عِلْمُ الكِيِمْيَاءِ هو العلم الذي يدرس المادة والتغيُّرات التي تطرأ عليها، تحديدًا بدراسة خواصها، بنيتها، تركيبها، سلوكها، تفاعلاتها وما تحدثه من خلالها. ويدرس علم الكيمياء الذرات والروابط التي تحدث بينها مكونةً الجزيئات، وكيف تترابط هذه الجزيئات فيما بعدها لتُكوّن المادة. ويدرس أيضًا التفاعلات التي تحدث بينها. وللكيمياء أهمية كبيرة في حياتنا، وتدخل في مجالات كثيرة وتلعب دورًا مهمًا في الصناعات بمختلف أنواعها، كالصِّناعات الغذائية، صناعة المواد التنظيفية، الدهانات، الأصبغة، صناعة الأدوية والعقاقير، النسيج والملابس والأسلحة وغيرها. ولها تطبيقات أخرى في الطب والعلوم الأخرى. ويطلق على الكيمياء تسمية «العِلْمُ المَرْكَزِي»، وذلك لدورهِ الجوهري في ربط العلوم الطبيعية ببعضها.
يُعدُّ جابر بن حيان الملقّب بـ «أبي الكيمياء»، المؤسّس الحقيقي لمفهوم علم الكيمياء، المبني على مفهوم التجريبية، إذ يقول: «إن واجب المشتغل في الكيمياء هو العمل وإجراء التجربة، وإن المعرفة لا تحصل إلاَّ بها». حتى أن العرب سمَّوا الكيمياء عامةً بـ «صَنْعَة جَابِر». وكلمة كيمياء ذات أصلٍ عربي، وتشتق الكلمة من المصدر كمي بمعنى أستر وأخفى، ووجهة ذلك تعتمد على الكتمان وتحريم إذاعتها وإفضاء أسرارها لغير أهلها لكون هدفها تحويل المعادن البخسة إلى ذهب وفضة. تنقسم الكيمياء إلى فروع عدة تتفرّع منها أقسام أخرى، أهمها: الكيمياء العامة والتي تدرس المبادئ الأساسية في الكيمياء، والكيمياء العضوية وتهتم بدراسة المواد العضوية، أي التي تحتوي على عنصر الكربون، والكيمياء غير العضوية والكيمياء الفيزيائية والكيمياء الحيوية والكيمياء التحليلية.
أصح وأرجح الأقوال بأن أصل كلمة «كيمياء» من اللغة العربية؛ وذلك لأن صناعة الكيمياء في العصور الوسطى كانت تعتمد على الكتمان وتحريم إذاعتها وإفضاء أسرارها لغير أهلها لكون هدفها تحويل المعادن البخسة إلى ذهب وفضة، واكتشاف الإكسير الذي يعيد الصحة والشباب إلى الإنسان، بالإضافة إلى ذلك فقد كانت الكيمياء من المعارف المغلفة بالغموض والكتمان، فقد أورد حاجي خليفة صيغة وصية كيميائي لتلميذه يحذره فيها بكتمان سر هذه الصنعة وعدم إذاعتها، لأن في إذاعتها خرابًا للعالم، ويذكر هذا المعنى جابر بن حيان مرارًا في رسائله وكتبه، ولهذا نجد أن ابن خلدون يهاجم أهل هذه الصنعة وكتاباتهم المليئة بالألغاز والطلاسم التي يتعذر فهمها. وقد ذكر محمد بن أحمد في مفاتيح العلوم في القرن الرابع للهجرة، أن كلمة كيمياء مشتقة من المصدر كمى ومعناها خفى وأستر، وكَمى الشيءَ وتَكَمَّاه: سَتَرَه؛ وقد تَأَوَّل بعضهم قوله: بَلْ لو شَهِدْتَ الناسَ إِذْ تُكُمُّوا إِنه من تَكَمَّيت الشيء. وكَمَى الشهادة يَكْمِيها كَمْيًا وأَكْماها: كَتَمَها وقَمَعَها؛ قال كثيِّر: وإِني لأَكْمِي الناسَ ما أَنا مُضْمِرٌ، مخَافَةَ أَن يَثْرَى بِذلك كاشِحُ يَثْرى: يَفْرَح. وانْــكَمَى أَي اسْتَخْفي. وتَكَمَّتْهم الفتنُ إِذا