام نظريات الميكانيكا الكمية مثل نظرية المدار الجزيئي.

الصيغة الكيميائية

ومن جهة أخرى، الصيغة الأولية: هي أقل نسبة للأعداد الصحيحة لذرات العنصر الذي يكون في المركب.

إضافةً إلى ذلك، الصيغة الجزيئية: هي العدد الفعلي لعدد ذرات كل عنصر في المركب.

ومن جهة أخرى، الصيغة الكيميائية هي أسلوب كتابة يعتمد على الرموز الكيميائية للعناصر لوصف تركيب مركب كيميائي ما، عن طريق التعبير عن نوع الذرات التي يتكون منها مركب كيميائي معين ونسبتها إلى بعضها. وهي تعبر عن كل عنصر برمزه الكيميائي، وتكتب بجواره مباشرة عدد الذرات في جزيء هذا المركب. وفي حالة وجود أكثر من ذرة لنفس العنصر في الجزيء فإن عدد الذرات يكتب أسفل يمين العنصر. وللمواد غير الجزيئية يعبر الرقم السفلي عن الصيغة الوصفية. والصيغة الكيميائية التي تستعمل لسلسلة المركبات التي تختلف عن بعضها البعض بوحدات ثابتة تسمى «الصيغة العامة». يمكن التعبير عن الصيغ الكيميائية بعدة طرق أهمها:

ومن ناحية أخرى، الصيغة البنائية: (أو الهيكلية) هي صيغة تبين موضع ونوع الارتباط بين ذرات العناصر الداخلة في تركيب الجزيء، ويعبر عنها بعدة طرق.

أعداد الكم

علاوةً على ذلك، أعداد الكم أربعة أعداد وهي إحداثيات الإلكترون في الذرة، تمامًا كون المدينة والحي والشارع والرقم هم عنوان المنزل، فهي أعداد تحدد أحجام الحيز من الفراغ الذي يكون احتمال تواجد الإلكترونات فيه أكبر، كما تحدد طاقة المدارات وأشكالها واتجاهاتها بالنسبة لمحاور الذرة في الفراغ، ويلزم لتحديد طاقة الإلكترون في الذرة معرفة قيم الأربعة أعداد الكمية التي تصفه. وهي:

من جانب آخر، تسمى تلك الرموز المستعملة لتعريف إحداثيات الإلكترون رموز التعبيرات، وذلك اختصارا لإحداثياته حيث ترسم له مخططات توضيحية لمستويات الطاقة التي يمكن للإلكترون شغلها، كما تبين الانتقالات المسموحة وغير المسموحة له عند القفز من مستوى طاقة إلى مستوى آخر.

وفي السياق ذاته، الرقم الرمز القيم الممكنة عدد الكم الرئيسي عدد الكم الثانوي عدد الكم المغناطيسي عدد الكم المغزلي

خواص المادة

ومن جهة أخرى، تصف جملة خاصية كيميائية تصرف المادة عند ظروف الضغط والحرارة القياسية، وتظهر هذه الخاصية بوضوح أثناء التفاعلات الكيميائية.

• حالة المادة صلبة أو سائلة أو غازية.
• نشاطية المادة في التفعل تجاه المواد الأخرى.
• حالات التأكسد الأفضل للمادة.
• شكل الجزيئات، والروابط.
• طول الرابطة.
• الرقم التناسقي.
• الشكل الأفضل للروابط لتكوين إما فلزية أو أيونية أو تساهمية.

الأكسدة والاختزال

وفي هذا السياق، 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.

في العصور الحديثة

كذلك، في العصور الحديثة استمر تطور علم الكيمياء بعد إسهامات المسلمين فيه؛ وفي القرن السابع عشر الميلادي، عندما قام بويل بأبحاث، وقسم الأجسام إلى مواد أولية وهي: العناصر والمركبات والمخاليط؛ وصاغ قانون الذي يعرف باسمه، وضف فيه العلاقة بين ضغط الغاز وحجمه. وتلته بعددها أبحاث بلاك ولافوازييه عن الاحتراق والتأكسد، وقانون حفظ الكتلة، الذي أشار من قبل العالم المسلم الأندلسي أبو القاسم مسلمة بن أحمد المجريطي، وذلك في كتابه «رتبة الحكيم». ومن ثم برستلي الذي اكتشف الأكسجين في الهواء، ثم كافنديش الذي اكتشف تكوين الماء، ومن ثم اقترح دالتون مقترحًا بالنظرية الذرية عن تكون المادة؛ بأنها تتكون من ذرات غير قابلة للانقسام، تتشابه الذرات المكونة للعنصر في الحجم والكتلة والخواص الكيميائية وتختلف ذرات العنصر عن ذرات العناصر الأخرى. تم تطويره لاحقًا ليصبح جدولًا دوريًا للعناصر في الستينيات من القرن التاسع عشر عندما ابتكر العالم ديمتري منديلييف الجدول الدوري، وقام مندليف بترتيب العناصر طبقًا لكتلتها الذرية. وفي نهاية القرن التاسع عشر اكتشف وليام رامزي الغازات النبيلة، بالتعاون مع اللورد رايلي، وبالتالي ملء الهيكل الأساسي للجدول الدوري. وتعرَّف الكيمياء الحديثة بأنها: العلم الذي يدرس المادة والتغيرات التي تطرأ عليها، وتحديدًا تتم دراسة خواصها، وبنيتها، وتركيبها، وسلوكها، وتفاعلاتها، وتداخلاتها التي تحدثها.

علاوةً على ذلك، وفي مطلع القرن العشرين، اكتمل فهم الأسس النظرية للكيمياء بسبب سلسلة من الاكتشافات التي نجحت في استكشاف واكتشاف طبيعة البنية الداخلية للذرات. ففي عام 1897 اكتشف العالم طومسون الإلكترونات في الذرة، وفي عام 1911 وفي محاولة من العالم رذرفورد لإثبات صحة نظرية العالم طومسون بأن الذرة تتكون من إلكترونات سالبة الشحنة تتوسطها شحنة موجبة موزعةً بالتساوي قام العالم رذرفورد بتجربة تعرف باسم «تجربة رقاقة الذهب»، اكتشف من خلالها الهيكل الداخلي للذرة وتنبأ بوجود البروتونات في الذرة، وشرح أنواع مختلفة من النشاط الإشعاعي ونجح بتحويل طبيعة العنصر الأول بقذف النيتروجين بجسيمات ألفا. وفيما بعد عام 1926 م أظهرت أبحاث العالمين شرودينجر ودوبروكلي أن الإلكترونات تدور حول النواة بمدارات غير ثابتة تسمى «السحابة الإلكترونية».

