جابر بن حيان وعلم الخيمياء
ملخص البحث
هذا البحث المبسط والموجز يكشف عن صفحة مشرقة من صفحات تراثنا العلمي العربي، ويبيّن ما للعرب من أصالة في التراث العلمي والإنساني الذي استقى منه التراث العالمي فترة طويلة من الزمن. فإذا تجاوزنا العلوم التي أبدع فيها العرب إلى علم الكيمياء الذي يهمنا في هذا البحث، نرى أن العرب قد ابتكروا كثيراً في حقل الكيمياء معتمدين على البحث التجريبي الذي يعدون فيه رواداً نحو الحقيقة وعلى رأس هؤلاء الرواد العالم العربي المتصوف جابر بن حيان الذي تضاربت الآراء والأقوال حول وجوده وحقيقته. فكأنما الإنسانية تستكثر على نفسها أن يظهر من أبنائها واحداً يتجاوز بنبوغه حداً معقولاً. وتشكل مجموعة الكتب الكثيرة التي تحمل اسم جابر موسوعة علمية تحتوي على خلاصة ما توصل إليه الكيميائيون العرب حتى عصره، وتنم عن اطلاعه الواسع وتجاربه العلمية، وأهم هذه الكتب: نهاية الإتقان، الميزان، السموم، وكتب أخرى كثيرة، وآخرها كان كتاب الرحمة الذي وجد تحت رأسه عندما مات.
من جملة ما اهتم به جابر (واهتم به الأسبقون وكان غاية الحكماء) هو إمكانية تحويل المعادن الخسيسة إلى ذهب (علم الخيمياء أو علم الصنعة)، بالإضافة إلى الحصول على حجر الحكماء أو حجر الفلاسفة أو ما يدعى بالإكسير، وهذا ما سيتناوله هذا البحث الموجز.
مقدمة:
اختلف مؤرخو العلم حول أصل كلمة كيمياء. فمنهم من ردها إلى الفعل اليوناني chio الذي يفيد السبك والصهر، ومنهم من أعادها إلى كلمتي chem , kmt المصريتين ومعناهما الارض السوداء، ومنهم من يرى أنها مشتقة من كلمة كمى العربية أي ستر وخفى].
ويعرّف ابن خلدون الكيمياء بأنها (علم ينظر في المادة التي يتم بها كون الذهب والفضة بالصناعة)، ويشرح العمل الذي يوصل إلى ذلك لقد تأثرت الكيمياء العربية بالخيمياء اليونانية والسريانية وخاصة بكتب دوسيوس و بلنياس الطولوني الذي وضع كتاب (سر الخليقة). غير أن علوم اليونان والسريان في هذا المجال لم تكن ذات قيمة لأنهم اكتفوا بالفرضيات والتحليلات الفكرية.
وتلجأ الخيمياء إلى الرؤية الوجدانية في تعليل الظواهر، وتستخدم فكرة الخوارق في التفسير، وترتبط بالسحر وبما يسمى بعلم الصنعة، وتسعى إلى تحقيق هدفين هما:
أ – تحويل المعادن الخسيسة كالحديد والنحاس والرصاص إلى معادن شريفة كالذهب والفضة عن طريق التوصل إلى حجر الفلاسفة.
ب – تحضير أكسير الحياة، وهو دواء يراد منه علاج كل ما يصيب الإنسان من آفات وأمراض، ويعمل على إطالة الحياة والخلود [3].
وهذان الهدفان سـنناقشـهم في هذا البحث من وجهة نظر وعمل أبي الكيمياء العالم العربي جابر بن حيان.
تطور علم الكيمياء عند القدماء:
إن تاريخ الكيمياء في العالم القديم أكثر غموضاً من تاريخ الفيزياء، ونحن لا نعلم من تاريخ الكيمياء إلا النتائج العملية، ولم يدوّن لنا القدماء من ذلك التاريخ شيئا].
يمكن اعتبار الكيمياء الصينية أقدم المعارف الكيميائية، لكن لايزال السؤال غامضاً عن صلة الوصل بين الكيمياء الصينية والكيمياء المصرية القديمة، وهذا ما حاول الباحث جونسون Jhonson أن يبرهن عليه، حيث ذكر عن كاتب صيني قديم يرجع عهده إلى سنة 330 ق. م أنه حرّر عن الفلسفة التاتوئية والسيمياء، والأخيرة تحتوي على كيفية تحويل المعادن إلى معادن ثمينة، وكيفية الحصول على إكسير الحياة، تلك المادة التي تطيل الحياة على زعمهم وتقضي على الموت [5].
وقد قال ابن النديم أنه زعم أهل صناعة الكيمياء، وهي صناعة الذهب والفضة من غير معادنها، أن أول من تكلم عن علم الصنعة هو هرمس الحكيم البابلي المنتقل إلى مصر عند افتراق الناس عن بابل، وإن الصنعة صحّت له، وله في ذلك عدة كتب، وإنه نظر في خواص الأشياء وروحانيتها.
وزعم الرازي أن جماعة من الفلاسفة عملوا في الكيمياء مثل: فيثاغورس، ديموقراط، أرسطاليس، جالينوس، وغيرهم، ولايجوز أن يسمى الإنسان فيلسوفاً إلا أن يصح له علم بالكيمياء.
وقال آخرون أن علم الكيمياء (قديماً) كان بوحي من الله عز وجل إلى موسى بن عمران (قصة قارون) [6].
الكيمياء في القرون الوسطى:
أشهر شخصية من شخصيات الكيمياء الغربية في القرون الوسطى وخاصة التي تناولت فكرة الحصول على الذهب هو العالم برنارد تريفيزان Bernard Trevisan حيث رافقت هذا المغامر في الكيمياء فكرة البحث عن الذهب في الصخور والأحجار والمعادن والاملاح وغير ذلك.
سافر إلى بلاد الإغريق والتتار والقسطنطينية وزار مصر، لكنه لم يمس تبرها.
خامرت العالم برنارد فكرة الحصول على الذهب من الإنسان لأنه تاج الخليقة، ويشكل الذهب ذروة الكمال المعدني، وأراد أن يحل مشكلته الكبرى في أشعة الشمس للاعتقاد السائد قديماً بأن هذه الأشعة هي التي تكون المعادن، وما الذهب إلا أشعة الشمس المتكاثفة التي استحالت إلى جسم أصفر براق.
واعتقد بنمو المعادن، حتى أن أصحاب المناجم كانوا يغلقون مناجمهم برهة من الزمن ليعطوا المعادن فرصة التكون. وقد بدد ثروته الهائلة على تلك الافكار [7].
علم الكيمياء عند العرب المسلمين:
بدأت الكيمياء في الإسلام بالصنعة، ذلك لأن العرب اعتمدوا الكتب المنقولة عن اليونانية، وكتب الإسكندرانيين التي نقلت إلى العربية. ويعتبر خالد بن يزيد بن معاوية أول من اشتغل في علم الصنعة عند العرب، حيث استقدم بعض الرهبان الأقباط المتفحصين بالعربية، كمريانوس، شمعون، وغيرهم، وطلب إليهم نقل علوم الصنعة إلى اللغة العربية عله يتمكن من تحويل المعادن الخسيسة إلى ذهب.
وهكذا وصلت الصنعة إلى العرب بواسطة الإسكندرانيين ممتزجة بالأوهام والأضاليل، تهدف إلى تحقيق غايات وهمية تتعلق بالصحة والخلود والثروة بعيدة عن الكيمياء التي ترتكز على قواعد وقوانين علمية.
وقد انتقل هذا المفهوم إلى العلماء العرب فاعتقدوا كاليونان والسريان أن طبائع العناصر قابلة للتحويل، وأن جميع المعادن مؤلفة من عناصر واحدة هي الماء، الهواء، التراب، النار، وسبب اختلافها فيما بينها يعود إلى اختلاف نسب هذه العناصر في تركيبها، فلذلك لو توصلنا إلى حلّ أي معدن إلى عناصره الأساسية، وأعدنا تركيبه من جديد بنسب ملائمة لنسب أي معدن آخر كالذهب والفضة مثلاً، لاستطعنا الحصول على هذا المعدن.
من أجل ذلك قام العلماء العرب بتجارب عديدة، أحاطوها بالسرية التامة، واستعملوا الرموز في الإشارة إلى المعادن فأشاروا إلى الذهب بالشمس، والى الفضة بالقمر، فاكتشفوا مواد جديدة، واختبروا أموراً مختلفة، وتوصلوا إلى قوانين عديدة، واستطاعوا أن ينقلوا الخيمياء إلى الكيمياء وذلك لعدة أسباب منها:
1- فشل محاولات الصنعة في تحقيق أهدافها، وتحولها إلى علم تجريبي على يد العالم جابر بن حيان ومن ثم الرازي.
2- تكثيف التجارب المادية والتماس منهج علمي صحيح قائم على التجربة والبرهان [8].
ومع جابر بن حيان انتقلت الكيمياء عن العرب من طور صنعة الذهب الخرافية إلى طور العلم التجريبي في المختبرات.
جابر بن حيان:
ترتبط نشأة الكيمياء عند العرب بشخصية أسطورية أحياناً وتاريخية حيناً آخر، هي شخصية جابر بن حيان، ونستنتج من خلال الكتب التي تحمل اسمه أنه من أشهر الكيميائيين العرب، ويعدّ الممثل الأول للكيمياء العربية.
وقد أثّر جابر في الكيمياء الأوربية لظهور عدد لا يستهان به من المخطوطات اللاتينية في الكيمياء منسوبة إلى جابر بن حيان [9].
مولده – نشأته:
هو أبو عبد الله جابر بن حيان بن عبد الله الكوفي المعروف بالصوفي. ولد في طوس (خراسان ) وسكن الكوفة، حيث كان يعمل صيدلانياً [10]. وكان أبوه عطاراً [11]. بنسبته الطوسي أو الطرطوسي، وينحدر من قبيلة الازد.
يقال إنه كان من الصابئة، ومن ثم لقبه الحرّاني، كان من أنصار آل البيت (بعد أن دخل الإسلام وأظهر غيرة عظيمة على دينه الجديد )، ومن غير الموالين للدولة العباسية في بداية حياته [12].
كان يعيش في ستر وعزلة عن الناس فقيل عنه إنه كان صوفياً.
ويقدّر الزمن الذي ولد فيه جابر بين 721 م – 722 م، أما تاريخ وفاته فغير معروف تماما. ويقال أنه توفي سنة 200 هـ أو ما يوافق 815 م [13].
ويقول هولميارد Holmyard أن جابر عاش ما يقارب 95 سنة، ودليله في ذلك أن المؤلفات التي ألّفها لا يمكن إنجازها بأقل من هذا الزمن [14].
رحل إلى الجزيرة العربية وأتقن العربية وتعلّم القرآن والحساب وعلوماً أخرى على يد رجل عرف باسم (حربي الحميري) وقد يكون هو الراهب الذي ذكره في مصنفاته وتلقّن عنه بعض التجارب [15].
اتصل بالإمام جعفر الصادق (الإمام الخامس بعد علي بن أبي طالب ) ت 148 هـ، ويقال إنه أخذ علم الصنعة عنه، وتتلمذ على يديه، وعن طريقه دخل بلاط هارون الرشيد بحفاوة [16].
اختلاف الرواة والمفكرين في أمره ووجوده:
اختلف الرواة في أمر جابر، فقد أنكر قوم أن يكون قد مرّ في هذه الحياة رجل يحمل هذا الاسم، وقال آخرون إنه رجل معروف في التاريخ، وقد اشتغل بصناعة الكيمياء، واستطاع أن يحوّل المعادن الخسيسة إلى معادن شريفة.
وزعم قوم من الفلاسفة أنه منهم، وله كتب في المنطق والفلسفة. وزعم آخرون ( أهل صناعة الذهب والفضة) أن الرئاسة انتهت إليه في عصره وأن أمره كان مكتوماً [17].
لكن جابر بن حيان حقيقة واقعة لا يمكن إنكارها، وعلم من أعلام العرب العباقرة، وأول رائد للكيمياء، وقد أيّد هذه الحقيقة أبو بكر الرازي، عندما كان يشير إلى جابر في كتبه فيقول "أستاذنا"[18].
مدرسته:
أخذ جابر مادته الكيمياء من مدرسة الإسكندرية التي كانت تؤمن بانقلاب العناصر، وقد كان تطورها من النظريات إلى العمليات [19]. وقد درس جابر ما خلّفه الأقدمون، فلم يرَ من تراثهم من الناحية الكيميائية إلا نظرية أرسطو عن تكوين الفلزات، وهي نظرية متفرعة عن نظريته الأساسية في العناصر الأربعة: الماء، الهواء، التراب، النار [20].
ولم يعرف فقط كبار مفكري وعلماء العالم اليوناني، بل كان يعرف الكتب ذات المحتوى السري جداً مثل كتب أبولينوس التيتاني [21]. وزعم هولميارد أن المصدر الذي استقى منه جابر علومه في الكيمياء هو الأفلاطونية الحديثة [22].
منهجه العلمي:
العلم عند جابر يسبق العمل، فليس لأحد أن يعمل ويجرب دون أن يعلم أصول الصنعة ومجالات العلم بصورة كاملة وقد قال: "إن كل صنعة لابد لها من سبوق العلم في طلبها للعمل" [23].
وقطع جابر كأحد رواد علماء العرب خطوة أبعد مما قطع اليونان في وضع التجربة أساس العمل لا اعتماداً على التأمل الساكن، ولعله أسبق عالم عربي في هذا المضمار، فنراه يقول:
] وملاك هذه الصنعة العمل، فمن لم يعمل ولم يجرب لم يظفر بشيء أبداً [ [24].
وقد كان جابر انطلاقاً من قناعته بامكانية قيام العلم الطبيعي على قاعدة الاتقان المتين، كان شجاعاً بما فيه الكفاية، فهو يؤمن بأنه انتزع من الطبيعة آخر خفاياها، سمة علمه أنه لا يعترف بوجود أي حد للتفكير البشري.
تساءل جابر ؟! ألا يمكن أن يكون التوليد ممكناً، ] فالكائن الحي بالنسبة له بل الانسان نفسه، إنما هو نتيجة تفاعل قوى الطبيعة، فمن الممكن من الناحية النظرية على الأقل- محاكاة تدبير الطبيعة بل تحسينه عند الحاجة [ [25].
ومهما يكن من أمر، فإن قيام جابر كعالم كيميائي ابتكر المنهج التجريبي في الكيمياء، لايعني أن هذا العالم قد تخلص من الافكار القديمة، وحرّر فكره ومذهبه منها، إذ أن له بعض الكتابات الغريبة والطلسمات، لكن هذا لايعني أيضاً أنه لم يشق طريقه في الظلمات عبر العصور المظلمة إلى النور [26].
ولجابر الكبير في تطور الكيمياء وانتقالها من صنعة الذهب الخرافية إلى طور العلم التجريبي في المختبرات، حيث أن موضوع الحصول على الذهب لم يشغله عن غيره من النواحي العلمية الاخرى، فشمل نشاطه المسائل النظرية والعلمية العادية وغير العادية.
فقد عرف جابر الكثير من العمليات العلمية كالتقطير، التبخير، التكليس، الإذابة، التبلور، وغيرها [27].
كما شمل عمله الناحية التطبيقية للكيمياء، من ذلك أنه أدخل طريقة فصل الذهب عن الفضة بالحل بواسطة الحامض، وهذه طريقة لا زالت مستخدمة حتى الان، ولها شأن في تقدير عيارات الذهب في المشغولات والسبائك الذهبية [28].
رأي جابر في طبائع العناصر، وإمكانية تحويلها إلى ذهب:
ينطلق جابر في الصنعة من أن لكل عنصر روحاً (نفساً، جوهراً ) كما نجد في أفراد الناس والحيوان، وأن للعناصر طبائع، وهذه الطبائع في العناصر قابلة للتبدل.
ويرى جابر أن العنصر كلما كان أقل صفاءً (ممزوجاً بعناصر اخرى ) كان أضعف تأثيراً، فإذا أردنا عنصراً قوي الاثر (في غيره)، وجب تصفيته، والتصفية تكون بالتقطير، فبالتقطير تصعد الروح من العنصر فيموت العنصر. يقول جابر:
] فإذا استطعنا أن نسيطر على روح هذا العنصر، ثم القينا شيئاً منه ( الروح وهي مذكر) على مادة ما، انقلبت تلك المادة فكانت مثل العنصر الذي القينا فيه شيئاً من روحه [ [29].
تطبيق هذا الرأي على الذهب:
يقول جابر:
] إن أصفى العناصر الحاضرة الذهب، لكن صفاءه غير تام، فيجب أن نصفّيه مرة بعد أخرى، حتى نبلغ به درجة الصفاء المطلقة، ونستخرج روحه في ايدينا إكسيراً أو دواءً، يعمل في المعادن عمل الخميرة في العجين [.
فكما أن الخميرة تجعل العجين الفطير كله عجيناً مختمراً، فكذلك الاكسير (الاحمر المستخرج من الذهب ) يقلب المعادن ذهباً، والاكسير (الابيض المستخرج من الفضة) يقلب المعادن فضة.
أما العناصر التي تقبل عند أصحاب الصنعة الانقلاب ذهباً وفضة (بسهولة ) فهي النحاس والزئبق والرصاص والحديد [30].
ويبدو أن (الروح، الخميرة، الاكسير، حجر الفلاسفة، الكيمياء ) اسماء مختلفة لشيء واحد.
فالاكسير برأي جابر يمكن الحصول عليه بغلي الذهب في سوائل مختلفة مرة بعد مرة ألف مرة، ولا شك في أن هذا الزعم باطل [31].
ولجابر رأي روحاني متطرف في طبائع المعادن (ذكر ذلك في كتاب الرحمة)، فهو يعد المعدن كائناً حياً ينمو في باطن الارض أمداً طويلاً آلاف السنين، وينقلب من معدن خسيس كالرصاص إلى معدن نفيس كالذهب، وغاية علم الكيمياء الاسراع بهذا الاقلاب، وهو يطبق مذاهب التناسل والزواج والحمل والتعليم على المعدن، وكذلك مذاهب الحياة والموت [32].
كان جابر يرى أن المعادن تحت تأثير الكواكب، تتكون في الارض من اتحاد الكبريت الحار واليابس مع الزئبق البارد والرطب.
ويرجع وجود المعادن بأنواع مختلفة إلى أن الكبريت والزئبق ليسا نقيين على الدوام، ولأنهماً فضلاً عن ذلك لايتحدان بالنسب ذاتها، فإذا كانا نقيين تماماً، وحصل الاتحاد كاملاً بالميزان الطبيعي، نشأ الذهب أكمل المعادن [33].
أما الاخلاط والنسب غير الكاملة فتؤدي إلى تكوين الفضة أو الاسرب أو الحديد أو النحاس. ولما كان لهذه المعادن في الاصل التركيب ذاته الذي للذهب، فيمكن تصحيح (تأثير) المصادفات في طريقة تركيبها بتدبير مناسب، وهذا التدبير يُشكّل غرض الصنعة، ويعول على استعمال الاكاسير [34].
ومن هنا نستنتج أن جابراً يرى أنه من غير المستحيل تكوين الذهب نظرياً على الاقل، وإن كان ذلك صعباً تجريبياً ! [35].
تدبير جابر للأكاسير:
من أهم جوانب علم الكيمياء عند جابر، استناده على الاكسير العضوي، بالاضافة إلى الإكسير غير العضوي.
فمن العلامات المميزة في الصنعة عند جابر تدبير الأكاسير لا على أساس معدني فحسب، بل كذلك على اساس مواد حيوانية ونباتية، بل إنه يفضل الاكسير الذي يرجع إلى مواد حيوانية، لما لهذه المواد من فعل أقوى بكثير مما للاكاسير الاخرى.
يرى جابر أنه يمكن عمل اكاسير مختلطة بهذه المواد المذكورة، من ذلك مثلاً إكسير نباتي – حيواني، إكسير نباتي - معدني، إكسير حيواني – معدني، إكسير نباتي - حيواني – معدني.
ولايمكن بلوغ هذه الاكاسير المختلفة، وكذا الاكسير الاعظم، أي العقار العام لكل المعادن [36].
ولا بد للحصول على الاكسير الصحيح من الرجوع إلى اصول أكيدة، واستيفاء كل أسباب الدقة.
وقد اعتمد جابر في ذلك على فكرة أن كل الاشياء في العالم الطبيعي تتركب من عناصر اربعة، تشكلت بدورها من أربع كيفيات.
ومن الممكن عن طريق (الميزان) معرفة نصيب الطبائع الاربع في كل جسم، وبالتالي تجديد تركيبه بدقة تامة.
وبهذه الطريقة يمكن للكيميائي أن يتحكم في كل التغيرات التي تحصل في الجسم، ما دام في وضع يدبر فيه كلاً على حدة الاصول والكيفيات التي تعمل بها الطبيعة، كما يصبح في وضع يمكنه من تدبير أجسام جديدة، وبخاصة اكاسير مختلفة تفعل في المعادن [37].
وما الصور المختلفة للاكاسير إلا مزائج تجانست قليلاً أو كثيراً، مع الطبائع أو الخواص الاربع، مزائج تتفق مع تركيب الاجسام التي استعملت عليها.
وها هو ذا تحديد عمل الاكسير كما بيّنه جابر نفسه في كتاب السبعين:
إن الاصول الاربعة العاملة في الاجسام من الاجناس الثلاثة المؤثرة فيها والمحددة لصبغها هي: النار، الماء، الهواء، الارض.
وفي الواقع ليس هناك فعل واحد من هذه الثلاثة أجناس إلا بتلك العناصر الاربعة. ولهذا، كان معولنا في هذه الصناعة على تدبير هذه العناصر، نقوّي ضعيفها، ونضعّف قويها، ونصلح فاسدها. فمن وصل إلى عمل هذه العناصر الاربعة في هذه الثلاثة أجناس، فقد وصل إلى كل علم، وادرك علم الخليقة وصنعة الطبيعة [38].
يقول جابر في كتابه السبعين على سبيل المثال:
إن الاسرب بارد يابس في الظاهر، وحار رطب في الباطن، وكذلك بالنسبة للفضة، بينما الذهب حار رطب في الظاهر، وبارد يابس في الباطن [39].
ويقال أن جابراً كان أكثر مقامة في الكوفة، وبها كان يدبر الاكسير لصحة هوائها [40].
وذكر جابر في كتابه (الخواص الكبير)، قصة اتصاله بيحيى البرمكي، وعمل اكسيره، وكيف خلصّ به كثيراً من الناس وشفاهم !.
تطلعنا قصته هذه، على أن جابراً كان طبيباً، وكان يستخدم في العلاج دواء يسميه الاكسير، يبدو أنه كان يشفي كثيراً من العلل [41].
أما ما له علاقة بالاكسير من جهة المسؤولية الكبرى، واكتشاف سر الله الاعظم، فله علاقة بالامام جعفر علاقة شديدة [42].
فجابر يعتقد بوجود طريقتين لادراك الصنعة:
أ – طريق ظاهري: وذلك باقتفاء أثر الطبيعة.
ب – طريق باطني : بمعرفة الفرضيات الكبرى، وتطهير النفس البشرية.
والثاني يشير إلى تصوفه وتشيعه الواضحين
[43]. إذ أن أهم مصادر معرفته، الالهامات الباطنية التي اقتبسها عن إمامه جعفر الصادق، فعلاقته مع الامام جعفر الصادق هي علاقة فكرية فلسفية.
والعلاقة بين جابر وإمامه الصادق لا تقف عد حد واحد، إنما تتعداه إلى أمر كشف سر الله الاعظم ألا وهو الاكسير ؟! [44].
] ولن أشير أكثر إلى العلاقة بين العالم جابر بن حيان وإمامه جعفر الصادق لسعة البحث في هذا الامر، ولاختصار دراستنا على جانب علمي معين في علم العالم الكيميائي جابر بن حيان [.
اكتشافات جابر الكيميائية الاخرى:
سنذكر بعضاً منها:
1- عرف جابر بأن الشب يساعد على تثبيت الاصباغ في الاقمشة، والعلم الحديث اثبت ذلك، (الشب = أملاح الالمنيوم).
2- توصل جابر إلى تحضير بعض المواد التي تمنع البلل عن الثياب، وهذه المواد هي أملاح الالمنيوم المشتقة من الحموض العضوية.
3- توصل إلى استخدام كبريتيد الانتموان، الذي له لون الذهب، ليعوّض عن الاخير الغالي الثمن.
4- تمكن من صنع ورق غير قابل للاحتراق، والعلم الحديث لايعرف حتى الان نوع هذا الورق [45].
5- أدخل طريقة فصل الذهب عن الفضة بالحل بواسطة الحامض (الماء الملكي) وهذه الطريقة لازالت مستخدمة حتى الان.
6- مارس كثيراً من العمليات الكيميائية، كالتقطير، التكليس، التبلور، التصعيد، وعرف واكتشف الكثير من المواد الكيميائية [46].
لمحة عن كتبه:
ألفّ جابر عدداً كبيراً جداً من الكتب، يقال أنها تجاوزت – 3900 كتاب – [47]، كانت سبباً في الشك بوجوده، أو حتى نسبها جميعاً إليه.
له كتب في الكيمياء، الفلسفة، التنجيم، الرياضيات، الموسيقى، الطب والسحر ورسائل دينية اخرى.
تميّزت مخطوطاته وكتبه بوحدتها، مما يدل على أنها تابعة لمدرسة واحدة، والكتب التي تغلب عليها نزعة الكيمياء هي كتب السبعين والرحمة، أما الكتب التي تغلب عليها النـزعة الطبية فهي رسائل السموم [48].
ولجابر أسلوب لايشبه أسلوب باقي المؤلفين، فأسلوبه يتميز بالجدية، والفكرة الواحدة والتفكير العميق [49].
وقد ذكر ابن النديم ما يزيد عن 360 مؤلفاً لجابر، يمكن الرجوع اليها في كتاب الفهرست [50]، وكذلك ذكرها كرواس في مؤلفه رسائل جابر [51].
يمكن أن نعدّ رسائل جابر في الكيمياء أول مظهر من مظاهر الكيمياء في المدنية الاسلامية، على الرغم من أن عدداً عظمياً من رسائله كان نصيبها الفناء، بينما بقيت بعض الكتب اللاتينية التي أُخذت عنها.
تلاميذه:
قال ابن النديم: أسماء تلامذته (الخرقي ) الذي ينسب اليه سكة الخرقي بالمدينة، (وابن عياض المصري )، و(الاخميمي) [52
ويقول الرازي في كتبه المؤلفة في الصنعة:
] قال استاذنا أبو موسى جابر بن حيان [، ومراده بقوله استاذنا، أنه استفاد من مؤلفاته، لا أنه تعلم منه، لأن عصر الرازي متأخر عنه كما هو معلوم
مشاهير العلماء الآخرين في الكيمياء:
ورأيهم في مسألة تحويل المعادن الخسيسة إلى ثمينة ؟
أ - الكندي: ت 252 هـ / 866م
يعتبر الكندي أول من اتحذ موقفاً سلبياً من مسألة تحويل المعادن الخسيسة إلى ذهب أو فضة، وقال باستحالة ذلك، ووضع رسالة في (بطلان دعوى المدعين صنعة الذهب والفضة وخداعهم ) [54].
ب – الرازي: ت 321 هـ / 942 م
برع في الكيمياء كما برع في الطب، ووضع الرازي كتباً عديدة في الكيمياء، ويبدو فيها غير مقتنع بتحويل المعادن الخسيسة إلى ذهب وفضة تارة، وتارة أخرى تظهر الكتب اقتناعه بذلك، منها كتاب محنة الذهب والفضة، وكتاب الاسرار [55].
جـ – ابن سينا: ت 428 هـ / 1037 م
لم يضع أي مؤلف بهذا الشأن، له كتاب في بطلان الكيمياء والرد على اصحابها [56].
في مستهل القرن الحادي عشر الميلادي، مرّ على الكيمياء فترة من الجمود استمرات حوالي القرنين حتى أتى عالم من العراق اسمه السماوي.
د – محمد بن أحمد العراقي السماوي:
أشهر مؤلفاته كتاب المكتسب في زراعة الذهب، ودافع فيه عن امكانية تحويل المعادن الرخيصة إلى ذهب، واعتمد في طريقته على وصف الاكسير على العالم جابر بن حيان ومن شايعه [57].
هـ – اخوان الصفا: قرن رابع هجري / عاشر ميلادي
اعتقد اخوان الصفا، أن بعض المعادن يستحيل إلى بعض، لكن في باطن الارض، في أزمان طويلة مختلفة الطول، لا على يد الانسان في وقت قصير. ولم يتكلموا عن قلب المعادن الخسيسة إلى معادن شريفة [58].
رأي العلماء والمفكرين في جابر بن حيان:
كيف تمكن جابر من تأسيس مثل هذا العلم الواسع ؟؟
سؤال دار في الاذهان، وشغل عقول بعض الباحثين والمفكرين، وجعل البعض ينفي وجود مثل هذا الشخص بينما قبل البعض الآخر فيه، بافتراض وجود مدرسة للكيمياء، تمكنت من القيام بهذا العمل على مدى مئة عام من أواسط القرن الثالث إلى أواسط القرن الرابع للهجرة [59]، لكن جابر من أندر العلماء الذين لم يتركوا قضية نشأتهم إلى الغموض والسر، ودراسة كتبه تبيّن بواسطة احالاته المستمرة إلى مؤلفاته السابقة أن المؤلف يبتدىء بعناصر متواضعة معروفة في عهده.