غَشِيَتْهم. وتَــكَمَّى قِرْنَه: قَصَده، وقيل: كلُّ مَقْصود مُعْتَمَد مُتَــكَمّىً. وتَــكَمَّى: تَغَطَّى. وتَــكَمَّى في سِلاحه: تَغَطَّى به. وسمي العلم كيمياءً لأن هذا العلم كان متداولًا بين طائفة من الناس دون غيرها، بسبب الاعتقاد الذي سيطر على عقول الناس طيلة العصور الوسطى، وهو إمكانية تحويل المعادن البخسة إلى ذهب وفضة، وتحضير إكسير الحياة، ذلك السائل السحري الذي يعيد الصحة والشباب للإنسان، ومن ثم فقد حرص الكيميائيون القدامى على كتمان سر صنعتهم، وكتب بعض الكيميائيين العرب المتأخرين نسبيًا لا سيما بعد القرن السادس هجري معلومات في الكيمياء وتحويل المعادن إلى ذهب وفضة برموز وألغاز وتعمدوا الغموض والإرباك. والكيمياء في اللغة الحِيلَة والحِذْق، وكان يراد بها عنْد القدماءِ: تحويل المعادن الخسيسة إِلى أخرى أسمى وأعلى قيمة. وهناك أقوال أن أصل كلمة كيمياء مصري وهي كيم أو كمت ومعناها الأرض السوداء وهي تربة وادي النيل، وينسب ذلك أن الكيمياء فن مصري قديم، وكانت تعرف آنذاك بسر الكهنة أو الصناعة التحتوية (نسبة إلى تحوت أو تحوتي أو جحوتي). وهناك من يقول كلمة كيمياء مشتقة من الكلمة الإغريقية خيما Chyma بمعنى التحليل والتفريق، ويرى غيرهم أن لفظة كيمياء قد حورت عن اللفظة العبرية (شامان) وتعني السر أو الغموض. وهناك مدلولات كثيرة على أن أصل الكلمة عربية اسمً وفعلًا، اشتقاقًَا من المصدر كمى. وتكتب كلمة كيمياء في اللغات الأوروبية Alchimica (معرفةً بأل)، وكل كلمة لاتينية معرفة بأل تكون من أصلٍ عربي كالجبر والكحول؛ أما كلمة كيمياء لم يرد ذكرها في أي حضارة أو لغة قبل العرب، وكان أول من عرف علم الكيمياء هم العرب. التي تعد مزيجًا من ممارسة علوم الكيمياء والفيزياء والفلك والفلسفة؛ والتي كانت تمارس بشكلٍ غير علمي، ولا تخلو من الشعوذة والسيمياء؛ والتي عرفها ابن خلدون الخيمياء بأنها: «علم ينظر في المادة التي يتم بها تكوين الذهب والفضة بالصناعة».
الحضارات الإنسانيَّة الأولى كالحضارة كالصينية والمصريَّة والبابليَّةوالهنديَّة نجحت في جمع معرفة عمليَّة بخصوص التعدين وصنع الفخار والأصبغة، غير أنَّها لم تُطوِّر معرفة نظريَّة منظمة يُمكن اعتبارها علمًا. وكما ظهرت فرضيات الكيميائيَّة في بلاد الإغريق عندما ساد الاعتقاد عند بعض فلاسفة الإغريق أنَّ العالم يتكوَّن من أربعة عناصر أساسيَّة، يُشكِّل تمازجها كل جسم معروف في الكون، وطُرِحت هذه الفرضيَّة بصورتها النهائيَّة علي يد أرسطو، الذي افترض أنَّ هذه العناصر هي النار والهواء والأرض والماء. وفي بلاد الإغريق أيضًا ظهرت الفلسفة الذريَّة، وترجع إلى القرن الخامس قبل الميلاد، حيث افترض الفيلسوف الإغريقي ديموقريطس أن جميع المواد تتكون من دقائق متناهية في الصغر غير قابلة للتجزئة تسمى الذرات. وعلى عكس النظريَّة الذريَّة في العلوم الحديثة فإنَّ مفهوم الذرَّة عند الإغريق كان فلسفيًا تمامًا ولم يستند على الملاحظة والتجريب العلمي.