القوانين

• قانون أفوجادرو
• قانون بير لامبرت
• قانون شارل
• قانون فيك للانتشار
• قانون جاي لوساك
• مبدأ لو شاتيليه
• قانون هنري

إضافةً إلى ذلك، تخضع التفاعلات الكيميائية لقوانين محددة، والتي أصبحت مفاهيم أساسية في الكيمياء، وهذه بعض القوانين:

في العصور الوسطى

إضافةً إلى ذلك، وقد كان من تلاميذ خالد بن يزيد الكيميائي جابر بن حيان الذي يسمى بـ «أبو الكيمياء»، وينسب له وضع أسس الكيمياء الحديثة، وقد وضع تصانيف كثيرةً في الكيمياء، قيل: عددها 232 كتابا، وقيل: بلغت خمسمائة. وضاع أكثرها، وتُرجم بعض ما بقي منها إلى اللاتينية. وقد صنع جابر بن حيان أهم الحموض المعدنية، مثل حمض النتريك، وحمض الكبريت وحمض هيدروكلوريك. وبقيت من أهم المركبات في الصناعة الكيميائية لأكثر من ألف عام. وهو أول من حضّر حمض الكبريتيك وسماه زيت الزاج، وأول من استحضر ماء الذهب، وينسب إليه تحضير بعض المركبات الكيميائية الأخرى. وقد درس خصائص مركبات الزئبق واستحضرها. وهو أول من وصف أعمال التقطير والتبلور والتذويب والتحويل إلخ. وقد قام جابر بن حيان كذلك باختراع الإنبيق، كما قام باختراع المقطرة والمعوجة كجزء من الإنبيق.

ومن جهة أخرى، في العصر الهيلينستي ازدهرت الخيمياء، وقد تداخلت الخيمياء مع السحر والشعوذة عند دراسة طبيعة المواد، بهدف اكتشاف طريقة لتحويل المواد إلى ذهبٍ أو صنع إكسير الحياة الذي يمنح الخلود، واكتُشِفت في هذه الفترة عمليَّة التقطير. واستمرَّ ازدهار الخيمياء في الإمبراطوريَّة البيزنطيَّة، ومن أبرز الخيميائيين في هذه الفترة زوسيموس من بانوبوليس. وبعد سقوط الإمبراطورية الرومانية، انتقل وتركز التطوير الكيميائي في الحضارة الإسلامية عند العرب والمسلمين، وكانوا أول من اشتغل بالكيمياء كعلم له قواعده وقوانينه، وذلك من القرن الأول للهجرة. وكان لهم دور كبير في تطور الكيمياء وازدهاره ازدهارًا كبيرًا، حيث تحول الكيمياء من مجرد صنعة أو حرفة يختص بها المشعوذين وتبحث عن أشياء خرافية مثل إكسير الحياة وتحويل المعادن الرخيصة إلى ثمينة، إلى علم متكامل قائم بذاته يقوم على التجربة العملية والمنهج العلمي. وقد أسس المسلمون مفهوم تجريبية علم الكيمياء، فقال جابر بن حيان:

من جانب آخر، وعلم الكيمياء علم عربي الأساس والمنهج، حيث وضع العلماء العرب المسلمين نظرية كيميائية ناضجة ومنهجًا علميًا قويمًا. ولقد تعمقوا في فهم هذا العلم، وطوّروا المختبر الكيميائي وصنعوا له أدواته الخاصة؛ ولا يزال بعضها بشكل أو بآخر مستعملاً إلى اليوم، وعرَّفوا العمليات الكيميائية داخل المختبرات والعناصر الأساسية للمواد، واجتهدوا في التطبيق. وكان أول من عمل واشتغل بالكيمياء من العرب والمسلمين خالد بن يزيد، وهو شقيق الخليفة الأموي معاوية بن يزيد بن معاوية بن أبي سفيان، أما حاجي خليفة صاحب كتاب «كشف الظنون»، فيقول عن خالد: . ولقد انصرف خالد بن يزيد انصرافًا تامًّا إلى دراسة العلوم بعامة، وعلم الصنعة أو الكيمياء بخاصة، وذلك بعد أن اختزلت الخلافةُ دونه، فلم يجد منها عوضًا إلا أن يبلغ آخر هذه الصناعة. وله في الكيمياء رسائل، وله فيها شعر كثير كذلك، وإذا لم يحقق خالد بن يزيد شيئًا في مجال الكيمياء، فإنه وضع اللبنة الأولى على طريق البحث وعمل التجربة. وممَّا يروى من شعره في الكيمياء، وما ينبغي على الباحث أن يبذلَه من جهد في فك رموزها وتحصيل ثمراتها قولُه:

الهندسة الكيميائية

في هذا الإطار، يهتم المهندسون الكيميائيون بتطبيقات المعرفة المكتسبة من العلوم الأساسية والتجارب العملية. كما يهتمون بتصميم العمليات الصناعية وتطويرها وإدارة المصانع بهدف تحويلٍ آمنٍ واقتصادي للمواد الكيميائية الخام إلى منتجات نافعة. الهندسة الكيميائية هي العلم الهندسي ذو القاعدة الأوسع بين علوم الهندسة كلها، ويؤدي هذا إلى أن تكون المؤسسات والشركات في سعي دائم لتوظيف مهندسين كيميائيين في المجالات التقنية المتنوعة وفي مواقع الإشراف في أنواع الصناعات المختلفة.

إضافةً إلى ذلك، هي علم هندسي يختص بتصميم وتطوير العمليات الصناعية الكيميائية أو التحويلية. وبتصميم وبناء وإدارة المصانع التي تكون العملية الأساسية فيها هي التفاعلات الكيميائية وتندرج تحت هذا التخصص عمليات انتقال المادة والحرارة والكتلة، كما تشمل التفاعلات وعمليات الفصل متعددة المراحل. وتكاد تكون مقابلة لمصطلح هندسة العمليات.