وهو لم يكن وحيداً، بل كان له اساتذة وزملاء في هذا الميدان، وتبيّن مؤلفاته أنه يشير إلى أفكار القدماء الاجانب مثل: سقراطس، أفلاطون، أرسطوطاليس، هرمس، وكثيرين من المعروفين غيرهم.
لكن الواقع أن هؤلاء العلماء لم يشتغلوا بالكيمياء ؟ حتى أن بعضهم شخصيات خرافية، الأمر الذي أدى بالباحثين إلى الشك في صحة هذه الاحالات، أو الظن بأن المسلمين والعرب احتلقوا كتباً، ونسبوها إلى الاخرين، غير أن هؤلاء الباحثين لم يهتموا بالتساؤل ؟ متى وكيف احتلق المسلمون مثل هذه الكتب ونسبوها إلى الاخرين ؟ [60].
لايعقل أن يتعب شخص في التأليف والتصنيف، ويتعب قريحته وجسده ثم ينسب ما وضعه إلى شخص آخر ؟ وإن ذلك يعد ضرباً من الجهل.
1 – ذكر هولميارد Holmyard
أنه من النادر على أي كيميائي أن ينتج مثل هذه المؤلفات التي تشمل على معرفة كثيرة، واحاطة واسعة لاعمال القدماء، واعتبر جابر من أعظم علماء العصر الوسيط، واهتم بأعماله ومنهجه العلمي ومؤلفاته، فعكف على ابراز القيمة العلمية لعمله وقال:
] إن الصنعة الخاصة عند جابر، هي أنه على الرغم من توجهه نحو التصوف والوهم، فقد عرف واكد على أهمية التجريب بشكل أوضح من كل من سبقه من الخيميائيين [ [61].
ووجد هولميارد أن أن أهمية جابر تتساوى مع أهمية بول ولافوازييه.
2 – بول كراوس Paul Kraus :
هو أول من قام بدراسة أعمال جابر سواء في الكيمياء، أو في فروع أخرى، دراسة جوهرية مسهبة، واهتم بالمظهر الفلسفي عنده،وبرأيه أن بعض مفاهيمه لها معنى اسماعيلي خالص [62]. ووضع كراوس مجلداً ضخماً أسماه (مختار رسائل جابر ).
3 – قال برتلو M. Berthelot عن جابر:
أن لجابر في الكيمياء ما لارسطوطاليس قبله في المنطق [63].
4 – وقال لوبون: G. Lebon
تتالف من كتب جابر موسوعة علمية تحتوي على خلاصة ما وصل اليه علم الكيمياء عند العرب في عصره، وقد اشتملت كتبه على بيان مركبات كيميائية كانت مجهوله قبله [64].
ومن جانب آخر، شكّ بعض العلماء بوجود جابر، وذلك لوجود عدد لايستهان به من المخطوطات اللاتينية في الكيمياء منسوبة إلى جابر، حيث قيل أن هذه المخطوطات لاتمت بصلة إلى جابر، وسبب الانتحال أن هذه الكتب الجابرية لاوجود لها في الاصل العربي، وهذا على ما نعتقد لايمنع أن تكون من مصدر عربي، فقد تكون النسخ الاصلية قد فقدت [65].
ويعد روسكا من أكثر المشككين بوجود شخصية جابر ؟ وادعى أن كتبه منتحلة، واستدل بابن خلدون الذي قال بأن جابراً هو من كبار السحرة ؟!! [66].
الخاتمة:
بعد هذا العرض البسيط والموجز جداً عن شخصية جابر بن حيان، وعن أفكاره وكتبه، ينبغي أن نجيب عن تساؤل محتمل قد يدور في ذهن راء والباحثين، وهو:
كيف تمكن جابر من تأسيس مثل هذا العلم ؟؟!
هذا التساؤل شغل أذهان الباحثين وجعلهم يقبلون بافتراض وجود مدرسة للكيمياء تمكنت من القيام بمثل هذا العمل على مدى مائة عام، من أواسط القرن الثالث إلى اواسط القرن الرابع للهجرة [67].
عانى جابر كما عانى الكيميائيون العرب في أول اشتغالهم بهذا العلم من الاضطهاد والمصاعب، وذكر أن جابر خلص من الموت مراراً، كما أنه قاسى من انتهاك الجهلاء لحرمته ومكانته، وأنه اضطر إلى الافضاء ببعض أسرار الطبيعة إلى هارون الرشيد، ويحيى البرمكي وابنيه، وأن ذلك هو السبب في غناهم وثروتهم [68].
وإذا رجعنا إلى رسائل جابر، نجده يذكر معلومات سبقت عصره بقرون، من ذلك تلك الفكرة الهائلة التي أيدتها التجارب اليوم، من ان الجوهر البسيط يشبه العالم الشمسي. بالاضافة إلى ذلك قد يكون الاكسير الذي سعى جابر إلى التوصل اليه، هو اليوم نفسه عنصر (الراديوم)، أو احد الاجسام المشعة، نظراً لنص وضعه البيروني – العالم الاسلامي الكبير في الطبيعة – كما بيّن ذلك إذاعة راديو لندن في 17 نيسان عام 1945، ونشرته مجلة المستمع العربي (سنة 6 عدد 6 )، بعنوان (الراديوم وعلماء العرب )، وجريدة الكيمياء الالمانية في هيدلبرغ – آذار 1958 .
وذكر ذلك في مؤتمر العلوم الدولي الثامن (ذكره مؤلف الكتاب) [69].
وهكذا نرى أن جابراً شخصية فذة، جمعت بين الحكمة والفلسفة والطب والمنطق والتصوف، إلى جانب علم الصنعة، وأن عالماً مثله يؤلف أكثر من 3900 كتاب في علوم جلّها عقلية وفلسفية، لهو حقاً من عجائب الدهر
ملخص البحث
هذا البحث المبسط والموجز يكشف عن صفحة مشرقة من صفحات تراثنا العلمي العربي، ويبيّن ما للعرب من أصالة في التراث العلمي والإنساني الذي استقى منه التراث العالمي فترة طويلة من الزمن. فإذا تجاوزنا العلوم التي أبدع فيها العرب إلى علم الكيمياء الذي يهمنا في هذا البحث، نرى أن العرب قد ابتكروا كثيراً في حقل الكيمياء معتمدين على البحث التجريبي الذي يعدون فيه رواداً نحو الحقيقة وعلى رأس هؤلاء الرواد العالم العربي المتصوف جابر بن حيان الذي تضاربت الآراء والأقوال حول وجوده وحقيقته. فكأنما الإنسانية تستكثر على نفسها أن يظهر من أبنائها واحداً يتجاوز بنبوغه حداً معقولاً. وتشكل مجموعة الكتب الكثيرة التي تحمل اسم جابر موسوعة علمية تحتوي على خلاصة ما توصل إليه الكيميائيون العرب حتى عصره، وتنم عن اطلاعه الواسع وتجاربه العلمية، وأهم هذه الكتب: نهاية الإتقان، الميزان، السموم، وكتب أخرى كثيرة، وآخرها كان كتاب الرحمة الذي وجد تحت رأسه عندما مات.
من جملة ما اهتم به جابر (واهتم به الأسبقون وكان غاية الحكماء) هو إمكانية تحويل المعادن الخسيسة إلى ذهب (علم الخيمياء أو علم الصنعة)، بالإضافة إلى الحصول على حجر الحكماء أو حجر الفلاسفة أو ما يدعى بالإكسير، وهذا ما سيتناوله هذا البحث الموجز.
مقدمة:
اختلف مؤرخو العلم حول أصل كلمة كيمياء. فمنهم من ردها إلى الفعل اليوناني chio الذي يفيد السبك والصهر، ومنهم من أعادها إلى كلمتي chem , kmt المصريتين ومعناهما الارض السوداء، ومنهم من يرى أنها مشتقة من كلمة كمى العربية أي ستر وخفى].
ويعرّف ابن خلدون الكيمياء بأنها (علم ينظر في المادة التي يتم بها كون الذهب والفضة بالصناعة)، ويشرح العمل الذي يوصل إلى ذلك لقد تأثرت الكيمياء العربية بالخيمياء اليونانية والسريانية وخاصة بكتب دوسيوس و بلنياس الطولوني الذي وضع كتاب (سر الخليقة). غير أن علوم اليونان والسريان في هذا المجال لم تكن ذات قيمة لأنهم اكتفوا بالفرضيات والتحليلات الفكرية.
وتلجأ الخيمياء إلى الرؤية الوجدانية في تعليل الظواهر، وتستخدم فكرة الخوارق في التفسير، وترتبط بالسحر وبما يسمى بعلم الصنعة، وتسعى إلى تحقيق هدفين هما:
أ – تحويل المعادن الخسيسة كالحديد والنحاس والرصاص إلى معادن شريفة كالذهب والفضة عن طريق التوصل إلى حجر الفلاسفة.
ب – تحضير أكسير الحياة، وهو دواء يراد منه علاج كل ما يصيب الإنسان من آفات وأمراض، ويعمل على إطالة الحياة والخلود [3].
وهذان الهدفان سـنناقشـهم في هذا البحث من وجهة نظر وعمل أبي الكيمياء العالم العربي جابر بن حيان.
تطور علم الكيمياء عند القدماء:
إن تاريخ الكيمياء في العالم القديم أكثر غموضاً من تاريخ الفيزياء، ونحن لا نعلم من تاريخ الكيمياء إلا النتائج العملية، ولم يدوّن لنا القدماء من ذلك التاريخ شيئا].
يمكن اعتبار الكيمياء الصينية أقدم المعارف الكيميائية، لكن لايزال السؤال غامضاً عن صلة الوصل بين الكيمياء الصينية والكيمياء المصرية القديمة، وهذا ما حاول الباحث جونسون Jhonson أن يبرهن عليه، حيث ذكر عن كاتب صيني قديم يرجع عهده إلى سنة 330 ق. م أنه حرّر عن الفلسفة التاتوئية والسيمياء، والأخيرة تحتوي على كيفية تحويل المعادن إلى معادن ثمينة، وكيفية الحصول على إكسير الحياة، تلك المادة التي تطيل الحياة على زعمهم وتقضي على الموت [5].
وقد قال ابن النديم أنه زعم أهل صناعة الكيمياء، وهي صناعة الذهب والفضة من غير معادنها، أن أول من تكلم عن علم الصنعة هو هرمس الحكيم البابلي المنتقل إلى مصر عند افتراق الناس عن بابل، وإن الصنعة صحّت له، وله في ذلك عدة كتب، وإنه نظر في خواص الأشياء وروحانيتها.
وزعم الرازي أن جماعة من الفلاسفة عملوا في الكيمياء مثل: فيثاغورس، ديموقراط، أرسطاليس، جالينوس، وغيرهم، ولايجوز أن يسمى الإنسان فيلسوفاً إلا أن يصح له علم بالكيمياء.
وقال آخرون أن علم الكيمياء (قديماً) كان بوحي من الله عز وجل إلى موسى بن عمران (قصة قارون) [6].
الكيمياء في القرون الوسطى:
أشهر شخصية من شخصيات الكيمياء الغربية في القرون الوسطى وخاصة التي تناولت فكرة الحصول على الذهب هو العالم برنارد تريفيزان Bernard Trevisan حيث رافقت هذا المغامر في الكيمياء فكرة البحث عن الذهب في الصخور والأحجار والمعادن والاملاح وغير ذلك.
سافر إلى بلاد الإغريق والتتار والقسطنطينية وزار مصر، لكنه لم يمس تبرها.
خامرت العالم برنارد فكرة الحصول على الذهب من الإنسان لأنه تاج الخليقة، ويشكل الذهب ذروة الكمال المعدني، وأراد أن يحل مشكلته الكبرى في أشعة الشمس للاعتقاد السائد قديماً بأن هذه الأشعة هي التي تكون المعادن، وما الذهب إلا أشعة الشمس المتكاثفة التي استحالت إلى جسم أصفر براق.
واعتقد بنمو المعادن، حتى أن أصحاب المناجم كانوا يغلقون مناجمهم برهة من الزمن ليعطوا المعادن فرصة التكون. وقد بدد ثروته الهائلة على تلك الافكار [7].
علم الكيمياء عند العرب المسلمين:
بدأت الكيمياء في الإسلام بالصنعة، ذلك لأن العرب اعتمدوا الكتب المنقولة عن اليونانية، وكتب الإسكندرانيين التي نقلت إلى العربية. ويعتبر خالد بن يزيد بن معاوية أول من اشتغل في علم الصنعة عند العرب، حيث استقدم بعض الرهبان الأقباط المتفحصين بالعربية، كمريانوس، شمعون، وغيرهم، وطلب إليهم نقل علوم الصنعة إلى اللغة العربية عله يتمكن من تحويل المعادن الخسيسة إلى ذهب.
وهكذا وصلت الصنعة إلى العرب بواسطة الإسكندرانيين ممتزجة بالأوهام والأضاليل، تهدف إلى تحقيق غايات وهمية تتعلق بالصحة والخلود والثروة بعيدة عن الكيمياء التي ترتكز على قواعد وقوانين علمية.
وقد انتقل هذا المفهوم إلى العلماء العرب فاعتقدوا كاليونان والسريان أن طبائع العناصر قابلة للتحويل، وأن جميع المعادن مؤلفة من عناصر واحدة هي الماء، الهواء، التراب، النار، وسبب اختلافها فيما بينها يعود إلى اختلاف نسب هذه العناصر في تركيبها، فلذلك لو توصلنا إلى حلّ أي معدن إلى عناصره الأساسية، وأعدنا تركيبه من جديد بنسب ملائمة لنسب أي معدن آخر كالذهب والفضة مثلاً، لاستطعنا الحصول على هذا المعدن.
من أجل ذلك قام العلماء العرب بتجارب عديدة، أحاطوها بالسرية التامة، واستعملوا الرموز في الإشارة إلى المعادن فأشاروا إلى الذهب بالشمس، والى الفضة بالقمر، فاكتشفوا مواد جديدة، واختبروا أموراً مختلفة، وتوصلوا إلى قوانين عديدة، واستطاعوا أن ينقلوا الخيمياء إلى الكيمياء وذلك لعدة أسباب منها:
1- فشل محاولات الصنعة في تحقيق أهدافها، وتحولها إلى علم تجريبي على يد العالم جابر بن حيان ومن ثم الرازي.
2- تكثيف التجارب المادية والتماس منهج علمي صحيح قائم على التجربة والبرهان [8].
ومع جابر بن حيان انتقلت الكيمياء عن العرب من طور صنعة الذهب الخرافية إلى طور العلم التجريبي في المختبرات.
جابر بن حيان:
ترتبط نشأة الكيمياء عند العرب بشخصية أسطورية أحياناً وتاريخية حيناً آخر، هي شخصية جابر بن حيان، ونستنتج من خلال الكتب التي تحمل اسمه أنه من أشهر الكيميائيين العرب، ويعدّ الممثل الأول للكيمياء العربية.
وقد أثّر جابر في الكيمياء الأوربية لظهور عدد لا يستهان به من المخطوطات اللاتينية في الكيمياء منسوبة إلى جابر بن حيان [9].
مولده – نشأته:
هو أبو عبد الله جابر بن حيان بن عبد الله الكوفي المعروف بالصوفي. ولد في طوس (خراسان ) وسكن الكوفة، حيث كان يعمل صيدلانياً [10]. وكان أبوه عطاراً [11]. بنسبته الطوسي أو الطرطوسي، وينحدر من قبيلة الازد.
يقال إنه كان من الصابئة، ومن ثم لقبه الحرّاني، كان من أنصار آل البيت (بعد أن دخل الإسلام وأظهر غيرة عظيمة على دينه الجديد )، ومن غير الموالين للدولة العباسية في بداية حياته [12].
كان يعيش في ستر وعزلة عن الناس فقيل عنه إنه كان صوفياً.
ويقدّر الزمن الذي ولد فيه جابر بين 721 م – 722 م، أما تاريخ وفاته فغير معروف تماما. ويقال أنه توفي سنة 200 هـ أو ما يوافق 815 م [13].
ويقول هولميارد Holmyard أن جابر عاش ما يقارب 95 سنة، ودليله في ذلك أن المؤلفات التي ألّفها لا يمكن إنجازها بأقل من هذا الزمن [14].
رحل إلى الجزيرة العربية وأتقن العربية وتعلّم القرآن والحساب وعلوماً أخرى على يد رجل عرف باسم (حربي الحميري) وقد يكون هو الراهب الذي ذكره في مصنفاته وتلقّن عنه بعض التجارب [15].
اتصل بالإمام جعفر الصادق (الإمام الخامس بعد علي بن أبي طالب ) ت 148 هـ، ويقال إنه أخذ علم الصنعة عنه، وتتلمذ على يديه، وعن طريقه دخل بلاط هارون الرشيد بحفاوة [16].
اختلاف الرواة والمفكرين في أمره ووجوده:
اختلف الرواة في أمر جابر، فقد أنكر قوم أن يكون قد مرّ في هذه الحياة رجل يحمل هذا الاسم، وقال آخرون إنه رجل معروف في التاريخ، وقد اشتغل بصناعة الكيمياء، واستطاع أن يحوّل المعادن الخسيسة إلى معادن شريفة.
وزعم قوم من الفلاسفة أنه منهم، وله كتب في المنطق والفلسفة. وزعم آخرون ( أهل صناعة الذهب والفضة) أن الرئاسة انتهت إليه في عصره وأن أمره كان مكتوماً [17].
لكن جابر بن حيان حقيقة واقعة لا يمكن إنكارها، وعلم من أعلام العرب العباقرة، وأول رائد للكيمياء، وقد أيّد هذه الحقيقة أبو بكر الرازي، عندما كان يشير إلى جابر في كتبه فيقول "أستاذنا"[18].
مدرسته:
أخذ جابر مادته الكيمياء من مدرسة الإسكندرية التي كانت تؤمن بانقلاب العناصر، وقد كان تطورها من النظريات إلى العمليات [19]. وقد درس جابر ما خلّفه الأقدمون، فلم يرَ من تراثهم من الناحية الكيميائية إلا نظرية أرسطو عن تكوين الفلزات، وهي نظرية متفرعة عن نظريته الأساسية في العناصر الأربعة: الماء، الهواء، التراب، النار [20].
ولم يعرف فقط كبار مفكري وعلماء العالم اليوناني، بل كان يعرف الكتب ذات المحتوى السري جداً مثل كتب أبولينوس التيتاني [21]. وزعم هولميارد أن المصدر الذي استقى منه جابر علومه في الكيمياء هو الأفلاطونية الحديثة [22].
منهجه العلمي:
العلم عند جابر يسبق العمل، فليس لأحد أن يعمل ويجرب دون أن يعلم أصول الصنعة ومجالات العلم بصورة كاملة وقد قال: "إن كل صنعة لابد لها من سبوق العلم في طلبها للعمل" [23].
وقطع جابر كأحد رواد علماء العرب خطوة أبعد مما قطع اليونان في وضع التجربة أساس العمل لا اعتماداً على التأمل الساكن، ولعله أسبق عالم عربي في هذا المضمار، فنراه يقول:
] وملاك هذه الصنعة العمل، فمن لم يعمل ولم يجرب لم يظفر بشيء أبداً [ [24].
وقد كان جابر انطلاقاً من قناعته بامكانية قيام العلم الطبيعي على قاعدة الاتقان المتين، كان شجاعاً بما فيه الكفاية، فهو يؤمن بأنه انتزع من الطبيعة آخر خفاياها، سمة علمه أنه لا يعترف بوجود أي حد للتفكير البشري.
تساءل جابر ؟! ألا يمكن أن يكون التوليد ممكناً، ] فالكائن الحي بالنسبة له بل الانسان نفسه، إنما هو نتيجة تفاعل قوى الطبيعة، فمن الممكن من الناحية النظرية على الأقل- محاكاة تدبير الطبيعة بل تحسينه عند الحاجة [ [25].
ومهما يكن من أمر، فإن قيام جابر كعالم كيميائي ابتكر المنهج التجريبي في الكيمياء، لايعني أن هذا العالم قد تخلص من الافكار القديمة، وحرّر فكره ومذهبه منها، إذ أن له بعض الكتابات الغريبة والطلسمات، لكن هذا لايعني أيضاً أنه لم يشق طريقه في الظلمات عبر العصور المظلمة إلى النور [26].
ولجابر الكبير في تطور الكيمياء وانتقالها من صنعة الذهب الخرافية إلى طور العلم التجريبي في المختبرات، حيث أن موضوع الحصول على الذهب لم يشغله عن غيره من النواحي العلمية الاخرى، فشمل نشاطه المسائل النظرية والعلمية العادية وغير العادية.
فقد عرف جابر الكثير من العمليات العلمية كالتقطير، التبخير، التكليس، الإذابة، التبلور، وغيرها [27].
كما شمل عمله الناحية التطبيقية للكيمياء، من ذلك أنه أدخل طريقة فصل الذهب عن الفضة بالحل بواسطة الحامض، وهذه طريقة لا زالت مستخدمة حتى الان، ولها شأن في تقدير عيارات الذهب في المشغولات والسبائك الذهبية [28].
رأي جابر في طبائع العناصر، وإمكانية تحويلها إلى ذهب:
ينطلق جابر في الصنعة من أن لكل عنصر روحاً (نفساً، جوهراً ) كما نجد في أفراد الناس والحيوان، وأن للعناصر طبائع، وهذه الطبائع في العناصر قابلة للتبدل.
ويرى جابر أن العنصر كلما كان أقل صفاءً (ممزوجاً بعناصر اخرى ) كان أضعف تأثيراً، فإذا أردنا عنصراً قوي الاثر (في غيره)، وجب تصفيته، والتصفية تكون بالتقطير، فبالتقطير تصعد الروح من العنصر فيموت العنصر. يقول جابر:
] فإذا استطعنا أن نسيطر على روح هذا العنصر، ثم القينا شيئاً منه ( الروح وهي مذكر) على مادة ما، انقلبت تلك المادة فكانت مثل العنصر الذي القينا فيه شيئاً من روحه [ [29].
تطبيق هذا الرأي على الذهب:
يقول جابر:
] إن أصفى العناصر الحاضرة الذهب، لكن صفاءه غير تام، فيجب أن نصفّيه مرة بعد أخرى، حتى نبلغ به درجة الصفاء المطلقة، ونستخرج روحه في ايدينا إكسيراً أو دواءً، يعمل في المعادن عمل الخميرة في العجين [.
فكما أن الخميرة تجعل العجين الفطير كله عجيناً مختمراً، فكذلك الاكسير (الاحمر المستخرج من الذهب ) يقلب المعادن ذهباً، والاكسير (الابيض المستخرج من الفضة) يقلب المعادن فضة.
أما العناصر التي تقبل عند أصحاب الصنعة الانقلاب ذهباً وفضة (بسهولة ) فهي النحاس والزئبق والرصاص والحديد [30].
ويبدو أن (الروح، الخميرة، الاكسير، حجر الفلاسفة، الكيمياء ) اسماء مختلفة لشيء واحد.
فالاكسير برأي جابر يمكن الحصول عليه بغلي الذهب في سوائل مختلفة مرة بعد مرة ألف مرة، ولا شك في أن هذا الزعم باطل [31].
ولجابر رأي روحاني متطرف في طبائع المعادن (ذكر ذلك في كتاب الرحمة)، فهو يعد المعدن كائناً حياً ينمو في باطن الارض أمداً طويلاً آلاف السنين، وينقلب من معدن خسيس كالرصاص إلى معدن نفيس كالذهب، وغاية علم الكيمياء الاسراع بهذا الاقلاب، وهو يطبق مذاهب التناسل والزواج والحمل والتعليم على المعدن، وكذلك مذاهب الحياة والموت [32].
كان جابر يرى أن المعادن تحت تأثير الكواكب، تتكون في الارض من اتحاد الكبريت الحار واليابس مع الزئبق البارد والرطب.
ويرجع وجود المعادن بأنواع مختلفة إلى أن الكبريت والزئبق ليسا نقيين على الدوام، ولأنهماً فضلاً عن ذلك لايتحدان بالنسب ذاتها، فإذا كانا نقيين تماماً، وحصل الاتحاد كاملاً بالميزان الطبيعي، نشأ الذهب أكمل المعادن [33].
أما الاخلاط والنسب غير الكاملة فتؤدي إلى تكوين الفضة أو الاسرب أو الحديد أو النحاس. ولما كان لهذه المعادن في الاصل التركيب ذاته الذي للذهب، فيمكن تصحيح (تأثير) المصادفات في طريقة تركيبها بتدبير مناسب، وهذا التدبير يُشكّل غرض الصنعة، ويعول على استعمال الاكاسير [34].
ومن هنا نستنتج أن جابراً يرى أنه من غير المستحيل تكوين الذهب نظرياً على الاقل، وإن كان ذلك صعباً تجريبياً ! [35].
تدبير جابر للأكاسير:
من أهم جوانب علم الكيمياء عند جابر، استناده على الاكسير العضوي، بالاضافة إلى الإكسير غير العضوي.
فمن العلامات المميزة في الصنعة عند جابر تدبير الأكاسير لا على أساس معدني فحسب، بل كذلك على اساس مواد حيوانية ونباتية، بل إنه يفضل الاكسير الذي يرجع إلى مواد حيوانية، لما لهذه المواد من فعل أقوى بكثير مما للاكاسير الاخرى.
يرى جابر أنه يمكن عمل اكاسير مختلطة بهذه المواد المذكورة، من ذلك مثلاً إكسير نباتي – حيواني، إكسير نباتي - معدني، إكسير حيواني – معدني، إكسير نباتي - حيواني – معدني.
ولايمكن بلوغ هذه الاكاسير المختلفة، وكذا الاكسير الاعظم، أي العقار العام لكل المعادن [36].
ولا بد للحصول على الاكسير الصحيح من الرجوع إلى اصول أكيدة، واستيفاء كل أسباب الدقة.
وقد اعتمد جابر في ذلك على فكرة أن كل الاشياء في العالم الطبيعي تتركب من عناصر اربعة، تشكلت بدورها من أربع كيفيات.
ومن الممكن عن طريق (الميزان) معرفة نصيب الطبائع الاربع في كل جسم، وبالتالي تجديد تركيبه بدقة تامة.
وبهذه الطريقة يمكن للكيميائي أن يتحكم في كل التغيرات التي تحصل في الجسم، ما دام في وضع يدبر فيه كلاً على حدة الاصول والكيفيات التي تعمل بها الطبيعة، كما يصبح في وضع يمكنه من تدبير أجسام جديدة، وبخاصة اكاسير مختلفة تفعل في المعادن [37].
وما الصور المختلفة للاكاسير إلا مزائج تجانست قليلاً أو كثيراً، مع الطبائع أو الخواص الاربع، مزائج تتفق مع تركيب الاجسام التي استعملت عليها.
وها هو ذا تحديد عمل الاكسير كما بيّنه جابر نفسه في كتاب السبعين:
إن الاصول الاربعة العاملة في الاجسام من الاجناس الثلاثة المؤثرة فيها والمحددة لصبغها هي: النار، الماء، الهواء، الارض.
وفي الواقع ليس هناك فعل واحد من هذه الثلاثة أجناس إلا بتلك العناصر الاربعة. ولهذا، كان معولنا في هذه الصناعة على تدبير هذه العناصر، نقوّي ضعيفها، ونضعّف قويها، ونصلح فاسدها. فمن وصل إلى عمل هذه العناصر الاربعة في هذه الثلاثة أجناس، فقد وصل إلى كل علم، وادرك علم الخليقة وصنعة الطبيعة [38].
يقول جابر في كتابه السبعين على سبيل المثال:
إن الاسرب بارد يابس في الظاهر، وحار رطب في الباطن، وكذلك بالنسبة للفضة، بينما الذهب حار رطب في الظاهر، وبارد يابس في الباطن [39].
ويقال أن جابراً كان أكثر مقامة في الكوفة، وبها كان يدبر الاكسير لصحة هوائها [40].
وذكر جابر في كتابه (الخواص الكبير)، قصة اتصاله بيحيى البرمكي، وعمل اكسيره، وكيف خلصّ به كثيراً من الناس وشفاهم !.
تطلعنا قصته هذه، على أن جابراً كان طبيباً، وكان يستخدم في العلاج دواء يسميه الاكسير، يبدو أنه كان يشفي كثيراً من العلل [41].
أما ما له علاقة بالاكسير من جهة المسؤولية الكبرى، واكتشاف سر الله الاعظم، فله علاقة بالامام جعفر علاقة شديدة [42].
فجابر يعتقد بوجود طريقتين لادراك الصنعة:
أ – طريق ظاهري: وذلك باقتفاء أثر الطبيعة.
ب – طريق باطني : بمعرفة الفرضيات الكبرى، وتطهير النفس البشرية.
والثاني يشير إلى تصوفه وتشيعه الواضحين
[43]. إذ أن أهم مصادر معرفته، الالهامات الباطنية التي اقتبسها عن إمامه جعفر الصادق، فعلاقته مع الامام جعفر الصادق هي علاقة فكرية فلسفية.
والعلاقة بين جابر وإمامه الصادق لا تقف عد حد واحد، إنما تتعداه إلى أمر كشف سر الله الاعظم ألا وهو الاكسير ؟! [44].
