مقدمة في الكيمياء

Introduction to Chemistry

• دراسة المواد وخواصها وتركيبها وتفاعلاتها هو موضوع الكيمياء.
• يشمل هذا المجال مجموعة واسعة من الظواهر، من أصغر الجسيمات إلى أكبر الهياكل.
• ينقسم هذا المجال إلى فروع مختلفة، متخصص كل منها في جوانب محددة من الكيمياء.

فروع الكيمياء

• الكيمياء العضوية: تتعامل مع المركبات المحتوية على الكربون وخواصها. تشمل الهيدروكربونات والمركبات الكحولية والبوليمرات.
• الكيمياء غير العضوية: تدرس خواص وتفاعلات المركبات غير العضوية، بما في ذلك المعادن واللافلزات والمعادن.
• الكيمياء الفيزيائية: تركز على المبادئ النظرية وراء الظواهر الكيميائية. تشمل الديناميكا الحرارية، والحركية، والكيمياء الكمية.
• الكيمياء التحليلية: تطور وتطبيق الطرق لتحديد، وفصل، وتحديد تركيب المادة. تُستخدم تقنيات مثل الطيف الضوئي.
• الكيمياء الحيوية: تَستكشف العمليات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحية. تشمل عملية الأيض، وتأثير الإنزيمات، وهياكل الجزيئات الحيوية.

المفاهيم الأساسية في الكيمياء

• المادة: أي شيء له كتلة ويشغل حيزًا.
• العناصر: اللبنات الأساسية للمادة، تمثل بالرموز.
• المركبات: المواد المتكونة من اتحاد كيميائي لاثنين أو أكثر من العناصر.
• الذرات: أصغر وحدة من عنصر، تتكون من بروتونات ونيوترونات وإلكترونات.
• الجزيئات: مجموعات من ذرتين أو أكثر مرتبطة مع بعضها بواسطة روابط كيميائية.
• التفاعلات الكيميائية: العمليات التي تنطوي على إعادة ترتيب الذرات لتكوين مواد جديدة.
• الستُكُّيومتريّات: الدراسة الكمية للعلاقة بين المتفاعلات والمنتجات في التفاعلات الكيميائية.
• الجدول الدوري: ينظم العناصر حسب العدد الذري والخواص في أنماط متكررة.
• الأحماض والقواعد: المواد التي تؤثر على درجة حموضة المحلول، حيث تزيد الأحماض من الحموضة، وتزيد القواعد من القلوية.
• المحاليل: خلائط متجانسة من مادتين أو أكثر.

حالات المادة

• الصلبة: شكل ثابت وحجم ثابت.
• السائلة: حجم ثابت، لكنها تأخذ شكل الحاوية التي تضمها.
• الغازية: لا شكل ثابت أو حجم ثابت، وتتمدد لتملأ حاويتها.
• البلازما: حالة عالية الطاقة من المادة تتكون من جزيئات مشحونة.

الروابط الكيميائية

• الرابطة الأيونية: نقل الإلكترونات بين الذرات، مما يؤدي إلى تكوين أيونات ذات شحنات متقابلة مرتبطة معًا بواسطة الجذب الكهروستاتيكي.
• الرابطة التساهمية: مشاركة الإلكترونات بين الذرات، مما يؤدي إلى تكوين الجزيئات.
• الرابطة المعدنية: تتميز بمشاركة الإلكترونات بين العديد من الذرات، مما يؤدي إلى خواص التوصيل المعدنية.

بنية الذرة

• تتكون من نواة مركزية تحتوي على بروتونات (شحنة موجبة) ونيوترونات (شحنة محايدة).
• تدور الإلكترونات (شحنة سالبة) حول النواة في قِشْر أو مدارات إلكترونية.
• يتوافق العدد الذري مع عدد البروتونات في النواة.
• الكتلة الذرية هي مجموع البروتونات والنيوترونات.

الكميات الكيميائية

• العدد الكتلي: وحدة قياس لكمية المادة، تساوي عدد أفوجادرو من الجسيمات (حوالي 6.022 × 10²³).
• الكتلة المولية: كتلة مول واحد من مادة، تُعبّر عنها بالجرام لكل مول.
• التركيز: مقياس لكمية المذاب الموجودة في حجم معين من المحلول.

وحدات القياس

• وحدات القياس للكتلة، والطول، والحجم، والحرارة، والوقت. (على سبيل المثال، جرام، متر، لتر، كلفن، ثانية)

القوانين الأساسية للكيمياء

• قانون حفظ الكتلة: الكتلة لا تُخلق ولا تُدمر في التفاعل الكيميائي.
• قانون النسب الثابتة: يضم مركب معين دائمًا نفس العناصر بنفس النسب بالكتلة.
• قانون النسب المتعددة: إذا شكل عنصران أكثر من مركب واحد، فإن نسبة كتل عنصر واحد التي تتحد مع كتلة ثابتة من عنصر آخر ستكون نسبة أعداد صحيحة صغيرة.

المصطلحات والمفاهيم الرئيسية في الكيمياء (تابع)

• الصيغة الكيميائية: تمثيل رمزي لتركيب جزيء أو مركب.
• المعادلات الكيميائية: تمثل التفاعلات الكيميائية باستخدام الصيغ الكيميائية والرموز.
• التسمية: قواعد تسمية المركبات الكيميائية بشكل منهجي.
• التفاعلات الأكسدة والاختزال (ردوكس): تفاعلات تنطوي على نقل الإلكترونات.
• التوازن: حالة يكون فيها معدل التفاعل الأمامي والمعكوس متساويين مما ينتج عنه عدم تغير صافٍ.
• الديناميكا الحرارية: دراسة تغييرات الطاقة في التفاعلات الكيميائية.

التفاعلات والعمليات

• تفاعلات التعادل: بين الأحماض والقواعد تؤدي إلى الماء وملح.
• تفاعلات الاحتراق: تفاعلات سريعة تطلق الطاقة في صورة حرارة وضُوء.
• تفاعلات الترسيب: تكوين مادة صلبة غير قابلة للذوبان (ترسيب) من تفاعل مادتين أو أكثر قابلتين للذوبان.