وفق لتعاملها مع الحرارة

وفي هذا الصدد، التفاعل الطارد للحرارة: تُشير للتفاعلات التي تؤدي لانطلاق حرارة مثل التنفس والاحتراق.

وفي هذا الصدد، التفاعل الماص للحرارة: هي التفاعلات التي يحدث خلالها استهلاك للحرارة كالبناء الضوئي.

أصل التسمية

التَّاريخ

وعلى صعيد آخر، أصح وأرجح الأقوال بأن أصل كلمة «كيمياء» من اللغة العربية؛ وذلك لأن صناعة الكيمياء في العصور الوسطى كانت تعتمد على الكتمان وتحريم إذاعتها وإفضاء أسرارها لغير أهلها لكون هدفها تحويل المعادن البخسة إلى ذهب وفضة، واكتشاف الإكسير الذي يعيد الصحة والشباب إلى الإنسان، علاوةً على ذلك فقد كانت الكيمياء من المعارف المغلفة بالغموض والكتمان، فقد أورد حاجي خليفة صيغة وصية كيميائي لتلميذه يحذره فيها بكتمان سر هذه الصنعة وعدم إذاعتها، لأن في إذاعتها خرابًا للعالم، ويذكر هذا المعنى جابر بن حيان مرارًا في رسائله وكتبه، ولهذا نجد أن ابن خلدون يهاجم أهل هذه الصنعة وكتاباتهم المليئة بالألغاز والطلاسم التي يتعذر فهمها. وقد ذكر محمد بن أحمد في مفاتيح العلوم في القرن الرابع للهجرة، أن كلمة كيمياء مشتقة من المصدر كمى ومعناها خفى وأستر، وكَمى الشيءَ وتَكَمَّاه: سَتَرَه؛ وقد تَأَوَّل بعضهم قوله: بَلْ لو شَهِدْتَ الناسَ إِذْ تُكُمُّوا إِنه من تَكَمَّيت الشيء. وكَمَى الشهادة يَكْمِيها كَمْيًا وأَكْماها: كَتَمَها وقَمَعَها؛ قال كثيِّر: وإِني لأَكْمِي الناسَ ما أَنا مُضْمِرٌ، مخَافَةَ أَن يَثْرَى بِذلك كاشِحُ يَثْرى: يَفْرَح. وانْــكَمَى أَي اسْتَخْفي. وتَكَمَّتْهم الفتنُ إِذا غَشِيَتْهم. وتَــكَمَّى قِرْنَه: قَصَده، وقيل: كلُّ مَقْصود مُعْتَمَد مُتَــكَمّىً. وتَــكَمَّى: تَغَطَّى. وتَــكَمَّى في سِلاحه: تَغَطَّى به. وسمي العلم كيمياءً لأن هذا العلم كان متداولًا بين طائفة من الناس دون غيرها، بسبب الاعتقاد الذي سيطر على عقول الناس طيلة العصور الوسطى، وهو إمكانية تحويل المعادن البخسة إلى ذهب وفضة، وتحضير إكسير الحياة، ذلك السائل السحري الذي يعيد الصحة والشباب للإنسان، ومن ثم فقد حرص الكيميائيون القدامى على كتمان سر صنعتهم، وكتب بعض الكيميائيين العرب المتأخرين نسبيًا لا سيما بعد القرن السادس هجري معلومات في الكيمياء وتحويل المعادن إلى ذهب وفضة برموز وألغاز وتعمدوا الغموض والإرباك. والكيمياء في اللغة الحِيلَة والحِذْق، وكان يراد بها عنْد القدماءِ: تحويل المعادن الخسيسة إِلى أخرى أسمى وأعلى قيمة. وهناك أقوال أن أصل كلمة كيمياء مصري وهي كيم أو كمت ومعناها الأرض السوداء وهي تربة وادي النيل، وينسب ذلك أن الكيمياء فن مصري قديم، وكانت تعرف آنذاك بسر الكهنة أو الصناعة التحتوية (نسبة إلى تحوت أو تحوتي أو جحوتي). وهناك من يقول كلمة كيمياء مشتقة من الكلمة الإغريقية خيما Chyma بمعنى التحليل والتفريق، ويرى غيرهم أن لفظة كيمياء قد حورت عن اللفظة العبرية (شامان) وتعني السر أو الغموض. وهناك مدلولات كثيرة على أن أصل الكلمة عربية اسمً وفعلًا، اشتقاقًَا من المصدر كمى. وتكتب كلمة كيمياء في اللغات الأوروبية Alchimica (معرفةً بأل)، وكل كلمة لاتينية معرفة بأل تكون من أصلٍ عربي كالجبر والكحول؛ أما كلمة كيمياء لم يرد ذكرها في أي حضارة أو لغة قبل العرب، وكان أول من عرف علم الكيمياء هم العرب.

المادة

وفي هذا السياق، المادة هي كل شيء يشغل حيزًا من الفراغ، والمادة الكيميائية هي نوع من المادة له تركيب معلوم ومجموعة من الخواص. ولكن وبشكل دقيق لا يعد مزيج من المركبات أو العناصر أو المركبات والعناصر مادة كيميائية. تعد الكثير من المواد التي نراها في حياتنا اليومية نوعًا من أنواع الأمزجة، مثل: الهواء، السبائك، والكتل الحيوية. أي كمية من أي مادة كيميائية يكون لها كتلة، وتشغل حيزًا من الفراغ، ولها طاقة داخلية. يعد الماء النقي من الأمثلة الشائعة عن المواد الكيميائية، حيث أن لديه نفس الخواص ونسبة الهيدروجين إلى الأكسجين نفسها وذلك بغض النظر عن منشأ العينة إن كان طبيعيًا من نهر جاري أو مصطنعًا في مختبر كيميائي.