] ولن أشير أكثر إلى العلاقة بين العالم جابر بن حيان وإمامه جعفر الصادق لسعة البحث في هذا الامر، ولاختصار دراستنا على جانب علمي معين في علم العالم الكيميائي جابر بن حيان [.
اكتشافات جابر الكيميائية الاخرى:
سنذكر بعضاً منها:
1- عرف جابر بأن الشب يساعد على تثبيت الاصباغ في الاقمشة، والعلم الحديث اثبت ذلك، (الشب = أملاح الالمنيوم).
2- توصل جابر إلى تحضير بعض المواد التي تمنع البلل عن الثياب، وهذه المواد هي أملاح الالمنيوم المشتقة من الحموض العضوية.
3- توصل إلى استخدام كبريتيد الانتموان، الذي له لون الذهب، ليعوّض عن الاخير الغالي الثمن.
4- تمكن من صنع ورق غير قابل للاحتراق، والعلم الحديث لايعرف حتى الان نوع هذا الورق [45].
5- أدخل طريقة فصل الذهب عن الفضة بالحل بواسطة الحامض (الماء الملكي) وهذه الطريقة لازالت مستخدمة حتى الان.
6- مارس كثيراً من العمليات الكيميائية، كالتقطير، التكليس، التبلور، التصعيد، وعرف واكتشف الكثير من المواد الكيميائية [46].
لمحة عن كتبه:
ألفّ جابر عدداً كبيراً جداً من الكتب، يقال أنها تجاوزت – 3900 كتاب – [47]، كانت سبباً في الشك بوجوده، أو حتى نسبها جميعاً إليه.
له كتب في الكيمياء، الفلسفة، التنجيم، الرياضيات، الموسيقى، الطب والسحر ورسائل دينية اخرى.
تميّزت مخطوطاته وكتبه بوحدتها، مما يدل على أنها تابعة لمدرسة واحدة، والكتب التي تغلب عليها نزعة الكيمياء هي كتب السبعين والرحمة، أما الكتب التي تغلب عليها النـزعة الطبية فهي رسائل السموم [48].
ولجابر أسلوب لايشبه أسلوب باقي المؤلفين، فأسلوبه يتميز بالجدية، والفكرة الواحدة والتفكير العميق [49].
وقد ذكر ابن النديم ما يزيد عن 360 مؤلفاً لجابر، يمكن الرجوع اليها في كتاب الفهرست [50]، وكذلك ذكرها كرواس في مؤلفه رسائل جابر [51].
يمكن أن نعدّ رسائل جابر في الكيمياء أول مظهر من مظاهر الكيمياء في المدنية الاسلامية، على الرغم من أن عدداً عظمياً من رسائله كان نصيبها الفناء، بينما بقيت بعض الكتب اللاتينية التي أُخذت عنها.
تلاميذه:
قال ابن النديم: أسماء تلامذته (الخرقي ) الذي ينسب اليه سكة الخرقي بالمدينة، (وابن عياض المصري )، و(الاخميمي) [52
ويقول الرازي في كتبه المؤلفة في الصنعة:
] قال استاذنا أبو موسى جابر بن حيان [، ومراده بقوله استاذنا، أنه استفاد من مؤلفاته، لا أنه تعلم منه، لأن عصر الرازي متأخر عنه كما هو معلوم
مشاهير العلماء الآخرين في الكيمياء:
ورأيهم في مسألة تحويل المعادن الخسيسة إلى ثمينة ؟
أ - الكندي: ت 252 هـ / 866م
يعتبر الكندي أول من اتحذ موقفاً سلبياً من مسألة تحويل المعادن الخسيسة إلى ذهب أو فضة، وقال باستحالة ذلك، ووضع رسالة في (بطلان دعوى المدعين صنعة الذهب والفضة وخداعهم ) [54].
ب – الرازي: ت 321 هـ / 942 م
برع في الكيمياء كما برع في الطب، ووضع الرازي كتباً عديدة في الكيمياء، ويبدو فيها غير مقتنع بتحويل المعادن الخسيسة إلى ذهب وفضة تارة، وتارة أخرى تظهر الكتب اقتناعه بذلك، منها كتاب محنة الذهب والفضة، وكتاب الاسرار [55].
جـ – ابن سينا: ت 428 هـ / 1037 م
لم يضع أي مؤلف بهذا الشأن، له كتاب في بطلان الكيمياء والرد على اصحابها [56].
في مستهل القرن الحادي عشر الميلادي، مرّ على الكيمياء فترة من الجمود استمرات حوالي القرنين حتى أتى عالم من العراق اسمه السماوي.
د – محمد بن أحمد العراقي السماوي:
أشهر مؤلفاته كتاب المكتسب في زراعة الذهب، ودافع فيه عن امكانية تحويل المعادن الرخيصة إلى ذهب، واعتمد في طريقته على وصف الاكسير على العالم جابر بن حيان ومن شايعه [57].
هـ – اخوان الصفا: قرن رابع هجري / عاشر ميلادي
اعتقد اخوان الصفا، أن بعض المعادن يستحيل إلى بعض، لكن في باطن الارض، في أزمان طويلة مختلفة الطول، لا على يد الانسان في وقت قصير. ولم يتكلموا عن قلب المعادن الخسيسة إلى معادن شريفة [58].
رأي العلماء والمفكرين في جابر بن حيان:
كيف تمكن جابر من تأسيس مثل هذا العلم الواسع ؟؟
سؤال دار في الاذهان، وشغل عقول بعض الباحثين والمفكرين، وجعل البعض ينفي وجود مثل هذا الشخص بينما قبل البعض الآخر فيه، بافتراض وجود مدرسة للكيمياء، تمكنت من القيام بهذا العمل على مدى مئة عام من أواسط القرن الثالث إلى أواسط القرن الرابع للهجرة [59]، لكن جابر من أندر العلماء الذين لم يتركوا قضية نشأتهم إلى الغموض والسر، ودراسة كتبه تبيّن بواسطة احالاته المستمرة إلى مؤلفاته السابقة أن المؤلف يبتدىء بعناصر متواضعة معروفة في عهده.
وهو لم يكن وحيداً، بل كان له اساتذة وزملاء في هذا الميدان، وتبيّن مؤلفاته أنه يشير إلى أفكار القدماء الاجانب مثل: سقراطس، أفلاطون، أرسطوطاليس، هرمس، وكثيرين من المعروفين غيرهم.
لكن الواقع أن هؤلاء العلماء لم يشتغلوا بالكيمياء ؟ حتى أن بعضهم شخصيات خرافية، الأمر الذي أدى بالباحثين إلى الشك في صحة هذه الاحالات، أو الظن بأن المسلمين والعرب احتلقوا كتباً، ونسبوها إلى الاخرين، غير أن هؤلاء الباحثين لم يهتموا بالتساؤل ؟ متى وكيف احتلق المسلمون مثل هذه الكتب ونسبوها إلى الاخرين ؟ [60].
لايعقل أن يتعب شخص في التأليف والتصنيف، ويتعب قريحته وجسده ثم ينسب ما وضعه إلى شخص آخر ؟ وإن ذلك يعد ضرباً من الجهل.
1 – ذكر هولميارد Holmyard
أنه من النادر على أي كيميائي أن ينتج مثل هذه المؤلفات التي تشمل على معرفة كثيرة، واحاطة واسعة لاعمال القدماء، واعتبر جابر من أعظم علماء العصر الوسيط، واهتم بأعماله ومنهجه العلمي ومؤلفاته، فعكف على ابراز القيمة العلمية لعمله وقال:
] إن الصنعة الخاصة عند جابر، هي أنه على الرغم من توجهه نحو التصوف والوهم، فقد عرف واكد على أهمية التجريب بشكل أوضح من كل من سبقه من الخيميائيين [ [61].
ووجد هولميارد أن أن أهمية جابر تتساوى مع أهمية بول ولافوازييه.
2 – بول كراوس Paul Kraus :
هو أول من قام بدراسة أعمال جابر سواء في الكيمياء، أو في فروع أخرى، دراسة جوهرية مسهبة، واهتم بالمظهر الفلسفي عنده،وبرأيه أن بعض مفاهيمه لها معنى اسماعيلي خالص [62]. ووضع كراوس مجلداً ضخماً أسماه (مختار رسائل جابر ).
3 – قال برتلو M. Berthelot عن جابر:
أن لجابر في الكيمياء ما لارسطوطاليس قبله في المنطق [63].
4 – وقال لوبون: G. Lebon
تتالف من كتب جابر موسوعة علمية تحتوي على خلاصة ما وصل اليه علم الكيمياء عند العرب في عصره، وقد اشتملت كتبه على بيان مركبات كيميائية كانت مجهوله قبله [64].
ومن جانب آخر، شكّ بعض العلماء بوجود جابر، وذلك لوجود عدد لايستهان به من المخطوطات اللاتينية في الكيمياء منسوبة إلى جابر، حيث قيل أن هذه المخطوطات لاتمت بصلة إلى جابر، وسبب الانتحال أن هذه الكتب الجابرية لاوجود لها في الاصل العربي، وهذا على ما نعتقد لايمنع أن تكون من مصدر عربي، فقد تكون النسخ الاصلية قد فقدت [65].
ويعد روسكا من أكثر المشككين بوجود شخصية جابر ؟ وادعى أن كتبه منتحلة، واستدل بابن خلدون الذي قال بأن جابراً هو من كبار السحرة ؟!! [66].
الخاتمة:
بعد هذا العرض البسيط والموجز جداً عن شخصية جابر بن حيان، وعن أفكاره وكتبه، ينبغي أن نجيب عن تساؤل محتمل قد يدور في ذهن راء والباحثين، وهو:
كيف تمكن جابر من تأسيس مثل هذا العلم ؟؟!
هذا التساؤل شغل أذهان الباحثين وجعلهم يقبلون بافتراض وجود مدرسة للكيمياء تمكنت من القيام بمثل هذا العمل على مدى مائة عام، من أواسط القرن الثالث إلى اواسط القرن الرابع للهجرة [67].
عانى جابر كما عانى الكيميائيون العرب في أول اشتغالهم بهذا العلم من الاضطهاد والمصاعب، وذكر أن جابر خلص من الموت مراراً، كما أنه قاسى من انتهاك الجهلاء لحرمته ومكانته، وأنه اضطر إلى الافضاء ببعض أسرار الطبيعة إلى هارون الرشيد، ويحيى البرمكي وابنيه، وأن ذلك هو السبب في غناهم وثروتهم [68].
وإذا رجعنا إلى رسائل جابر، نجده يذكر معلومات سبقت عصره بقرون، من ذلك تلك الفكرة الهائلة التي أيدتها التجارب اليوم، من ان الجوهر البسيط يشبه العالم الشمسي. بالاضافة إلى ذلك قد يكون الاكسير الذي سعى جابر إلى التوصل اليه، هو اليوم نفسه عنصر (الراديوم)، أو احد الاجسام المشعة، نظراً لنص وضعه البيروني – العالم الاسلامي الكبير في الطبيعة – كما بيّن ذلك إذاعة راديو لندن في 17 نيسان عام 1945، ونشرته مجلة المستمع العربي (سنة 6 عدد 6 )، بعنوان (الراديوم وعلماء العرب )، وجريدة الكيمياء الالمانية في هيدلبرغ – آذار 1958 .
وذكر ذلك في مؤتمر العلوم الدولي الثامن (ذكره مؤلف الكتاب) [69].
وهكذا نرى أن جابراً شخصية فذة، جمعت بين الحكمة والفلسفة والطب والمنطق والتصوف، إلى جانب علم الصنعة، وأن عالماً مثله يؤلف أكثر من 3900 كتاب في علوم جلّها عقلية وفلسفية، لهو حقاً من عجائب الدهر
الجدول الدري
الهندسة الكيميائية
الهندسة الكيميائية أو تكتب الهندسة الكيماوية وهي ذلك الفرع من العلوم الهندسية الذي يختص بتصميم و تطوير العمليات الصناعية الكيميائية أو التحويلية, وبتصميم وبناء وادارة المصانع التي تكون العملية الاساسية فيها هي التفاعلات الكيميائية و تندرج تحت هذا التخصص عمليات انتقال المادة و الحرارة و الكتلة ، كما تشمل التفاعلات و عمليات الفصل متعددة المراحل.يهتم المهندسون الكيميائيون بتطبيقات المعرفة المكتسبة من العلوم الأساسية و التجارب العملية. كما يهتمون بتصميم العمليات الصناعية و تطويرها وإدارة المصانع بهدف تحويلٍ آمنٍ و اقتصادي للمواد الكيميائية الخام إلى منتجات نافعة. الهندسة الكيميائية هي العلم الهندسي ذو القاعدة الأوسع بين علوم الهندسة كلها، و يؤدي هذا إلى أن تكون المؤسسات و الشركات في سعي دائم لتوظيف مهندسين كيميائيين في المجالات التقنية المتنوعة و في مواقع الإشراف في أنواع الصناعات المختلفة. و تصنَّف رواتب الخريجين الحديثين من المهندسين الكيميائيين مع الرواتب العليا التي يتقاضاها خريجو الجامعات الحديثون.إن المجالات الصناعية التي يشرف عليها المهندسون الكيميائيون واسعة جداً، تعد أهمها الصناعات الكيميائية و النفطية و البتروكيميائية. ،وتعتبر المملكة العربية السعودية مثلا من أكبر الدول في الإنتاج البتروكيميائي الذي يعتمد بشكل كبير على المهندسيين الكيميائيين.كما إن الصناعات الغذائية والصيدلية، و هندسات الكيمياء الحيوية و الطب الأحيائي هي مجالات تعتمد كثيراً على المهندسين الكيميائيين. و يضاف إلى ذلك التحكم بالتلوث و الحد منه، وعلم التآكل البيئي و التحكم البيئي، و علم الأتمتة و علم الآلات و تطويرها، و علم الفضاء و المواد النووية، و تقانة الحاسب و معالجة البيانات.تعنى الهندسة الكيمياوية بدراسة التصاميم الهندسية المتعلقة بالصناعات الكيمياوية المختلفة حيث ات التصميم الكيميائي يمثل هدف انتاجي وتجاري وهو عبارة عن علم تجميع المعلومات للوصول إلى التصميم الامثل من خلال اختيار العملية الصناعية وظروفها والمواد الكيميائية المستخدمة فيها والاجهزة اللازمة لاتمام العملية الصناعيةوبسبب العدد الكبير للمواد الكيميائية التي يتم التعامل معها فإن التوجه للهندسة الكيميائية هو العمليات التي تتم على هذه المواد مثل: الطحن للمواد الصلبة أو الخلط ورغم تطور عدد كبير من العمليات الا أن المكانة الأولى لا زالت لعملية التقطير ولعمليات أخرى مثل البلورة والترشيح والتذويب والاستخلاص ، وفي أي عملية يكون اهتمام المهندس الكيميائي بالعملية منطلقا من أربع مبادئ أساسية :
قانون حفظ المادة : موازنة كمية المواد الداخلة إلى الوحدة والخارجة منها والمتراكمة في الوحدة والمتحولة أثناء التفاعل
قانون حفظ الطاقة : موازنة الطاقة المستهلكة في الوحدة والناتجة عنها
قانون الاتزان الكيميائي
مبدأ التفاعلات الكيمائية
إضافة إلى مسؤولية المهندس الكيميائي في تنظيم ترتيب وتتابع الوحدات بشكل صحيح وحساب الجدوى الاقتصادية لكامل العمليات الداخلة في الانتاج .وتنقسم العمليات في التصنيع إلى تصنيع متقطع (بالخلطة) او المستمر حيث ان التصنيع المستمر يعطي كفاءة أعلى ولكن تصميم الخطوط والتحكم بها يكون هع هع على درجة أعلى من الصعوبة ولذا كان المهندسين الكيميائين من أول الذين طبقوا أنظمة التحكم الأوتومانيكية في تصميماتهم.أهم المساقات الدراسية للهندسة الكيميائية :ميكانيكا الموائع, حركية التفاعلات الكيميائية,الديناميكا الحرارية ،هندسة التفاعلات الكيمائية, انتقال المادة, انتقال الحرارة, عمليات المواد الصلبة, هندسة التحكم, هندسة التآكل, هندسة البيئة و معالجة المياه, هندسة البترول والبتروكيماويات, هندسة الكيماء الحيوية,تصميم مصانع, تصميم المعدات,صناعات متفرقة, الكيمياء العامة والعضوية والتحليلية ،الفيزياء العامة والرياضيات والمعادلات التفاضلية
الكيمياء
Chemistry
أكسدة واختزال
تمثل تفاعلات الأكسدة والاختزال نوعاً مهماً من العمليات الكيميائية التي تحدث في حياتنا اليومية، فالطعام الذي نأكله يتأكسد في أجسامنا ليمدنا بالطاقة اللازمة للحركة والعمل، والسيارة والطائرة تتحركان بالطاقة الناتجة عن أكسدة الوقود، وكذلك نحصل على التيار الكهربائي من البطاريات بعمليات الأكسدوالاختزال والحديد يصدأ نتيجة تعرضه لعملية أكسدة. كما أن استخلاص الفلزات مثل الحديد والألومنيوم يتم باختزال خاماتها.ونظراً لأهمية عمليتي الأكسدة والاختزال سنتناولهما بالدراسة في هذه الوحدةعملية الأكسدة هي عملية يتم فيها فقد الإلكترونات.عملية الاختزال هي عملية يتم فيها اكتساب الإلكترونات
الاتزان الكيميائي الديناميكي
تعريف: حالة النظام عندما تثبت تركيزات المواد المتفاعلة والمواد الناتجة، وبالتالي تكون سرعة التفاعل الأمامي مساوية لسرعة التفاعل العكسي.ولكي يصل أي نظام للاتزان الكيميائي الديناميكي يشترط فيه ما يلي:(1) وجود تفاعلين متعاكسين.(2) عند حدوث الاتزان يظل التفاعلان الطردي والعكسي جاريين وبنفس السرعة.(3) يؤدي أي تغيير في اتزان النظام, كالتغير في درجة الحرارة أو التركيز أو الضغط إلى الإخلال بالاتزان.خواص الاتزان الكيميائي:يمكننا تلخيص المبادىء والخواص المتعلقة بالاتزان الكيميائي فيما يلي:1) أن الاتزان هو حالة تكون عندها خواص المجموعة المتزنة المنظورة ثابتة مع الزمن.2) الاتزان الكيميائي ذو طبيعة ديناميكية (نشط),إذ إنه على الرغم من أن تركيز المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل لا يتغير مع مرور الزمن عند حالة الاتزان, إلا أن التفاعل لا يتوقف, بل يسير في اتجاهين متعاكسين وبسرعة واحدة.3) إن التفاعلات الكيميائية تتجه تلقائياً نحو تحقيق الاتزان.4) إن خواص المجموعة عند الاتزان ثابتة في الظروف المعينة, ولا تعتمد على المسار الذي سلكته المجموعة لتصل إلى حالة الاتزان.5) إذا اختل الاتزان بفعل مؤثر خارجي, فإن المجموعة تغير من خواصها بحيث تعاكس فعل المؤثر الخارجي, وتقلل من أثره ما أمكن, وتعود إلى حالة الاتزان.6) ثابت الاتزان هو طريقة لوصف المجموعة عند حالة الاتزان, ويعتمد على خواص المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل ودرجة الحرارة.
الأحماض الأمينية
Amino Acidsيوجد ما يقرب من ثلاثمائة حمض أميني. وقد اكتشف أول حمض أميني عام 1806 م وأطلق عليه «أسبراجين» لوجوده بفطر الأسبرجس. والأحماض الأمينية التي تدخل في تركيب البروتينات عددها عشرون حمضاً فقط، وهي أحماض ألفا أمينية حيث أن كل حمض منها يحتوى على مجموعة كربوكسيل حرة، ومجموعة أمين حرة متصلتين بذرة الكربون ألفا بالإضافة إلى مجموعة أو سلسلة جانبية (R) وذرة هيدروجين، وتختلف المجموعة الجانبية للأحماض ألفا أمينية في تركيبها الكيميائي. فهي ذرة هيدروجين في الجليسين، أو أكثر تعقيداً مثل مجموعة الجوانيدين في الأرجنين. ويستثنى من ذلك حمض البرولين لعدم احتوائه على مجموعة أمين حرة لدخولها في تكوين حلقى، لذلك يطلق عليه حمض إيمينى.وأحماض ألفا الأمينية لها تَشَكُل فراغي من نوع (L) وذلك لأن ذرة الكربون الألفا غير متماثلة، كما أن لها نشاطاً ضوئياً فيمكن لأيسومراتها الضوئية أن تعمل على إدارة مستوى الضوء المستقطب جهة اليمين (+) أو جهة اليسار (-) . وتتأين هذه الأحماض في المحاليل المائية وتتفاعل كالأحماض أو كالقواعد، كما أن الأحماض الأمينية أحادية الكربوكسيل أحادية الأمين تتأين تأيناً كاملاً مكونة أيونا ثنائى القطب متعادلاً كهربائياً يعرف باسم زفيتر أيون.ويمكن تقسيم هذه الأحماض الأمينية التي تدخل في تركيب البروتينات تبعاً لخواص المجموعات الجانبية حيث تصفى كل مجموعة خاصيتها على الجزىء كله. أما بالنسبة لخاصية تأين المجموعة الجانبية فيمكن تقسيم الأحماض الأمينية إلى: أحماض أمينية متعادلة، أو حمضية، أو قاعدية. وبالنسبة لخاصية قطبية المجموعة الجانبية يمكن تقسيم هذه الأحماض إلى: أحماض أمينية غير قطبية، وقطبية متعادلة الشحنة، وقطبية سالبة الشحنة، وقطبية موجبة الشحنة. وهناك تقسيم ثالث يعتمد على القيمة الغذائية للحمض الأمينى، وعليه فتوجد أحماض أمينية أساسية؛ وهي التي لا يستطيع الجسم تكوينها بالمعدل اللازم للنمو الطبيعي للأطفال أو المحافظة على صحة وحيوية الكبار، لذلك يجب أن يحصل عليها الجسم عن طريق الغذاء، وهي متوفرة في البروتينات الحيوانية والأسماك والبيض. وهناك أحماض أمينية غير أساسية، وهي التي يمكن أن يكونها الجسم داخلياً ولا يسبب نقصها خطورة على صحته. أما التقسيم الرابع فيعتمد على أساس أيضى حيث توجد: أحماض أمينية جلوكوجينية، أي يمكن أن تتحول داخل الجسم إلى سكر الجلوكوز، وأحماض أمينية كيتوجينية، أي يمكن تحولها داخلياً إلى أجسام كيتونية، كما أن هناك أحماضاً أمينية تجمع بين الخاصيتين.وتتحول أحماض ألفا الأمينية داخل جسم الإنسان إلى عدد من المركبات المهمة، فمثلاً الحمض الأمينى تيروزين يكّون أصباغ الميلانين التي تلوّن الجلد والشعر والعيون، كما يتحول حمض الهستدين إلى مركب الهستامين. وتتحد أحماض ألفا الأمينية مع بعضها البعض بروابط ببتيدية مكونة سلاسل ببتيدية مختلفة من حيث عدد ونوع وترتيب الأحماض الأمينية الداخلة في تكوينها. وتتشكل هذه السلاسل الببتيدية فراغياً لتكون العديد منالبروتينات ذات الأهمية الحيوية مثل الإنزيمات والأجسام المضادة والهرمونات الببتيدية مثل هرمون الإنسولين، والجلوكاجون وبعض الموصلات العصبية. وتتفاعل أحماض ألفا الأمينية أيضاً مع عديد من المركبات الأخرى عن طريق مجموعة الكربوكسيل أو مجموعة الأمين، وكذلك المجموعة الجانبية. وتساهم بعض هذه التفاعلات المختلفة في التقدير الكيفى والكمى للأحماض الأمينية مما يؤدي إلى معرفة تتابع هذه الأحماض في السلسلة الببتيدية واستنباط التركيب الأولى لبعض البروتينات. وهناك عديد من الأمراض الوراثية التي تصاحبها زيادة كبيرة في تركيز الأحماض الأمينية بالدم أو البول. ويرجع ذلك إلى نقص بعض الإنزيمات التي تساعد في أيض وتحول هذه الأحماض الأمينية داخل جسم الإنسان.
الأحماض النووية
Nucleic acidsأحماض موجودة بداخل نواة الخلية، والحمض النووى هو حامل الشفرة الوراثية. ويتكون الحمض النووى من وحدات تسمى النيوكليوتيدات تتكون كل منها من أربعة مركبات هي سكر خماسي، وحمض الفوسفوريك، وواحدة من أربع وحدات من قواعد خماسية الكربون، منها اثنتان من البيورينات، واثنتان من البيرميدينات. والأحماض النووية نوعان حمض الديؤكسى ريبوز النووى ويرمز له بالأحرف DNA أو الدنا: وحمض الريبوز النووى ويرمز له بالأحرف RNA أو الرنا.
الأحماض والقواعد
الأحماض هي المواد التي تتفكك في المحلول المائي لتعطي بروتونات.القواعد هي المواد التي تتفكك في المحاليل المائية لتعطي أيونات الهيدروكسيد، أو التي تتفاعل مع البروتونات المائية.المواد المترددة: هي المواد التي تحمل خواص الحمض والقاعدة معاً.الملح هو المادة الناتجة من تفاعل حمض مع قاعدة.نظريات الأحماض والقواعد:لافوازيه (1777 م): اقترح أن الأحماض تحتوي أكسجين.ديفي (1816 م): اكتشف أن حمض الهيدروكلوريك (HCl) لا يحتوي على الأكسجين، فهذا يعني قصور نظرية لافوازيه. واقترح ديفي أن الأحماض تحتوي على هيدروجين.ليبج (1838م): عرف الحمض بأنه المركب الكيميائي الذي يحتوي على الهيدروجين الذي يمكن أن يحل محله عنصر فلزي.وهناك ثلاث نظريات حديثة لتعريف الحمض والقاعدة، هي نظرية أرينيوس ونظرية برونشتد-لوري ونظرية لويس.ويمكن المقارنة بين النظريات الثلاث لتعريف الأحماض والقواعد في الجدول التالي:النظرية و تعريف الحمض ومع تعريف القاعدةأرهينوس مادة تذوب في الماء وتعطي أيون الهيدروجين (بروتون)مادة تذوب في الماء وتتفكك معطية أيون هيدروكسيدبرونشتد-لوريمادة تمنح بروتون أو أكثرمادة تستقبل بروتون أو أكثرلويس مادة تستقبل زوج أو أكثر من الإلكترونات مادة تمنح زوج أو أكثر من الإلكتروناتوتنقسم الأحماض حسب طبيعتها إلى قسمين:أ ـ الأحماض العضوية: يتكون جزيء هذه الأحماض من عناصر الهيدروجين والكربون والأكسجين، ويمكن تقسيم هذه الأحماض حسب عدد مجموعات الكربوكسيل في الصيغة الكيميائية إلى الأقسام التالية: أحادية الكربوكسيل وثنائية الكربوكسيل وثلاثية الكربوكسيل وعديدة الكربوكسيل.ب ـ الأحماض المعدنية (غير العضوية).تقسم هذه الأحماض بدورها حسب عدد أيونات الهيدروجين التي تعطيها الصيغة الكيميائية للحمض في أي مذيب مناسب كالماء إلى: أحادية البروتون وثنائية البروتون وعديدة البروتون.- تحضير الأحماض:في الصناعة:أ ـ تحضر الأحماض ثنائية العنصر غالباً بالاتحاد المباشر بين الهيدروجين والعنصر اللافلزي ثم إذابة المركب الناتج (غاز) في الماء.ب ـ تحضر الأحماض ثلاثية العنصر (الأكسجينية) بالاتحاد المباشر بين الأكسجين والعنصر اللافلزي للحصول على أنهيدريد الحمض ثم إذابته في الماء.في المختبر:يمكن تحضير الحمض الأقل ثباتاً بتفاعل ملحه مع حمض أكثر ثباتاً.طرق أخرى:أ _ التحليل المائي لهاليدات اللافلزات وبعض الفلزات.ب _ أكسدة العناصر اللافلزية في محلول مائي خال من القلويات.- تحضير الأملاح:توجد عدة طرق لتحضير الأملاح منها:(1) الاتحاد المباشر بين العناصر المكونة للملح.(2) بالنسبة للأملاح التي تذوب في الماء فإنها تحضر بتفاعل الحمض المخفف مع الفلز أو أكسيده أو كربوناته. وكذلك مع هيدروكسيد الفلز أو كربوناته.(3) بالنسبة للأملاح التي لا تذوب في الماء فتحضر بالتبادل المزدوج وبالترسيب وعادة تستخدم نيترات الفلز المراد تحضير ملحه مع ملح الصوديوم الذي يحتوي على الشق الحمضي للملح المطلوب فيترسب الملح الذي لا يذوب في الماء ويفصل بالترشيح.وتقسم القواعد إلى عدة مجموعات كالتالي:أ ـ أكاسيد وهيدروكسيدات العناصر الفلزية للمجموعتين (IIA-IA) من الجدول الدوري وهي قابلة للذوبان في الماء:ب ـ أكاسيد وهيدروكسيدات العناصر الفلزية التي لا تذوب في الماء.جـ ـ المركبات الهيدروجينية لبعض عناصر (VA) من الجدول الدوري.د ـ الأمينات العضوية والقواعد النيتروجينية.* ويمكن تقسيم القواعد بالنسبة لعدد مولات أنيونات الهيدروكسيد التي تعطيها الصيغة الكيميائية للقاعدة عند ذوبانها في الماء إلى أحادية الحمضية وثنائية الحمضية وثلاثية الحمضية وعديدة الحمضية.- الخواص العامة للأحماض والقواعد:أ- معظم الأحماض تذوب في الماء وتكوَّن محاليل مخففة، ولها طعم حامض.ب- بعض الأحماض خصوصاً المركزة مثل حمض الكبريتيك تأثيرها متلف وحارق لجلد الإنسان والملابس.جـ تؤثر محاليل الأحماض والقواعد على بعض الصبغات فتغير من ألوانها، فمثلاً تؤثر الأحماض في صبغة تباع الشمس فتغير لونه إلى اللون الأحمر وكذلك تؤثر القواعد في صبغة تباع الشمس فتغير لونه إلى الأزرق.د ـ تتفاعل الأحماض المخففة مع الفلزات التي تسبق الهيدروجين في السلسلة الكهروكيميائية وينتج ملح الحمض ويتصاعد غاز الهيدروجين.هـ تتفاعل الأحماض مع القواعد وينتج ملح الحمض والماء غالباً.و- تتفاعل الأحماض مع أملاح الكربونات والكربونات الهيدروجينية وينتج ملح الحمض وماء وغاز ثاني أكسيد الكربون ز- تتفاعل محاليل القواعد القلوية مع أملاح الأمونيوم وينتج ملح وماء وغاز الأمونيا ذو الرائحة المميزة، وهذا يستخدم للكشف عن أملاح الأمونيوم.حـ - تتفاعل بعض القواعد مع الأملاح وينتج هيدروكسيد الفلز وملح.ط - تتميز هيدروكسيدات بعض الفلزات بصفة التردد حيث يمكنها التفاعل مع الأحماض كقواعد ومع القواعد كأحماض منتجة ملحاً وماء. مثل هيدروكسيد الخارصين وهيدروكسيد الألومنيوم.والجدول التالي يبين الأحماض القوية والقواعد القوية الشائعة:الأحماض القويةالاسم و الصيغةحمض الهيدروكلوريكHClحمض الهيدروبروميكHBrحمض الهيدرويوديكHIحمض البيركلوريكHClO4حمض النيتريكHNO3حمض الكبريتيكH2SO4القواعد القويةالاسم و الصيغةهيدروكسيد الصوديومNaOHهيدروكسيد البوتاسيومKOHهيدروكسيد الكالسيومCa(OH)2هيدروكسيد الباريومBa(OH)2هيدروكسيد الإسترانشيومSr(OH)2
الألكانات:هي مركبات هيدروكربونية أليفاتية مشبعة، وتُعد هذه المركبات أقل المركبات الهيدروكربونية نشاطاً في الظروف العادية، ولذلك سميت قديماً البارافينات (أي قليلة الميل للتفاعل).الجدول التالي يُوضح الصيغ الجزيئية والتركيبية وأسماء الألكانات العشرة الأولى ودرجات غليانها:والاشكال التالية تبين نماذج للمركبات الأولى للالكانات.
