مقدمة عن الكيمياء
عند التحدث عن الكيمياء يتبادر إلى الأذهان عدة أشياء، فيُفكر بعضكم في علماء يعملون في مختبر، وتتصورون القوارير والمواد الكيميائية المختلفة في المختبر، والتجارب والتفاعلات التي تحدث.
وتتخيلون مواد تغلي في قارورة ما، ومواد يتغير لونها في قارورة أخرى.
وربما تفكرون في المعادلات الكيميائية التي تُظهر تفاعل مواد معينة مع بعضها لإنتاج مواد أخرى، أو قد تفكرون بأشكال الجزيئات، والطرق المختلفة لتمثيلها.
وربما يُفكر بعضكم بالجدول الدوري للعناصر، وجميع هذه الأشياء تُمثل أجزاء مهمة وأساسية في الكيمياء.
ما هو علم الكيمياء؟
الكيمياء هي فرع من فروع العلوم الطبيعية يُعنى بدراسة المواد في الكون فيُساعدكم في فهم ماهية الأشياء من حولكم، وإنشاء نماذج لتمثيلها، والتنبؤ بكيفية تفاعلها.
وهذا هو الجدول الدوري، ربما رأيتموه من قبل في كتبكم المدرسية، أو حتى في المختبر العلمي في المدرسة.
هذا الجدول هو نتاج لمئات السنين من البحث والدراسة التي قام بها الكثير من العلماء حول العالم؛ في محاولة منهم لفهم تركيب المواد والأشياء في الكون.
والكون ليس مقصوراً على كوكب الأرض الذي نعيش فيه بل يشتمل على جميع الكواكب، والمجرات في الفضاء، والتي يعرفها الإنسان إلى الآن.
تحتوي هذه الصورة على عدة أشياء مختلفة من الكون، لاحظوا أن الأشياء التي تظهر فيها تبدو مختلفة عن بعضها في ماهيتها، وفي الكثير من خصائصها؛ فهناك نار، وهناك ماء وصخور، حتى الكواكب تختلف عن بعضها في أغلفتها الجوية، ومناخها.
والحياة من حولنا غنية جداً، ومتنوعة، وجميع الأشياء فيها سواء كانت حية أو غير حية تتكون من مواد أساسية تعد جزء من طيف واسع جداً من المواد المختلفة.
تشكل هذه المواد الأساسية أشياء معقدة جداً كالدماغ البشري. الشيء الذي يمكن الدماغ من أداء وظائفه هو مجموعة من التفاعلات الكهروكيميائية التي تحدث فيه.
ماذا قدَّم علم الكيمياء؟
طرح الإنسان الكثير من التساؤلات عن المادة، والأشياء في الكون، وذلك منذ آلاف السنين.
وقد توصل العلم إلى الكثير من الإجابات والتفسيرات المنطقية لأسئلة حيرت الإنسان لآلاف السنين.
على الرغم من التقدم الذي أحرزته العلم إلى الآن ما زال هناك العديد من الأسئلة التي لم يصل إلى أجابه عليها بعد.
وبالرجوع إلى الجدول الدوري نرى أنه يعرض جميع العناصر التي اكتشفها العلماء في الطبيعة إلى الآن، وأهم ما توصل إليه علم الكيمياء؛ هو أن جميع ما ترونه حولكم في الكون يتكون من وحدات بناء أساسية؛ وهي ذرات هذه العناصر، وهذه العناصر ليست لانهائية بل هي محدودة في الكمية والتنوع.
بعض العناصر التي ترونها في الجدول الدوري يظهر بشكل متكرر في كثير من الأشياء في الطبيعة، لكن بنسب مختلفة.
وفي الصور المتعددة السابقة تبدو المواد فيها مختلفة جداً عن بعضها البعض، لكن الأمر المذهل هو أن جميع هذه الأشياء تتكون بنسبة كبيرة من نفس العناصر تقريباً؛ فمعظمها عبارة عن كربون وأكسجين وهيدروجين، بنسب وكميات مختلفة في كل مادة.
