دراسة علمية حول مفهوم الكيمياء وأهميتها

علم الكيمياء

يمكن تعريف علم الكيمياء بأنه العلم الذي يتناول دراسة المادة، بما في ذلك بنيتها كعناصر أو مركبات، وخصائصها، والعمليات التي تُستخدم لتكوينها أو فصلها، بالإضافة إلى فهم التحولات التي تخضع لها المادة. كما يدرس الكيمياء الطاقة الناتجة أو الممتصة خلال هذه العمليات. تتكون جميع المواد الطبيعية، فضلاً عن المواد التي تُنتَج اصطناعياً، من ذرات العناصر المعروفة، وتشكل هذه الذرات الوحدة الأساسية فيما يتعلق بالمواد الكيميائية، رغم أنها تتكون من جسيمات أولية. لذا، يركز علم الكيمياء على دراسة خصائص الذرات والقوانين التي تحكم تفاعلها، وكيفية استغلال هذه الخصائص لتحقيق أهداف معينة.

فروع علم الكيمياء

ينقسم علم الكيمياء إلى عدة فروع رئيسية وفرعية، وفيما يلي عرض لأهم الفروع الأساسية:

• الكيمياء الحيوية: ينصب تركيز هذا الفرع على دراسة العمليات الكيميائية التي تحدث في الكائنات الحية، حيث يستعرض علماء الكيمياء الحيوية العديد من المجالات مثل دراسة السرطان والهياكل البيولوجية وعلم الخلايا الجذعية والأمراض المعدية، بالإضافة إلى علم الوراثة، وعلم الأحياء الجزيئي. تُعرَف الكيمياء الحيوية بأنها مجال يدرس الظواهر البيولوجية من منظور كيميائي، مثل عمليات الهضم والتنفس الخلوي. وتشمل الأقسام الفرعية لهذا المجال:
  • علم الإنزيمات (بالإنجليزية: Enzymology): يدرس الإنزيمات.
  • علم الغدد الصم (بالإنجليزية: Endocrinology): يركز على دراسة الهرمونات.
  • الكيمياء الحيوية السريرية (بالإنجليزية: Clinical Biochemistry): يهتم بدراسة الأمراض.
• الكيمياء غير العضوية: يتناول هذا الفرع دراسة جميع المواد غير العضوية، التي تُعرَف بأنها مواد غير حية، ولا تحتوي على روابط الهيدروجين أو الكربون، وبالتالي لا تشمل المركبات الكربونية أو الهيدروكربونات. تشمل المواد التي يعالجها هذا المجال العديد من الأمثلة مثل البنيات البلورية والمعادن والفلزات، بالإضافة إلى معظم عناصر الجدول الدوري. ويضم الكيمياء غير العضوية عدة فروع، منها:
  • علم الجيوكيمياء (بالإنجليزية: Geochemistry): يركز على التركيب الكيميائي للأرض والمعادن والصخور والغلاف الجوي.
  • علم الكيمياء النووية (بالإنجليزية: Nuclear chemistry): يتخصص في دراسة المواد المشعة.
  • الكيمياء الصناعية غير العضوية (Industrial inorganic chemistry): يدرس المواد المستخدمة في التصنيع، مثل الأسمدة.
• الكيمياء الفيزيائية: يُعَرف هذا الفرع بأنه علم يُعنى بدراسة الخصائص الفيزيائية للجزيئات، والعلاقة بينها وبين الطرق التي يمكن من خلالها تجميعها. كما يركز على المبادئ والمنهجيات التي تجمع بين الكيمياء والفيزياء، ودراسة تأثير التركيب الكيميائي على الخصائص الفيزيائية للمواد. من المجالات التي يدرسها علماء الكيمياء الفيزيائية معدل التفاعل الكيميائي، وتفاعل الجزيئات مع الإشعاع. تنقسم الكيمياء الفيزيائية إلى فروع عدة، منها:
  • الكيمياء الكهربائية (بالإنجليزية: Electrochemistry): تدرس تفاعلات الذرات والجزيئات والتيار الكهربائي والأيونات.
  • كيمياء الكم (بالإنجليزية: Quantum Chemistry): تهتم بميكانيكا الكم والظواهر الكيميائية.
  • التحليل الطيفي (بالإنجليزية: Spectroscopy): يركز هذا الفرع على دراسة أطياف الضوء والإشعاع.
• الكيمياء العضوية: تُعنى الكيمياء العضوية بدراسة مركبات الكربون، مثل الوقود والبلاستيك والأدوية. وتشتمل على دراسة المواد الكيميائية في الكائنات الحية، مثل دراسة عملية التمثيل الضوئي في النباتات، بالإضافة إلى تطوير طرق لفصل أو تركيب مواد جديدة. ينقسم هذا الفرع إلى عدة تخصصات، منها:
  • الكيمياء الفراغية (بالإنجليزية: Stereochemistry): تدرس التركيب ثلاثي الأبعاد للجزيئات.
  • الكيمياء العضوية الفيزيائية (بالإنجليزية: Physical organic chemistry): تركز على البنية والتفاعلية في الجزيئات العضوية.
  • كيمياء البوليمرات (بالإنجليزية: Polymer chemistry): تدرس تكوين جزيئات البوليمر.
• الكيمياء التحليلية: تُعرف بأنها دراسة كيفية تحليل المكونات الكيميائية لمختلف العينات، مثل قياس الرقم الهيدروجيني في أحواض السباحة أو كمية الكافيين في فنجان القهوة. تلعب الكيمياء التحليلية دورًا مهمًا في العديد من المجالات مثل العلوم الجنائية وعلوم البيئة. وتنقسم إلى قسمين رئيسيين: التحليل النوعي، الذي يعتمد على استخدام الأساليب والقياسات لتحديد مكونات المواد، والتحليل الكمي، الذي يُساعد في تحديد مقدار كل مكون في مادة معينة، مما يوفر معلومات هامة تتعلق بالعينة المدروسة.