تسمية الألكانات:تسمى المركبات العضوية حسب نظامين، التسمية الشائعة والتي قد تختلف من مكان إلى آخر، وتسمية دولية محددة تبعاً لنظام الإيوباك والتي تعتمد على اسم الألكان.والألكانات قد تكون غير متفرعة كما مر معنا أو متفرعة أي تحتوي على مجموعات جانبية كما في الصيغتين التاليتين:قواعد تسمية الألكانات حسب الأيوباك 1 ـ نحدد أطول سلسلة متصلة من ذرات الكربون.2 ـ نرقم ذرات الكربون في هذه السلسلة من أحد طرفيها إلي الطرف الآخر بحيث تأخذ ذرة الكربون المتصلة بالمجموعة الجانبية أصغر رقم.3 ـ نحدد المجموعة أو المجموعات من حيث موقع إتصالها بالسلسلة.4 ـ نكتب الرقم الدال على موقع اتصال المجموعة الجانبية بالسلسلة ثم اسم المجموعة، ويتم الفصل بين الرقم والاسم بخط قصير.5 ـ في حالة وجود أكثر من مجموعة جانبية مثل ميثيل (- CH3) وإيثيل (- C2H5) فإن أولوية كتابة المجموعة برقمها تتم طبقاً للترتيب الأبجدي أي إيثيل قبل ميثيل.6 ـ عند اتصال مجموعتين متماثلتين مثل مجموعتي ميثيل (- CH3) بنفس ذرة الكربون في السلسلة، فنستخدم كلمة ثنائي ونضع قبلها نفس رقم ذرة الكربون مرتين.
الألكينات
الألكينات مركبات هيدروكربونية تحتوي على رابطة تساهمية ثنائية بين ذرتي كربون ويشتق اسم الألكين من الألكان المقابل باستبدال المقطع (ين) بالمقطع (ان)، وصيغتها العامة CnH2n+2
خواص الألكينات
المركبات الأولى من الألكينات والتي تحتوي بين (2-4) ذرات كربون تكون على شكل غازات، بينما المركبات التي تحتوي بين (5-15) ذرة كربون تكون في حالة سائلة، والمركبات التي تحوي 61 ذرة كربون فأكثر هي مواد صلبة.ونظراً لاحتواء الألكينات على رابطة ثنائية فإنها مواد نشطة جداً، وذلك لميلها الشديد لإشباع ذرات الكربون المرتبطة بروابط ثنائية وتحويلها إلى روابط مفردة، ولهذا فالألكينات هيدروكربونات غير مشبعة، لها القدرة على إضافة ذرات أو جزيئات أخرى وتسمى تفاعلاتها تفاعلات إضافة.
الاسمIUPAC
الصيغة الكيميائية
درجة الغليان °س
درجة الانصهار °س
الإيثين ---Ethene
CH2= CH2
-104
-169
بروبين--- Propene
CH2= CH-CH3
-45
-185
بيوتين---Butene
CH2= CH-CH2-CH3
6.3
-185
2-ميثيل بروبين2-Methyl Propene
CH2= C = CH3
-7
-140
بنتين---Pentene
CH2= CH-(CH2)2-CH3
30
-138
هكسين---Hexene
CH2= CH-(CH2)3-CH3
64
-140
هبتين---Heptene
CH2= CH-(CH2)4-CH3
93
-119
أوكتين---Octene
CH2= CH-(CH2)5-CH3
121
-102
نونين---Nonene
CH2= CH-(CH2)6-CH3
146
-81
ديكين---Decene
CH2= CH-(CH2)7-CH3
171
-66
الأليافFibres
اصطلاح يطلق على أنواع مختلفة من المواد الليفية. بعضها ألياف طبيعية natural fibres وألياف من صنع من صنع الإنسان man made fibres.والألياف الطبيعية إما من أصل نباتي كالقطن والجوث والكتان وإما من أصل حيواني كالصوف ووبر الجمل والحرير الطبيعي.وتنقسم الألياف من صنع الإنسان إلى قسمين: الأول الألياف السليلوزية cellulosic fibres وهذه تصنع من لب الخشب wood pulp ومن أمثلتها الرايون viscose rayon وألياف خلات السليلوز cellulose acetate fibres ويطلق على هذين النوعين اسم الحرير الصناعي artificial silk.والقسم الثاني من ألياف صنع الإنسان هي الألياف التي تصنع من البوليمرات المصنعة Synthetic polymers وتعرف هذه بالألياف العضوية المخلّقة Synthetic organic ومن أمثلتها لياف البولى أميد polyamide fibres وهي الألياف المعروفة باسم النايلون Nylon والألياف الأكريليه Acrylic fibres ومن أسمائها التجارية الأورلون Orlon والدرالون Dralon والأكريلان Acrilan وألياف البولى استر Ployester fibres ومن أسمائها التجارية التريلين Terrylene والداكرون Dacron والتريفيرا Trevira.وقد عُرفت الألياف الطبيعة منذ آلاف السنين إذ كانت تغزل إلى خيوط yarn ثم تنسج إلى أقمشة أو تصنّع منها حبال ropes.أما الألياف من صنع الإنسان فهي نسبيا صناعة حديثة بدأت عام 1905 بإنتاج الألياف السليلوزية وفي عام 1939 بدأ إنتاج أول أنواع الألياف العضوية المصنعة وهو النايلون ثم تبع ذلك إنتاج الألياف الأكريليه عام 1948 أما ألياف البولى استر فلم يبدأ إنتاجها إلا في عام 1953.وقد بلغ الإنتاج العالمي من الألياف من صنع الإنسان عام 1992 حوالي 18,3 مليون طن مترى (منها 2,3 طن ألياف سليلوزية و16 مليون طن ألياف مخلقة) في حين أن إنتاج الألياف الطبيعية فيالعالم سنة 1992 م قَدِّر بحوالي 20,5 مليون طن (منها 18,7 مليون طن قطن و1,74 مليون طن صوف و60 ألف طن حرير طبيعي) أي أن ما يقرب من نصف استهلاك مصانع الغزل والنسيج في العالم هو من الألياف التي من صنع الإنسان.ويرجع الإقبال على الألياف من صنع الإنسان إلى الانخفاض المستمر في أسعارها وإلى خواصها الطبيعية والكيميائية التي تضاهى أو تتفوق على ما ينافسها من الألياف الطبيعية. هذا إلى جانب أن إنتاج الألياف الطبيعية محدود بالمساحات المخصصة لزراعة القطن أو المراعي.الألياف غير العضوية الصناعية Synthetic Inorganic Fibres: اكتسبت الألياف التي تُصنع من مواد غير عضوية أهمية خاصة نظراً لاستخداماتها المتعددة في الصناعة خاصة في الصناعات الهندسية وفي أعمال البناء ومن أمثلتها:(أ) ألياف الزجاج Glass Fibres or Glass Wool.حيث يستعمل الصوف الزجاجي في أغراض العزل الحراري وفي تقوية reinforcement بعض المواد كالبلاستيك والجبس والمطاط والأسمنت.(ب) ألياف سليكات الألومنيوم Aluminium Silicate Fibres. وتستعمل أساساً في أغراض العزل الحراري خصوصاً عند درجات الحرارة المرتفعة 400 ـ 1200°م) التي لا يمكن استخدام الصوف الزجاجي عندها.(ج) ألياف الكربون * Carbon Fibres وتستعمل في تقوية البلاستيك وينتج عن هذه التقوية مواد تعرف باسم المواد المركبّة composites وهي تفوق الفلزات كالألومنيوم والصلب في قوتها وصلابتها وخفة وزنها ومقاومتها للتآكل ولذا تستخدم في صناعة مركبات الفضاء والطائرات وبعض أجزاء المحركات النفاثة.
الأوزون
غاز سام يتكون جُزَيؤُه من ثلاث ذرات من الأكسجين 3° ويوجد الأوزون في طبقتين من طبقات الغلاف الجوي: طبقة التروبوسفير التي تمتد من سطح الأرض حتى ارتفاع 12 كيلومتراً، وطبقة الاستراتوسفير التي تعلوها وتمتد حتى ارتفاع 50 كيلومتراً.ويتكون الأوزون في التروبوسفير ـ أي عند سطح الأرض ـ نتيجة التفاعل الكيميائي الضوئي بين الملوثات المنبعثة من وسائل النقل بخاصة بين أكاسيد النيتروجين والهيدروكربوبات، عند تكوين ما يعرف بالضباب الدخاني. وهذا النوع من الأوزون يشكل خطراً على البيئة وصحة الإنسان. أما في طبقة الجو العليا (الاستراتوسفير) فيتكون الأوزون من التفاعلات الطبيعية بين جزيئات الأكسجين وذراته، التي تنتج من انشطار جزيئات الأكسجين بامتصاص الإشعاع فوق البنفسجي ذو الطول الموجى الأقل من 242 نانومتر. وفي الوقت نفسه تتفكك جزيئات الأوزون إلى جزيئات وذرات من الأكسجين بامتصاص الإشعاع فوق البنفسجي ذي الأطوال الموجية فيما بين 280 ـ 320 نانومتر (الإشعاع فوق البنفسجي ب) . وتوجد حالة من الأتزان بين هذه التفاعلات، أي بين تكوين أوزون الاستراتوسفير من جزيئات الأكسجين وتفكك جزيئاته بالأشعة فوق البنفسجية. وتوجد أغلب كميات الأوزون في طبقة معينة من ارتفاع بين 25 و40 كيلومتراً (طبقة الأوزون) ولا يتعدى تركيزه أكثر من 10 أجزاء في المليون حجماً. وتعد طبقة الأوزون ضرورية لحماية الحياة على الأرض، فهي تعمل مرشحاً طبيعياً يمتص الأشعة فوق البنفسجية ب التي تقضى على الكثير من أشكال الحياة، وتلحق أضراراً بالغة بصحة الإنسان.
الإيثاين (الأسيتيلين)
1111
نشاهد في ورش اللحام إسطوانات مدون عليها "غاز أسيتيلين"، إن هذا الغاز يحترق بلهب درجة حرارته 3000°س عند خلطه بغاز الأكسجين، حيث يستفاد من هذه الحرارة العالية في صهر ولحام المعادن.
تحضير الإيثاين في المختبر ودراسة بعض خواصه
يُحضر غاز الإيثاين من تفاعل الماء مع كربيد الكالسيوم كما في المعادلة التالية:
الخواص الفيزيائية للإيثاين
1 - الغاز عديم اللون ذو رائحة تشبه الإيثير.2 - أقل كثافة من الهواء الجوي.3 - غاز سام.4 - شحيح الذوبان في الماء ولكنه يذوب في المذيبات العضوية مثل الأسيتون.
أهمية الإيثاين في الحياة
يستخدم الإيثاين في أغراض كثيرة منها:1 - الحصول على اللهب الأكسي أسيتيليني الذي يستخدم في لحام المعادن وذلك عند احتراق الأستيلين بعد خلطه بالأكسجين.2 - تحضير مركبات هامة مثل البنزين والأسيتون، ومركبات الفينيل التي تستخدم في صناعة المطاط.3 - يستخدم في إنضاج الفاكهة.
التفاعلات الكيميائية للإيثاين
1 - تفاعل الإضافة: دقق في الصيغتين التركيبيتين لكل من الإيثان (الألكان) والإيثاين: (بافتراض أن الإيثان قليل النشاط مثل الميثان وكلاهما من الألكانات) تلاحظ من الصيغتين وجود رابطة تساهمية ثلاثية في الإيثاين، وتميل هذه الرابطة إلى التشبع والتحول إلى رابطة ثنائية ثم رابطة أحادية، ويتم تشبع الرابطة بنوع من التفاعلات تسمى تفاعلات الإضافة وتحدث عملية الإضافة بعدة طرق.
2 - الاشتعال:الإيثاين يشتعل في الهواء بلهب مضيء مدخن، حيث يتفاعل مع اكسجين الهواء الجوي كما في المعادلة التالية:
أما إذا احترق الإيثاين في وفرة من الأكسجين (أكسجين نقي)، فإنه يحدث احترا قاً تاماً ويعطي لهباً تصل درجة حرارته إلى 3000°س يسمى لهب الأكسي أسيتيلين، كما في المعادلة التالية:
3 ـ بلمرة الإيثاين:أدرس المعادلة التالية:
بإمرار غاز الإيثاين في أنابيب حديدية مسخنة لدرجة الإحمرار وخالية من الأكسجين، حيث تتبلمر كل ثلاثة جزيئات من الإيثاين لتكوين جزيء من البنزين كما توضحه المعادلة التالية:
وبذلك يمكن تحويل أحد مركبات الهيدروكربونات الأليفاتية وهو الإيثاين إلى مركب هيدروكربوني أروماتي وهو البنزين.
- الأكسدة : Oxidation:
يتأكسد مركب الايثاين بمحلول برمنجنات البوتاسيوم القاعدية ليعطي أحماض كربوكسيلية، ويتم كسر الرابطة الثلاثية بواسطة التأكسد.
الأيوناتIons
الأيونات إما موجبة نتيجة لفقد العنصر لإلكترون واحد أو أكثر، وإما سالبة نتيجة لاكتساب العنصر إلكترونا واحداً أو أكثر. وجهد التأيّن هو مقياس قدرة العنصر على فقد الإلكترونات، بينما الألفة الإلكترونية electron affinity هي مقياس قدرة العنصر على اكتساب الإلكترونات. ويسمى الأيون الموجب كاتيونا والسالب أنيونا. وتتميز الأملاح بأنها تتكون من شقين، أحدهما قاعدى (كاتيون) والآخر حمضى (أنيون) . وهناك قواعد معمول بها لتسمية الكاتيونات أو الأنيونات؛ فإذا كان الكاتيون يتكون من عنصر واحد فإنه يأخذ اسم العنصر مباشرة وتحدد شحنته بإضافة رقم روماني ـ، ـ، ـ، ـ بين قوسين بعد الاسم، مثل Cu(II) Au(III). أما في حالة الكاتيونات متعددة العناصر فإن اسمها يعتمد على منشأها مثل كاتيون الأمونيوم NH4، وكاتيون الفوسفونيوم PH4. ومن أمثلة الأنيونات أحادية العنصر أنيون الهيدريد H، وأنيون الفلوريد F، وأنيون الفوسفيد P، وأنيون الأزيد N. ومنش أمثلة الأنيونات متعددة العناصر أنيون الهيدروكسيد OH، وأنيون النترات NO، وأنيون الكبريتات SO4 وأنيون الفوسفات PO4.وكاتيون العنصر أقل حجماً من العنصر في صورته الذرية. فحجم كاتيون الصوديوم Na أقل من حجم ذرة الصوديوم Na، بينما أنيون العنصر أكبر حجماً من العنصر في صورته الذرية فحجم أنيون الكلور Ci أكبر من حجم ذرة الكلور Ci. وعند إذابة ملح مثل كلوريد الصوديوم في الماء فإنه يوجد في المحلول على هيئة كاتيون الصوديوم الموجب Na، وأنيون الكلوريد السالب Ci ويكون كل منها محاطاً ببعض جزيئات الماء. وإذا مر تيار كهربائي في هذا المحلول فإن الأيونات (كاتيونات وأنيونات) هي التي تحمل التيار داخل المحلول، فتتجه الكاتيونات نحو الكاثود، وتتجه الأنيونات نحو الأنود.
التحليل الطيفي الامتصاصيّSpectrophotometric Analysis
يعتمد التحليل الطيفى على ظاهرة امتصاص الطاقة الضوئية المرئية أو فوق البنفسجية أو تحت الحمراء بالمادة المراد تحليلها، وذلك طبقاً لقواعد ثابتة ومعروفة، تحدد على أساسها طول الموجة الممتصة ومدى شدة هذا الامتصاص. وينتج الامتصاص الطيفي في منطقتي الضوء المرئي وفوق البنفسجي بسبب إثارة إلكترونية في الجزيئات ويقع ذلك في مدى طول موجى بين 200 إلى 800 نانوميتر (10 -9 متر) .ويعتمد التحليل الكمى الطيفي على العلاقة الرياضية بين الامتصاص الطيفي وتركيز المادة الماصة للضوء وذلك طبقاً لقانون «لامبرت بير» abc = A حيث A الامتصاص، a معامل الامتصاصية، b طول المسار الضوئي، c التركيز. والامتصاص الطيفي في المنطقة المرئية وفوق البنفسجية له استخدامات كثيرة منها حساب ثابت التأين k لدلائل الأحماض والقواعد بواسطة تغير الامتصاص مع تغير الرقم الهيدروجيني. وهناك تطبيق آخر هو تعيين أو ترجيح أحد الاحتمالات المتعددة لتركيب المتراكبات.
التفاعلات الانعاكسية وغير الانعكاسية
التفاعلات غير الإنعكاسية:تحدث في اتجاه واحد، حيث لا تتفاعل المواد الناتجة مع بعضها البعض لتعطي المواد المتفاعلة. وغالباً ما يتصاعد غاز ويترك حيز التفاعل أو يتكون راسب لا يتفاعل مع النواتج الأخرى.التفاعلات الإنعكاسية:تحدث في اتجاهين، المواد الناتجة من التفاعل تتفاعل مع بعضها البعض لتكون المواد المتفاعلة، أي يوجد تفاعلان:أحدهما أمامي في اتجاه تكون المواد الناتجة والآخر عكسي في اتجاه تكون المواد المتفاعلة.يعبر عن التفاعل بمعادلة واحدة تحوي سهمين.وتقسم التفاعلات الإنعكاسية إلى:(أ) تفاعلات إنعكاسية متجانسة Homogeneous Reversible Reactions وفيها توجد المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل في حالة واحدة من حالات المادة.(ب) تفاعلات إنعكاسية غير متجانسة Heterogeneous Reversible Reactions وفيها توجد المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل في أكثر من حالة واحدة من حالات المادة وتتم في حيز مغلق.
التفاعلات الطاردة والتفاعلات الماصة للحرارة
العناصر عديدة التكافؤ
نميز تكافؤ العنصر في العناصر التي لها أكثر من تكافؤ في مركباتها المختلفة بطريقتين:1- رقم روماني (IV,V,VI,III,II,I).2- إضافة المقطع "وز ous" للتكافؤ الأقل, المقطع "يك ic" للتكافؤ الأعلى في نهاية الإسم.فمثلاً عند اتحاد الحديد مع الكلور ينتج إما مركب FeCl2 ويسمى كلوريد الحديد (II) أو كلوريد الحديدوز , أو ينتج مركب FeCl3 ويسمى كلوريد الحديد (III) أو كلوريد الحديديك.
مقدار التكافؤ لبعض العناصر
الرابطة الأيونية:
Ionic Bond
بين من: بين العناصر التي يوجد فرق كبير نسبياً في السالبية الكهربية بين ذراتها (فلزات ولا فلزات).
الرابطة التساهمية
Covalent Bond
هي رابطة ناتجة عن اشتراك الذرتين المرتبطتين بزوج أو أكثر من الإلكترونات بحيث تساهم كل ذرة بنصف عدد الإلكترونات.الحالات التي تكون فيها الرابطة تساهمية:1 ـ عند اتحاد ذرات من نفس النوع (لا يوجد فرق في السالبية الكهربائية بينها). مثال: Cl2 ، H2 ، O2. 2 ـ عند اتحاد ذرات مختلفة ويكون الفرق في السالبية الكهربائية بينها صغيراً.مثال: BrCl ، CH4.والرابطة التي تتكون من زوج من الإلكترونات تسمى رابطة تساهمية أحادية وتمثل بخط يصل بين الذرتين (H-H) ، (Cl-Cl).والرابطة التي تتكون من زوجين من الإلكترونات تسمى رابطة تساهمية ثنائية كما في جزيء الأكسجين:
والرابطة التي تتكون من ثلاثة أزواج من الإلكترونات تسمى رابطة تساهمية ثلاثية كما في جزيء النيتروجين:
قطبية الرابطة التساهمية
التفسير: عند وجود فرق كبير في السالبية الكهربائية (0.8 - 1.8)
يبقى زوج الإلكترونات المشارك والذي يكون الرابطة أقرب نسبياً إلى الذرة ذات السالبية الكهربائية الأكبر (Cl) فتتولد عليها شحنة سالبة صغيرة -? بينما تتولد على الذرة ذات السالبة الكهربائية الأقل (H) شحنة موجبة صغيرة في هذه الحالة تسمى الرابطة رابطة تساهمية قطبية كما يوصف الجزيء بإنه ثنائي القطب حيث يكون له قطب موجب وقطب سالب.
ونظراً لاختلاف السالبية الكهربائية تظهر شحنتان سالبتان صغيرتان على ذرة الأكسجين الأكثر سالبية كهربائية بينما تظهر شحنة صغيرة موجبة على كل من ذرتي الهيدروجين أي أن لجزيء الماء خاصية قطبية.
الرابطة التناسقية (التساندية)The Co-ordinate Bond
هي إحدى أنواع الروابط التساهمية وتحدث بين ذرتين حيث تقوم فيها إحدى الذرتين المرتبطتين بمنح زوج من الإلكترونات الحرة غير المشاركة في تكوين الرابطة إلى الذرة الأخرى أو الأيون (أو الجزيء) وتسمى الذرة التي تعطي الإلكترونات بالذرة المانحة (donor) والذرة الأخرى بالذرة المستقبلة(acceptor).* كيفية تكوّن الرابطة التساهمية التناسقية:(1) تتكون الرابطة بين ذرتين إحداهما لديها زوج أو أكثر من الأزواج الحرة والأخرى لديها نقص في الإلكترونات.(2) الذرة التي تمنح الزوج الإلكتروني تسمى الذرة المانحة ولذلك تحمل شحنة موجبة.(3) الذرة التي تستقبل الزوج الإلكتروني تسمى الذرة المستقبلة ولذلك تحمل شحنة سالبة.(4) يرمز للرابطة التناسقية بسهم يتجه من الذرة المانحة إلى الذرة المستقبلة.
الرابطة الفلزية
Metalic Bond
تفقد ذرات الفلزات مثل الصوديوم والبوتاسيوم إلكترونات مستواها الخارجي لتصبح أيونات موجبة، حيث أن سالبيتها الكهربائية منخفضة. وتتماسك ذرات الفلز مع بعضها البعض في شكل بلوري صلب كما في الشكل :
ويحتوي هذا الشكل البلوري على الأيونات الموجبة والإلكترونات الحرة والتي تتحرك حركة عشوائية خلال الشبكة البلورية، وتوصف هذه الإلكترونات بسحابة سالبة متحركة في الفراغات الموجودة بين الأيونات الموجبة.
وتزداد قوة الرابطة الفلزية كلما ازداد عدد الإلكترونات الحرة في الفلز أي كلما ازداد عدد الإلكترونات الخارجية المتحركة. كذلك يعتمد على هذه الرابطة الكثير من الخواص الفلزية التي تتفاوت من فلز لآخر تبعاً لاختلاف قوة الرابطة الفلزية.
الرموز
نظراً لتعدد العناصر ولتسهيل دراسة علم الكيمياء أُتبعت طريقة كتابة الرموز:1- كتابة الحرف الأول من اسم العنصر بالحرف الكبير.مثل: الهيدروجين H وليس h الكربون C وليس
c 2- كتابة الحرف الأول والثاني في حالة تشابه عنصران في الحرف الأول.
3- كتابة الحرف الأول والثالث في حالة تشابه عنصران في الحرف الأول والثاني.
4- أحياناً يكون الرمز مشتقاً من الكلمة اللاتينية للعنصر.
الزجاج
محلول جامد وغير متبلر من سليكات مزدوج للصوديوم والكلسيوم Na2 OCaO 6SiO2أقدم قطعة من الزجاج تم اكتشافها بالعراق يرجع تاريخها إلى 2700 سنة قبل الميلاد. ويحضر الزجاج بصهر مخلوط المواد الأولية عند درجة حرارة 1600° م سلزيوس في وجود كميات قليلة من الفلسبار ويتم تشكيله بالنفخ أو الصب أو السحب أو الكبس وتضاف أملاح المعادن الثقيلة للتلوين. وتختلف خواصه باختلاف نسب العناصر التي تدخل في تركيبه وظروف التحضير وأفران الصهر، ففي وجود نسبة مرتفعة من السليكا (99,8%) ينتج نوع شفاف غاية في النقاء يسمح بمرور الأشعة فوق البنفسجية ويستخدم في صناعة الأجهزة الضوئية البصرية والتلسكوبات، وفي صناعة مصابيح الزئبق.وفي مجال انتاج زجاج البصريات يميز بين نوعين هما (1) الكرون وبه 32 ـ 72% من ثاني أكسيد السليكون وأكاسيد البورون والعناصر القلوية، ويستعمل في صنع العدسات والخلايا الضوئية. (2) الفلينت ويحتوى على 26 ـ 65% من أكسيد الرصاص، ويستخدم في إنتاج المصابيح الكهربية والرادار، وشاشات التليفزيون والدروع الواقية من الإشعاع. ويدخل أكسيد الأنتيمون في تركيب زجاج النظارات.ويحتوي الزجاج البلورى «الكريستال» على 80% أكسيد رصاص وبإضافة عناصر الألومنيوم أو الباريوم أو الأنتيمون تنتج أنواع من الزجاج تتحمل درجات الحرارة العالية. أما زجاج المرايا البصرية الضخمة المستخدمة في صناعة التلسكوبات الفضائية العملاقة فهو ينتج باضافة أكسيد التيتانيوم. ويتم إنتاج النوع السيراميكى بإضافة بلورات من أكسيد الزركزنيوم ـ أو أكسيد الكروم أو أكسيد التيتانيوم أو خامس أكسيد الفسفور إلى خام الزجاج المنصهر، ثم تجرى المعالجة الحرارية أو الإشعاعية، وهو يستخدم في صناعة الأجهزة الالكترونية وبدائل للأنسجة البشرية التالفة. وبإضافة عناصر الفلور والزنك والألومنيوم يتم إنتاج زجاج أبيض غير شفاف، هو حجر الأوبال، وهو يستخدم في صناعة المصابيح الضوئية.ويتم الآن انتاج ألياف من الزجاج يدخل في تركيبها أكسيد الاسترونشيوم وتستخدم على نطاق واسع في العزل الحراري في الثلاجات وأجهزة التكييف.ويتكون الزجاج الرقائقي من ألياف زجاجية خفيفة الوزن تضمها مادة رابطة، وهو يدانى الفولاذ في متانته ويستعمل في صناعة الطائرات وسفن الفضاء.وينتج الزجاج الرغوى بإضافة الفحم المنصهر عند درجات الحرارة المرتفعة حيث تتولد الغازات والفراغات الهوائية التي تكسب الزجاج صفة العزل الصوتي والحراري. وهو يستخدم في البناء حيث يمكن قطعه بمنشار ودق المسامير فيه.وهناك أنواع أخرى من الزجاج مثل زجاج الجير والصودا، وهو يقاوم الانصهار وتصنع منه النوافذ والمرايا الرخيصة، وزجاج الينا والبايركس، وله معامل تمدد صغير، ويصنع منه زجاج الترمومترات أو أجهزة المعامل. ويدخل فيه عناصر البورون والألومنيوم.أما الزجاج العضوى المعروف باسم «البرسبكس» أو «اللوسيت»، فهو مادة متبلمرة شفافة عديمة اللون تحضر ببلمرة استر مثيل حمض ميثاكريليك (CH2 C (CH3) COOCH3) وتستعمل على هيئة رقائق في صناعة الطائرات وفي إنتاج السلع المنزلية.