في العصر الهيلينستي ازدهرت الخيمياء، وقد تداخلت الخيمياء مع السحر والشعوذة عند دراسة طبيعة المواد، بهدف اكتشاف طريقة لتحويل المواد إلى ذهبٍ أو صنع إكسير الحياة الذي يمنح الخلود، واكتُشِفت في هذه الفترة عمليَّة التقطير. واستمرَّ ازدهار الخيمياء في الإمبراطوريَّة البيزنطيَّة، ومن أبرز الخيميائيين في هذه الفترة زوسيموس من بانوبوليس. وبعد سقوط الإمبراطورية الرومانية، انتقل وتركز التطوير الكيميائي في الحضارة الإسلامية عند العرب والمسلمين، وكانوا أول من اشتغل بالكيمياء كعلم له قواعده وقوانينه، وذلك من القرن الأول للهجرة. وكان لهم دور كبير في تطور الكيمياء وازدهاره ازدهارًا كبيرًا، حيث تحول الكيمياء من مجرد صنعة أو حرفة يختص بها المشعوذين وتبحث عن أشياء خرافية مثل إكسير الحياة وتحويل المعادن الرخيصة إلى ثمينة، إلى علم متكامل قائم بذاته يقوم على التجربة العملية والمنهج العلمي. وقد أسس المسلمون مفهوم تجريبية علم الكيمياء، فقال جابر بن حيان:
إن واجب المشتغل في الكيمياء هو العمل وإجراء التجربة، وإن المعرفة لا تحصل إلاَّ بها
وعلم الكيمياء علم عربي الأساس والمنهج، حيث وضع العلماء العرب المسلمين نظرية كيميائية ناضجة ومنهجًا علميًا قويمًا. ولقد تعمقوا في فهم هذا العلم، وطوّروا المختبر الكيميائي وصنعوا له أدواته الخاصة؛ ولا يزال بعضها بشكل أو بآخر مستخدماً إلى اليوم، وعرَّفوا العمليات الكيميائية داخل المختبرات والعناصر الأساسية للمواد، واجتهدوا في التطبيق. وكان أول من عمل واشتغل بالكيمياء من العرب والمسلمين خالد بن يزيد، وهو شقيق الخليفة الأموي معاوية بن يزيد بن معاوية بن أبي سفيان، أما حاجي خليفة صاحب كتاب «كشف الظنون»، فيقول عن خالد: «إنه أول من تكلم في علم الكيمياء، ووضع فيها الكتب... ونظر في كتب الفلاسفة من أهل الإسلام». ولقد انصرف خالد بن يزيد انصرافًا تامًّا إلى دراسة العلوم بعامة، وعلم الصنعة أو الكيمياء بخاصة، وذلك بعد أن اختزلت الخلافةُ دونه، فلم يجد منها عوضًا إلا أن يبلغ آخر هذه الصناعة. وله في الكيمياء رسائل، وله فيها شعر كثير كذلك، وإذا لم يحقق خالد بن يزيد شيئًا في مجال الكيمياء، فإنه وضع اللبنة الأولى على طريق البحث وعمل التجربة. وممَّا يروى من شعره في الكيمياء، وما ينبغي على الباحث أن يبذلَه من جهد في فك رموزها وتحصيل ثمراتها قولُه:
وقد كان من تلاميذ خالد بن يزيد الكيميائي جابر بن حيان الذي يسمى بـ «أبو الكيمياء»، وضاع أكثرها، وتُرجم بعض ما بقي منها إلى اللاتينية. وقد صنع جابر بن حيان أهم الحموض المعدنية، مثل حمض النتريك، وحمض الكبريتوحمض هيدروكلوريك. وبقيت من أهم المركبات في الصناعة الكيميائية لأكثر من ألف عام. وهو أول من حضّر حمض الكبريتيك وسماه زيت الزاج، وأول من استحضر ماء الذهب، وينسب إليه تحضير بعض المركبات الكيميائية الأخرى. وقد درس خصائص مركبات الزئبق واستحضرها. وهو أول من وصف أعمال التقطير والتبلور والتذويب والتحويل إلخ. وقد قام جابر بن حيان أيضًا باختراع الإنبيق، كما قام باختراع المقطرةوالمعوجة كجزء من الإنبيق.
في العصور الحديثة
ملف:Plum pudding atom.svgنموذج طومسون، الشحنة الموجبة موزعة بالتساوي على كل الحجم المشغول بالإلكترونات.ملف:Combustion reaction of methane.jpgتفاعل احتراق الميثان؛ حيث توجد 4 ذرات هيدروجين و4 ذرات أكسجين و1 ذرة كربون قبل التفاعل وبعده. الكتلة الكلية بعد التفاعل هي نفسها التي كانت قبل التفاعل.