الجدول الدوري

وفي هذا السياق، جمعت العناصر الكيميائية بطريقة منظمة لعرضها بطريقة منظمة على هيئة جدول سمي بـ الجدول الدوري وتترتب العناصر في هذه المجموعات بناءًا على عددها الذري فكل عنصر له عدد ذري يزيد عن العنصر الذي يسبقه بمقدار واحد. مرتبة بناءًا على العدد الذري لكل واحد منها ومقسمة إلى 7 دورات بشكل افقي، وثمانية عشر مجموعة بشكل رأسي، تنقسم هذه المجموعة إلى قسمين، المجموعة الأولى وهي الرئيسية A وعددها ثمانية، أما المجموعة الأخرى فهي المجموعة B (تسمى العناصر الانتقالية) وهي مجموعة فرعية وعددها عشرة. أما مجموع العناصر في الجدول بما في ذلك الدورتين في أسفل الجدول الدوري (اللانثانيدات والأكتنيدات) فيبلغ 118 عنصر.

في هذا الإطار، كانت أولى المحاولات لتصنيف العناصر سنة 1789 حين صنف أنتوان لافوازييه العناصر بالاعتماد على خصائصها إلى: الغازات، اللافلزات، الفلزات، والترابيات. وتوالت بعده المحاولات من عدة علماء إلى أن وضع مندلييف الجدول الدوري الحديث عندما كان يحاول ترتيب العناصر، وذلك عام 1869، وقد قام بذلك عن طريق كتابة خواص العناصر على بطاقات وترتيبها مرارًا وتكرارًا إلى أن توصل إلى حقيقة مفادها أنه إذا رتبت العناصر بحسب زيادة الوزن الذري، فإن أنواعًا معينة من العناصر تتكرر بانتظام. فمثلًا، يكون اللافلز الفعّال متبوعًا مباشرة بفلز خفيف فعال جدًا، يليه فلز خفيف أقل فعالية. لم يقتصر عمل مندلييف على ترتيب العناصر بالطريقة الصحيحة فحسب، بل إنه نقل العنصر الذي يظهر في المكان الخاطئ نظرًا لوزنه الذري إلى مكانه الصحيح في الجدول بحيث يطابق النمط المتبع. فمثلًا، يجب أن يكون اليود والتيليروم في الجهة المقابلة تمامًا بالاستناد على الوزن الذري، ولكن مندلييف رأى أنّ اليود مشابه جدًا في خصائصه لبقية الهالوجينات (الفلور، والكلور والبروم) وأنّ التيليريوم مشابه لعناصر الزمرة السادسة (الأكسجين والكبريت والسيلينيوم)، لذا بدل مندلييف مكان العنصرين في الجدول. ترك مندليف في الجدول الدوري شواغر للعناصر غير المكتشفة في حينها، حتى أنه توقع خواص ومركبات خمسة من تلك العناصر. وخلال الخمسة عشر سنة اللاحقة اكتشفت ثلاثة من هذه العناصر.

وفي هذا الصدد، بعد فترة من الزمن تحديًدا عام 1913م، قام العالم موزلي بترتيب عناصر الجدول الدوري معتمدًا على العدد الذري لكل عنصر، وذلك بالاستفادة من التشتت في البلورات والناتج عن استخدام طيف الأشعة السينية، واستطاع من خلال ذلك على معرفة العدد الذري لكل عنصر. وكان هو من أطلق على الصفوف العامودية مجموعات والصفوف الأفقية دورات. وفي نهاية القرن التاسع عشر اكتشف وليام رامزي الغازات النبيلة، بالتعاون مع اللورد رايلي، وبالتالي ملء الهيكل الأساسي للجدول الدوري.

فروع أخرى

وفي هذا الصدد، الكيمياء النباتية: تدرس المكونات الكيميائية للنباتات وطرق استخلاصها وفصلها وتحليلها. ويشمل ذلك الأعشاب والنباتات الطبية.

ومن جهة أخرى، كيمياء النفط: تدرس تركيب النفط، والعمليات الكيميائية المصاحبة لاستخراجها وتكريرها.

وفي هذا السياق، الكيمياء البيئية: تدرس الكيماويات التي تشكل خطرًا على البيئة، ومصدرها، وكيفية تشكلها، وطرق التخلص منها. ويشمل ذلك عمليات تنقية المياه ومعالجة المخلفات البيئية وتلوث الجو والتربة وغير ذلك.

وفي السياق ذاته، الكيمياء الزراعية: وكيمياء التربة، تدرس المكونات الكيميائية للتربة وإمكانيات الاستفادة منها أو استخدامها للأغراض الزراعية وغيرها. كما تدرس طرق مكافحة الآفات الزراعية.

ومن الفروع الكيمياء الأخرى:

علاوةً على ذلك، الكيمياء العامة: تدرس أسس ومبادئ ونظريات الكيمياء وتقسيماتها مع دراسة حالات المادة كذرات وجزيئات وبنى بلورية أو جزيئية، بأشكالها الغازية والسائلة والصلبة، وغير ذلك مما يؤسس لدراسة كل من الأقسام الخمسة الأساسية للكيمياء، المذكورة أعلاه، بشكل مستقل.

علاوةً على ذلك، كيمياء النانو: وهو فرع جديد للكيمياء يستعمل كيمياويات فائقة الصغر يمكنها التغلغل في أي مكان من المادة أو الجسم لتحقيق غرض كيميائي أو طبي أو تقني في المجالات المختلفة.

ومن ناحية أخرى، الكيمياء الصناعية: تدرس كيمياء الصناعات الكيميائية وغيرها القائمة على حالات المادة وتحولاتها ومزائجها، كصناعة الأسمنت، وصناعة الزيوت والدهون النباتية.

روابط بين الجزيء

• القوى بين الجزيئات الجذابة:
• قوى ترابط ثنائي القطب، ثنائي القطب
• قوى الترابط الأيوني ثنائي قطب
• قوى ترابط فان دير فالس

علاوةً على ذلك، القوة بين الجزيئات هي قوى الجذب أو التنافر التي تعمل بين الجسيمات المجاورة (ذرات، جزيئات أو أيونات). فهي ضعيفة بالمقارنة مع قوة الترابط داخل الجزيء، القوى التي تبقي الجزيئات معا. مثلًا، الرابطة التساهمية الموجودة في جزيئات حمض الهيدروكلوريك هو أقوى بكثير من القوى الموجودة بين الجزيئات المجاورة، والتي تكون عندها الجزيئات قريبة بما فيه الكفاية لبعضها البعض.