زجاج البوروسليكات
يعتبر أكسيد البورون (B2 O3) من المواد المكونة للزجاج. وهو يعمل كمادة صهَّارة عند إضافته إلى أكسيد السليكون (SiO2) ويتميز عن مواد الصهارة الأخرى (أكاسيد المجموعة الأولى والثانية في الجدول الدورى) في أنه لا يتسبب في زيادة معامل التمدد الحراري لزجاج السليكا كما تفعل تلك المواد. أما إذا ارتفعت نسبة أكسيد البورون بدرجة كبيرة، فإن المقاومة الكيميائية تصبح هي المشكلة في الزجاج الناتج. وتسمح إضافة المواد القلوية يخفض كميات أكسيد البورون المستخدمة، كما تحسن من المقاومة الكيميائية في حالة التراكيب متعددة المواد. ويؤدي الانخفاض في معامل التمدد الحراري لزجاج البوروسليكات ذي المحتوى المنخفض من المواد القلوية إلى مقاومة الزجاج للصدمات الحرارية مما يجعله مفيداً في تصنيع الأدوات المعملية وأواني الطهي وزجاج لحام الموليبدنوم ومرايا التلسكوبات. ومن أشهر أنواع زجاج البوروسليكات هو ما أنتجته شركات كورننج للزجاج تحت الاسم التجاري «بايركس» كما أن النظام الثلاثي Na2 O-B2 O3-SiO2 من زجاج البوروسليكات المحتوى على أكسيد الصوديوم يتميز بإمكانية انفصاله إلى طورين عند معالجته حرارياً بين 500° و650° سلزيوس ويتكون الطور الأول أساساً من أكسيد السليكون. وعند إذابة الطور الأول في أحد الأحماض يتبقى الطور الثاني فقط حيث يبلغ محتواه من أكسيد السليكون 96% وبتلبيد هذا الطور ينتج ما يعرف بزجاج «الفيكور» (Vycor 69/SiO2) ويتميز بمعامل تمدد حراري منخفض للغاية.ويمكن تصنيع أنواع من الزجاج البصرى التي تتميز بانخفاض قيم معامل الانكسار والتشتت، من بعض أنواع زجاج البوروسليكات التي تحتوى على أكاسيد الفلزات القلوية أحادية التكافؤ، كما يمكن تحضير الزجاج المستخدم في أغراض اللحام من بعض هذه الأنواع من زجاج البوروسليكات القلوية.زجاج السليكات Silica Glass: أهم زجاج أحادي الأكسيد وهو يعد زجاجاً مثالياً لكثير من الاعتبارات، فجزيئاته مترابطة في ثلاثة اتجاهات، ويمكن استعماله في درجات الحرارة العالية كما أن له معامل تمدد حراري منخفضاً وامتصاصه للموجات فوق السمعية ultrasonic ضئيل للغاية. وهو عازل ممتاز بالنسبة للكهرباء وله مقاومة عالية ضد الكيماويات، ولا يسبب تعرضه لاثنين مليون إلكترون فولت أي تأثيرات ملحوظة فيه بينما تتلون وقد تنكسر الأنواع الأخرى من الزجاج عند تعرضها لهذه الكمية من الطاقة. ويسمح زجاج السليكات للاطول الموجية للاشعة فوق البنفسجية بالنفاذ من خلاله بصورة ممتازة حتى الطول الموجى 180 نانومتر حيث تبلغ درجة نفاذيته في هذه الحالة أكثر قليلاً من 90%. ويستخدم زجاج السليكا في عمل خطوط إعاقة الموجات فوق السمعية ونوافذ أنفاق التيارات فوق السمعية، وفي عمل النظم الضوئية للأجهزة مثل أجهزة المطياف الضوئي وأجهزة القياس في الكيمياء الحيوية. كما يستخدم في عمل بواتق تنمية بلورات الجرمانيوم أو السليكون. وإذا كانت الصفات التي يتمتع بها زجاج السليكا تسبغ عليه المناعة عند استخدامه فهي أيضاً تجعله صعب التحضير بالطرف التقنية المتداولة. فهو ينفرد بطرق خاصة للتحضير، فعلى سبيل المثال يمكن أن يحضر بتقنية ترسيب البخار vapour deposition.زجاج سليكات الرصاص: يعتبر أكسيد الرصاص من الأكاسيد المعدلة لصفات الزجاج. وهو مادة صهارة جيدة لأكسيد السليكون لا تسبب ـ عند مقارنتها بغيرها من مواد الصهارة مثل الأكاسيد الفلزية ـ انخفاضاً في المقاومة الكهربائية للزجاج الناتج ويستخدم زجاج سليكات الرصاص في إنتاج النوافذ المدرعة الحاجبة للإشعاعات، وزجاج مصابيح الفلوريسنت، والزجاج البصرى، والزجاج الكريستال خاصة للقطع الفنية وفي إنتاج الزجاج المستخدم في اللحام ذي الحرارة المنخفضة.
السيليلوزCellulose
هو من المكونات الأساسية لجدر الخلايا النباتية، ويتكون السيليلوز من سلاسل متوازية غير متفرعة، وحداتها من سكر الجلوكوز، وترتبط السلاسل فيما بينها بروابط هيدروجينية مكونة حزماً .
والسيليلوز مادة بيضاء صلبة لا تذوب في الماء، ولا في المذيبات العضوية. وبالرغم من أن النشا والسيليلوز يتكونان من وحدات الجلوكوز، إلا أنهما يختلفان في الخواص بسبب اختلافهما في طريقة الترابط بين وحدات الجلوكوز، ولا يتحلل السيليلوز مائياً بسهولة مثل النشا ولكن عند تسخينه مع حمض الكبريتيك المخفف تحت ضغط يتحلل إلى جلوكوز.
الشبكات البلورية الأيونيةCrystal lattice
سنأخذ كلوريد الصوديوم كمثال, وهو كما علمنا يتركب من أيونات الكلوريد السالبة -Cl وأيونات الصوديوم الموجبة +Na فكلوريد الصوديوم يتواجد على هيئة أعداد متساوية مع الأيونات الموجية والسالبة والتي ينجذب بعضها مع بعضها الآخر بقوى تجاذب كهربائية نظرا لا ختلافها في الشحنة, ولذا فهى ترتب نفسها على شكل صلب يسمى الشبكة البلورية. والنمط الخاص الذي يصف ترتيب أيونات الصوديوم والكلوريد في البلورة موضح بالشكل وهي على شكل مكعب حيث توجد أيونات +Na (باللون الرمادي) عند أركانه وفي وسط كل وجه وتحتل أيونات الكوريد -CI (باللون الأخضر) منتصف الفراغات بين أيونات +Na وعند الانتقال من الطبقة العليا إلى الطبقة التالية سنجد أن أيونات +Na و -CI, قد عكست مواضعها وهكذا بالتبادل.
الصيغ الكيميائية
تزودنا الصيغة الجزيئية للمركب بالمعلومات التالية:1- نوع الذرات الموجودة في المركب.2- عدد ذرات كل نوع.3- النسب العددية بين أنواع الذرات المختلفة.فمثلاً : الصيغة الجزيئية لمركب حمض الكبريت هي H2SO4 نستنتج:1- نوع الذرات الموجودة في المركب: H وَ S وَ O. 2- عدد ذرات كل نوع: H2 وَ S1 وَ O4. 3- النسب العددية بين أنواع الذرات المختلفة 2:1:4
. وهناك بعض المواد يمكن كتابة صيغتها الكيميائية بسهولة حيث يساعد اسمها الكيميائي على ذلك وإليك المركبات البسيطة التالية:
الصيغة البنائية :
(Structural Formula)هي صيغة تمثل ترتيب الذرات في الفراغ وعلاقاتها داخل الجزيء .الصيغة التجريبية:هي صيغة كيميائية تبين أبسط نسبة عددية صحيحة بين ذرات جزيء المركب
الطاقة الكيميائية
هناك طاقة مختزنة في المادة أثناء تكونها، وتعتمد كمية هذه الطاقة على نوع وترتيب الذرات في المادة، وهذه الطاقة إما أن تمتص أو تنطلق أثناء التفاعل الكيميائي ولذا تعتبر الطاقة الكيميائية صورة من صور طاقة الوضع.
مجموع الطاقات الداخلية المختزنة في المادة أثناء تكونها نتيجة لارتباط الذرات مع بعضها البعض.هناك أنواع من الطاقات تكون مصاحبة لجزيء المادة مثل:الطاقة الانتقالية: وهي الناتجة عن انتقال الجزيء من مكان لآخر.الطاقة الدورانية: وهي ناتجة عن دوران الجزيء حول محور أو أكثر في مركزه.الطاقة الأهتزازية: وهي ناتجة عن ذبذبة الجزيء حول موضع الاتزان وهذه تعتمد على شكل وتركيب الجزيء.طاقة الترابط: وهذه ناتجة عن انجذاب الأيونات أو الجزيئات أو تنافرها عن بعضها.
الطرق المتبعة في التحليل الكيميائي الكمي
يمكن تقسيم الطرق المتبعة في التحليل الكيميائي الكمي إلى:أولاً: طرق طبيعية:ويطلق عليها التحليل الكمي بالطرق الطبيعية (الكمي ـ الطبيعي) والتي تعتمد على قياس بعض الخواص الطبيعية للمادة مثل: درجة الغليان، التجمد، شدة اللون، درجة الامتصاص الضوئي، الانكسار الضوئي وغيرها. وأهم طرق التحليل الكمي الطبيعي هي:1 ـ التحليل الضوئي.2 ـ معامل الانكسار.3 ـ قياس الإشعاع.4 ـ التحليل الكهربي.ملاحظات:1 ـ يتوقف الامتصاص الضوئي لمحلول المادة الملونة على:أ ـ نوع المادة.ب ـ درجة تركيزها في المحلول.ج ـ درجة نقاء المادة.2 ـ الخاصية الطبيعية للمادة غالباً ما تتناسب مع كتلة المادة أو درجة تركيزها في المحلول.3 ـ التحليل الضوئي هو عملية تحديد درجة تركيز مادة في محلولها الملون بقياس درجة امتصاصها للضوء.4 ـ طرق التحليل الضوئي:(أ) استخدام العين المجردة كما في أنابيب نسلر.(ب) استخدام جهاز قياس الطيف الضوئي (الإسبكتروفوتوميتر) .(ح) اختبار النقطة.5 ـ معامل الانكسار الضوئي لمادة يمكن قياسه باستخدام الإسبكتروفوتوميتر. ومن جداول خاصة تربط معامل الانكسار الضوئي بدرجة التركيز نستطيع معرفة درجة التركيز ودرجة النقاء.6 ـ تتوقف قيمة معامل الانكسار الضوئي لمحلول مادة على نوعها ودرجة نقائها وعلى درجة تركيزها في المحاليل المائية أو المذيبات العضوية.7 ـ في حالة المحاليل غير الملونة نصيف مواد كيميائية أخرى تتفاعل مع المادة المذابة في المحلول وتكون مركبات ملونة تتدرج شدة لونها مع تدريج درجة تركيزها في المحلول.8 ـ الأساس الذي تعتمد عليه طريقة قياس الإشعاع في التحليل الكمي الطبيعي هو قياس شدة الإشعاع الصادر من المواد المشعة وذلك بواسطة عداد جيجر. وباستخدام جداول خاصة يمكن بمعرفة شدة الإشعاع استنتاج درجة تركيز المادة المشعة.9 ـ يستخدم عداد جيجر في الكشف عن الخامات المشعة وقياس شدة الإشعاع الناتج من تلوث البيئة، كما يستخدم في قياس شدة إشعاع النظائر المشعة والاستفادة منها في الأبحاث العلمية.10 ـ التحليل الكهربي (الترسيب الكهربي): التحليل أو الترسيب الكهربي هو تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تحدث في المحاليل الإلكتروليتية عند قطبي الخلية الكهربية نتيجة مرور تيار كهربي فيها.11 ـ الفاراداي هو كمية الكهربية التي ترسب الوزن المكافىء الجرامي لأي عنصر عند إمرارها في محلول ملح من أملاحه وتساوي 96500 كولوم وتحوي عدد أفوجادرو من الإلكترونات وهو 6,023 × 1023إلكترون.12 ـ يعتمد الحساب الكيميائي في التحليل الكهربي على قانوني فاراداي:القانون الأول: كمية المادة المنفصلة (و) بالتحليل الكهربي تتناسب طردياً مع كمية الكهربية (ك) المارة في المحلول الإلكتروليتي للمادة.القانون الثاني: كمية المواد المنفصلة بالتحليل الكهربي وبكمية كهربية واحدة تتناسب طردياً مع أوزانها المكافئة الجرامية.
العامل الحفاز
مادة تسبب تغيراً في سرعة التفاعل، ولكنها لا تتغير عند انتهاء التفاعل ويمكن استعادتها.أغلب العوامل الحفازة تزيد من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً موجباً وبعضها يقلل من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً سالباً.وفيما يلي أمثلة على العوامل الحفازة وأهمية كل منها في المختبر والصناعة وفي جسم الإنسان:
العامل الحفاز
الأهمية والاستخدام
ثاني أكسيد المنجنيزMnO2
يساعد على سرعة تحلل كلورات البوتاسيوم عند تحضير غاز الأكسجين في المختبر
الحديد والموليبدنيوم
يستخدمان عند تفاعل النتيروجين مع الهيدروجين لتحضير غاز الأمونيا
خامس أكسيد الفاناديومV2O5
يستخدم لتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع الأكسجين لتكوين ثالث أكسيد الكبريت في تحضير حمض الكبريتيك في الصناعة
النيكل
يستخدم في تفاعل إضافة الهيدروجين إلى الروابط الثنائية في الزيوت النباتية غير المشبعة وبذلك تتحول إلى زبدة نباتية صالحة للأكل
إنزيم التيالين في اللعاب،وإنزيم الببسين في العصارة المعدية
زيادة سرعة الهضم
وتجدر الإشارة هنا إلى وجود مواد تعوق عمل المواد الحافزة إذا وجدت في وسط التفاعل وتعرف هذه المواد بالسموم. فالكبريت مثلاً من شأنه أن يعيق عمل أكاسيد الحديد كمادة حافزة تساعد على زيادة سرعة تفاعل النيتروجين مع الهيدروجين في صناعة النشادر, كذلك وجود الرصاص في وقود السيارات يعيق عمل المادة الحافزة التي تزود بها بعض السيارات للتحكم بغازات العادم. لذا يجب استخدام الوقود الخالي من الرصاص في السيارات المزودة بهذا النوع من المحفزات المقاومة للتلوث.وتوجد للعامل الحفاز بعض الخواص المشتركة منها:1 ـ يغير من سرعة التفاعل، ولكنه لا يؤثر على بدء أو إيقاف التفاعل.2 ـ لا يحدث له أي تغيير كيميائي أو نقص في الكتلة قبل وبعد التفاعل، ولكنه يرتبط أثناء التفاعل بالمواد المتفاعلة، ثم ينفصل عنها بسرعة لتكوين النواتج في نهاية التفاعل.3 ـ يقلل من الطاقة اللازمة للتفاعل.4 ـ لكل عامل حفاز درجة حرارة مناسبة تكون عندها كفاءته أكبر ما يمكن.5 ـ غالباً ما تكفي كمية صغيرة من العامل الحفاز لاتمام التفاعل.
الفروع الرئيسية للكيمياء
الكيمياء التحليلية تختص بتعيين خواص المواد الكيميائية والصيغ الكيميائية للمركبات والمخاليط وتركيبهاالتحليل الكمي يقدر كميات الكيميائيات المختلفة التي تتكون منها الموادالتحليل النوعي يكشف عن نوع العناصر والمركبات التي تتكون منها الموادالكيمياء الراديوية تختص بتعيين وإنتاج العناصر المشعة واستخداماتها في دراسة العمليات الكيميائيةالكيمياء التطبيقية تعنى بالتطبيق العملي بالمواد والعمليات الكيميائيةالكيمياء الزراعية تهتم بتطوير الأسمدة والمبيدات وتدرس العمليات الكيميائية التي تحدث داخل التربة والعمليات التي تتعلق بنمو المحاصيلكيمياء البيئة تدرس وتراقب وتحاول ضبط العمليات الكيميائية والعوامل البيئية الأخرى وعلاقتها بالكائنات الحيةالكيمياء الصناعية تختص بإنتاج المواد الخام كيميائياً وتطوير العمليات والمنتجات الكيميائية الصناعية ودراستها ومراقبتهاالكيمياء الحيوية تتعامل مع التراكيب والعمليات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحيةالكيمياء اللاعضوية تتعامل مع العمليات الكيميائية التي لا تحتوي على روابط بين ذرتي كربون (كربون - كربون)الكيمياء العضوية تعنى بدراسة المواد الكيميائية التي تحتوي على روابط بين ذرات الكربونالكيمياء الفيزيائية تترجم وتفسر العمليات الكيميائية اعتماداً على الخواص الفيزيائية للمادة, مثل الكتلة والحركة والحرارة والكهرباء والأشعاعالحركية الكيميائية تدرس الخطوات في التفاعلات الكيميائية, والعوامل التي تؤثر على معدل سرعة التفاعلات الكيميائيةالدينامية الحرارية الكيميائيةتتعامل مع تغير الطاقة الذي يحدث أثناء التفاعلات الكيميائية وكيف يؤثر اختلاف الضغط والحرارة على التفاعلاتالكيمياء النووية تستخدم الطرق الكيميائية في دراسة التفاعلات النوويةكيمياء الكم تحلل توزيع الإلكترونات في الجزيئات وتفسر السلوك الكيميائي للجزيئات اعتماداً على البناء الإلكترونيالكيمياء الإشعاعية تهتم بالآثار الكيميائية للأشعة العالية الطاقة على الموادكيمياء حالة الصلابة تتعامل مع التركيب الكيميائي للمواد الصلبة, والتغير الذي يحدث داخل هذه المواد وفيما بينها. الكيمياء الفراغية تدرس ترتيب الذرات في الجزيئات والخواص التي تنتج عن هذا الترتيبكيمياء السطوح تهتم باختبار الخواص السطحية للمواد الكيميائيةكيمياء البوليمرات تهتم بالبلاستيك والجزيئات السلسلية الأخرى المتشابكة التي تتكون بتشابك الجزيئات الصغيرة بعضها ببعضالكيمياء الاصطناعية تختص باتحاد العناصر الكيميائية والمركبات لإنتاج مواد مماثلة لمواد موجودة في الطبيعة, أو تشكيل مواد
الكيمياء الإشعاعية
مجال كيميائي يعني بدارسة العناصر المشعة. كما يعالج إنتاج وتعريف واستخدام مثل تلك العناصر ونظائرها. وقد أفادت الكيمياء الإشعاعية، علم الأثار وعلم الكيمياء الحيوية والمجالات العلمية الأخرى. وتستخدم التقنيات الإشعاعية الكيميائية في الغالب في مجال الطب للمساعدة في تشخيص المرض، وفي العديد من الدراسات البيئية.يوجد قليل من العناصر المشعة في الطبيعة كالثوريوم واليورانيوم أما العناصر الأخرى فتنتج صناعياً، حيث يمكن إنتاجها بداخل أجهزة تُسمى معجلات الجسيمات، وذلك بقذف العناصر غير المشعة بجسيمات عالية الطاقة. كما يمكن جعل العناصر مشعة بتعريضها لأعداد كبيرة من النيوترونات داخل المفاعلات النووية.وتسمّى نظائر العناصر المشعة النويدات المشعة أو النظائر المشعة. وتُستخدم هذه النظائر بمثابة عناصر استشفافية في أنواع معينة من البحوث، وبالأخص في دراسة العمليات الأحيائية المعقدة. ويقوم هذا النوع من الدراسة، بتتبع النويدات المشعة، من خلال التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية. وتتم عملية التتبع هذه باستخدام عدّادات جايجر، والعدادات النسبية وأجهزة الكشف الأخرى.ويتم إنتاج النويدة المشعة، بكميات صغيرة، ولهذا فهي تميل للتراكم على جدران الإناء الذي يحتويها قبل التمكن من استخدامها. ويتم منع حدوث هذه العملية بإضافة عنصر ناقل (عنصر غير مشع) للنويدة المشعة.وهناك تقنية إشعاعية كيميائية مهمة أخرى، تُسمى تحليل حفز النيوترون. وفي هذه الطريقة يعرض جسم لنيوترونات، لتحويل بعض العناصر فيه إلى عناصر مشعة. تقوم هذه العناصر بعد ذلك، بإطلاق إشعاع له طاقات معينة. وأحد استخدامات هذه الطريقة، هو توضيح مدى موثوقية اللوحات الفنية القديمة. فالدهان المستخدم في الأعمال الفنية القديمة، يختلف في تركيبه عن الدهان الذي يستخدم في اللوحات الفنية الحالية، ولهذا فهو يعطي إشعاعات مختلفة.
الكيمياء التحليلية:
تهتم الكيمياء التحليلية بتعرف نوعية المكونات المختلفة للمادة وكمياتها وذلك بواسطة التحليل الكيميائي. تسمى الطرق الكيميائية التحليلية المستعملة في معرفة نوعية المكونات الكيميائية للمادة بالكيمياء التحليلية النوعية أو التحليل النوعي. أما الطرق التي تستعمل في تعيين كمية هذه المكونات فتسمى بالتحليل الكيميائي الكمي أو التحليل الكمي. وعادة ما يكون التحليل الكمي مسبوقاً بالتحليل النوعي.الكيمياء التحليلية في حياتنا:تستخدم الكيمياء التحليلية كوسيلة مهمة في إجراء البحوث العلمية النظرية والتطبيقية في المجالات التالية:الطب صناعة الأدوية المختلفة والتحاليل اللازمة لتشخيص الأمراض مثل تحليل الدم والبول ..علم الجريمة تحليل ما يتركه المجرمون من آثار كالدم والشعر. وامكانبة الكشف عن السموم والمواد المستخدمة في الحرق أو التفجير أو غيرهاالآثار والأنثروبولوجيا معرفة أعمار الحضارات القديمة وتركيب الصخور لتتبع العصور الجيولوجيةالصناعة التحقق من نوعية المصنوعات ومدى جودتها ونقاوتها ومدى ملاءمتها للاستخدام ومطابقتها لمعايير الجودة والصحة العامةالبيئة التعرف على مدى خطورة ملوثات الماء والهواء والتربة ثم العمل على تجنبها وتصنيع مضاداتهاالزراعة تحليل درجة خصوبة التربة ونوع وكمية الأسمدة اللازمة لرفع انتاجيتها، وتصنيع المبيدات اللازمة لمكافحة الآفات الزراعيةالغذاء تحديد التركيب الكيميائي وتحديد القيمة الغذائية والمكونات المساعدة على حفظ الأطعمة
الكيمياء الحركية
بسبب تفاوت التفاعلات الكيميائية في سرعتها تبرز أهمية دراسة سرعة التفاعلات للحاجة في بعض الأحيان إلى تسريع بعضها للحصول على نواتج مفيدة في مدة زمنية معقولة، وفي بعض الأحيان إلى تقليل سرعة بعض التفاعلات الأخرى (كصدأ الحديد). فكيف يمكن القيام بذلك؟ وما العوامل التي تؤثر في سرعة التفاعل؟ وتعرف سرعة التفاعل الكيميائي على أنها: معدل التغير في كميات المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن.وعملياً يتم تحديد سرعة التفاعل باختيار إحدى مواد التفاعل بحيث يسهل تتبع تركيزها من خلال تغير إحدى خواصها الفيزيائية مثل التغير في اللون.وتؤثر على سرعة التفاعل الكيميائي (إما بالزيادة أو النقصان) عدة عوامل هي:
العامل
تأثيره على سرعة التفاعل
طبيعة المواد الداخلة في التفاعل.أ-عدد الروابط.ب-نوع الروابط.جـالنشاط الكيميائي.د-الحالة الفيزيائية
أ-كلما قلت الروابط التي يلزم تفكيكها كلما كان التفاعل أسرع.ب-المركبات الأيونية أسرع تفككاً من المركبات التساهمية.جـالمادة ذات النشاط الكيميائي الأكبر تتفاعل بشكل أسرع.د-بعض المواد لا يمكن أن تتفاعل مع بعضها في الحالةالصلبة بينما محاليلها تتفاعل بسهولة
تركيز المواد الداخلة في التفاعل
تزداد سرعة التفاعل بزيادة تركيز المواد الداخلة في التفاعل،والعكس صحيح
التغير في درجة الحرارة
تزداد سرعة التفاعل برفع درجة الحرارة، والعكس صحيح
وجود العوامل الحفازة
أغلب العوامل الحفازة تزيد من سرعة التفاعل ويسمى حفزاًموجباً وبعضها يقلل من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً سالباً
الكيمياء الضوئية
فرع من الكيمياء يتناول التفاعلات الكيميائية التي تنتج عندما تمتصّ جزيئات مادة الضوء. تتغير الجزيئات على نحو كيميائي ضوئي، في حالة امتصاص الضوء فقط وليس إذ مرّ الضوء خلالها أو انعكس.يمتص الضوء في شكل كميات صغيرة من الطاقة المشعة فوتونات. وتعتمد طاقة الفوتون على طول موجة الضوء. وبعد امتصاص أحد الفوتونات، تزداد طاقة الجزيء ويكون في حالة إثارة. في معظم الحالات، يبقى الجزيء على هذه الحالة فقط واحداً على مليون من الثانية أو أقل. وأحياناً يعود الجزيء مباشرة لحالته العادية بِفقْد الطاقة المكتسبة في التصادمات مع الذرات الأخرى، أو بإطلاقها على هيئة ضوء. لكن إذا كان الطور الموجي لفوتون الضوء الممتص قصير ـ كما في الضوء المرئيّ ـ فإن الجزيء رُبَّما يكون قد تلقى طاقة كافية ليمر بالتفاعلات الكيميائية غير العادية، بينما هو في حالة إثارة.التفاعلات الضو كيميائية جزء من عمليات طبيعية كثير. ففي التركيب الضوئي، على سبيل المثال، تمتص النباتات الخضراء ضوء الشمس، ثم تستخدم هذه الطاقة الضوئية لإنتاج الغذاء، من ثاني أكسيد الكربون من الهواء، ومن ماء التربة. انظر: التركيب الضوئي: وهكذا يحول النبات الطاقة المشعة للضوء إلى طاقة كيميائية للغذاء. ومن خلال عمليات جيولوجية، تتحول النباتات إلى فحم حجري أو نفط. وعند احتراق هذا الوقود، تنطلق طاقة الضوء التي اخُتزنت في النباتات منذ ملايين السنيين.تشمل العمليات الصناعية الكثير أيضاً تغيرات ضو كيميائية. ففي التصوير الضوئي، على سبيل المثال، تمتص بعضُ أملاح الفضة في فيلم التصوير الضَّوءَ عند التقاط الصورة. ويغيّر الضوءُ الممتصّ هذه الأملاح كيميائياً. وعندما يُحمَّض الفيلم تُصدر الأملاح المتغيرة صوراً مظلمة على السالب.يتضمن البحث في الكيمياء الضوئية هذه الأيام تطوير الاستخدمات التقنية للطاقة الشمسية. ويسعى بعض علماء الكيمياء الضوئية إلى إيجاد طرق لتقليد عملية التركيب الضوئي بذرات مُخَلَّقة اصطناعياً. ويأمل هؤلاء الكيميائيون في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بطريقة أكثر كفاءة مما هو ممكن الآن. ويدرس كيميائيون آخرون سبلاً لاستخدام ضوء الشمس في إنتاج أنواع من الوقود، مثل غاز الهيدروجين والميثانول. وتشمل بعض هذه الطرق تفتيت ذرات الماء مع الطاقة الشمسية.