في العصور الحديثة استمر تطور علم الكيمياء بعد إسهامات المسلمين فيه؛ وفي القرن السابع عشر الميلادي، عندما قام بويل بأبحاث، وقسم الأجسام إلى مواد أولية وهي: العناصر والمركبات والمخاليط؛ وصاغ قانون الذي يعرف باسمه، وضف فيه العلاقة بين ضغط الغاز وحجمه. وتلته بعددها أبحاث بلاك ولافوازييه عن الاحتراق والتأكسد، وقانون حفظ الكتلة، الذي أشار من قبل العالم المسلم الأندلسي أبو القاسم مسلمة بن أحمد المجريطي، وذلك في كتابه «رتبة الحكيم». ومن ثم برستلي الذي اكتشف الأكسجين في الهواء، ثم كافنديش الذي اكتشف تكوين الماء، ومن ثم اقترح دالتون مقترحًا بالنظرية الذرية عن تكون المادة؛ بأنها تتكون من ذرات غير قابلة للانقسام، تتشابه الذرات المكونة للعنصر في الحجم والكتلة والخواص الكيميائية وتختلف ذرات العنصر عن ذرات العناصر الأخرى. تم تطويره بعد ذلك ليصبح جدولًا دوريًا للعناصر في الستينيات من القرن التاسع عشر عندما ابتكر العالم ديمتري منديلييف الجدول الدوري، وقام مندليف بترتيب العناصر طبقًا لكتلتها الذرية. وفي نهاية القرن التاسع عشر اكتشف وليام رامزي الغازات النبيلة، بالتعاون مع اللورد رايلي، وبالتالي ملء الهيكل الأساسي للجدول الدوري. وتعرَّف الكيمياء الحديثة بأنها: العلم الذي يدرس المادة والتغيرات التي تطرأ عليها،
الكيمياء (330): هو دراسة تركيب الماء والحركة والنمو والتجسّد واستخراج الأرواح من الأجساد. — زوسيموس
الكيمياء (القرن الثامن الميلادي): «الكيمياء هو الفرع من العلوم الطبيعية الذي يبحث في خواص المعادن والمواد النباتية والحيوانية وطُرق تولدها وكيفية اكتسابها خواص جديدة». — جابر بن حيان
كيمياء (1377): علم ينظر في المادة التي يتم بها كون الذهب والفضة بالصناعة، ويشرح العمل الذي يوصل إلى ذلك. — ابن خلدون
كيمياء (1661): موضوع المواد الأساسية للأجسام المتمازجة. — روبرت بويل
كيمياء (1663): فن علمي يستطيع الفرد من خلاله حل الأجسام، واستخراج المواد المختلفة المكونة لها، وكيفية دمجها مجددًا، ورفعها إلى مستوى أكثر كمالًا. — كلاسر
كيمياء (1730): هو فن حل الأجسام الممتزجة أو المختلطة أو المجموعة إلى أجزاءها الرئيسية، وتركيب هذه الأجسام من هذه المواد. — جورج ستال
كيمياء (1837): هو العلم الذي يهتم بالقوى الجزيئية وتأثيراتها وقوانينها. — دوماس
كيمياء (1947): هو علم المواد: بنيتها، خواصها، والتفاعلات التي تحولها إلى مواد أخرى. —لينوس باولنغ.
كيمياء (1998): هو دراسة المادة والتأثيرات التي تحصل عليها.
المبادئ الأساسية
ملف:String theory.svgمراحل التكبير: 1.المجهرية: المادة 2.جزيئية. 3.ذرية: بروتونات، نيترونات، إلكترونات. 4. تحت ذرية: إلكترونات. 5. تحت ذرية: الكوارك. 6. شريطية.
تبدأ الكيمياء التقليدية بدراسة المادة ومكوناتها المنقسمة إلى مادة نقية (وهي العناصر والمركبات) والمخلوط (وينقسم إلى متجانس وغير متجانس)؛ وأطوارها الثلاث: الصلبة والسائلة والغازية معزولة عن بعضها أو متداخلة مع بعضها. وخواصها؛ وثم تدرس الذرات والنظرية الذريةالتركيب الذري وأعداد الكم للذرة، والتوزيع الإلكتروني للعناصر. وتدرس الروابط الكيميائية وهي القوة التي تربط الذرات ببعضها، وتسعى الذرات بأن تكون أقل طاقةً وأكثر استقرارًا؛ والتفاعلات الكيميائية وهو تحول بعض المواد إلى مادة أخرى أو أكثر. وتستخدم الرموز للتعبير عنه بواسطة معادلة كيميائية. غالبًا ما يكون عدد الذرات في طرفي المعادلة متساويًا، وتكون طبيعة التفاعلات الكيميائية والتغيرات في الطاقة التي تحدث نتيجة لهذه التفاعلات محكومة بقوانين تسمى القوانين الكيميائية، وتعد ملاحظة الطاقة والقصور الحراري من الأمور المهمة في أغلب الدراسات الكيميائية. وهنالك العديد من المفاهيم الأساسية في دراسة الكيمياء، ومنها:
المادة هي كل شيء يشغل حيزًا من الفراغ، والمادة الكيميائية هي نوع من المادة له تركيب معلوم ومجموعة من الخواص. ولكن وبشكل دقيق لا يعد مزيج من المركبات أو العناصر أو المركبات والعناصر مادة كيميائية. تعد الكثير من المواد التي نراها في حياتنا اليومية نوعًا من أنواع الأمزجة، مثل: الهواء، السبائك، والكتل الحيوية. يعد الماء النقي من الأمثلة الشائعة عن المواد الكيميائية، حيث أن لديه نفس الخواص ونسبة الهيدروجين إلى الأكسجين نفسها وذلك بغض النظر عن منشأ العينة إن كان طبيعيًا من نهر جاري أو مصطنعًا في مختبر كيميائي.