المخلوط

وعلى صعيد آخر، الخليط أو المخلوط هو مزيج مكون من مادتين أو أكثر بدون روابط كيميائية بين العناصر الكيميائية أو المركبات الكيميائية فيها والتي قد تكون موجودة بنسب مختلفة، وبالتالي يحتفظ كل بخواصه وشكله، ويمكن فصل المخاليط بالطرق الكيميائية والفزيائية. وتنقسم المخاليط إلى:مخاليط متجانسة: وهي مخاليط تحتوي على مادتين أو أكثر تسمى المذاب والمذيب؛ لا يمكنك التمييز بينهما في المحاليل.

الكيمياء الحيوية

من جانب آخر، هي دراسة المواد الكيميائية، والتفاعلات الكيميائية التي تحدث في الكائنات الحية. تدرس الكيمياء الحيوية العمليات الكيميائية في الكائنات الحية.

• الكيمياء الحيوية السريرية: تدرس الأمراض، وتهتم بشكل عام على تحليل سوائل الجسم.
• الكيمياء الحيوية الجزيئية: تدرس الجزيئات الحيوية ووظائفها.
• علم الإنزيمات: تدرس الأنزيمات.
• علم الغدد الصم: تدرس الهرمونات.

الكيمياء الفيزيائية

الكيمياء الحرارية: وتدرس ارتباط الحرارة بالتغير الكيميائي.

كذلك، هي دراسة الأصل الفيزيائي للتفاعلات والأنظمة الكيميائية. وتدرس تغييرات حالات الطاقة في التفاعلات الكيميائية.

علم المطيافية: وتدرس طيوف الضوء أو الإشعاع.

ومن أقسام الكيمياء الفيزيائية:

علاوةً على ذلك، كيمياء الكم: وتدرس ميكانيكا الكم وكيف يرتبط بالظواهر الكيميائية. تقوم كيمياء الكم بتطبيق ميكانيكا الكم ونظرية الحقل الكمومي وتقريب بورن-أوبنهايمر لحل قضايا ومسائل في الكيمياء. وأحد تطبيقات الكيمياء الكمومية هي دراسة سلوك الذرات والجزيئات فيما يخص قابليتها للتفاعل. تقع الكيمياء الكمومية على الحدود بين الكيمياء والفيزياء ويشارك بها مختصون من كلا الفرعين.

وفي هذا الصدد، الكيمياء الضوئية: وتدرس التأثيرات الكيميائية للضوء، والتفاعلات الكيميائية الضوئية.

من جانب آخر، كيمياء السطوح: وتدرس التفاعلات الكيميائية على السطوح البينية.

من جهة ثانية، الكيمياء الكهربائية: وتدرس تبادل التأثير للذرات والجزيئات والشوارد (الأيونات) مع التيار الكهربائي.

الحمضية والقاعدية

وعلى صعيد آخر، 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.

وعلى صعيد آخر، 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.

.

من جهة ثانية، 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.

قانون هس

• قانون بقاء المادة
• قانون النسب الثابتة
• قانون النسب المتضاعفة
• قانون راؤول
• قانون دالتون
• قانون حفظ الكتلة

من جانب آخر، قانون بقاء الطاقة الذي أدى إلى اكتشاف مفاهيم مهمة مثل التوازن والديناميكا الحرارية والحركية الكيميائية.

المحاليل

المذاب: هو المادة التي تذوب.

إضافةً إلى ذلك، مخاليط غير متجانسة: هو المخلوط الذي لا تمتزج مكوناتها تماما ويمكن تمييز كل منها.

المذيب: هو الوسط الذي يذيب المذاب.

وفي هذا الصدد، المخلوط الغروي: هو مخلوط غير متجانس يتكون من جسيمات متوسطة الحجم وويبلغ قطر الجسيمات بين 1 نانومتر إلى 1000 نانومتر.

وعلى صعيد آخر، المخلوط المعلق: هو مخلوط يحتوي على جسيمات يمكن أن تترسب بالترويق وذلك بتركه دون تحرك ومن أمثلته الماء والتراب.

الكم الرئيسي n

وفي هذا السياق، يحدد مستوي الطاقة الرئيسي في الذرة الذي يمكن أن يشغله الإلكترون، وهو دائما عدد صحيح.

الكيمياء اللاعضوية

ومن ناحية أخرى، هي دراسة خواص وتفاعلات المركبات اللا العضوية. تدرس الكيمياء اللا عضوية العناصر والمركبات غير الكربون والهيدروكربونات ومشتقاتها. أي أن الكيمياء اللا عضوية تغطي دراسة كل المواد غير العضوية، والتي يشار لها بأنها مواد غير حية. وهي مركبات لا تحوي روابط كربون-هيدروجين.

ومن أقسام الكيمياء اللا عضوية:

كذلك، الكيمياء التناسقية: تدرس المركبات التناسقية أو التساندية وتبادل الأفعال بين روابطها.

وفي السياق ذاته، الكيمياء الحيوية اللا عضوية: تدرس دور المعادن في علم الأحياء.

• الكيمياء النووية: تدرس المواد المشعة.
• كيمياء الحالة الصلبة: تدرس تشكُّل، وبنية، وخصائص مواد الحالة الصلبة.
• كيمياء الاصطناع اللاعضوي: تدرس اصطناع الكيماويات اللا عضوية.
• الكيمياء الصناعية اللا عضوية: تدرس المواد المستعملة في التصنيع.

وفق اتجاه التفاعل

وعلى صعيد آخر، 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. يمكن التعبير عن ذلك بالمعادلة:

وفي هذا السياق، 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.

روابط داخل الجزيء

من جانب آخر، 4K + O2 → 2 K2O وتحدث الرابطة الأيونية عادةً بين الفلزات (ذات طاقة التأين المنخفضة والتي تميل لفقدان الإلكترونات) واللافلزات (ذات الألفة الإلكترونية المرتفعة والتي تميل لاكتساب الالكترونات).تتكون غالبًا بين الفلزات واللافلزات حيث تكون: الفلزات: ذراتها حجمها كبير - جهد تأينها صغير (فيسهل فقد إلكترونات المستوى الأخير) فيتكون أيون موجب ليصل إلى التشكيل الإلكتروني لأقرب غاز خامل. اللافلزات: صغيرة الحجم - ميلها الإلكتروني كبير (فيسهل اكتساب إلكترونات) فتصبح أيون سالب لتصل إلى التشكيل الإلكتروني لأقرب غاز خامل (نبيل). والربطة الأيونية هي: انجذاب كهربائي بين الأيون الموجب والسالب.