الكيمياء العضوية
تُعد الكيمياء العضوية فرعاً هاماً من فروع علم الكيمياء.تعريف المادة العضوية قديما: المادة المشتقة من اصل كائن حي.كان الاعتقاد السائد ان هذه المواد لا يمكن تركيبها خارج نطاق الكائن الحي وذلك لاعتقادهم بأن هناك قوة حيوية داخل الحيوان او النبات تتدخل في صناعة هذه المواد. (حتى عام 1750م)اعلن العالم لافوازيه (عام 1777م) ان الجزء الاكبر من اي مادة عضوية يتكون من كربون وهيدروجين واكسجين, ثم اكد بعض العلماء ان بعض المركبات العضوية تحتوي على الكبريت والنيتروجين والفسفور والهالوجينات.دعا العالم برزيليوس الى تقسيم الكيمياء الى عضوية و غير عضوية و اعتبر ان القوانين التي تخضع لها المواد العضوية تختلف عن تلك التي تخضع لها المواد غير العضوية.في عام 1828م، استطاع العالم "فوهلر" تحضير اليوريا مخبرياً، وقد شكل هذا انطلاقاً لتحضير الكثير من المركبات العضوية مثل العطور و الشحوم و الاحماض.تغير مفهوم المادة واصبح يعتمد على تركيب المادة وليس أصلها.تعريف المادة العضوية حديثا: المادة التي تحتوي على كربون كعنصر رئيسي في تركيبها.المصادر الرئيسية للمركبات العضوية على الارض: البترول و الفحم و الخشب والمنتوجات الزراعية.تتميز المركبات العضوية بكثرتها حتى أن عدد مركبات الكربون المعروفة يفوق عدد مركبات العناصر الأخرى مجتمعة.تؤدي المركبات العضوية دوراً بالغ الأهمية في حياتنا، فهي المادة الأساسية في غذائنا . فالمواد النشوية والبروتينية، والدهنية، والفيتامينات والإنزيمات وغيرها ما هي إلا مركبات عضوية، كذلك الملابس بأنواعها ومكونات البترول والغاز الطبيعي مركبات عضوية هامة للإنسان، وقد تمكن العلماء من تصنيع كثير من المركبات العضوية التي لها دور أساسي في حياتنا اليومية مثل الأدوية، والمبيدات، والأسمدة، والبلاستيك والمنظفات الصناعية وغيرها مما كان له أكبر الأثر في تقدم البشرية.
الكيمياء الكهربائية
تعنى الكيمياء الكهربائية بدراسة تفاعلات التأكسد والاختزال التي:1- ينتج عنها طاقة كهربائية.2- تحدث بفعل الطاقة الكهربائية.وتتم هذه
Chemistry
أكسدة واختزال
تمثل تفاعلات الأكسدة والاختزال نوعاً مهماً من العمليات الكيميائية التي تحدث في حياتنا اليومية، فالطعام الذي نأكله يتأكسد في أجسامنا ليمدنا بالطاقة اللازمة للحركة والعمل، والسيارة والطائرة تتحركان بالطاقة الناتجة عن أكسدة الوقود، وكذلك نحصل على التيار الكهربائي من البطاريات بعمليات الأكسدوالاختزال والحديد يصدأ نتيجة تعرضه لعملية أكسدة. كما أن استخلاص الفلزات مثل الحديد والألومنيوم يتم باختزال خاماتها.ونظراً لأهمية عمليتي الأكسدة والاختزال سنتناولهما بالدراسة في هذه الوحدةعملية الأكسدة هي عملية يتم فيها فقد الإلكترونات.عملية الاختزال هي عملية يتم فيها اكتساب الإلكترونات
الاتزان الكيميائي الديناميكي
تعريف: حالة النظام عندما تثبت تركيزات المواد المتفاعلة والمواد الناتجة، وبالتالي تكون سرعة التفاعل الأمامي مساوية لسرعة التفاعل العكسي.ولكي يصل أي نظام للاتزان الكيميائي الديناميكي يشترط فيه ما يلي:(1) وجود تفاعلين متعاكسين.(2) عند حدوث الاتزان يظل التفاعلان الطردي والعكسي جاريين وبنفس السرعة.(3) يؤدي أي تغيير في اتزان النظام, كالتغير في درجة الحرارة أو التركيز أو الضغط إلى الإخلال بالاتزان.خواص الاتزان الكيميائي:يمكننا تلخيص المبادىء والخواص المتعلقة بالاتزان الكيميائي فيما يلي:1) أن الاتزان هو حالة تكون عندها خواص المجموعة المتزنة المنظورة ثابتة مع الزمن.2) الاتزان الكيميائي ذو طبيعة ديناميكية (نشط),إذ إنه على الرغم من أن تركيز المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل لا يتغير مع مرور الزمن عند حالة الاتزان, إلا أن التفاعل لا يتوقف, بل يسير في اتجاهين متعاكسين وبسرعة واحدة.3) إن التفاعلات الكيميائية تتجه تلقائياً نحو تحقيق الاتزان.4) إن خواص المجموعة عند الاتزان ثابتة في الظروف المعينة, ولا تعتمد على المسار الذي سلكته المجموعة لتصل إلى حالة الاتزان.5) إذا اختل الاتزان بفعل مؤثر خارجي, فإن المجموعة تغير من خواصها بحيث تعاكس فعل المؤثر الخارجي, وتقلل من أثره ما أمكن, وتعود إلى حالة الاتزان.6) ثابت الاتزان هو طريقة لوصف المجموعة عند حالة الاتزان, ويعتمد على خواص المواد المتفاعلة ونواتج التفاعل ودرجة الحرارة.
الأحماض الأمينية
Amino Acidsيوجد ما يقرب من ثلاثمائة حمض أميني. وقد اكتشف أول حمض أميني عام 1806 م وأطلق عليه «أسبراجين» لوجوده بفطر الأسبرجس. والأحماض الأمينية التي تدخل في تركيب البروتينات عددها عشرون حمضاً فقط، وهي أحماض ألفا أمينية حيث أن كل حمض منها يحتوى على مجموعة كربوكسيل حرة، ومجموعة أمين حرة متصلتين بذرة الكربون ألفا بالإضافة إلى مجموعة أو سلسلة جانبية (R) وذرة هيدروجين، وتختلف المجموعة الجانبية للأحماض ألفا أمينية في تركيبها الكيميائي. فهي ذرة هيدروجين في الجليسين، أو أكثر تعقيداً مثل مجموعة الجوانيدين في الأرجنين. ويستثنى من ذلك حمض البرولين لعدم احتوائه على مجموعة أمين حرة لدخولها في تكوين حلقى، لذلك يطلق عليه حمض إيمينى.وأحماض ألفا الأمينية لها تَشَكُل فراغي من نوع (L) وذلك لأن ذرة الكربون الألفا غير متماثلة، كما أن لها نشاطاً ضوئياً فيمكن لأيسومراتها الضوئية أن تعمل على إدارة مستوى الضوء المستقطب جهة اليمين (+) أو جهة اليسار (-) . وتتأين هذه الأحماض في المحاليل المائية وتتفاعل كالأحماض أو كالقواعد، كما أن الأحماض الأمينية أحادية الكربوكسيل أحادية الأمين تتأين تأيناً كاملاً مكونة أيونا ثنائى القطب متعادلاً كهربائياً يعرف باسم زفيتر أيون.ويمكن تقسيم هذه الأحماض الأمينية التي تدخل في تركيب البروتينات تبعاً لخواص المجموعات الجانبية حيث تصفى كل مجموعة خاصيتها على الجزىء كله. أما بالنسبة لخاصية تأين المجموعة الجانبية فيمكن تقسيم الأحماض الأمينية إلى: أحماض أمينية متعادلة، أو حمضية، أو قاعدية. وبالنسبة لخاصية قطبية المجموعة الجانبية يمكن تقسيم هذه الأحماض إلى: أحماض أمينية غير قطبية، وقطبية متعادلة الشحنة، وقطبية سالبة الشحنة، وقطبية موجبة الشحنة. وهناك تقسيم ثالث يعتمد على القيمة الغذائية للحمض الأمينى، وعليه فتوجد أحماض أمينية أساسية؛ وهي التي لا يستطيع الجسم تكوينها بالمعدل اللازم للنمو الطبيعي للأطفال أو المحافظة على صحة وحيوية الكبار، لذلك يجب أن يحصل عليها الجسم عن طريق الغذاء، وهي متوفرة في البروتينات الحيوانية والأسماك والبيض. وهناك أحماض أمينية غير أساسية، وهي التي يمكن أن يكونها الجسم داخلياً ولا يسبب نقصها خطورة على صحته. أما التقسيم الرابع فيعتمد على أساس أيضى حيث توجد: أحماض أمينية جلوكوجينية، أي يمكن أن تتحول داخل الجسم إلى سكر الجلوكوز، وأحماض أمينية كيتوجينية، أي يمكن تحولها داخلياً إلى أجسام كيتونية، كما أن هناك أحماضاً أمينية تجمع بين الخاصيتين.وتتحول أحماض ألفا الأمينية داخل جسم الإنسان إلى عدد من المركبات المهمة، فمثلاً الحمض الأمينى تيروزين يكّون أصباغ الميلانين التي تلوّن الجلد والشعر والعيون، كما يتحول حمض الهستدين إلى مركب الهستامين. وتتحد أحماض ألفا الأمينية مع بعضها البعض بروابط ببتيدية مكونة سلاسل ببتيدية مختلفة من حيث عدد ونوع وترتيب الأحماض الأمينية الداخلة في تكوينها. وتتشكل هذه السلاسل الببتيدية فراغياً لتكون العديد منالبروتينات ذات الأهمية الحيوية مثل الإنزيمات والأجسام المضادة والهرمونات الببتيدية مثل هرمون الإنسولين، والجلوكاجون وبعض الموصلات العصبية. وتتفاعل أحماض ألفا الأمينية أيضاً مع عديد من المركبات الأخرى عن طريق مجموعة الكربوكسيل أو مجموعة الأمين، وكذلك المجموعة الجانبية. وتساهم بعض هذه التفاعلات المختلفة في التقدير الكيفى والكمى للأحماض الأمينية مما يؤدي إلى معرفة تتابع هذه الأحماض في السلسلة الببتيدية واستنباط التركيب الأولى لبعض البروتينات. وهناك عديد من الأمراض الوراثية التي تصاحبها زيادة كبيرة في تركيز الأحماض الأمينية بالدم أو البول. ويرجع ذلك إلى نقص بعض الإنزيمات التي تساعد في أيض وتحول هذه الأحماض الأمينية داخل جسم الإنسان.
الأحماض النووية
Nucleic acidsأحماض موجودة بداخل نواة الخلية، والحمض النووى هو حامل الشفرة الوراثية. ويتكون الحمض النووى من وحدات تسمى النيوكليوتيدات تتكون كل منها من أربعة مركبات هي سكر خماسي، وحمض الفوسفوريك، وواحدة من أربع وحدات من قواعد خماسية الكربون، منها اثنتان من البيورينات، واثنتان من البيرميدينات. والأحماض النووية نوعان حمض الديؤكسى ريبوز النووى ويرمز له بالأحرف DNA أو الدنا: وحمض الريبوز النووى ويرمز له بالأحرف RNA أو الرنا.
الأحماض والقواعد
الأحماض هي المواد التي تتفكك في المحلول المائي لتعطي بروتونات.القواعد هي المواد التي تتفكك في المحاليل المائية لتعطي أيونات الهيدروكسيد، أو التي تتفاعل مع البروتونات المائية.المواد المترددة: هي المواد التي تحمل خواص الحمض والقاعدة معاً.الملح هو المادة الناتجة من تفاعل حمض مع قاعدة.نظريات الأحماض والقواعد:لافوازيه (1777 م): اقترح أن الأحماض تحتوي أكسجين.ديفي (1816 م): اكتشف أن حمض الهيدروكلوريك (HCl) لا يحتوي على الأكسجين، فهذا يعني قصور نظرية لافوازيه. واقترح ديفي أن الأحماض تحتوي على هيدروجين.ليبج (1838م): عرف الحمض بأنه المركب الكيميائي الذي يحتوي على الهيدروجين الذي يمكن أن يحل محله عنصر فلزي.وهناك ثلاث نظريات حديثة لتعريف الحمض والقاعدة، هي نظرية أرينيوس ونظرية برونشتد-لوري ونظرية لويس.ويمكن المقارنة بين النظريات الثلاث لتعريف الأحماض والقواعد في الجدول التالي:النظرية و تعريف الحمض ومع تعريف القاعدةأرهينوس مادة تذوب في الماء وتعطي أيون الهيدروجين (بروتون)مادة تذوب في الماء وتتفكك معطية أيون هيدروكسيدبرونشتد-لوريمادة تمنح بروتون أو أكثرمادة تستقبل بروتون أو أكثرلويس مادة تستقبل زوج أو أكثر من الإلكترونات مادة تمنح زوج أو أكثر من الإلكتروناتوتنقسم الأحماض حسب طبيعتها إلى قسمين:أ ـ الأحماض العضوية: يتكون جزيء هذه الأحماض من عناصر الهيدروجين والكربون والأكسجين، ويمكن تقسيم هذه الأحماض حسب عدد مجموعات الكربوكسيل في الصيغة الكيميائية إلى الأقسام التالية: أحادية الكربوكسيل وثنائية الكربوكسيل وثلاثية الكربوكسيل وعديدة الكربوكسيل.ب ـ الأحماض المعدنية (غير العضوية).تقسم هذه الأحماض بدورها حسب عدد أيونات الهيدروجين التي تعطيها الصيغة الكيميائية للحمض في أي مذيب مناسب كالماء إلى: أحادية البروتون وثنائية البروتون وعديدة البروتون.- تحضير الأحماض:في الصناعة:أ ـ تحضر الأحماض ثنائية العنصر غالباً بالاتحاد المباشر بين الهيدروجين والعنصر اللافلزي ثم إذابة المركب الناتج (غاز) في الماء.ب ـ تحضر الأحماض ثلاثية العنصر (الأكسجينية) بالاتحاد المباشر بين الأكسجين والعنصر اللافلزي للحصول على أنهيدريد الحمض ثم إذابته في الماء.في المختبر:يمكن تحضير الحمض الأقل ثباتاً بتفاعل ملحه مع حمض أكثر ثباتاً.طرق أخرى:أ _ التحليل المائي لهاليدات اللافلزات وبعض الفلزات.ب _ أكسدة العناصر اللافلزية في محلول مائي خال من القلويات.- تحضير الأملاح:توجد عدة طرق لتحضير الأملاح منها:(1) الاتحاد المباشر بين العناصر المكونة للملح.(2) بالنسبة للأملاح التي تذوب في الماء فإنها تحضر بتفاعل الحمض المخفف مع الفلز أو أكسيده أو كربوناته. وكذلك مع هيدروكسيد الفلز أو كربوناته.(3) بالنسبة للأملاح التي لا تذوب في الماء فتحضر بالتبادل المزدوج وبالترسيب وعادة تستخدم نيترات الفلز المراد تحضير ملحه مع ملح الصوديوم الذي يحتوي على الشق الحمضي للملح المطلوب فيترسب الملح الذي لا يذوب في الماء ويفصل بالترشيح.وتقسم القواعد إلى عدة مجموعات كالتالي:أ ـ أكاسيد وهيدروكسيدات العناصر الفلزية للمجموعتين (IIA-IA) من الجدول الدوري وهي قابلة للذوبان في الماء:ب ـ أكاسيد وهيدروكسيدات العناصر الفلزية التي لا تذوب في الماء.جـ ـ المركبات الهيدروجينية لبعض عناصر (VA) من الجدول الدوري.د ـ الأمينات العضوية والقواعد النيتروجينية.* ويمكن تقسيم القواعد بالنسبة لعدد مولات أنيونات الهيدروكسيد التي تعطيها الصيغة الكيميائية للقاعدة عند ذوبانها في الماء إلى أحادية الحمضية وثنائية الحمضية وثلاثية الحمضية وعديدة الحمضية.- الخواص العامة للأحماض والقواعد:أ- معظم الأحماض تذوب في الماء وتكوَّن محاليل مخففة، ولها طعم حامض.ب- بعض الأحماض خصوصاً المركزة مثل حمض الكبريتيك تأثيرها متلف وحارق لجلد الإنسان والملابس.جـ تؤثر محاليل الأحماض والقواعد على بعض الصبغات فتغير من ألوانها، فمثلاً تؤثر الأحماض في صبغة تباع الشمس فتغير لونه إلى اللون الأحمر وكذلك تؤثر القواعد في صبغة تباع الشمس فتغير لونه إلى الأزرق.د ـ تتفاعل الأحماض المخففة مع الفلزات التي تسبق الهيدروجين في السلسلة الكهروكيميائية وينتج ملح الحمض ويتصاعد غاز الهيدروجين.هـ تتفاعل الأحماض مع القواعد وينتج ملح الحمض والماء غالباً.و- تتفاعل الأحماض مع أملاح الكربونات والكربونات الهيدروجينية وينتج ملح الحمض وماء وغاز ثاني أكسيد الكربون ز- تتفاعل محاليل القواعد القلوية مع أملاح الأمونيوم وينتج ملح وماء وغاز الأمونيا ذو الرائحة المميزة، وهذا يستخدم للكشف عن أملاح الأمونيوم.حـ - تتفاعل بعض القواعد مع الأملاح وينتج هيدروكسيد الفلز وملح.ط - تتميز هيدروكسيدات بعض الفلزات بصفة التردد حيث يمكنها التفاعل مع الأحماض كقواعد ومع القواعد كأحماض منتجة ملحاً وماء. مثل هيدروكسيد الخارصين وهيدروكسيد الألومنيوم.والجدول التالي يبين الأحماض القوية والقواعد القوية الشائعة:الأحماض القويةالاسم و الصيغةحمض الهيدروكلوريكHClحمض الهيدروبروميكHBrحمض الهيدرويوديكHIحمض البيركلوريكHClO4حمض النيتريكHNO3حمض الكبريتيكH2SO4القواعد القويةالاسم و الصيغةهيدروكسيد الصوديومNaOHهيدروكسيد البوتاسيومKOHهيدروكسيد الكالسيومCa(OH)2هيدروكسيد الباريومBa(OH)2هيدروكسيد الإسترانشيومSr(OH)2
الألكانات:هي مركبات هيدروكربونية أليفاتية مشبعة، وتُعد هذه المركبات أقل المركبات الهيدروكربونية نشاطاً في الظروف العادية، ولذلك سميت قديماً البارافينات (أي قليلة الميل للتفاعل).الجدول التالي يُوضح الصيغ الجزيئية والتركيبية وأسماء الألكانات العشرة الأولى ودرجات غليانها:والاشكال التالية تبين نماذج للمركبات الأولى للالكانات.
تسمية الألكانات:تسمى المركبات العضوية حسب نظامين، التسمية الشائعة والتي قد تختلف من مكان إلى آخر، وتسمية دولية محددة تبعاً لنظام الإيوباك والتي تعتمد على اسم الألكان.والألكانات قد تكون غير متفرعة كما مر معنا أو متفرعة أي تحتوي على مجموعات جانبية كما في الصيغتين التاليتين:قواعد تسمية الألكانات حسب الأيوباك 1 ـ نحدد أطول سلسلة متصلة من ذرات الكربون.2 ـ نرقم ذرات الكربون في هذه السلسلة من أحد طرفيها إلي الطرف الآخر بحيث تأخذ ذرة الكربون المتصلة بالمجموعة الجانبية أصغر رقم.3 ـ نحدد المجموعة أو المجموعات من حيث موقع إتصالها بالسلسلة.4 ـ نكتب الرقم الدال على موقع اتصال المجموعة الجانبية بالسلسلة ثم اسم المجموعة، ويتم الفصل بين الرقم والاسم بخط قصير.5 ـ في حالة وجود أكثر من مجموعة جانبية مثل ميثيل (- CH3) وإيثيل (- C2H5) فإن أولوية كتابة المجموعة برقمها تتم طبقاً للترتيب الأبجدي أي إيثيل قبل ميثيل.6 ـ عند اتصال مجموعتين متماثلتين مثل مجموعتي ميثيل (- CH3) بنفس ذرة الكربون في السلسلة، فنستخدم كلمة ثنائي ونضع قبلها نفس رقم ذرة الكربون مرتين.
الألكينات
الألكينات مركبات هيدروكربونية تحتوي على رابطة تساهمية ثنائية بين ذرتي كربون ويشتق اسم الألكين من الألكان المقابل باستبدال المقطع (ين) بالمقطع (ان)، وصيغتها العامة CnH2n+2
خواص الألكينات
المركبات الأولى من الألكينات والتي تحتوي بين (2-4) ذرات كربون تكون على شكل غازات، بينما المركبات التي تحتوي بين (5-15) ذرة كربون تكون في حالة سائلة، والمركبات التي تحوي 61 ذرة كربون فأكثر هي مواد صلبة.ونظراً لاحتواء الألكينات على رابطة ثنائية فإنها مواد نشطة جداً، وذلك لميلها الشديد لإشباع ذرات الكربون المرتبطة بروابط ثنائية وتحويلها إلى روابط مفردة، ولهذا فالألكينات هيدروكربونات غير مشبعة، لها القدرة على إضافة ذرات أو جزيئات أخرى وتسمى تفاعلاتها تفاعلات إضافة.
الاسمIUPAC
الصيغة الكيميائية
درجة الغليان °س
درجة الانصهار °س
الإيثين ---Ethene
CH2= CH2
-104
-169
بروبين--- Propene
CH2= CH-CH3
-45
-185
بيوتين---Butene
CH2= CH-CH2-CH3
6.3
-185
2-ميثيل بروبين2-Methyl Propene
CH2= C = CH3
-7
-140
بنتين---Pentene
CH2= CH-(CH2)2-CH3
30
-138
هكسين---Hexene
CH2= CH-(CH2)3-CH3
64
-140
هبتين---Heptene
CH2= CH-(CH2)4-CH3
93
-119
أوكتين---Octene
CH2= CH-(CH2)5-CH3
121
-102
نونين---Nonene
CH2= CH-(CH2)6-CH3
146
-81
ديكين---Decene
CH2= CH-(CH2)7-CH3
171
-66
الأليافFibres
اصطلاح يطلق على أنواع مختلفة من المواد الليفية. بعضها ألياف طبيعية natural fibres وألياف من صنع من صنع الإنسان man made fibres.والألياف الطبيعية إما من أصل نباتي كالقطن والجوث والكتان وإما من أصل حيواني كالصوف ووبر الجمل والحرير الطبيعي.وتنقسم الألياف من صنع الإنسان إلى قسمين: الأول الألياف السليلوزية cellulosic fibres وهذه تصنع من لب الخشب wood pulp ومن أمثلتها الرايون viscose rayon وألياف خلات السليلوز cellulose acetate fibres ويطلق على هذين النوعين اسم الحرير الصناعي artificial silk.والقسم الثاني من ألياف صنع الإنسان هي الألياف التي تصنع من البوليمرات المصنعة Synthetic polymers وتعرف هذه بالألياف العضوية المخلّقة Synthetic organic ومن أمثلتها لياف البولى أميد polyamide fibres وهي الألياف المعروفة باسم النايلون Nylon والألياف الأكريليه Acrylic fibres ومن أسمائها التجارية الأورلون Orlon والدرالون Dralon والأكريلان Acrilan وألياف البولى استر Ployester fibres ومن أسمائها التجارية التريلين Terrylene والداكرون Dacron والتريفيرا Trevira.وقد عُرفت الألياف الطبيعة منذ آلاف السنين إذ كانت تغزل إلى خيوط yarn ثم تنسج إلى أقمشة أو تصنّع منها حبال ropes.أما الألياف من صنع الإنسان فهي نسبيا صناعة حديثة بدأت عام 1905 بإنتاج الألياف السليلوزية وفي عام 1939 بدأ إنتاج أول أنواع الألياف العضوية المصنعة وهو النايلون ثم تبع ذلك إنتاج الألياف الأكريليه عام 1948 أما ألياف البولى استر فلم يبدأ إنتاجها إلا في عام 1953.وقد بلغ الإنتاج العالمي من الألياف من صنع الإنسان عام 1992 حوالي 18,3 مليون طن مترى (منها 2,3 طن ألياف سليلوزية و16 مليون طن ألياف مخلقة) في حين أن إنتاج الألياف الطبيعية فيالعالم سنة 1992 م قَدِّر بحوالي 20,5 مليون طن (منها 18,7 مليون طن قطن و1,74 مليون طن صوف و60 ألف طن حرير طبيعي) أي أن ما يقرب من نصف استهلاك مصانع الغزل والنسيج في العالم هو من الألياف التي من صنع الإنسان.ويرجع الإقبال على الألياف من صنع الإنسان إلى الانخفاض المستمر في أسعارها وإلى خواصها الطبيعية والكيميائية التي تضاهى أو تتفوق على ما ينافسها من الألياف الطبيعية. هذا إلى جانب أن إنتاج الألياف الطبيعية محدود بالمساحات المخصصة لزراعة القطن أو المراعي.الألياف غير العضوية الصناعية Synthetic Inorganic Fibres: اكتسبت الألياف التي تُصنع من مواد غير عضوية أهمية خاصة نظراً لاستخداماتها المتعددة في الصناعة خاصة في الصناعات الهندسية وفي أعمال البناء ومن أمثلتها:(أ) ألياف الزجاج Glass Fibres or Glass Wool.حيث يستعمل الصوف الزجاجي في أغراض العزل الحراري وفي تقوية reinforcement بعض المواد كالبلاستيك والجبس والمطاط والأسمنت.(ب) ألياف سليكات الألومنيوم Aluminium Silicate Fibres. وتستعمل أساساً في أغراض العزل الحراري خصوصاً عند درجات الحرارة المرتفعة 400 ـ 1200°م) التي لا يمكن استخدام الصوف الزجاجي عندها.(ج) ألياف الكربون * Carbon Fibres وتستعمل في تقوية البلاستيك وينتج عن هذه التقوية مواد تعرف باسم المواد المركبّة composites وهي تفوق الفلزات كالألومنيوم والصلب في قوتها وصلابتها وخفة وزنها ومقاومتها للتآكل ولذا تستخدم في صناعة مركبات الفضاء والطائرات وبعض أجزاء المحركات النفاثة.
الأوزون
غاز سام يتكون جُزَيؤُه من ثلاث ذرات من الأكسجين 3° ويوجد الأوزون في طبقتين من طبقات الغلاف الجوي: طبقة التروبوسفير التي تمتد من سطح الأرض حتى ارتفاع 12 كيلومتراً، وطبقة الاستراتوسفير التي تعلوها وتمتد حتى ارتفاع 50 كيلومتراً.ويتكون الأوزون في التروبوسفير ـ أي عند سطح الأرض ـ نتيجة التفاعل الكيميائي الضوئي بين الملوثات المنبعثة من وسائل النقل بخاصة بين أكاسيد النيتروجين والهيدروكربوبات، عند تكوين ما يعرف بالضباب الدخاني. وهذا النوع من الأوزون يشكل خطراً على البيئة وصحة الإنسان. أما في طبقة الجو العليا (الاستراتوسفير) فيتكون الأوزون من التفاعلات الطبيعية بين جزيئات الأكسجين وذراته، التي تنتج من انشطار جزيئات الأكسجين بامتصاص الإشعاع فوق البنفسجي ذو الطول الموجى الأقل من 242 نانومتر. وفي الوقت نفسه تتفكك جزيئات الأوزون إلى جزيئات وذرات من الأكسجين بامتصاص الإشعاع فوق البنفسجي ذي الأطوال الموجية فيما بين 280 ـ 320 نانومتر (الإشعاع فوق البنفسجي ب) . وتوجد حالة من الأتزان بين هذه التفاعلات، أي بين تكوين أوزون الاستراتوسفير من جزيئات الأكسجين وتفكك جزيئاته بالأشعة فوق البنفسجية. وتوجد أغلب كميات الأوزون في طبقة معينة من ارتفاع بين 25 و40 كيلومتراً (طبقة الأوزون) ولا يتعدى تركيزه أكثر من 10 أجزاء في المليون حجماً. وتعد طبقة الأوزون ضرورية لحماية الحياة على الأرض، فهي تعمل مرشحاً طبيعياً يمتص الأشعة فوق البنفسجية ب التي تقضى على الكثير من أشكال الحياة، وتلحق أضراراً بالغة بصحة الإنسان.
الإيثاين (الأسيتيلين)
1111
نشاهد في ورش اللحام إسطوانات مدون عليها "غاز أسيتيلين"، إن هذا الغاز يحترق بلهب درجة حرارته 3000°س عند خلطه بغاز الأكسجين، حيث يستفاد من هذه الحرارة العالية في صهر ولحام المعادن.
تحضير الإيثاين في المختبر ودراسة بعض خواصه
يُحضر غاز الإيثاين من تفاعل الماء مع كربيد الكالسيوم كما في المعادلة التالية:
الخواص الفيزيائية للإيثاين
1 - الغاز عديم اللون ذو رائحة تشبه الإيثير.2 - أقل كثافة من الهواء الجوي.3 - غاز سام.4 - شحيح الذوبان في الماء ولكنه يذوب في المذيبات العضوية مثل الأسيتون.
أهمية الإيثاين في الحياة
يستخدم الإيثاين في أغراض كثيرة منها:1 - الحصول على اللهب الأكسي أسيتيليني الذي يستخدم في لحام المعادن وذلك عند احتراق الأستيلين بعد خلطه بالأكسجين.2 - تحضير مركبات هامة مثل البنزين والأسيتون، ومركبات الفينيل التي تستخدم في صناعة المطاط.3 - يستخدم في إنضاج الفاكهة.
التفاعلات الكيميائية للإيثاين
1 - تفاعل الإضافة: دقق في الصيغتين التركيبيتين لكل من الإيثان (الألكان) والإيثاين: (بافتراض أن الإيثان قليل النشاط مثل الميثان وكلاهما من الألكانات) تلاحظ من الصيغتين وجود رابطة تساهمية ثلاثية في الإيثاين، وتميل هذه الرابطة إلى التشبع والتحول إلى رابطة ثنائية ثم رابطة أحادية، ويتم تشبع الرابطة بنوع من التفاعلات تسمى تفاعلات الإضافة وتحدث عملية الإضافة بعدة طرق.
