شارح الدرس: ما الكيمياء؟ الكيمياء • الصف الأول الثانوي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نَصِف مجال الكيمياء، وموضعه بين العلوم الفيزيائية، وعلاقته بالعلوم الأخرى.

الكيمياء مجال علمي يدرس المادة، وما تتكوَّن منه، وخواصها واستخداماتها، وكيف تتغيَّر. والمادة هي أي شيء له كتلة ويشغل حيزًا من الفراغ. كل شيءٍ يمكننا شمُّه أو لمسه أو تذوُّقه أو الإحساس به هو مادة؛ ومن ثَمَّ، فإن دراسة الكيمياء تمس جميع أوجه حياتنا اليومية تقريبًا.

تُستخدَم الكيمياء في صنع مواد جديدة من بينها المواد البلاستيكية، والألياف الاصطناعية، والسبائك المعدنية، والسيراميك. تساعدنا الكيمياء في فهم التفاعلات الكيميائية التي تحدث في جسم الإنسان، وتتيح لنا تطوير أدوية وعلاجات جديدة للأمراض. وتدخل الكيمياء في صنع مستحضرات التجميل، والدهانات، وإضافات الأطعمة، والمفرقعات النارية، والأسمدة، والوقود، والمطهرات.

الكيمياء هي أحد العلوم الفيزيائية، ما يعني أنها تَدرس الأنظمة غير الحية. وتشمل العلوم الفيزيائية الكيمياء والفيزياء وعلم الفلك وعلوم الأرض. ويمكننا أن نقول إن العلوم الفيزيائية تقابلها علوم الحياة التي تشمل الأحياء وعلوم البيئة، وتَدرس الأنظمة الحية.

تتضمَّن الكيمياء فهم الجسيمات التي تتكوَّن منها المادة: العناصر، والذرات، والأيونات، والجزيئات. ويهتم الكيميائيون بطريقة ارتباط هذه الجسيمات بعضها ببعض ومرورها بتفاعلات كيميائية لتكوين مركبات ومواد جديدة. يتكوَّن كل شيءٍ من هذه الجسيمات، وتحدث التفاعلات الكيميائية في كل مكان؛ لذا، لا عجب أن علم الكيمياء يدخل في العديد من المجالات الأخرى. ولهذا السبب يُشار إلى الكيمياء عادةً بأنها مركز العلوم.

يحتاج علم الأحياء وغيره من علوم الحياة إلى الكيمياء لفهم آلاف التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الخلايا النباتية والحيوانية. على سبيل المثال، يحتاج عالم النبات الذي يدرس النباتات إلى الكيمياء لفهم عملية البناء الضوئي، وهو تفاعل كيميائي يُنتج به النبات سكر الجلوكوز باستخدام الطاقة الشمسية.

ويَستخدم علماء البيئة الكيمياء في فهم كيفية تفاعل جزيئات معيَّنة مع البيئة المحيطة. على سبيل المثال، يَستخدم علماء البيئة الكيمياء في صنع مبيدات حشرية غير سامة وفعالة. واستخدم العلماء في هذه المجالات أيضًا أساليب كيميائية في تحديد الأنواع الكيميائية في البيئة.

ويستطيع علماء الفلك تحديد تركيب النجوم والكويكبات والكواكب البعيدة عن طريق فهم كيمياء العناصر المختلفة وكيفية تفاعل العناصر المختلفة مع الضوء والإشعاع. وبفضل الكيمياء، نفهم الكثير من الأشياء في الكون برغم المسافة الهائلة التي تبعُدها هذه الأجسام عن الأرض.

وتتطلَّب مجالات الطب والتغذية والصيدلة فهم التفاعلات الكيميائية التي تحدث في جسم الإنسان من أجل صنع أدوية جديدة وتحسين صحة الفرد. ويحتاج المهندسون إلى فهم الخواص الكيميائية للمواد المختلفة من أجل تصميم المباني والمَركَبات واستبدال المفصلات. واستخدم علماء الطب الشرعي الطرق الكيميائية لفحص الدم والألياف والحمض النووي الريبي المنقوص الأكسجين لتحديد هوية المجرمين.

