نسخة الفيديو النصية
في هذا الفيديو، سوف نتعرف على ما نعنيه عندما نتحدث عن مجال الكيمياء. فالكيمياء موجودة حولنا في كل مكان. وسوف نستكشف العلاقة بين الكيمياء والعلوم الأخرى، لا سيما العلوم الفيزيائية. حسنًا، ما العلاقة بين الكيمياء والعلوم الأخرى؟
إن جميع مجالات أو تخصصات العلوم مرتبطة بعضها ببعض في نهاية المطاف بطريقة ما. يوضح هذا الهرم البسيط كيف تشكل الرياضيات، بجانب المنطق والإحصاء وعلم الحاسوب النظري، أساسًا لجميع العلوم. وتعتمد الطبقة التالية، وهي الفيزياء، إلى حد كبير على الرياضيات. فإذا كنت تفهم الرياضيات جيدًا، فسيساعدك هذا كثيرًا في فهم الفيزياء. وبالمثل، تشكل الفيزياء أساسًا للكيمياء. فالسبب وراء العديد من الاكتشافات الكيميائية، وليس كلها، على مدار قرون هو أن القائمين على التجارب استخدموا بعض المعرفة بالفيزياء في التجارب الكيميائية.
والطبقة التالية هي علم الأحياء الذي تشكل الجزيئات الكيميائية الحيوية اللبنات الأساسية له. يمكننا إذن رؤية أن أساس علم الأحياء هو في الواقع علم الكيمياء. وهذه الطبقات الأربع تمثل مجالات العلوم الأساسية الأربعة، ويمكن إدراج جميع المجالات الأخرى للعلوم في الهرم بطريقة ما. على سبيل المثال، يمكننا أن نضيف في هذه الطبقة العليا من الشكل الهرمي دراسة السلوك البشري أو العلوم الإنسانية، التي تتضمن علم الاجتماع وعلم النفس. ويمكن تقسيم طبقات الهرم إلى العلوم الصورية، والعلوم الطبيعية أو البحتة التي تتضمن علوم الحياة والعلوم الفيزيائية والعلوم الاجتماعية.
تصنف الكيمياء ضمن العلوم الطبيعية. وتهتم العلوم الطبيعية بدراسة القواعد التي تحكم العالم الفيزيائي أو الطبيعي والكون. وتصنف الكيمياء ضمن العلوم الفيزيائية أيضًا. والعلوم الفيزيائية هي فرع من فروع العلوم الطبيعية يهتم بدراسة الأنظمة غير الحية. وهناك العديد من المجالات الفرعية للعلوم التي تندرج تحت الطبقات المختلفة في هذا الهرم. عادة ما تتداخل المجالات الفرعية بين الطبقات المختلفة، وهي في الواقع متعددة التخصصات. والآن لنلق نظرة فاحصة على العلوم الفيزيائية التي تمثل الكيمياء جزءًا منها. العلوم الفيزيائية من فيزياء وكيمياء يمكن تقسيمها إلى مجالات أو موضوعات فرعية. هذه بعض المجالات الفرعية للعلوم الفيزيائية. من الصعب إدراج هذه الموضوعات في شكل هرمي لأنها متداخلة ومرتبطة بعضها ببعض ارتباطًا وثيقًا.
شبكة مثل هذه ربما تكون أفضل في توضيح علاقة هذه المجالات بعضها ببعض من الشكل الهرمي. ويمكننا توسيع نطاق هذه الشبكة وجعلها أكثر تفصيلًا عن طريق إضافة جميع مجالات العلوم غير الفيزيائية الموضحة باللون الوردي. هذه الشبكات المعقدة أكثر واقعية. على سبيل المثال، يحتاج عالم المواد إلى معرفة كل من الفيزياء والكيمياء، بينما يحتاج عالم المحيطات إلى فهم الكيمياء والجيولوجيا والفيزياء، بالإضافة إلى مجالات علمية أخرى غير مذكورة هنا، مثل الجغرافيا وعلم الأرصاد الجوية، الذي يدرس الطقس. أرجو أن تكون قد بدأت ترى أن الكيمياء من العلوم المركزية حقًّا.
إذن ما الكيمياء بالضبط؟ ينص أحد التعريفات الرسمية على أن الكيمياء هي دراسة تكوين المادة وخواصها واستخداماتها وكيفية وسبب تداخل أو تفاعل المواد المختلفة بعضها مع بعض. يمكننا أن نلخص هذا التعريف باستخدام هذه الكلمات الأساسية. فالكيمياء هي دراسة المواد، وخواصها، واستخداماتها، وتفاعلاتها. بعبارة أخرى، الكيمياء هي دراسة مختلف العناصر والذرات والأيونات والجزيئات والمواد والمحاليل وحالات المادة والغرويات والأحماض والقواعد وقوانين الكيمياء والسمات والخواص الكيميائية والروابط وتغيرات الطاقة والتفاعلية، وغير ذلك الكثير. والجدول الدوري أداة أساسية لفهم الكثير من أساسيات الكيمياء.