ليس ذلك فحسب؛ بل حتى أن العناصر نفسها تتكون بشكل أساسي من المكونات نفسها، وذرة كل عنصر من العناصر التي ترونها في الجدول الدوري تتكون من بروتونات ونيترونات وإلكترونات، لكنها تختلف بأعدادها وترتيبها بشكل يعطي العنصر الواحد خصائصه المتعددة.
تستجيبون من ذلك؛ أن الكيمياء هي العلم الذي يمكن من فهم ماهيّة المواد في الطبيعة، والروابط بينها، مما يُمكن من فهم الكثير من الأشياء، والظواهر المعقدة في الكون الواسع.
العلاقة بين علم الكيمياء والعلوم الأخرى
علم الرياضيات
يُعنى علم الرياضيات بدراسة منطقية مجردة، ومستقلة عن المواد والأشياء التي تصفها، وهي تدل على الكم.
علم الفيزياء
يُعنى بدراسة مكونات المادة، وخصائصها، وكيف يعمل الكون بناء على ذلك، فيدرس مواضيع كالطاقة، الحركة، القوة والكتلة.
علم الكيمياء
هو قريب جداً من علم الفيزياء، فالمعادلات تصف تفاعل المواد مع بعضها، ويتحدث علم الكيمياء عن تركيب الذرات، والجزيئات.
لكن تركيب الذرات أو حتى تفاعلها يعتمد بشكل كبير على ميكانيكا الكم والتي هي فرع من فروع الفيزياء.
لم يصل العلماء إلى فهم عميق لميكانيكا الكم بعد، إلا أن علم الكيمياء أتاح لنا توظيف ما نعرفه من الرياضيات والفيزياء؛ لفهم الطريقة التي تتفاعل بها العناصر الأساسية مع بعضها، وتفسير الكثير من الظواهر حولنا.
مثلاً؛ المعادلة الموجودة أسفل الجدول الدوري هي معادلة تفاعل احتراق؛ يتفاعل الهيدروجين مع الأكسجين بتفاعل احتراق ينتج عنه طاقة، وهي التي نراها على شكل نار مشتعلة. علم الكيمياء مبني على الرياضيات والفيزياء.
علم الأحياء
علم الأحياء مبني على علم الكيمياء؛ وهذا يجعل الكيمياء من العلوم المهمة للغاية، فالعمليات الحيوية في جسم الإنسان، أو جسم أي كائن حي عبارة عن تفاعلات كيميائية بين جزيئات وبين ذرات.
جميع الوظائف الحيوية؛ عبارة عن تفاعلات كيميائية معقدة في الأساس، كالتكلم مثلاً؛ فأثناء حديث شخص ما تستطيعون تخيل عدد كبير جداً من التفاعلات التي تحدث حتى يتمكن من التكلم.
ثم تأتي علوم أخرى مبنية على علم الأحياء، كعلم النفس والاقتصاد التي تُوظف الأحياء والعلوم الأخرى كالرياضيات وغيره.
نستنتج من هذه المقارنة أنه ليس هناك علم أهم من الآخر، فجميعها تساعد في فهم الأشياء والظواهر الموجودة في الكون حولنا.
وكل واحدة منها يفسر ناحية من نواحي الحياة المتعددة، وتوسع الإنسان في دراسة هذه المواضيع نابع من فضوله ورغبته في فهم البيئة، والكون حوله.
يضم علم الكيمياء نماذج لتفاعلات تحدث بسرعة، وعلى مستوى متناهي في الصغر يصعب رصده بالعين المجردة، إلا أن هذه النماذج تُمكن العلماء من التنبؤ بأنواع التفاعلات التي يمكن أن تحدث، والمواد الناتجة عنها، وذلك يجعلكم تقدرون قيمة المعلومات المتوفرة لديكم في هذا المقال.
تستطيعون تخيل الجهد الذي بذله الكثيرون منذ مئات السنين للحصول على الإجابات المتوفرة لكم في هذا المقال، وعلى الرغم من أن هناك العديد من التساؤلات التي لم يتوصل العلم لإجابات عليها بعد، إلا أن ما تعرفونه في هذا المقال يُشكل أساساً مهماً للدراسة والبحث في مواضيع متقدمة أكثر في كل فرع من فروع العلوم الرئيسية.