2 - الاشتعال:الإيثاين يشتعل في الهواء بلهب مضيء مدخن، حيث يتفاعل مع اكسجين الهواء الجوي كما في المعادلة التالية:
أما إذا احترق الإيثاين في وفرة من الأكسجين (أكسجين نقي)، فإنه يحدث احترا قاً تاماً ويعطي لهباً تصل درجة حرارته إلى 3000°س يسمى لهب الأكسي أسيتيلين، كما في المعادلة التالية:
3 ـ بلمرة الإيثاين:أدرس المعادلة التالية:
بإمرار غاز الإيثاين في أنابيب حديدية مسخنة لدرجة الإحمرار وخالية من الأكسجين، حيث تتبلمر كل ثلاثة جزيئات من الإيثاين لتكوين جزيء من البنزين كما توضحه المعادلة التالية:
وبذلك يمكن تحويل أحد مركبات الهيدروكربونات الأليفاتية وهو الإيثاين إلى مركب هيدروكربوني أروماتي وهو البنزين.
- الأكسدة : Oxidation:
يتأكسد مركب الايثاين بمحلول برمنجنات البوتاسيوم القاعدية ليعطي أحماض كربوكسيلية، ويتم كسر الرابطة الثلاثية بواسطة التأكسد.
الأيوناتIons
الأيونات إما موجبة نتيجة لفقد العنصر لإلكترون واحد أو أكثر، وإما سالبة نتيجة لاكتساب العنصر إلكترونا واحداً أو أكثر. وجهد التأيّن هو مقياس قدرة العنصر على فقد الإلكترونات، بينما الألفة الإلكترونية electron affinity هي مقياس قدرة العنصر على اكتساب الإلكترونات. ويسمى الأيون الموجب كاتيونا والسالب أنيونا. وتتميز الأملاح بأنها تتكون من شقين، أحدهما قاعدى (كاتيون) والآخر حمضى (أنيون) . وهناك قواعد معمول بها لتسمية الكاتيونات أو الأنيونات؛ فإذا كان الكاتيون يتكون من عنصر واحد فإنه يأخذ اسم العنصر مباشرة وتحدد شحنته بإضافة رقم روماني ـ، ـ، ـ، ـ بين قوسين بعد الاسم، مثل Cu(II) Au(III). أما في حالة الكاتيونات متعددة العناصر فإن اسمها يعتمد على منشأها مثل كاتيون الأمونيوم NH4، وكاتيون الفوسفونيوم PH4. ومن أمثلة الأنيونات أحادية العنصر أنيون الهيدريد H، وأنيون الفلوريد F، وأنيون الفوسفيد P، وأنيون الأزيد N. ومنش أمثلة الأنيونات متعددة العناصر أنيون الهيدروكسيد OH، وأنيون النترات NO، وأنيون الكبريتات SO4 وأنيون الفوسفات PO4.وكاتيون العنصر أقل حجماً من العنصر في صورته الذرية. فحجم كاتيون الصوديوم Na أقل من حجم ذرة الصوديوم Na، بينما أنيون العنصر أكبر حجماً من العنصر في صورته الذرية فحجم أنيون الكلور Ci أكبر من حجم ذرة الكلور Ci. وعند إذابة ملح مثل كلوريد الصوديوم في الماء فإنه يوجد في المحلول على هيئة كاتيون الصوديوم الموجب Na، وأنيون الكلوريد السالب Ci ويكون كل منها محاطاً ببعض جزيئات الماء. وإذا مر تيار كهربائي في هذا المحلول فإن الأيونات (كاتيونات وأنيونات) هي التي تحمل التيار داخل المحلول، فتتجه الكاتيونات نحو الكاثود، وتتجه الأنيونات نحو الأنود.
التحليل الطيفي الامتصاصيّSpectrophotometric Analysis
يعتمد التحليل الطيفى على ظاهرة امتصاص الطاقة الضوئية المرئية أو فوق البنفسجية أو تحت الحمراء بالمادة المراد تحليلها، وذلك طبقاً لقواعد ثابتة ومعروفة، تحدد على أساسها طول الموجة الممتصة ومدى شدة هذا الامتصاص. وينتج الامتصاص الطيفي في منطقتي الضوء المرئي وفوق البنفسجي بسبب إثارة إلكترونية في الجزيئات ويقع ذلك في مدى طول موجى بين 200 إلى 800 نانوميتر (10 -9 متر) .ويعتمد التحليل الكمى الطيفي على العلاقة الرياضية بين الامتصاص الطيفي وتركيز المادة الماصة للضوء وذلك طبقاً لقانون «لامبرت بير» abc = A حيث A الامتصاص، a معامل الامتصاصية، b طول المسار الضوئي، c التركيز. والامتصاص الطيفي في المنطقة المرئية وفوق البنفسجية له استخدامات كثيرة منها حساب ثابت التأين k لدلائل الأحماض والقواعد بواسطة تغير الامتصاص مع تغير الرقم الهيدروجيني. وهناك تطبيق آخر هو تعيين أو ترجيح أحد الاحتمالات المتعددة لتركيب المتراكبات.
التفاعلات الانعاكسية وغير الانعكاسية
التفاعلات غير الإنعكاسية:تحدث في اتجاه واحد، حيث لا تتفاعل المواد الناتجة مع بعضها البعض لتعطي المواد المتفاعلة. وغالباً ما يتصاعد غاز ويترك حيز التفاعل أو يتكون راسب لا يتفاعل مع النواتج الأخرى.التفاعلات الإنعكاسية:تحدث في اتجاهين، المواد الناتجة من التفاعل تتفاعل مع بعضها البعض لتكون المواد المتفاعلة، أي يوجد تفاعلان:أحدهما أمامي في اتجاه تكون المواد الناتجة والآخر عكسي في اتجاه تكون المواد المتفاعلة.يعبر عن التفاعل بمعادلة واحدة تحوي سهمين.وتقسم التفاعلات الإنعكاسية إلى:(أ) تفاعلات إنعكاسية متجانسة Homogeneous Reversible Reactions وفيها توجد المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل في حالة واحدة من حالات المادة.(ب) تفاعلات إنعكاسية غير متجانسة Heterogeneous Reversible Reactions وفيها توجد المواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل في أكثر من حالة واحدة من حالات المادة وتتم في حيز مغلق.
التفاعلات الطاردة والتفاعلات الماصة للحرارة
العناصر عديدة التكافؤ
نميز تكافؤ العنصر في العناصر التي لها أكثر من تكافؤ في مركباتها المختلفة بطريقتين:1- رقم روماني (IV,V,VI,III,II,I).2- إضافة المقطع "وز ous" للتكافؤ الأقل, المقطع "يك ic" للتكافؤ الأعلى في نهاية الإسم.فمثلاً عند اتحاد الحديد مع الكلور ينتج إما مركب FeCl2 ويسمى كلوريد الحديد (II) أو كلوريد الحديدوز , أو ينتج مركب FeCl3 ويسمى كلوريد الحديد (III) أو كلوريد الحديديك.
مقدار التكافؤ لبعض العناصر
الرابطة الأيونية:
Ionic Bond
بين من: بين العناصر التي يوجد فرق كبير نسبياً في السالبية الكهربية بين ذراتها (فلزات ولا فلزات).
الرابطة التساهمية
Covalent Bond
هي رابطة ناتجة عن اشتراك الذرتين المرتبطتين بزوج أو أكثر من الإلكترونات بحيث تساهم كل ذرة بنصف عدد الإلكترونات.الحالات التي تكون فيها الرابطة تساهمية:1 ـ عند اتحاد ذرات من نفس النوع (لا يوجد فرق في السالبية الكهربائية بينها). مثال: Cl2 ، H2 ، O2. 2 ـ عند اتحاد ذرات مختلفة ويكون الفرق في السالبية الكهربائية بينها صغيراً.مثال: BrCl ، CH4.والرابطة التي تتكون من زوج من الإلكترونات تسمى رابطة تساهمية أحادية وتمثل بخط يصل بين الذرتين (H-H) ، (Cl-Cl).والرابطة التي تتكون من زوجين من الإلكترونات تسمى رابطة تساهمية ثنائية كما في جزيء الأكسجين:
والرابطة التي تتكون من ثلاثة أزواج من الإلكترونات تسمى رابطة تساهمية ثلاثية كما في جزيء النيتروجين:
قطبية الرابطة التساهمية
التفسير: عند وجود فرق كبير في السالبية الكهربائية (0.8 - 1.8)
يبقى زوج الإلكترونات المشارك والذي يكون الرابطة أقرب نسبياً إلى الذرة ذات السالبية الكهربائية الأكبر (Cl) فتتولد عليها شحنة سالبة صغيرة -? بينما تتولد على الذرة ذات السالبة الكهربائية الأقل (H) شحنة موجبة صغيرة في هذه الحالة تسمى الرابطة رابطة تساهمية قطبية كما يوصف الجزيء بإنه ثنائي القطب حيث يكون له قطب موجب وقطب سالب.
ونظراً لاختلاف السالبية الكهربائية تظهر شحنتان سالبتان صغيرتان على ذرة الأكسجين الأكثر سالبية كهربائية بينما تظهر شحنة صغيرة موجبة على كل من ذرتي الهيدروجين أي أن لجزيء الماء خاصية قطبية.
الرابطة التناسقية (التساندية)The Co-ordinate Bond
هي إحدى أنواع الروابط التساهمية وتحدث بين ذرتين حيث تقوم فيها إحدى الذرتين المرتبطتين بمنح زوج من الإلكترونات الحرة غير المشاركة في تكوين الرابطة إلى الذرة الأخرى أو الأيون (أو الجزيء) وتسمى الذرة التي تعطي الإلكترونات بالذرة المانحة (donor) والذرة الأخرى بالذرة المستقبلة(acceptor).* كيفية تكوّن الرابطة التساهمية التناسقية:(1) تتكون الرابطة بين ذرتين إحداهما لديها زوج أو أكثر من الأزواج الحرة والأخرى لديها نقص في الإلكترونات.(2) الذرة التي تمنح الزوج الإلكتروني تسمى الذرة المانحة ولذلك تحمل شحنة موجبة.(3) الذرة التي تستقبل الزوج الإلكتروني تسمى الذرة المستقبلة ولذلك تحمل شحنة سالبة.(4) يرمز للرابطة التناسقية بسهم يتجه من الذرة المانحة إلى الذرة المستقبلة.
الرابطة الفلزية
Metalic Bond
تفقد ذرات الفلزات مثل الصوديوم والبوتاسيوم إلكترونات مستواها الخارجي لتصبح أيونات موجبة، حيث أن سالبيتها الكهربائية منخفضة. وتتماسك ذرات الفلز مع بعضها البعض في شكل بلوري صلب كما في الشكل :
ويحتوي هذا الشكل البلوري على الأيونات الموجبة والإلكترونات الحرة والتي تتحرك حركة عشوائية خلال الشبكة البلورية، وتوصف هذه الإلكترونات بسحابة سالبة متحركة في الفراغات الموجودة بين الأيونات الموجبة.
وتزداد قوة الرابطة الفلزية كلما ازداد عدد الإلكترونات الحرة في الفلز أي كلما ازداد عدد الإلكترونات الخارجية المتحركة. كذلك يعتمد على هذه الرابطة الكثير من الخواص الفلزية التي تتفاوت من فلز لآخر تبعاً لاختلاف قوة الرابطة الفلزية.
الرموز
نظراً لتعدد العناصر ولتسهيل دراسة علم الكيمياء أُتبعت طريقة كتابة الرموز:1- كتابة الحرف الأول من اسم العنصر بالحرف الكبير.مثل: الهيدروجين H وليس h الكربون C وليس
c 2- كتابة الحرف الأول والثاني في حالة تشابه عنصران في الحرف الأول.
3- كتابة الحرف الأول والثالث في حالة تشابه عنصران في الحرف الأول والثاني.
4- أحياناً يكون الرمز مشتقاً من الكلمة اللاتينية للعنصر.
الزجاج
محلول جامد وغير متبلر من سليكات مزدوج للصوديوم والكلسيوم Na2 OCaO 6SiO2أقدم قطعة من الزجاج تم اكتشافها بالعراق يرجع تاريخها إلى 2700 سنة قبل الميلاد. ويحضر الزجاج بصهر مخلوط المواد الأولية عند درجة حرارة 1600° م سلزيوس في وجود كميات قليلة من الفلسبار ويتم تشكيله بالنفخ أو الصب أو السحب أو الكبس وتضاف أملاح المعادن الثقيلة للتلوين. وتختلف خواصه باختلاف نسب العناصر التي تدخل في تركيبه وظروف التحضير وأفران الصهر، ففي وجود نسبة مرتفعة من السليكا (99,8%) ينتج نوع شفاف غاية في النقاء يسمح بمرور الأشعة فوق البنفسجية ويستخدم في صناعة الأجهزة الضوئية البصرية والتلسكوبات، وفي صناعة مصابيح الزئبق.وفي مجال انتاج زجاج البصريات يميز بين نوعين هما (1) الكرون وبه 32 ـ 72% من ثاني أكسيد السليكون وأكاسيد البورون والعناصر القلوية، ويستعمل في صنع العدسات والخلايا الضوئية. (2) الفلينت ويحتوى على 26 ـ 65% من أكسيد الرصاص، ويستخدم في إنتاج المصابيح الكهربية والرادار، وشاشات التليفزيون والدروع الواقية من الإشعاع. ويدخل أكسيد الأنتيمون في تركيب زجاج النظارات.ويحتوي الزجاج البلورى «الكريستال» على 80% أكسيد رصاص وبإضافة عناصر الألومنيوم أو الباريوم أو الأنتيمون تنتج أنواع من الزجاج تتحمل درجات الحرارة العالية. أما زجاج المرايا البصرية الضخمة المستخدمة في صناعة التلسكوبات الفضائية العملاقة فهو ينتج باضافة أكسيد التيتانيوم. ويتم إنتاج النوع السيراميكى بإضافة بلورات من أكسيد الزركزنيوم ـ أو أكسيد الكروم أو أكسيد التيتانيوم أو خامس أكسيد الفسفور إلى خام الزجاج المنصهر، ثم تجرى المعالجة الحرارية أو الإشعاعية، وهو يستخدم في صناعة الأجهزة الالكترونية وبدائل للأنسجة البشرية التالفة. وبإضافة عناصر الفلور والزنك والألومنيوم يتم إنتاج زجاج أبيض غير شفاف، هو حجر الأوبال، وهو يستخدم في صناعة المصابيح الضوئية.ويتم الآن انتاج ألياف من الزجاج يدخل في تركيبها أكسيد الاسترونشيوم وتستخدم على نطاق واسع في العزل الحراري في الثلاجات وأجهزة التكييف.ويتكون الزجاج الرقائقي من ألياف زجاجية خفيفة الوزن تضمها مادة رابطة، وهو يدانى الفولاذ في متانته ويستعمل في صناعة الطائرات وسفن الفضاء.وينتج الزجاج الرغوى بإضافة الفحم المنصهر عند درجات الحرارة المرتفعة حيث تتولد الغازات والفراغات الهوائية التي تكسب الزجاج صفة العزل الصوتي والحراري. وهو يستخدم في البناء حيث يمكن قطعه بمنشار ودق المسامير فيه.وهناك أنواع أخرى من الزجاج مثل زجاج الجير والصودا، وهو يقاوم الانصهار وتصنع منه النوافذ والمرايا الرخيصة، وزجاج الينا والبايركس، وله معامل تمدد صغير، ويصنع منه زجاج الترمومترات أو أجهزة المعامل. ويدخل فيه عناصر البورون والألومنيوم.أما الزجاج العضوى المعروف باسم «البرسبكس» أو «اللوسيت»، فهو مادة متبلمرة شفافة عديمة اللون تحضر ببلمرة استر مثيل حمض ميثاكريليك (CH2 C (CH3) COOCH3) وتستعمل على هيئة رقائق في صناعة الطائرات وفي إنتاج السلع المنزلية.
زجاج البوروسليكات
يعتبر أكسيد البورون (B2 O3) من المواد المكونة للزجاج. وهو يعمل كمادة صهَّارة عند إضافته إلى أكسيد السليكون (SiO2) ويتميز عن مواد الصهارة الأخرى (أكاسيد المجموعة الأولى والثانية في الجدول الدورى) في أنه لا يتسبب في زيادة معامل التمدد الحراري لزجاج السليكا كما تفعل تلك المواد. أما إذا ارتفعت نسبة أكسيد البورون بدرجة كبيرة، فإن المقاومة الكيميائية تصبح هي المشكلة في الزجاج الناتج. وتسمح إضافة المواد القلوية يخفض كميات أكسيد البورون المستخدمة، كما تحسن من المقاومة الكيميائية في حالة التراكيب متعددة المواد. ويؤدي الانخفاض في معامل التمدد الحراري لزجاج البوروسليكات ذي المحتوى المنخفض من المواد القلوية إلى مقاومة الزجاج للصدمات الحرارية مما يجعله مفيداً في تصنيع الأدوات المعملية وأواني الطهي وزجاج لحام الموليبدنوم ومرايا التلسكوبات. ومن أشهر أنواع زجاج البوروسليكات هو ما أنتجته شركات كورننج للزجاج تحت الاسم التجاري «بايركس» كما أن النظام الثلاثي Na2 O-B2 O3-SiO2 من زجاج البوروسليكات المحتوى على أكسيد الصوديوم يتميز بإمكانية انفصاله إلى طورين عند معالجته حرارياً بين 500° و650° سلزيوس ويتكون الطور الأول أساساً من أكسيد السليكون. وعند إذابة الطور الأول في أحد الأحماض يتبقى الطور الثاني فقط حيث يبلغ محتواه من أكسيد السليكون 96% وبتلبيد هذا الطور ينتج ما يعرف بزجاج «الفيكور» (Vycor 69/SiO2) ويتميز بمعامل تمدد حراري منخفض للغاية.ويمكن تصنيع أنواع من الزجاج البصرى التي تتميز بانخفاض قيم معامل الانكسار والتشتت، من بعض أنواع زجاج البوروسليكات التي تحتوى على أكاسيد الفلزات القلوية أحادية التكافؤ، كما يمكن تحضير الزجاج المستخدم في أغراض اللحام من بعض هذه الأنواع من زجاج البوروسليكات القلوية.زجاج السليكات Silica Glass: أهم زجاج أحادي الأكسيد وهو يعد زجاجاً مثالياً لكثير من الاعتبارات، فجزيئاته مترابطة في ثلاثة اتجاهات، ويمكن استعماله في درجات الحرارة العالية كما أن له معامل تمدد حراري منخفضاً وامتصاصه للموجات فوق السمعية ultrasonic ضئيل للغاية. وهو عازل ممتاز بالنسبة للكهرباء وله مقاومة عالية ضد الكيماويات، ولا يسبب تعرضه لاثنين مليون إلكترون فولت أي تأثيرات ملحوظة فيه بينما تتلون وقد تنكسر الأنواع الأخرى من الزجاج عند تعرضها لهذه الكمية من الطاقة. ويسمح زجاج السليكات للاطول الموجية للاشعة فوق البنفسجية بالنفاذ من خلاله بصورة ممتازة حتى الطول الموجى 180 نانومتر حيث تبلغ درجة نفاذيته في هذه الحالة أكثر قليلاً من 90%. ويستخدم زجاج السليكا في عمل خطوط إعاقة الموجات فوق السمعية ونوافذ أنفاق التيارات فوق السمعية، وفي عمل النظم الضوئية للأجهزة مثل أجهزة المطياف الضوئي وأجهزة القياس في الكيمياء الحيوية. كما يستخدم في عمل بواتق تنمية بلورات الجرمانيوم أو السليكون. وإذا كانت الصفات التي يتمتع بها زجاج السليكا تسبغ عليه المناعة عند استخدامه فهي أيضاً تجعله صعب التحضير بالطرف التقنية المتداولة. فهو ينفرد بطرق خاصة للتحضير، فعلى سبيل المثال يمكن أن يحضر بتقنية ترسيب البخار vapour deposition.زجاج سليكات الرصاص: يعتبر أكسيد الرصاص من الأكاسيد المعدلة لصفات الزجاج. وهو مادة صهارة جيدة لأكسيد السليكون لا تسبب ـ عند مقارنتها بغيرها من مواد الصهارة مثل الأكاسيد الفلزية ـ انخفاضاً في المقاومة الكهربائية للزجاج الناتج ويستخدم زجاج سليكات الرصاص في إنتاج النوافذ المدرعة الحاجبة للإشعاعات، وزجاج مصابيح الفلوريسنت، والزجاج البصرى، والزجاج الكريستال خاصة للقطع الفنية وفي إنتاج الزجاج المستخدم في اللحام ذي الحرارة المنخفضة.
السيليلوزCellulose
هو من المكونات الأساسية لجدر الخلايا النباتية، ويتكون السيليلوز من سلاسل متوازية غير متفرعة، وحداتها من سكر الجلوكوز، وترتبط السلاسل فيما بينها بروابط هيدروجينية مكونة حزماً .
والسيليلوز مادة بيضاء صلبة لا تذوب في الماء، ولا في المذيبات العضوية. وبالرغم من أن النشا والسيليلوز يتكونان من وحدات الجلوكوز، إلا أنهما يختلفان في الخواص بسبب اختلافهما في طريقة الترابط بين وحدات الجلوكوز، ولا يتحلل السيليلوز مائياً بسهولة مثل النشا ولكن عند تسخينه مع حمض الكبريتيك المخفف تحت ضغط يتحلل إلى جلوكوز.
الشبكات البلورية الأيونيةCrystal lattice
سنأخذ كلوريد الصوديوم كمثال, وهو كما علمنا يتركب من أيونات الكلوريد السالبة -Cl وأيونات الصوديوم الموجبة +Na فكلوريد الصوديوم يتواجد على هيئة أعداد متساوية مع الأيونات الموجية والسالبة والتي ينجذب بعضها مع بعضها الآخر بقوى تجاذب كهربائية نظرا لا ختلافها في الشحنة, ولذا فهى ترتب نفسها على شكل صلب يسمى الشبكة البلورية. والنمط الخاص الذي يصف ترتيب أيونات الصوديوم والكلوريد في البلورة موضح بالشكل وهي على شكل مكعب حيث توجد أيونات +Na (باللون الرمادي) عند أركانه وفي وسط كل وجه وتحتل أيونات الكوريد -CI (باللون الأخضر) منتصف الفراغات بين أيونات +Na وعند الانتقال من الطبقة العليا إلى الطبقة التالية سنجد أن أيونات +Na و -CI, قد عكست مواضعها وهكذا بالتبادل.
الصيغ الكيميائية
تزودنا الصيغة الجزيئية للمركب بالمعلومات التالية:1- نوع الذرات الموجودة في المركب.2- عدد ذرات كل نوع.3- النسب العددية بين أنواع الذرات المختلفة.فمثلاً : الصيغة الجزيئية لمركب حمض الكبريت هي H2SO4 نستنتج:1- نوع الذرات الموجودة في المركب: H وَ S وَ O. 2- عدد ذرات كل نوع: H2 وَ S1 وَ O4. 3- النسب العددية بين أنواع الذرات المختلفة 2:1:4
. وهناك بعض المواد يمكن كتابة صيغتها الكيميائية بسهولة حيث يساعد اسمها الكيميائي على ذلك وإليك المركبات البسيطة التالية:
الصيغة البنائية :
(Structural Formula)هي صيغة تمثل ترتيب الذرات في الفراغ وعلاقاتها داخل الجزيء .الصيغة التجريبية:هي صيغة كيميائية تبين أبسط نسبة عددية صحيحة بين ذرات جزيء المركب
الطاقة الكيميائية
هناك طاقة مختزنة في المادة أثناء تكونها، وتعتمد كمية هذه الطاقة على نوع وترتيب الذرات في المادة، وهذه الطاقة إما أن تمتص أو تنطلق أثناء التفاعل الكيميائي ولذا تعتبر الطاقة الكيميائية صورة من صور طاقة الوضع.
مجموع الطاقات الداخلية المختزنة في المادة أثناء تكونها نتيجة لارتباط الذرات مع بعضها البعض.هناك أنواع من الطاقات تكون مصاحبة لجزيء المادة مثل:الطاقة الانتقالية: وهي الناتجة عن انتقال الجزيء من مكان لآخر.الطاقة الدورانية: وهي ناتجة عن دوران الجزيء حول محور أو أكثر في مركزه.الطاقة الأهتزازية: وهي ناتجة عن ذبذبة الجزيء حول موضع الاتزان وهذه تعتمد على شكل وتركيب الجزيء.طاقة الترابط: وهذه ناتجة عن انجذاب الأيونات أو الجزيئات أو تنافرها عن بعضها.
الطرق المتبعة في التحليل الكيميائي الكمي
يمكن تقسيم الطرق المتبعة في التحليل الكيميائي الكمي إلى:أولاً: طرق طبيعية:ويطلق عليها التحليل الكمي بالطرق الطبيعية (الكمي ـ الطبيعي) والتي تعتمد على قياس بعض الخواص الطبيعية للمادة مثل: درجة الغليان، التجمد، شدة اللون، درجة الامتصاص الضوئي، الانكسار الضوئي وغيرها. وأهم طرق التحليل الكمي الطبيعي هي:1 ـ التحليل الضوئي.2 ـ معامل الانكسار.3 ـ قياس الإشعاع.4 ـ التحليل الكهربي.ملاحظات:1 ـ يتوقف الامتصاص الضوئي لمحلول المادة الملونة على:أ ـ نوع المادة.ب ـ درجة تركيزها في المحلول.ج ـ درجة نقاء المادة.2 ـ الخاصية الطبيعية للمادة غالباً ما تتناسب مع كتلة المادة أو درجة تركيزها في المحلول.3 ـ التحليل الضوئي هو عملية تحديد درجة تركيز مادة في محلولها الملون بقياس درجة امتصاصها للضوء.4 ـ طرق التحليل الضوئي:(أ) استخدام العين المجردة كما في أنابيب نسلر.(ب) استخدام جهاز قياس الطيف الضوئي (الإسبكتروفوتوميتر) .(ح) اختبار النقطة.5 ـ معامل الانكسار الضوئي لمادة يمكن قياسه باستخدام الإسبكتروفوتوميتر. ومن جداول خاصة تربط معامل الانكسار الضوئي بدرجة التركيز نستطيع معرفة درجة التركيز ودرجة النقاء.6 ـ تتوقف قيمة معامل الانكسار الضوئي لمحلول مادة على نوعها ودرجة نقائها وعلى درجة تركيزها في المحاليل المائية أو المذيبات العضوية.7 ـ في حالة المحاليل غير الملونة نصيف مواد كيميائية أخرى تتفاعل مع المادة المذابة في المحلول وتكون مركبات ملونة تتدرج شدة لونها مع تدريج درجة تركيزها في المحلول.8 ـ الأساس الذي تعتمد عليه طريقة قياس الإشعاع في التحليل الكمي الطبيعي هو قياس شدة الإشعاع الصادر من المواد المشعة وذلك بواسطة عداد جيجر. وباستخدام جداول خاصة يمكن بمعرفة شدة الإشعاع استنتاج درجة تركيز المادة المشعة.9 ـ يستخدم عداد جيجر في الكشف عن الخامات المشعة وقياس شدة الإشعاع الناتج من تلوث البيئة، كما يستخدم في قياس شدة إشعاع النظائر المشعة والاستفادة منها في الأبحاث العلمية.10 ـ التحليل الكهربي (الترسيب الكهربي): التحليل أو الترسيب الكهربي هو تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تحدث في المحاليل الإلكتروليتية عند قطبي الخلية الكهربية نتيجة مرور تيار كهربي فيها.11 ـ الفاراداي هو كمية الكهربية التي ترسب الوزن المكافىء الجرامي لأي عنصر عند إمرارها في محلول ملح من أملاحه وتساوي 96500 كولوم وتحوي عدد أفوجادرو من الإلكترونات وهو 6,023 × 1023إلكترون.12 ـ يعتمد الحساب الكيميائي في التحليل الكهربي على قانوني فاراداي:القانون الأول: كمية المادة المنفصلة (و) بالتحليل الكهربي تتناسب طردياً مع كمية الكهربية (ك) المارة في المحلول الإلكتروليتي للمادة.القانون الثاني: كمية المواد المنفصلة بالتحليل الكهربي وبكمية كهربية واحدة تتناسب طردياً مع أوزانها المكافئة الجرامية.