إضافةً إلى ذلك، الرابطة التساهمية هي أحد أشكال الترابط الكيميائي وتتميز بمساهمة زوج أو أكثر من الإلكترونات بين الذرات، مما ينتج عنه تجاذب يعمل على تماسك الجزيء الناتج. تميل الذرات للمساهمة أو المشاركة بإلكتروناتها بالطريقة التي تجعل غلافها الإلكتروني ممتلئاً. وهذه الرابطة دائما أقوى من القوى بين الجزيئات مثل الرابطة الهيدروجينية. ترتب الرابطة التساهمية لوصف عدد أزواج الإلكترونات المتشاركة بين الذرات المكونة للرابطة التساهمية. وأكثر أنواع الرابطة التساهمية شيوعًا هو الرابطة الأحادية، والتي فيها يتم المشاركة بزوج واحد فقط من الإلكترونات. كل الروابط التي بها أكثر من زوج من الإلكترونات تسمى روابط تساهمية متعددة. المشاركة بزوجين من الإلكترونات تسمى رابطة ثنائية، والمشاركة بثلاثة أزواج تسمى رابطة ثلاثية. ومثال للرابطة الثنائية في حمض النيتروس (بين N وO)، ومثال للرابطة الثلاثية سيانيد الهيدروجين (بين C وH).

إضافةً إلى ذلك، القوة داخل الجزيئات هي أي قوة تعمل على جمع الذرات مع بعضها البعض لتكون جزيء أو مركب. ترتبط هذه الدقائق ببعضها البعض بقوى متفاوتة في القوة، فنجد هذه القوى كبيرة في المادة الصلبة، ومتوسطّة في السوائل، وضعيفة في حالة الغازات.

وفي هذا السياق، الرابطة الأيونية أو الرابطة الشاردية هي الرابطة التي تنشأ بين ذرتين تختلفان في المقدرة على كسب أو فقد الإلكترونات وتكون بين أيوني هاتين الذرتين الموجب والآخر السالب الشحنة فتنشأ قوة جذب كهربائي بينهما، وتختلف نسبة الأيونات المفقودة والمكتسبة فمثلا تحتاج ذرة الأكسجين لأيونين من البوتاسيوم لأن المدار الأخير يحتاج لإلكترونين ليصل لحالة الاستقرار أي ثمانية إلكترونات.

من جهة ثانية، الرابطة الفلزية هي رابطة كيميائية تحصل بين عنصرين من الفلزات، وهي قوى التجاذب الكهربائي الناتجة بين الأيونات الموجبة وهذه الالكترونات السالبة بالرابطة الفلزية وهي التي تربط البلورة الفلزية (المعدنية) بالكامل. عندما ترتبط الفلزات مع بعضها البعض فإنها لا تكتسب التركيب الالكتروني للغازات النبيلة، فمن السهل أن تفقد ذرات الفلزات مثل الصوديوم والبوتاسيوم الكترونات تكافؤها لتصبح أيونات موجبة لأن سالبيتها الكهربائية منخفضة. الخصائص التي تمنحها الرابطة للفلز ترجع الكثير من خصائص الفلزات الطبيعية إلى طبيعة هذه الرابطة، فالتوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري للفلزات سببه هو حركة الالكترونات الحرة بين الذرات. حركة الالكترونات الحرة داخل المعدن تنتظم عند تمرير التيار الكهربائي من خلاله، وتتقدم الالكترونات من القطب السالب إلى الموجب.

كذلك، الرابطة التناسقية وهي نوع من أنواع الروابط التساهمية، ولكن في هذا النوع من الروابط تتشارك كلا الذرتين بإلكترونات من ذرة واحدة فقط وليس إلكترونات من كلا الذرتين. ومثال على ذلك الرابطة في أيون الأمونيوم.

تسمية المركبات العضوية

وفي هذا السياق، نظام الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية IUPAC System: أوكلت تسمية المركبات العضوية إلى هيئة خاصة من الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية ويعرف اختصارًا بالرمز (IUPAC).

وفي هذا السياق، النظام الشائع: ويستعمل هذا النظام الاسم الشائع القديم للمركب مثلًا: حمض الخل، ويوجد الكثير من الأسماء الشائعة للكثير من المركبات المعروفة وقد أبقاها الاتحاد الدولي على حالها.

في العصور القديمة

علاوةً على ذلك، عرف الإنسان الكيمياء منذ القدم، وقد اصطلح على تسمية الكيمياء القديمة بـ«الخيمياء» التي تعد مزيجًا من ممارسة علوم الكيمياء والفيزياء والفلك والفلسفة؛ والتي كانت تمارس بشكلٍ غير علمي، ولا تخلو من الشعوذة والسيمياء؛ والتي عرفها ابن خلدون الخيمياء بأنها: . وقد ارتبط هذا الفن منذ الحضارات القديمة بالمعادن والتعدين وصناعة الألوان والدواء وبعض الصناعات الفنية كدبغ الجلود وصبغ القماش وصناعة الزجاج، وحتى طبخ الطعام قد يصاحبه تغيرات كيميائية معينة مثل نبات البفرة الذي زرعه الأميرنديون في فنزويلا منذ آلاف السنين قبل الميلاد، وتحتوي جذور هذا النبات على حمض الهيدروسيانيك القاتل، وقد عرف الهنود الحمر القدامى هذه المادة السامة وقاموا بالتخلص منها بالتسخين الذي يحول هذا الحمض إلى مواد غير سامة. واستعمل الإنسان منذ أكثر من ثلاثة آلاف سنة قبل الميلاد محلول الشب وبعض الصبغات المحضرة من العفص ولحاء بعض ثمار الأشجار وأوراق نبات السماق في تلوين الجلود والقماش.