بالإضافة إلى الخواص الكيميائية المعينة التي تتصف بها المواد الكيميائية فإن الأخيرة تتواجد أيضًا بأطوار متعددة. وعلى الأغلب فإن تصنيف المواد الكيميائية لا يرتبط بهذه تصنيف الأطوار، مع إمكانية عدم توافق بعض الأطوار مع بعض الخواص الكيميائية. يعرف الطور بأنه مجموعة من الحالات للنظام الكيميائي والتي تمتلك نفس الخواص البنيوية، في مدى معين من الظروف، مثل الضغط ودرجة الحرارة. تميل بعض الخواص الفيزيائية مثل الكثافة ومعامل الانكسار إلى كونها خواص مميزة للطور.
الحالة الصلبة: المواد الصّلبة لها شكل ثابت حيث أن الجزيئات لا تنتقل من مكانها؛ تكون الجزيئات متقاربة بقدر كبير في الحالة الجامدة، الكثافة في المواد الصلبة عالية، لأن الفراغات صغيرة جدًّا بين الجزيئات.
الحالة السائلة: تأخذ السّوائل شكل الوعاء الذي توضع فيه، والجزيئات في السوائل ليست ثابّتة، إنما متحركة ولكن ضمن إطار محدود. السّوائل عالية الكثافة إلى حدّ ما، وليس هناك مسافات كبيرة بين الجزيئات.
الحالة الغازية: ليس للغازات شكل محدد لكن الغازات تملأ أيّ فراغ متاح لأن الجزيئات تتحرّك بسرعة في كلّ الاتّجاهات. إن كثافة الغازات منخفضة، وهناك مسافات فارغة كبيرة بين الجزيئات؛ لذلك يمكن ضغط الغازات بسهولة، بحيث تتقارب جزيئات الغاز من بعضها.
حالة البلازما (هيولي): هي حالة متميزة من حالات المادة يمكن وصفها بأنها غاز متأين تكون فيه الإلكترونات حرة وغير مرتبطة بالذرة أو بالجزيء. فإذا كانت المادة توجد في الطبيعة في ثلاث حالات: صلبة وسائلة وغازية، فإنه بالإمكان تصنيف البلازما على أنها الحالة الرابعة التي يمكن أن توجد عليها المادة.
المول وحدة لقياس كمية المادة، والتعريف الحديث له هو مقدار ٦.02214076×10٢٣(عدد أفوغادرو) من الجسيمات، مثل الذرات أو الجزيئات أو الأيونات أو الإلكترونات. كان يعرف سابقاُ على أنه كمية المادة التي تحتوي على (ذرات أو جزيئات أو أيونات) بقدر ما يحتويه 0.012 كلغم (12 غرام) من كربون-12، عندما تكون ذرات الكربون غير مرتبطة ومستقرة في الحالة القاعية.
ملف:Helium atom QM.svgرسم توضيحي لذرة الهيليوم، يصور النواة (بالوردي) وتوزيع السحابة الإلكترونية (بالأسود). النواة (أعلى اليمين) في الهليوم-4 في الواقع متماثلة كرويًا وتشبه إلى حد كبير السحابة الإلكترونية، على الرغم من أن الأنوية أكثر تعقيدًا وهذا ليس الحال دائما. الشريط الأسود هو أنغستروم واحد (Error in {{val}}: first argument is not a valid number or requires too much precision to display. أو ١٠٠ بيكومتر).
الذرة هي الوحدة الأساسية في الكيمياء، وتتكون الذرة من نواة تدور حولها الإلكترونات سالبة الشحنة؛ وتتألف النواة من بروتونات موجبة الشحنة، ونيوترونات متعادلة الشحنة؛ في بعض الحالات، وبواسطة نقل خارجي للطاقة، يمكن للذرة أن تفقد أو تكتسب إلكترونا أو أكثر؛ تسمى هذه الظاهرة بظاهرة التأين. كما أن الذرة هي أصغر وحدة يمكن تصورها والتي تكون قادرة على المحافظة على الخواص الكيميائية للعنصر، مثل السالبية الكهربيةوطاقة التأين، حالات الأكسدة المفضلة، عدد التساند وعدد الروابط التي يفضل تشكيلها (مثل الفلزيةوالأيونيةوالتساهمية). تطور مفهوم الذرة عبر التاريخ بعد أن كان أول نموذج لها الذي وضعه دالتون عبارة عن كرة صماء غير قابلة لتجزئة إلى النموذج الحالي وهي عبارة عن نواة تتكون من كواركات وغلونات محاطة بسحابة إلكترونية تدور حول النواة. والذي يمتلك مجموعة فريدة من الخواص التابعة له، بمعنى قدرته إحداث مجموعة معينة من التفاعلات مع المواد الأخرى. يمكن أن تتواجد الجزيئات على شكل وحدات متعادلة كهربائيًا على عكس الأيونات. تعد الجزيئات مجموعة من الذرات المرتبطة مع بعضها بروابط تساهمية، ومثل هذه البنى متعادل كهربائيًا وتكون جميع الأغلفة التكافؤية متزاوجة مع إلكترونات أخرى بواسطة الأواصر أو الأزواج الوحيدة.