العامل الحفاز
مادة تسبب تغيراً في سرعة التفاعل، ولكنها لا تتغير عند انتهاء التفاعل ويمكن استعادتها.أغلب العوامل الحفازة تزيد من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً موجباً وبعضها يقلل من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً سالباً.وفيما يلي أمثلة على العوامل الحفازة وأهمية كل منها في المختبر والصناعة وفي جسم الإنسان:
العامل الحفاز
الأهمية والاستخدام
ثاني أكسيد المنجنيزMnO2
يساعد على سرعة تحلل كلورات البوتاسيوم عند تحضير غاز الأكسجين في المختبر
الحديد والموليبدنيوم
يستخدمان عند تفاعل النتيروجين مع الهيدروجين لتحضير غاز الأمونيا
خامس أكسيد الفاناديومV2O5
يستخدم لتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع الأكسجين لتكوين ثالث أكسيد الكبريت في تحضير حمض الكبريتيك في الصناعة
النيكل
يستخدم في تفاعل إضافة الهيدروجين إلى الروابط الثنائية في الزيوت النباتية غير المشبعة وبذلك تتحول إلى زبدة نباتية صالحة للأكل
إنزيم التيالين في اللعاب،وإنزيم الببسين في العصارة المعدية
زيادة سرعة الهضم
وتجدر الإشارة هنا إلى وجود مواد تعوق عمل المواد الحافزة إذا وجدت في وسط التفاعل وتعرف هذه المواد بالسموم. فالكبريت مثلاً من شأنه أن يعيق عمل أكاسيد الحديد كمادة حافزة تساعد على زيادة سرعة تفاعل النيتروجين مع الهيدروجين في صناعة النشادر, كذلك وجود الرصاص في وقود السيارات يعيق عمل المادة الحافزة التي تزود بها بعض السيارات للتحكم بغازات العادم. لذا يجب استخدام الوقود الخالي من الرصاص في السيارات المزودة بهذا النوع من المحفزات المقاومة للتلوث.وتوجد للعامل الحفاز بعض الخواص المشتركة منها:1 ـ يغير من سرعة التفاعل، ولكنه لا يؤثر على بدء أو إيقاف التفاعل.2 ـ لا يحدث له أي تغيير كيميائي أو نقص في الكتلة قبل وبعد التفاعل، ولكنه يرتبط أثناء التفاعل بالمواد المتفاعلة، ثم ينفصل عنها بسرعة لتكوين النواتج في نهاية التفاعل.3 ـ يقلل من الطاقة اللازمة للتفاعل.4 ـ لكل عامل حفاز درجة حرارة مناسبة تكون عندها كفاءته أكبر ما يمكن.5 ـ غالباً ما تكفي كمية صغيرة من العامل الحفاز لاتمام التفاعل.
الفروع الرئيسية للكيمياء
الكيمياء التحليلية تختص بتعيين خواص المواد الكيميائية والصيغ الكيميائية للمركبات والمخاليط وتركيبهاالتحليل الكمي يقدر كميات الكيميائيات المختلفة التي تتكون منها الموادالتحليل النوعي يكشف عن نوع العناصر والمركبات التي تتكون منها الموادالكيمياء الراديوية تختص بتعيين وإنتاج العناصر المشعة واستخداماتها في دراسة العمليات الكيميائيةالكيمياء التطبيقية تعنى بالتطبيق العملي بالمواد والعمليات الكيميائيةالكيمياء الزراعية تهتم بتطوير الأسمدة والمبيدات وتدرس العمليات الكيميائية التي تحدث داخل التربة والعمليات التي تتعلق بنمو المحاصيلكيمياء البيئة تدرس وتراقب وتحاول ضبط العمليات الكيميائية والعوامل البيئية الأخرى وعلاقتها بالكائنات الحيةالكيمياء الصناعية تختص بإنتاج المواد الخام كيميائياً وتطوير العمليات والمنتجات الكيميائية الصناعية ودراستها ومراقبتهاالكيمياء الحيوية تتعامل مع التراكيب والعمليات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحيةالكيمياء اللاعضوية تتعامل مع العمليات الكيميائية التي لا تحتوي على روابط بين ذرتي كربون (كربون - كربون)الكيمياء العضوية تعنى بدراسة المواد الكيميائية التي تحتوي على روابط بين ذرات الكربونالكيمياء الفيزيائية تترجم وتفسر العمليات الكيميائية اعتماداً على الخواص الفيزيائية للمادة, مثل الكتلة والحركة والحرارة والكهرباء والأشعاعالحركية الكيميائية تدرس الخطوات في التفاعلات الكيميائية, والعوامل التي تؤثر على معدل سرعة التفاعلات الكيميائيةالدينامية الحرارية الكيميائيةتتعامل مع تغير الطاقة الذي يحدث أثناء التفاعلات الكيميائية وكيف يؤثر اختلاف الضغط والحرارة على التفاعلاتالكيمياء النووية تستخدم الطرق الكيميائية في دراسة التفاعلات النوويةكيمياء الكم تحلل توزيع الإلكترونات في الجزيئات وتفسر السلوك الكيميائي للجزيئات اعتماداً على البناء الإلكترونيالكيمياء الإشعاعية تهتم بالآثار الكيميائية للأشعة العالية الطاقة على الموادكيمياء حالة الصلابة تتعامل مع التركيب الكيميائي للمواد الصلبة, والتغير الذي يحدث داخل هذه المواد وفيما بينها. الكيمياء الفراغية تدرس ترتيب الذرات في الجزيئات والخواص التي تنتج عن هذا الترتيبكيمياء السطوح تهتم باختبار الخواص السطحية للمواد الكيميائيةكيمياء البوليمرات تهتم بالبلاستيك والجزيئات السلسلية الأخرى المتشابكة التي تتكون بتشابك الجزيئات الصغيرة بعضها ببعضالكيمياء الاصطناعية تختص باتحاد العناصر الكيميائية والمركبات لإنتاج مواد مماثلة لمواد موجودة في الطبيعة, أو تشكيل مواد
الكيمياء الإشعاعية
مجال كيميائي يعني بدارسة العناصر المشعة. كما يعالج إنتاج وتعريف واستخدام مثل تلك العناصر ونظائرها. وقد أفادت الكيمياء الإشعاعية، علم الأثار وعلم الكيمياء الحيوية والمجالات العلمية الأخرى. وتستخدم التقنيات الإشعاعية الكيميائية في الغالب في مجال الطب للمساعدة في تشخيص المرض، وفي العديد من الدراسات البيئية.يوجد قليل من العناصر المشعة في الطبيعة كالثوريوم واليورانيوم أما العناصر الأخرى فتنتج صناعياً، حيث يمكن إنتاجها بداخل أجهزة تُسمى معجلات الجسيمات، وذلك بقذف العناصر غير المشعة بجسيمات عالية الطاقة. كما يمكن جعل العناصر مشعة بتعريضها لأعداد كبيرة من النيوترونات داخل المفاعلات النووية.وتسمّى نظائر العناصر المشعة النويدات المشعة أو النظائر المشعة. وتُستخدم هذه النظائر بمثابة عناصر استشفافية في أنواع معينة من البحوث، وبالأخص في دراسة العمليات الأحيائية المعقدة. ويقوم هذا النوع من الدراسة، بتتبع النويدات المشعة، من خلال التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية. وتتم عملية التتبع هذه باستخدام عدّادات جايجر، والعدادات النسبية وأجهزة الكشف الأخرى.ويتم إنتاج النويدة المشعة، بكميات صغيرة، ولهذا فهي تميل للتراكم على جدران الإناء الذي يحتويها قبل التمكن من استخدامها. ويتم منع حدوث هذه العملية بإضافة عنصر ناقل (عنصر غير مشع) للنويدة المشعة.وهناك تقنية إشعاعية كيميائية مهمة أخرى، تُسمى تحليل حفز النيوترون. وفي هذه الطريقة يعرض جسم لنيوترونات، لتحويل بعض العناصر فيه إلى عناصر مشعة. تقوم هذه العناصر بعد ذلك، بإطلاق إشعاع له طاقات معينة. وأحد استخدامات هذه الطريقة، هو توضيح مدى موثوقية اللوحات الفنية القديمة. فالدهان المستخدم في الأعمال الفنية القديمة، يختلف في تركيبه عن الدهان الذي يستخدم في اللوحات الفنية الحالية، ولهذا فهو يعطي إشعاعات مختلفة.
الكيمياء التحليلية:
تهتم الكيمياء التحليلية بتعرف نوعية المكونات المختلفة للمادة وكمياتها وذلك بواسطة التحليل الكيميائي. تسمى الطرق الكيميائية التحليلية المستعملة في معرفة نوعية المكونات الكيميائية للمادة بالكيمياء التحليلية النوعية أو التحليل النوعي. أما الطرق التي تستعمل في تعيين كمية هذه المكونات فتسمى بالتحليل الكيميائي الكمي أو التحليل الكمي. وعادة ما يكون التحليل الكمي مسبوقاً بالتحليل النوعي.الكيمياء التحليلية في حياتنا:تستخدم الكيمياء التحليلية كوسيلة مهمة في إجراء البحوث العلمية النظرية والتطبيقية في المجالات التالية:الطب صناعة الأدوية المختلفة والتحاليل اللازمة لتشخيص الأمراض مثل تحليل الدم والبول ..علم الجريمة تحليل ما يتركه المجرمون من آثار كالدم والشعر. وامكانبة الكشف عن السموم والمواد المستخدمة في الحرق أو التفجير أو غيرهاالآثار والأنثروبولوجيا معرفة أعمار الحضارات القديمة وتركيب الصخور لتتبع العصور الجيولوجيةالصناعة التحقق من نوعية المصنوعات ومدى جودتها ونقاوتها ومدى ملاءمتها للاستخدام ومطابقتها لمعايير الجودة والصحة العامةالبيئة التعرف على مدى خطورة ملوثات الماء والهواء والتربة ثم العمل على تجنبها وتصنيع مضاداتهاالزراعة تحليل درجة خصوبة التربة ونوع وكمية الأسمدة اللازمة لرفع انتاجيتها، وتصنيع المبيدات اللازمة لمكافحة الآفات الزراعيةالغذاء تحديد التركيب الكيميائي وتحديد القيمة الغذائية والمكونات المساعدة على حفظ الأطعمة
الكيمياء الحركية
بسبب تفاوت التفاعلات الكيميائية في سرعتها تبرز أهمية دراسة سرعة التفاعلات للحاجة في بعض الأحيان إلى تسريع بعضها للحصول على نواتج مفيدة في مدة زمنية معقولة، وفي بعض الأحيان إلى تقليل سرعة بعض التفاعلات الأخرى (كصدأ الحديد). فكيف يمكن القيام بذلك؟ وما العوامل التي تؤثر في سرعة التفاعل؟ وتعرف سرعة التفاعل الكيميائي على أنها: معدل التغير في كميات المواد المتفاعلة أو الناتجة في وحدة الزمن.وعملياً يتم تحديد سرعة التفاعل باختيار إحدى مواد التفاعل بحيث يسهل تتبع تركيزها من خلال تغير إحدى خواصها الفيزيائية مثل التغير في اللون.وتؤثر على سرعة التفاعل الكيميائي (إما بالزيادة أو النقصان) عدة عوامل هي:
العامل
تأثيره على سرعة التفاعل
طبيعة المواد الداخلة في التفاعل.أ-عدد الروابط.ب-نوع الروابط.جـالنشاط الكيميائي.د-الحالة الفيزيائية
أ-كلما قلت الروابط التي يلزم تفكيكها كلما كان التفاعل أسرع.ب-المركبات الأيونية أسرع تفككاً من المركبات التساهمية.جـالمادة ذات النشاط الكيميائي الأكبر تتفاعل بشكل أسرع.د-بعض المواد لا يمكن أن تتفاعل مع بعضها في الحالةالصلبة بينما محاليلها تتفاعل بسهولة
تركيز المواد الداخلة في التفاعل
تزداد سرعة التفاعل بزيادة تركيز المواد الداخلة في التفاعل،والعكس صحيح
التغير في درجة الحرارة
تزداد سرعة التفاعل برفع درجة الحرارة، والعكس صحيح
وجود العوامل الحفازة
أغلب العوامل الحفازة تزيد من سرعة التفاعل ويسمى حفزاًموجباً وبعضها يقلل من سرعة التفاعل ويسمى حفزاً سالباً
الكيمياء الضوئية
فرع من الكيمياء يتناول التفاعلات الكيميائية التي تنتج عندما تمتصّ جزيئات مادة الضوء. تتغير الجزيئات على نحو كيميائي ضوئي، في حالة امتصاص الضوء فقط وليس إذ مرّ الضوء خلالها أو انعكس.يمتص الضوء في شكل كميات صغيرة من الطاقة المشعة فوتونات. وتعتمد طاقة الفوتون على طول موجة الضوء. وبعد امتصاص أحد الفوتونات، تزداد طاقة الجزيء ويكون في حالة إثارة. في معظم الحالات، يبقى الجزيء على هذه الحالة فقط واحداً على مليون من الثانية أو أقل. وأحياناً يعود الجزيء مباشرة لحالته العادية بِفقْد الطاقة المكتسبة في التصادمات مع الذرات الأخرى، أو بإطلاقها على هيئة ضوء. لكن إذا كان الطور الموجي لفوتون الضوء الممتص قصير ـ كما في الضوء المرئيّ ـ فإن الجزيء رُبَّما يكون قد تلقى طاقة كافية ليمر بالتفاعلات الكيميائية غير العادية، بينما هو في حالة إثارة.التفاعلات الضو كيميائية جزء من عمليات طبيعية كثير. ففي التركيب الضوئي، على سبيل المثال، تمتص النباتات الخضراء ضوء الشمس، ثم تستخدم هذه الطاقة الضوئية لإنتاج الغذاء، من ثاني أكسيد الكربون من الهواء، ومن ماء التربة. انظر: التركيب الضوئي: وهكذا يحول النبات الطاقة المشعة للضوء إلى طاقة كيميائية للغذاء. ومن خلال عمليات جيولوجية، تتحول النباتات إلى فحم حجري أو نفط. وعند احتراق هذا الوقود، تنطلق طاقة الضوء التي اخُتزنت في النباتات منذ ملايين السنيين.تشمل العمليات الصناعية الكثير أيضاً تغيرات ضو كيميائية. ففي التصوير الضوئي، على سبيل المثال، تمتص بعضُ أملاح الفضة في فيلم التصوير الضَّوءَ عند التقاط الصورة. ويغيّر الضوءُ الممتصّ هذه الأملاح كيميائياً. وعندما يُحمَّض الفيلم تُصدر الأملاح المتغيرة صوراً مظلمة على السالب.يتضمن البحث في الكيمياء الضوئية هذه الأيام تطوير الاستخدمات التقنية للطاقة الشمسية. ويسعى بعض علماء الكيمياء الضوئية إلى إيجاد طرق لتقليد عملية التركيب الضوئي بذرات مُخَلَّقة اصطناعياً. ويأمل هؤلاء الكيميائيون في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بطريقة أكثر كفاءة مما هو ممكن الآن. ويدرس كيميائيون آخرون سبلاً لاستخدام ضوء الشمس في إنتاج أنواع من الوقود، مثل غاز الهيدروجين والميثانول. وتشمل بعض هذه الطرق تفتيت ذرات الماء مع الطاقة الشمسية.
الكيمياء العضوية
تُعد الكيمياء العضوية فرعاً هاماً من فروع علم الكيمياء.تعريف المادة العضوية قديما: المادة المشتقة من اصل كائن حي.كان الاعتقاد السائد ان هذه المواد لا يمكن تركيبها خارج نطاق الكائن الحي وذلك لاعتقادهم بأن هناك قوة حيوية داخل الحيوان او النبات تتدخل في صناعة هذه المواد. (حتى عام 1750م)اعلن العالم لافوازيه (عام 1777م) ان الجزء الاكبر من اي مادة عضوية يتكون من كربون وهيدروجين واكسجين, ثم اكد بعض العلماء ان بعض المركبات العضوية تحتوي على الكبريت والنيتروجين والفسفور والهالوجينات.دعا العالم برزيليوس الى تقسيم الكيمياء الى عضوية و غير عضوية و اعتبر ان القوانين التي تخضع لها المواد العضوية تختلف عن تلك التي تخضع لها المواد غير العضوية.في عام 1828م، استطاع العالم "فوهلر" تحضير اليوريا مخبرياً، وقد شكل هذا انطلاقاً لتحضير الكثير من المركبات العضوية مثل العطور و الشحوم و الاحماض.تغير مفهوم المادة واصبح يعتمد على تركيب المادة وليس أصلها.تعريف المادة العضوية حديثا: المادة التي تحتوي على كربون كعنصر رئيسي في تركيبها.المصادر الرئيسية للمركبات العضوية على الارض: البترول و الفحم و الخشب والمنتوجات الزراعية.تتميز المركبات العضوية بكثرتها حتى أن عدد مركبات الكربون المعروفة يفوق عدد مركبات العناصر الأخرى مجتمعة.تؤدي المركبات العضوية دوراً بالغ الأهمية في حياتنا، فهي المادة الأساسية في غذائنا . فالمواد النشوية والبروتينية، والدهنية، والفيتامينات والإنزيمات وغيرها ما هي إلا مركبات عضوية، كذلك الملابس بأنواعها ومكونات البترول والغاز الطبيعي مركبات عضوية هامة للإنسان، وقد تمكن العلماء من تصنيع كثير من المركبات العضوية التي لها دور أساسي في حياتنا اليومية مثل الأدوية، والمبيدات، والأسمدة، والبلاستيك والمنظفات الصناعية وغيرها مما كان له أكبر الأثر في تقدم البشرية.
الكيمياء الكهربائية
تعنى الكيمياء الكهربائية بدراسة تفاعلات التأكسد والاختزال التي:1- ينتج عنها طاقة كهربائية.2- تحدث بفعل الطاقة الكهربائية.وتتم هذه
التفاعلات في أجهزة خاصة تسمى الخلايا الكهروكيميائية
اللاكتوز
يعد اللاكتوز من المكونات الرئيسية للبن الأم، (5-8%) ويسمى سكر اللبن، لأنه يوجد في ألبان جميع الثدييات، (في الحليب البقري 4-5%) وهو أقل حلاوة من سكر القصب، وأقل قابلية للذوبان في الماء، وينتج جزيء اللاكتوز من تكاثف جزيء جلوكوز وجزيء جالاكتوز، والرابطة في جزيء اللاكتوز تشبه الرابطة في جزيء المالتوز (رابطة 1-4).مميزات سكر اللاكتوز في لبن الأم:- لا يتخمر فلا يُنتج غازات في أمعاء الطفل.- يساعد على نمو بضع أنواع البكتيريا النافعة في أمعاء الطفل وهذه تكوِّن فيتامين (ب المركب) اللازم لجسم الطفل.- ملين طبيعي للطفل.- درجة حلاوته قليلة، لذلك يستطيع الطفل تناول كمية كبيرة من لبن الأم.كما أن لبن الأم يحتوي على فيتامينات ومضادات حيوية طبيعية، وأن تركيبه يتغير ليتلاءم مع عمر الطفل.
المادة
المادة هي كل ما يشغل حيزاً في الكون وله ثقل: مثل الماء والهواء والتراب...
أشكال المادة
هناك ثلاثة أشكال للمادة:1- العنصر
element:التعريف: هو مادة أولية لا يمكن تحليلها إلى مواد أبسط منها بالطرق الكيميائية أو الفيزيائية.مثال: الأُكسجين والذهب.بلغ مجموع العناصر الكيميائية المكتشفة في الطبيعة والمصنعة في المختبرات 115 عنصراً.
حالات المادة
المركب: ينتج عن اتحاد عنصرين أو أكثر (ملح الطعام) من الصوديوم والكلور. يمكن أن يتحلل إلى مواد أبسط منه بالوسائل الكيميائية (الماء).المخلوط: هو مجموعة من العناصر أو المركبات مجتمعة مع بعضها دون أن تتحد كيميائياً.ملخص
المجموعة الوظيفية (المجموعة الفعالة)(Functional Group
هي ترتيب لمجموعة صغيرة من الذرات في جزيء المركب العضوي تكسبه خواص كيميائية مميزة».وتستخدم المجموعات الوظيفية لوضع المركبات ذات الخصائص المتشابهة في عائلة واحدة, تسهيلاً لدراستها, عوضاً عن دراسة كل مركب على حدة. فإذا عرفت خصائص مجموعة وظيفية ما وتفاعلاتها, فإنك بذلك تكون قد تعرفت على خصائص وتفاعلات الآلاف من المركبات التي تحتوي على تلك المجموعة.
المركب العضوي
هو مركب كيميائي ـ حيث يدخل عنصر الكربون بصفة أساسية ـ متحداً مع غيره من العناصر ـ أهمها الهيدروجين.مقارنة بين المركبات العضوية وغير العضوية
المجموعة
الخاصبة
المركبات العضوية
المركبات غير العضوية
1
التركيب
الكربون عنصر أساسي في تركيبها
الكربون غير أساسي
2
نوع الروابط
تساهمية غالباً لا توصل التيار الكهربي في محاليلها لعد تأينها
روابط أيونية ـ محاليلها موصلة للتيار الكهربي ـ لتأينها
3
سرعة التفاعل
بطيئة ـ يسبب الروابط التساهمية
سريعة بسبب تأينها
4
الحساسية
أكثر حساسية ـ حيث تختلف نواتج التفاعل باختلاف ظروف التفاعل
لا توجد هذه الحساسية في تفاعلات المواد غير العضوية
5
التماثل
توجد مركبات عضوية تتشابه في الصيغة الجزيئية وتختلف في الصيغة البنائية (الكحول الإيثيلي ـ الأثير ثنائي الميثيل)
لا يوجد هذا التماثل في المركبات غير العضوية
6
التعقد
الكثير من المركبات العضوية معقد التركيب ـ تتكون من اتحاد عدد كبير من الجزيئات (النشا ـ السليلوز ـ البروتينات)
لا توجد هذه الخاصية في المركبات غير العضوية
أولاً: تذكر أن ذرة الكربون دائماً رباعية التكافؤ ـ وتتحد مع غيرها من ذرات الكربون أو العناصر الأخرى بروابط تساهمية.تتخذ ذرات الكربون مع بعضها بثلاث طرق:أ ـ رابطة أحادية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بزوج من الإلكترونات يمثل برابطة واحدة مثل جزئي غاز الإيثان (C2H2 .ب ـ رابطة ثنائية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بزوجين من الإلكترونات يمثلان برابطة مزدوجة مثل جزئي غاز الإيثيلين (C2H4) .ج ـ رابطة ثلاثية: حيث يكون الاشتراك بين ذرتي الكربون بثلاث أزواج من الإلكترونات تمثل برابطة مثل جزئي غاز الإستيلين (C2H6) .المركبات المشبعة: وتشمل المركبات ذات الروابط الأحاديثة مثل غاز الميثان والإيثان حيث تتفاعل بالاستبدال وتحل ذرة أو أكثر من عنصر أحادي محل ذرة أو أكثر من الأيدروجين.المركبات الغير مشبعة: وتشمل المركبات ذات الروابط الثنائية والثلاثية حيث تتفاعل غالباً بالإضافة مثل غاز الإيثيلين والاستيلين.الصيغة الجزيئية: الصيغة الجزيئية لأي مركب هي الصيغة التي تحدد نوع العناصر الداخلة في تركيب المركب والنسبة بينها.القانون الأولي: هو القانون الذي يوضح نوع العناصر الداخلة في تركيب الجزيء وأبسط نسبة بينها.القانون الجزيئي: هو القانون الذي يوضج نوع العناصر الداخلة في تركيب الجزيء وعدد ذراتها في الجزئي بالضبط.الصيغة البنائية: هي الصيغة التي تدل على نظام ارتباط ذات العناصر مع بعضها في الجزيء.
المركبات العضوية وغير العضوية
المركبات العضوية
المركبات غير العضوية
تحتوي على عدد قليل من العناصر أهمها الكربون كعنصر أساسي
يدخل في تركيبها جميع العناصر
الروابط بين الذرات تساهمية
أغلب الروابط بين الذرات أيونية
تنطبق عليها خواص المركبات التساهمية
ينطبق على أغلبها خواص المركبات الأيونية
تفاعلاتها بطيئة وتحتاج إلى عوامل مساعدة لتنشيطالتفاعل (لعدم تأين مركباتها)
تتفاعل بسرعة كبيرة نسبياً لأن التفاعلات تكون بين الأيونات
تحتاج إلى طاقة تكوين عالية
لا تحتاج إلى مثل هذه الطاقة غالباً
معظمها تحترق وينتج عن احتراقها غاز ثاني أكسيدالكربون وبخار الماء وغازات أخرى وقد تتفحم
معظمها لا يحترق مهما بلغت شدة الحرارة
ترمز الصيغة الجزيئية الواحدة لأكثر من مركب
ترمز الصيغة الجزيئية لمركب واحد فقط
تتميز ذرات الكربون بقدرتها على عمل سلاسل طويلةوجزيئات عملاقة (البوليمرات)
لا توجد هذه الظاهرة في تلك المركبات
المعادلة الكيميائية
- المعادلة الكيميائية هي تعبير موجز يمثل التفاعل الكيميائي وصفاً وكماً.- يمكن الاستفادة من المعادلة الكيميائية في:أ ـ معرفة المواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل والحالة الفيزيائية لكل منها وظروف التفاعل الكيميائي (الضغط، درجة الحرارة، العامل الحفاز).ب ـ معرفة عدد مولات كل من المواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل.جـ ـ معرفة عدد الذرات، أو الجزيئات، أو الأيونات، أو عدد الصيغ للمواد الداخلة والمواد الناتجة من التفاعل.د ـ حساب كتلة كل مادة دخلت التفاعل أو نتجت منه.هـ ـ حساب حجوم الغازات الداخلة في التفاعل والناتجة منه بناءً على أن المول من الغاز يشغل حجماً مقداره 22.4 لتراً في الظروف القياسية.
المعايرة
التعريف:طريقة عملية لتقدير تركيز مادة في محلول بوساطة محلول آخر معلوم التركيز يسمى المحلول القياسي.الخطوات:1- يتفاعل حجم من المحلول القياسي مع حجم معلوم من محلول المادة المجهولة التركيز.2- يستدل على تمام التفاعل بين المحلولين بوساطة كاشف يسمى الدليل، الذي يتميز لونه عند انتهاء التفاعل.3- تجري عمليات حسابية يتم فيها حساب تركيز المادة المجهولة.المميزات:1- بسيطة وسريعة ودقيقة.2- يتم تنفيذها باستخدام أدوات بسيطة.الأدوات والمواد المستخدمة عند المعايرة:ـ أوعية لقياس الحجوم مثل السحاحة والماصة والدورق القياسي ذو السعة المحددة.ـ دليل لوني أو طريقة آلية لمعرفة نقطة انتهاء التفاعل.ـ مادة ذات درجة نقاوة عالية لتحضير المحلول القياسي.أنواع المعايرة تقسم عمليات التحليل الحجمي "عمليات المعايرة" حسب نوعية المواد المتفاعلة إلى:أولاً: تفاعلات تعتمد على اتحاد الأيونات:ـ تعادل حمض وقاعدة Acid-Base Neutraliasation يتم فيها معايرة حمض بقاعدة أو العكس، والتفاعل الأساسي في هذه الحالة هو اتحاد كاتيونات الهيدرونيوم من الحمض مع أنيونات الهيدروكسيد من القاعدة لتكوين جزيئات الماء.
قياس القاعدية: تطلق على معايرة محلول حمضي بواسطة محلول قاعدي معلوم التركيز.قياس الحموضة: تطلق على معايرة محلول قاعدي بواسطة محلول حمضي معلوم التركيز.ـ عمليات الترسيب:وهي تعتمد على اتحاد الأيونات (عدا أيونات الهيدرونيوم والهيدروكسيد) لتكوين راسب لمركب بسيط.يستخدم في معظم تفاعلات الترسيب، محلول قياسي من نترات الفضة وذلك لتقدير تركيز أيونات الكلوريد والبروميد واليوديد.ثانياً: تفاعلات تعتمد على انتقال الالكترونات:هذا النوع من التفاعلات يكون مصحوباً بتغير في أعداد التأكسد، أو انتقال للإلكترونات بين المواد المتفاعلة، ويكون المحلول القياسي إما عاملاً مؤكسداً أو عاملاً مختزلاً.
المول
- المول: كمية من المادة تحتوي على عدد معين من الوحدات يقدر بـ 6.02 × 2310 ( 000 000 000 000 000 000 000 602 وحدة). وقد تكون هذه الوحدات ذرات أو جزيئات أو أيونات. ويطلق على العدد 6.02 × 2310 «عدد أفوجادرو» نسبة إلى العالم الإيطالي أميدو أفوجادرو (1811م).2- حسابات المول :
المول الواحد من أي غاز يشغل حجماً قدره 22.4 ليتراً في الظروف القياسية.
ويطلق على الظروف القياسية: «معدل الضغط ودرجة الحرارة» أو «م.ض.د».وهي تعني قياس حجم الغاز عند الضغط الجوي العادي, أي 76 سم زئبق ، ودرجة حرارة = صفر°س (273 درجة مطلقة).حجم الغاز في الظروف القياسية = عدد المولات × 22.4 لتر/مول
الميثان(CH 4)
1 ـ مصادره: يُعتبر غاز الميثان أبسط الألكانات، ويكون 90% من غاز المستنقعات حيث ينتج عن تحلل المواد العضوية، ويوجد أيضاً ضمن غاز الفحم الناتج من التقطير الإتلافي للفحم الحجري، وهو أحد المكونات الرئيسية للغاز الطبيعي المتصاعد من آبار النفط، كما ينتج في كثير من المزارع نتيجة عملية التحلل هذه لإنتاج "البيوجاز" الذي يحتوي على نسبة كبيرة من غاز الميثان لاستخدامه كوقود.التقطير الإتلافي للفحم الحجري: تسخينه بمعزل عن الهواء.2 ـ تحضيره:يحضر غاز الميثان في المختبر بتأثير الماء المحمض بحمض الهيدروكلوريك على كربيد الألومنيوم.