أين توجد الكيمياء؟ هذا سؤال غريب بعض الشيء، لكن الإجابة بسيطة جدًّا. فالكيمياء موجودة حولنا في كل مكان، في الدهانات والبلاستيك والمعادن والعقاقير والأدوية والصبغات والألعاب النارية وخلايا الكائنات الحية والغلاف الجوي والتربة ومستحضرات التجميل والأجهزة التكنولوجية والطعام وحتى النجوم. والآن نعرف أن هناك العديد من الفروع للعلوم، وأنها تتداخل في الواقع. ونعرف ما الكيمياء، وأنها موجودة في كل مكان. دعونا نلق نظرة عن كثب على فروع الكيمياء. فالكيمياء متعددة التخصصات. ولها فروع مختلفة، تمامًا مثل فروع الشجرة.
الفروع الرئيسية الستة هي: الكيمياء الفيزيائية، وتهتم بدراسة الخواص الذرية ومعدلات التفاعلات الكيميائية وتغيرات الطاقة أثناء التفاعلات، وتركيب المواد. وهناك الكيمياء العضوية، وهي تهتم بدراسة المركبات القائمة على الكربون والهيدروجين. نظرًا لوفرة الكربون في الأرض وقدرته على تكوين أربع روابط، تقوم ملايين المركبات على الكربون. وهناك الكيمياء غير العضوية، وتهتم بدراسة المركبات التي ليس لها هيكل كربوني. وهذا مجرد تعريف عام لهذا الفرع من الكيمياء، فبعض المركبات غير العضوية تحتوي على الكربون بالفعل. يتناول هذا الفرع الأملاح والمركبات الفلزية والمركبات الفلزية الانتقالية والمعادن والمواد.
وهناك الكيمياء التحليلية، وهي تهتم بدراسة تركيب المادة، وفصلها، وتحديد كميتها. يعرف الكيميائيون التحليليون كيفية فصل مكونات المادة، وكيفية التعرف على هذه المكونات وتحديد مقدار كل مكون. وعادة ما يشترك الكيميائيون التحليليون في تحليلات الطب الشرعي. وهناك أيضًا الكيمياء الحاسوبية، وهي فرع من فروع الكيمياء النظرية يستخدم المحاكاة الحاسوبية في حل المسائل الكيميائية. يمكن أن تكون هذه المسائل الكيميائية في مجال الكيمياء الفيزيائية، أو العضوية، أو غير العضوية، أو التحليلية، أو حتى الحيوية. فالعديد من التطورات في تخليق الأدوية والعقاقير الجديدة تدرس حاسوبيًّا على أجهزة الحاسوب أولًا. وأخيرًا هناك الكيمياء الحيوية، وتهتم بدراسة العمليات والتفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية.
في الواقع، عادة ما تتداخل هذه الفروع بعضها مع بعض. وقد وسعت العديد من الاكتشافات المذهلة على مدار قرون مجال الدراسة الشاسع هذا. لكن ما الذي يحمله المستقبل للكيمياء؟ إن احتمالات التوصل لاكتشافات علمية لا حصر لها. تتناول بعض الموضوعات المثيرة في مجال الكيمياء حاليًّا الطرق الجديدة لتوصيل الدواء. على سبيل المثال، يستخدم بعض الباحثين جسيمات نانوية مثيرة للاهتمام في توصيل الدواء إلى الجسم لاستهداف أنسجة محددة. وهناك البلورات السائلة. تتميز هذه السوائل بالبنية المنتظمة لشبيكة بلورية صلبة. ولعلك تكون قد سمعت عن لوحات LCD أو لوحات العرض البلوري السائل. وهي أجهزة بصرية معدلة إلكترونيًّا، ولها استخدامات عديدة بخلاف صنع أجهزة التلفاز.
ويوجد تحول كبير في الأبحاث وفي القطاع الصناعي نحو استخدام الكيمياء الخضراء والمستدامة. وينصب تركيز هذا التحول على التقليل قدر الإمكان من المواد الخطرة أو النفايات، أو التخلص منها. والغرض من ذلك هو حماية بيئتنا. الخلايا الشمسية أو اللوحات الضوئية تحول الطاقة الضوئية إلى كهرباء. وهذا يتماشى مع الكيمياء الخضراء والمستدامة؛ لأنها لا تحتاج إلى حرق الوقود الأحفوري لتوليد الكهرباء. وهناك موضوع آخر مثير، وهو المواد النانوية وتكنولوجيا النانو. تتناول هذه الأبحاث الجسيمات النانوية أو شبه النانوية، واستخداماتها المتعددة في الطب والحفز والمواد وحتى في تخزين الطاقة.