أهمية الكيمياء

يشكل علم الكيمياء دعامة أساسية لدعم العديد من العلوم الأخرى مثل الفيزياء، والجيولوجيا، والبيولوجيا، والهندسة البيئية، وغيرها. وتتلخص أهمية الكيمياء في عدة مجالات، ومنها:

• الغذاء: تلعب الكيمياء دورًا حيويًا في عمليات التصنيع الغذائي، بما في ذلك استخدام المحليات الصناعية، والنكهات، والمواد الحافظة، فضلاً عن الأسمدة الكيميائية والمبيدات الحشرية. وقد ساهمت هذه التطورات في تحقيق ما يُعرف بالثورة الخضراء في الهند.
• الملابس: على الرغم من أن الألياف الطبيعية مثل القطن والحرير والصوف تُستخدم في صناعة الملابس، إلا أن الألياف المصنعة مثل النايلون والرايون تمثل تقدمًا ملحوظًا في هذا المجال.
• مصادر الطاقة: تلعب الكيمياء دورًا رئيسيًا في تلبية احتياجات الطاقة من خلال استخدام مواد كيميائية مثل البترول، والفحم، والوقود النووي.
• الأدوية: يسهم علم الكيمياء في تطوير الأدوية مثل المضادات الحيوية، وخافضات الحرارة، والمسكنات، والفيتامينات، والعلاجات الهرمونية، التي تُستخدم في تحسين حياة الإنسان وعلاج العديد من الأمراض مثل السرطان ومرض باركنسون.
• النقل والطاقة الكهربائية: تلجأ الكيمياء إلى إنتاج أنواع مختلفة من الوقود لنقل مثل البنزين والديزل، والتي تُستخدم أيضًا في توليد الطاقة الكهربائية. كما تُعد الكيمياء الكهربائية مهمة للعديد من التطبيقات التي تُنتِج الكهرباء.
• الصناعة: تدخل الكيمياء في عدة صناعات مثل صناعة المنظفات، والصابون، والمطاط، والدهانات، والأصباغ، والعطور. كما تُستخدم التقنيات الكيميائية في استخراج وتنقية المواد الهندسية والمعادن الثمينة.