الشارد أو الأيون مركب مشحون، أو هو ذرة أو جزيء اكتسب أو فقد إكترونًا أو أكثر. الأيونات الموجبة الشحنة تسمى هابطات أو كاتيونات مثل كاتيون الصوديوم Na+، والأيونات السالبة الشحنة تسمى صاعدات أو أنيونات مثل أنيون الكلور Cl-، واللذان عن اتحادهما يكونا الملح المتعادل كلوريد الصوديوم (NaCl). ومثل للأيونات ذات الذرات العديدة التي لا تتفكك خلال تفاعلات الحمض - القاعدة هو مجموعة الهيدروكسيد (OH-)، أو الفوسفات). تعرف الأيونات في الحالة الغازية بالبلازما.
تتكون الأيونات من ذرات عندما تفقد إلكترونات أو تكتسب إلكترونات. ورغم أن تفكك الجزيء يحتاج إلى طاقة من الخارج إلا أن تكوّن الأيونات قد تكون أنسب من وجهة اكتمال الغلاف الإلكتروني الخارجي للذرة أو الأيون. تحاول الأيونات بصفة عامة الوصول إلى ما يسمى قاعدة الثمانيات.
الشوارد الموجبة الشحنة تسمى صاعدات أو كاتيونات. ويتكون الكاتيون عندما تفقد ذرة إلكترونات. ونظرا لأن النواة الذرية تحتفظ بعدد البروتونات فيها (في الذرة المتعادلة تتساوى فيها عدد البروتونات وعدد الإلكترونات)، ولذلك يظهر الأيون بأن له شحنة موجبة. تسمى الشوارد سالبة الشحنة هابطات أو أنيونات، ويتكون الأنيون عندما تكتسب الذرة إلكترونًا. بذلك يصبح للذرة شحنة زائدة من الإلكترونات، فتكون سالبة الشحنة.
الرابطة الأيونية أو الرابطة الشاردية هي الرابطة التي تنشأ بين ذرتين تختلفان في المقدرة على كسب أو فقد الإلكترونات وتكون بين أيوني هاتين الذرتين الموجب والآخر السالب الشحنة فتنشأ قوة جذب كهربائي بينهما، وتختلف نسبة الأيونات المفقودة والمكتسبة فمثلا تحتاج ذرة الأكسجين لأيونين من البوتاسيوم لأن المدار الأخير يحتاج لإلكترونين ليصل لحالة الاستقرار أي ثمانية إلكترونات.
4K + O2 → 2 K2O وتحدث الرابطة الأيونية عادةً بين الفلزات (ذات طاقة التأين المنخفضة والتي تميل لفقدان الإلكترونات) واللافلزات (ذات الألفة الإلكترونية المرتفعة والتي تميل لاكتساب الالكترونات).تتكون غالبًا بين الفلزات واللافلزات حيث تكون: الفلزات: ذراتها حجمها كبير - جهد تأينها صغير (فيسهل فقد إلكترونات المستوى الأخير) فيتكون أيون موجب ليصل إلى التشكيل الإلكتروني لأقرب غاز خامل. اللافلزات: صغيرة الحجم - ميلها الإلكتروني كبير (فيسهل اكتساب إلكترونات) فتصبح أيون سالب لتصل إلى التشكيل الإلكتروني لأقرب غاز خامل (نبيل). والربطة الأيونية هي: انجذاب كهربائي بين الأيون الموجب والسالب.
الرابطة التساهمية هي أحد أشكال الترابط الكيميائي وتتميز بمساهمة زوج أو أكثر من الإلكترونات بين الذرات، مما ينتج عنه تجاذب يعمل على تماسك الجزيء الناتج. تميل الذرات للمساهمة أو المشاركة بإلكتروناتها بالطريقة التي تجعل غلافها الإلكتروني ممتلئاً. وهذه الرابطة دائما أقوى من القوى بين الجزيئات مثل الرابطة الهيدروجينية. ترتب الرابطة التساهمية لوصف عدد أزواج الإلكترونات المتشاركة بين الذرات المكونة للرابطة التساهمية. وأكثر أنواع الرابطة التساهمية شيوعًا هو الرابطة الأحادية، والتي فيها يتم المشاركة بزوج واحد فقط من الإلكترونات. كل الروابط التي بها أكثر من زوج من الإلكترونات تسمى روابط تساهمية متعددة. المشاركة بزوجين من الإلكترونات تسمى رابطة ثنائية، والمشاركة بثلاثة أزواج تسمى رابطة ثلاثية. ومثال للرابطة الثنائية في حمض النيتروس (بين N وO)، ومثال للرابطة الثلاثية سيانيد الهيدروجين (بين C وH).