وكيمياء الفيمتو مجال جديد نسبيًّا. ومؤسس كيمياء الفيمتو هو العالم المصري أحمد زويل. وقد فاز بجائزة نوبل في عام 1999 عن أبحاثه في هذا المجال الجديد. استخدم أحمد زويل تقنيات الليزر الفائق السرعة في دراسة التفاعلات الكيميائية خلال فترة زمنية لا تتجاوز الفيمتو ثانية. والفيمتو ثانية هي جزء من مليون مليار جزء من الثانية. كما وضع باحث مصري آخر مشهور، وهو عالم الكيمياء الفيزيائية مصطفى السيد، قواعد التحليل الطيفي. التحليل الطيفي هو دراسة الأطياف الناتجة عندما تتفاعل المادة أو ينبعث منها إشعاع كهرومغناطيسي. وحصل السيد على قلادة العلوم الوطنية الأمريكية. زويل والسيد هما اثنان فقط من العلماء الرائدين في مجال الكيمياء. ومن يدري؟ ربما تصبح أنت واحدًا منهم أيضًا. والآن، حان وقت التدرب على ما تعلمناه.
يمكن تصنيف الكيمياء أنها أحد العلوم الفيزيائية. أي من الآتي ليس من العلوم الفيزيائية؟ (أ) علم الفيزياء، (ب) علم الفلك، (ج) علم الأرض، (د) علم المواد، (هـ) علم الأحياء.
يمكن تقسيم العلوم بوجه عام إلى الرياضيات والفيزياء والكيمياء والأحياء وعلم السلوك البشري. وهذا الشكل الهرمي طريقة بسيطة لتوضيح أن الرياضيات هي أساس جميع العلوم، وأن الفيزياء تعتمد على الرياضيات، وأن الكيمياء تعتمد على الفيزياء، وأن الأحياء تعتمد على الكيمياء، وأن علم السلوك البشري أو العلوم الإنسانية تعتمد جزئيًّا على الأحياء. يطلق على الرياضيات وتخصصاتها ذات الصلة العلوم الصورية. ويطلق على الأحياء والكيمياء والفيزياء العلوم الطبيعية أو البحتة، ويطلق على علم السلوك البشري العلوم الاجتماعية. ويمكن أيضًا تقسيم العلوم الطبيعية إلى علوم الحياة والعلوم الفيزيائية.
يخبرنا السؤال بأن الكيمياء علم فيزيائي. تهتم العلوم الفيزيائية بدراسة الأنظمة غير الحية في العالم الطبيعي والكون والقواعد التي تحكم هذه الأنظمة، بينما تهتم علوم الحياة بدراسة الأنظمة الحية والقواعد التي تحكم هذه الأنظمة. الفيزياء والكيمياء هما التخصصان الرئيسيان في العلوم الفيزيائية. ويعد هذا الشكل الهرمي البسيط طريقة مفيدة للتعبير عن التقسيم المبدئي للعلوم. لكنه لا يوضح كيف تتداخل وتترابط الطبقات المختلفة من الشكل الهرمي بعضها مع بعض.
هناك العديد من الفئات الفرعية التي تربط بين الطبقات المختلفة. على سبيل المثال، مع أن علم الفلك غير موضح في هذا الشكل الهرمي، لكنه مرتبط بالكيمياء والفيزياء وحتى بالرياضيات. وبالتالي، يمكننا القول بأن علم الفلك هو علم فيزيائي. يقول السؤال: «أي من الآتي ليس من العلوم الفيزيائية؟» الإجابة ليست علم الفلك؛ لأنه علم فيزيائي. وكذلك الفيزياء. وعلم المواد علم فيزيائي. فدراسته ترتبط ارتباطًا كبيرًا بالكيمياء والفيزياء. يمكننا أيضًا استبعاد علم الأرض. فعلم الأرض يشمل أيضًا قدرًا كبيرًا من دراسة الفيزياء والكيمياء. ويمكننا ملاحظة أن الأحياء من علوم الحياة، ومن ثم فهو الإجابة الصحيحة. إذن، أي من الآتي ليس من العلوم الفيزيائية؟ الإجابة هي الأحياء.
هيا نختتم هذا السؤال عن الكيمياء ببعض النقاط الأساسية. لقد عرفنا أن الكيمياء هي دراسة تركيب المادة وخواصها واستخداماتها وكيفية وسبب تداخل أو تفاعل المواد بعضها مع بعض. وتناولنا الشكل الهرمي للعلوم المختلفة، وعرفنا أن الكيمياء والفيزياء من العلوم الفيزيائية. ولاحظنا أنه مع أن هذا الشكل الهرمي مفيد، فإنه يصعب من خلاله توضيح كيف تتداخل وتترابط فروع العلوم المختلفة بعضها مع بعض. وعرفنا أن الكيمياء موجودة في كل مكان حولنا، وأن فروع الكيمياء يمكن تقسيمها بوجه عام إلى الكيمياء الفزيائية والكيمياء العضوية والكيمياء غير العضوية والكيمياء التحليلية والكيمياء الحاسوبية والكيمياء الحيوية.