يمكن تقسيم الكيمياء إلى فروع مختلفة. الفروع الرئيسية في الكيمياء هي: الكيمياء الفيزيائية، والكيمياء التحليلية، والكيمياء العضوية، والكيمياء غير العضوية، والكيمياء الحسابية، والكيمياء الحيوية. وتُوجَد أيضًا عدة تخصصات كيميائية أخرى؛ منها الكيمياء البيئية، والنظرية، والنووية، والبوليمرية، وكيمياء المواد.

وتَدرس الكيمياء الفيزيائية خواص المواد وتركيبها وطريقة حدوث التفاعلات الكيميائية. ويستخدم علماء الكيمياء الفيزيائية نظريات من علم الفيزياء والرياضيات لفهم الخواص الكيميائية للمواد.

وتستخدم الكيمياء التحليلية الطرق التجريبية في تمييز المواد وخواصها، وفصلها وقياس كميتها. وتُستخدم الكيمياء التحليلية في اختبار سلامة المواد الغذائية والماء ومستحضرات التجميل والأدوية. ويَستخدم علم الطب الشرعي طرق الكيمياء التحليلية في تقديم أدلة تساعد في حل الجرائم. عادةً ما تتضمَّن أبحاث الكيمياء التحليلية الخروج بطرق تجريبية جديدة يمكن استخدامها في الفروع الأخرى للكيمياء.

وتدرس الكيمياء العضوية تركيب المركبات المكوَّنة بالأساس من الكربون والهيدروجين، وخواصها وتفاعلاتها. ويشارك علماء الكيمياء العضوية في تصنيع الأدوية، ومنتجات البترول، ومستحضرات التجميل، والمواد البلاستيكية، والمنظفات، على سبيل المثال لا الحصر.

تدرس الكيمياء غير العضوية خواص وتفاعلات المواد غير الكربونية؛ مثل الفلزات والأملاح وغيرها من المواد. وهي تتعلَّق بفهم خواص الفلزات وتكوين السبائك الجديدة في استخدامات معيَّنة. وتدخل الكيمياء غير العضوية في صناعة الطلاء والصبغات ورقاقات الحاسوب.

والكيمياء الحسابية تحل المسائل الكيميائية عن طريق تطوير واستعمال برمجيات المحاكاة الحاسوبية والنماذج النظرية. ويُدرس العديد من التجارب عن طريق الحسابات أو المحاكاة الحاسوبية أولًا، قبل إجرائها في المختبر. ويمكن لهذا أن يساعد الكيميائيين في فهم أيُّ التجارب أقرب إلى النجاح، وخفض تكلفة الكواشف الكيميائية.

وتقع الكيمياء الحيوية عند تقاطع علمَي الأحياء والكيمياء. يتناول هذا المجال المواد والتفاعلات الكيميائية التي تحدث في الأنظمة الحيوية. ويبحث الكيميائيون الحيويون في البروتينات الموجودة في جسم الإنسان لاكتشاف علاجات جديدة للأمراض، والمساعدة في صنع الوقود الحيوي، وأنواع جديدة من المواد الغذائية، والمواد البلاستيكية القابلة للتحلُّل الحيوي.

تشارك الكيمياء وعلماؤها حاليًّا في التصدي لبعضٍ من أهم القضايا العالمية. والكيمياء ضالعة بدرجة كبيرة في الأبحاث المتعلِّقة بمصادر الطاقة المتجدِّدة؛ مثل الخلايا الشمسية. والأبحاث في تكنولوجيا النانو تحسِّن الطرق الممكنة لإعطاء العقاقير، وتوفِّر عوامل حفَّازة أفضل، وتساعد في اكتشاف مواد جديدة لتخزين الطاقة.

وتساعد أيضًا الإنجازات في مجال الكيمياء الخضراء في تقليل النفايات والمواد الخطرة، بل التخلُّص منها تمامًا.