الرابطة التناسقية وهي نوع من أنواع الروابط التساهمية، ولكن في هذا النوع من الروابط تتشارك كلا الذرتين بإلكترونات من ذرة واحدة فقط وليس إلكترونات من كلا الذرتين. ومثال على ذلك الرابطة في أيون الأمونيوم.
الرابطة الفلزية هي رابطة كيميائية تحصل بين عنصرين من الفلزات، وهي قوى التجاذب الكهربائي الناتجة بين الأيونات الموجبة وهذه الالكترونات السالبة بالرابطة الفلزية وهي التي تربط البلورة الفلزية (المعدنية) بالكامل. عندما ترتبط الفلزات مع بعضها البعض فانها لا تكتسب التركيب الاكتروني للغازات النبيلة، فمن السهل أن تفقد ذرات الفلزات مثل الصوديوموالبوتاسيوم الكترونات تكافؤها لتصبح أيونات موجبة لأن سالبيتها الكهربائية منخفضة. الخصائص التي تمنحها الرابطة للفلز ترجع الكثير من خصائص الفلزات الطبيعية إلى طبيعة هذه الرابطة، فالتوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري للفلزات سببه هو حركة الالكترونات الحرة بين الذرات. حركة الالكترونات الحرة داخل المعدن تنتظم عند تمرير التيار الكهربائي من خلاله، وتتقدم الالكترونات من القطب السالب إلى الموجب.
روابط بين الجزيء
القوة بين الجزيئات هي قوى الجذب أو التنافر التي تعمل بين الجسيمات المجاورة (ذرات، جزيئات أو أيونات). فهي ضعيفة بالمقارنة مع قوة الترابط داخل الجزيء، القوى التي تبقي الجزيئات معا. على سبيل المثال، الرابطة التساهمية الموجودة في جزيئات حمض الهيدروكلوريك هو أقوى بكثير من القوى الموجودة بين الجزيئات المجاورة، والتي تكون عندها الجزيئات قريبة بما فيه الكفاية لبعضها البعض.
الصيغة الكيميائية هي أسلوب كتابة يعتمد على الرموز الكيميائية للعناصر لوصف تركيب مركب كيميائي ما، عن طريق التعبير عن نوع الذرات التي يتكون منها مركب كيميائي معين ونسبتها إلى بعضها. وهي تعبر عن كلعنصربرمزه الكيميائي، وتكتب بجواره مباشرة عدد الذرات في جزيء هذا المركب. وفي حالة وجود أكثر من ذرة لنفس العنصر في الجزيء فإن عدد الذرات يكتب أسفل يمين العنصر. وللمواد غير الجزيئية يعبر الرقم السفلي عن الصيغة الوصفية. والصيغة الكيميائية التي تستخدم لسلسلة المركبات التي تختلف عن بعضها البعض بوحدات ثابتة تسمى «الصيغة العامة». يمكن التعبير عن الصيغ الكيميائية بعدة طرق أهمها:
الصيغة الأولية: هي أقل نسبة للأعداد الصحيحة لذرات العنصر الذي يكون في المركب. تمثل التفاعلات الكيميائية بطريقة كتابية أو بجموعة من الرموز ويعرف هذا التمثيل بـ «المعادلة الكيميائية»؛ تبين المعادلة الكيميائية التغيرات التي تطرأ على المواد المتفاعلة وظروف التفاعل كما تبين المعادلة حاجة التفاعل إلى حرارة وضغط وعوامل مساعدة. ويجب أن تكون المعادلة الكيميائية صحيحة الرموز والصيغ وأن تكون موزونة حيث أن مجموع كتل المواد المتفاعلة يساوي مجموع كتل المواد الناتجة من التفاعل. وعند كتابة معادلة يجب مراعاة الشحنة لأنها تلعب دوراً في عدد الإلكترونات المفقودة أو المكتسبة. كمثال عن ذلك، المعادلة الكيميائية لاحتراق غاز الميثان يمكن أن تكتب هكذا:
CH4+ 2 O2 CO2+ 2 H2O
يمكن تسريع التفاعل الكيميائي باستعمال الحفاز أوالمحفز وذلك بإضفة كميات قليلة للتفاعل الكيميائي بهدف تسريعه دون أن تتغير خواصها الكيميائية؛ بمعنى أنها قادرة على أن تزيد سرعة التفاعل الكيميائي عن طريق خفض طاقة التفاعل أو تنشيطه دون أن يحدث بها تغيير كيميائي دائم.