من جانب آخر، الحضارات الإنسانيَّة الأولى كالحضارة الصينية والمصريَّة والبابليَّة والهنديَّة نجحت في جمع معرفة عمليَّة بخصوص التعدين وصنع الفخار والأصبغة، غير أنَّها لم تُطوِّر معرفة نظريَّة منظمة يُمكن اعتبارها علمًا. وكما ظهرت فرضيات الكيميائيَّة في بلاد الإغريق عندما ساد الاعتقاد عند بعض فلاسفة الإغريق أنَّ العالم يتكوَّن من أربعة عناصر أساسيَّة، يُشكِّل تمازجها كل جسم معروف في الكون، وطُرِحت هذه الفرضيَّة بصورتها النهائيَّة علي يد أرسطو، الذي افترض أنَّ هذه العناصر هي النار والهواء والأرض والماء. وفي بلاد الإغريق كذلك ظهرت الفلسفة الذريَّة، وترجع إلى القرن الخامس قبل الميلاد، حيث افترض الفيلسوف الإغريقي ديموقريطس أن جميع المواد تتكون من دقائق متناهية في الصغر غير قابلة للتجزئة تسمى الذرات. وعلى عكس النظريَّة الذريَّة في العلوم الحديثة فإنَّ مفهوم الذرَّة عند الإغريق كان فلسفيًا تمامًا ولم يستند على الملاحظة والتجريب العلمي.

المول وكمية المادة

وعلى صعيد آخر، المول وحدة لقياس كمية المادة، والتعريف الحديث له هو مقدار (عدد أفوغادرو) من الجسيمات، مثل الذرات أو الجزيئات أو الأيونات أو الإلكترونات. كان يعرف سابقاُ على أنه كمية المادة التي تحتوي على (ذرات أو جزيئات أو أيونات) بقدر ما يحتويه 0.012 كلغم (12 غرام) من كربون-12، عندما تكون ذرات الكربون غير مرتبطة ومستقرة في الحالة القاعية.

المركب

إضافةً إلى ذلك، المركب الكيميائي هو مادة تتكون من نسبة معينة وثابتة من العناصر وتحدد تركيب المركب والمجموعة التي ينتمي إليها هذا المركب والتي تحدد بالتالي خواص هذا المركب. فمثلًا الماء هو مركب يحتوى على الهيدروجين الأكسجين بنسبة 2 إلى 1، حيث تكون ذرة الأكسجين محاطة بزوج من ذرات الهيدروجين وبزاوية قياسها 104.5 درجة. وبصفة عامة فإن هذه النسبة يجب أن تكون ثابتة لبعض الاعتبارات الفيزيائية، وليس طبقا للاختيارات البشرية، ولهذا السبب فإن المواد مثل النحاس الأصفر تعتبر سبيكة وليست مركب. ومن الخواص المميزة للمركب أن له بنية كيميائية مميزة يعبر عنها عن طريق صيغة جزيئية، تصف هذه الصيغ نسبة الذرات الموجودة به، وعدد الذرات الموجودة في جزيء واحد من المادة، وعلى هذا فتكون صيغة الإيثان C2H6 وليس CH2)، ويمكن عن طريق معرفة تلك الصيغ بحساب الكتلة المولية للمركب، توجد عدة معرفات لتمييز المركبات الكيميائية منها رقم CAS (رقم لتعريف كل المركبات). ويمكن للمركبات أن يكون لها حالات عديدة. أغلب المركبات توجد في هيئة صلبة. كما أن المركبات الجزيئية يمكن أن توجد كذلك في حالة سائلة أو غازية.تتكون المركبات وتتحول عن طريق التفاعلات الكيميائية. ويمكن فصل المركبات بالطرق الكيميائية.

الكم المغناطيسي ml

ومن ناحية أخرى، يحدد اتجاه العزم المغناطيسي لمدار الإلكترون، ويعتمد على قيمة عدد الكم المداري: .

المبادئ الأساسيَّة

وفي هذا الصدد، تبدأ الكيمياء التقليدية بدراسة المادة ومكوناتها المنقسمة إلى مادة نقية (وهي العناصر والمركبات) والمخلوط (وينقسم إلى متجانس وغير متجانس)؛ وأطوارها الثلاث: الصلبة والسائلة والغازية معزولة عن بعضها أو متداخلة مع بعضها. وخواصها؛ وثم تدرس الذرات والنظرية الذرية التركيب الذري وأعداد الكم للذرة، والتوزيع الإلكتروني للعناصر. وتدرس الروابط الكيميائية وهي القوة التي تربط الذرات ببعضها، وتسعى الذرات بأن تكون أقل طاقةً وأكثر استقرارًا؛ والتفاعلات الكيميائية وهو تحول بعض المواد إلى مادة أخرى أو أكثر. وتستعمل الرموز للتعبير عنه بواسطة معادلة كيميائية. غالبًا ما يكون عدد الذرات في طرفي المعادلة متساويًا، وتكون طبيعة التفاعلات الكيميائية والتغيرات في الطاقة التي تحدث نتيجة لهذه التفاعلات محكومة بقوانين تسمى القوانين الكيميائية، وتعد ملاحظة الطاقة والقصور الحراري من الأمور المهمة في أغلب الدراسات الكيميائية. وهنالك الكثير من المفاهيم الأساسية في دراسة الكيمياء، ومنها:

الكم المداري l

ويمكن أن يتخذ القيم التالية بالنسبة لعدد الكم الرئيسي: n-1.

أطوار المادة

وفي السياق ذاته، الحالة الصلبة: المواد الصّلبة لها شكل ثابت حيث أن الجزيئات لا تنتقل من مكانها؛ تكون الجزيئات متقاربة بقدر كبير في الحالة الجامدة، الكثافة في المواد الصلبة عالية، لأن الفراغات صغيرة جدًّا بين الجزيئات.

من جانب آخر، حالة البلازما (هيولي): هي حالة متميزة من حالات المادة يمكن وصفها بأنها غاز متأين تكون فيه الإلكترونات حرة وغير مرتبطة بالذرة أو بالجزيء. فإذا كانت المادة توجد في الطبيعة في ثلاث حالات: صلبة وسائلة وغازية، فإنه بالإمكان تصنيف البلازما على أنها الحالة الرابعة التي يمكن أن توجد عليها المادة.