أنواع التفاعلات الكيميائية
وفق شكل التفاعل
تفاعل الاتحاد أو الضم عبارة عن اتحاد عنصرين لإنتاج مركب أو اتحاد مركبين لإنتاج مركب جديد.
تفاعل التفكك عبارة عن تفكك مركب إلى مركبين أو إلى عناصر. تدرس الكيمياء العضوية خواص وتفاعلات مركبات الكربون مثل أنواع الوقود واللدائن، والأدوية.
هي تحليل عينات من المادة لمعرفة التركيب الكيميائي لها وكيفية بنائها. تعرف الكيمياء التحليلية بأنها العلم الذي يبحث في تحليل المكونات الكيميائية للعينات المدروسة. وتقسم الكيمياء التحليلية إلى قسمين رئيسين:
التحليل النوعي: ويستخدم طرق وقياسات لتحديد مكونات المادة، دون الاهتمام بكمياتها أو نسبها.
التحليل الكمي: ويستخدم بتحديد كمية كل مكون موجود في المادة أو نسبته. وهو نوعان حجمي ووزني. تدرس تركيب النفط، والعمليات الكيميائية المصاحبة لاستخراجها وتكريرها.
الكيمياء النباتية: تدرس المكونات الكيميائية للنباتات وطرق استخلاصها وفصلها وتحليلها. ويشمل ذلك الأعشاب والنباتات الطبية.
الكيمياء الزراعية: وكيمياء التربة، تدرس المكونات الكيميائية للتربة وإمكانيات الاستفادة منها أو استخدامها للأغراض الزراعية وغيرها. كما تدرس طرق مكافحة الآفات الزراعية.
هي علم هندسي يختص بتصميم وتطوير العمليات الصناعية الكيميائية أو التحويلية. وبتصميم وبناء وإدارة المصانع التي تكون العملية الأساسية فيها هي التفاعلات الكيميائية وتندرج تحت هذا التخصص عمليات انتقال المادة والحرارةوالكتلة، كما تشمل التفاعلات وعمليات الفصل متعددة المراحل. وتكاد تكون مقابلة لمصطلح هندسة العمليات.
يهتم المهندسون الكيميائيون بتطبيقات المعرفة المكتسبة من العلوم الأساسية والتجارب العملية. كما يهتمون بتصميم العمليات الصناعية وتطويرها وإدارة المصانع بهدف تحويلٍ آمنٍ واقتصادي للمواد الكيميائية الخام إلى منتجات نافعة. الهندسة الكيميائية هي العلم الهندسي ذو القاعدة الأوسع بين علوم الهندسة كلها، ويؤدي هذا إلى أن تكون المؤسسات والشركات في سعي دائم لتوظيف مهندسين كيميائيين في المجالات التقنية المتنوعة وفي مواقع الإشراف في أنواع الصناعات المختلفة.
نظام التسمية في الكيمياء
في القدم وحتى نهاية القرن التاسع عشر كان عدد المركبات الكيميائية المكتشفة قليلة. ولكن حينما بدأت أعداد المركبات الكيميائية تزداد بشكل كبير وحينما بدأ تحضير واكتشاف مركبات عضوية معقدة صارت الحاجة ملحة لوضع قواعد متفق عليها للتسمية، في ذلك الحن بدأ علماء الكيمياء بالبحث لطريقة بتسمية المركبات الكيميائية، وفي سنة 1892 عقد أول مؤتمر لمناقشة هذا الشأن، وأصدر حينها قواعد لتسمية المركبات الكيميائية، وقد حدثت مع مرور الزمن عدة تعديلات وتطويرات لتلك القواعد بعد ذلك وعلى فترات زمنية، وذلك لمواكبة الاكتشافات والتطورات التي حدثت في علم الكيمياء. والجهة المسؤولة عن ذلك هي الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية، وتعرف اختصارًا IUPAC وتقرأ: أيوباك، وهي اختصارًا من: (بالإنجليزية: International Union of Pure and Applied Chemistry).
تسمية المركبات العضوية
النظام الشائع: ويستخدم هذا النظام الاسم الشائع القديم للمركب على سبيل المثال: حمض الخل، ويوجد الكثير من الأسماء الشائعة للكثير من المركبات المعروفة وقد أبقاها الاتحاد الدولي على حالها.[١]
نظام الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية IUPAC System: أوكلت تسمية المركبات العضوية إلى هيئة خاصة من الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية ويعرف اختصارًا بالرمز (IUPAC).[١]