وفي السياق ذاته، إلى جانب الخواص الكيميائية المعينة التي تتصف بها المواد الكيميائية فإن الأخيرة تتواجد كذلك بأطوار متعددة. وعلى الأغلب فإن تصنيف المواد الكيميائية لا يرتبط بهذه تصنيف الأطوار، مع إمكانية عدم توافق بعض الأطوار مع بعض الخواص الكيميائية. يعرف الطور بأنه مجموعة من الحالات للنظام الكيميائي والتي تمتلك نفس الخواص البنيوية، في مدى معين من الظروف، مثل الضغط ودرجة الحرارة. تميل بعض الخواص الفيزيائية مثل الكثافة ومعامل الانكسار إلى كونها خواص مميزة للطور.

في هذا الإطار، الحالة الغازية: ليس للغازات شكل محدد لكن الغازات تملأ أيّ فراغ متاح لأن الجزيئات تتحرّك بسرعة في كلّ الاتّجاهات. إن كثافة الغازات منخفضة، وهناك مسافات فارغة كبيرة بين الجزيئات؛ لذلك يمكن ضغط الغازات بسهولة، بحيث تتقارب جزيئات الغاز من بعضها.

ومن جهة أخرى، الحالة السائلة: تأخذ السّوائل شكل الوعاء الذي توضع فيه، والجزيئات في السوائل ليست ثابّتة، إنما متحركة ولكن ضمن إطار محدود. السّوائل عالية الكثافة إلى حدّ ما، وليس هناك مسافات كبيرة بين الجزيئات.

الكيمياء التحليلية

كذلك، وتستعمل الكيمياء التحليلية طرق تحليل تقليدية أو آلية. وهي تستعمل في جميع الفروع والأنواع الأخرى للكيمياء.

ومن جهة أخرى، التحليل النوعي: ويستعمل طرق وقياسات لتحديد مكونات المادة، دون الاهتمام بكمياتها أو نسبها.

إضافةً إلى ذلك، التحليل الكمي: ويستعمل بتحديد كمية كل مكون موجود في المادة أو نسبته. وهو نوعان حجمي ووزني.

وفي هذا السياق، هي تحليل عينات من المادة لمعرفة التركيب الكيميائي لها وكيفية بنائها. تعرف الكيمياء التحليلية بأنها العلم الذي يبحث في تحليل المكونات الكيميائية للعينات المدروسة. وتقسم الكيمياء التحليلية إلى قسمين رئيسين:

كيمياء عضوية

كذلك، هي دراسة تركيب، خواص، وتفاعلات المركبات العضوية. تدرس الكيمياء العضوية خواص وتفاعلات مركبات الكربون مثل أنواع الوقود واللدائن، والأدوية.

• ومن أقسام الكيمياء العضوية:
• الكيمياء الفراغية: تدرس بنية الجزيئات ثلاثية الأبعاد.
• الكيمياء الطبية: تهتم بتصميم واصطناع عقاقير صيدلانية.
• الكيمياء العضوية الفلزية: تدرس الكيماويات التي تحتوي روابط بين كربون وفلز.
• الكيمياء العضوية الفيزيائية: تدرس بنية وفعالية الجزيئات العضوية.
• كيمياء المبلرات: تدرس تركيب وتصنيع جزيئات البوليميرات.

أشكال المادة

• توجد المادة على شكلان وهما:
• المادة النقية: وتنقسم إلى عناصر ومركبات.
• المخاليط: وتنقسم إلى مخاليط متجانسة وغير متجانسة.

التفاعلات الكيميائية

أنواع التفاعلات الكيميائية

وفي هذا السياق، يمكن تسريع التفاعل الكيميائي باستعمال الحفاز أوالمحفز 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.

في هذا الإطار، 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 بمجموعة 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. كمثال عن ذلك، المعادلة الكيميائية لاحتراق غاز الميثان يمكن أن تكتب هكذا:

التَّطبيق

من جهة ثانية، وتتضمن عمليات التصنيع التي تتم أثناء إنتاج البتروكيماويات، الدواء، البوليمرات، الطلاء، الزيوت. ويتم استخدام علوم الكيمياء والتفاعلات الكيميائية لإنتاج مواد كيميائية جديدة، أو فصل المواد من بعضها باستخدام خواص عديدة مثل مدى الانحلالية، الشحنة أو التقطير، فضلًا عن التحولات التي تتم باستخدام الحرارة وطرق أخرى. تتضمن الصناعات الكيميائية تشغيل أو تغيير المواد الأولية التي يتم الحصول عليها من المناجم والزراعة إلى مواد أخرى مفيدة قابلة للاستخدام في حياتنا اليومية أو كمادة خام لصناعات أخرى. تمثل الصناعة الكيميائية نشاطًا اقتصاديًا مهمًا، حيث قدرت مبيعات أكبر 50 مصنعًا للمواد الكيميائية في العالم سنة 2004 بـ 587 مليار دولار أمريكي وبهامش ربح 8.1% ومصاريف بحث وتطوير بنسبة 2.1% من مجمل المبيعات.

الذرة

وفي السياق ذاته، الذرة هي الوحدة الأساسية في الكيمياء، وتتكون الذرة من نواة تدور حولها الإلكترونات سالبة الشحنة؛ وتتألف النواة من بروتونات موجبة الشحنة، ونيوترونات متعادلة الشحنة؛ تضم الذرة نفس العدد من الإلكترونات والبروتونات لذلك فشحنتها الكهربائية الإجمالية منعدمة، لذلك نقول إن الذرة متعادلة كهربائيًا، الشيء الذي يفسر التعادل الكهربائي للمادة. في بعض الحالات، وبواسطة نقل خارجي للطاقة، يمكن للذرة أن تفقد أو تكتسب إلكترونا أو أكثر؛ تسمى هذه الظاهرة بظاهرة التأين. كما أن الذرة هي أصغر وحدة يمكن تصورها والتي تكون قادرة على المحافظة على الخواص الكيميائية للعنصر، مثل السالبية الكهربية وطاقة التأين، حالات الأكسدة المفضلة، عدد التساند وعدد الروابط التي يفضل تشكيلها (مثل الفلزية والأيونية والتساهمية). تطور مفهوم الذرة عبر التاريخ بعد أن كان أول نموذج لها الذي وضعه دالتون عبارة عن كرة صماء غير قابلة لتجزئة إلى النموذج الحالي وهي عبارة عن نواة تتكون من كواركات وغلونات محاطة بسحابة إلكترونية تدور حول النواة.