الفروع ومجال دراسة الكيمياء الفروع الخمسة الرئيسية للكيمياء هي الكيمياء العضوية وغير العضوية والتحليلية والفيزيائية والحيوية، ولكن هناك العديد من الفروع الفرعية المهمة وأنواع الكيمياء المشتركة مع التخصصات الأخرى.
فيما يلي تعريفات وأوصاف المجالات الرئيسية، بالإضافة إلى قائمة بالعديد من مجالات الدراسة الأخرى.
كيمياء
الكيمياء هي فرع من فروع العلم يتعامل مع دراسة المادة المكونة من الذرات والجزيئات وخصائصها وتكوينها وبنيتها وسلوكها، وكذلك التفاعلات بين مكونات المادة.
الكيمياء موضوع رائع للغاية وكلنا محاطون به في كل شيء تقريبًا، كل شيء من حولنا يتكون من ذرات وجزيئات، بما في ذلك أجسامنا.
نرى الكيمياء في أنشطتنا اليومية، من إنتاج الطعام في المزارع إلى طهيه في المطبخ، ومن الدراجات إلى الصواريخ الفضائية، ومن الهواتف إلى أجهزة الكمبيوتر.
يستخدم الفولاذ في البناء، والبوليمرات التي تصنع الأكياس البلاستيكية، وبطاريات الهواتف المحمولة، والتمثيل الضوئي.
المنظفات والملابس والدهانات والأصباغ والمشروبات وما إلى ذلك هي بعض الأمثلة على تطبيقات الكيمياء، والكيمياء تساعدنا على فهم العالم الذي نراه ونشعر به.
انظر أيضًا: ما هي تقنية النانو في الكيمياء؟
فروع الكيمياء
اليوم، أصبحت الكيمياء موضوعًا متنوعًا للغاية مع العديد من الفروع، ويمكن تقسيم الكيمياء الحديثة إلى خمسة فروع رئيسية.
تتم مناقشة خمسة فروع رئيسية للكيمياء أدناه:
- الكيمياء الفيزيائية.
- أيضا الكيمياء التحليلية.
- الكيمياء غير العضوية.
- أيضا الكيمياء العضوية.
- علاوة على ذلك، الكيمياء الحيوية.
أدناه سنتحدث عن كل فرع على حدة، مع ذكر مجالات الدراسة المختلفة.
الكيمياء الفيزيائية
كما يوحي الاسم، فإن الكيمياء الفيزيائية هي مزيج من الفيزياء والكيمياء، وتتداخل الكيمياء الفيزيائية بشكل جيد مع بعض فروع الفيزياء.
إنه فرع من العلوم يتعامل مع دراسة الخصائص العيانية مثل الضغط والحجم وما إلى ذلك والخصائص الذرية مثل طاقة التأين، الكهربية، التكافؤ، إلخ.
كما يدرس أيضًا بنية المادة والطاقة. وتشمل بعض مجالات الدراسة في الكيمياء الفيزيائية ما يلي:
- الخواص الحركية: دراسة معدلات التفاعلات الكيميائية.
- أيضا الكيمياء الحرارية: هي فرع خاص من الديناميكا الحرارية التي تتعامل مع الحرارة في نظام كيميائي وعلاقتها بالعمل.
- كيمياء السطح: هذا هو مجال دراسة العمليات الكيميائية على سطح المواد.
- كيمياء الضوء هي دراسة التفاعلات الكيميائية التي تحدث في وجود الضوء.
- كيمياء التحليل الطيفي: تختص بالإشعاع الكهرومغناطيسي وكيفية تفاعله مع الذرات والجزيئات.
- كما أن الكيمياء والميكانيكا الإحصائية: هي الدراسة الإحصائية للذرات والجزيئات، والميكانيكا الإحصائية من الموضوعات التي تتداخل فيها الفيزياء والكيمياء.
- هناك أيضًا كيمياء الكم: تطبيق ميكانيكا الكم على نظام كيميائي.
- الكيمياء الكهربية: هذا هو فرع الكيمياء الفيزيائية الذي يتعامل مع التغيرات الكيميائية التي تنطوي على حركة الإلكترونات بين الأقطاب الكهربائية.
- كيمياء الفيمتوشيمياء: هذه دراسة التفاعلات الكيميائية على مقياس فيمتوكال (15- ^ 10 ثانية)، تساعدنا على فهم كل حركة للجزيئات.
الكيمياء التحليلية
هذا هو فرع الكيمياء الذي يركز على الأساليب النوعية والكمية لتحليل خصائص المادة.
باختصار، إنه يتعامل مع تحليل المواد الكيميائية وله تطبيق ضخم في الصناعة الكيميائية للحفاظ على جودة المنتج النهائي.
في الحياة الواقعية، خطوات التحليل هي الفصل والتعرف وأخيراً القياس الكمي. في الفصل، نفصل المكونات عن الخليط.
بعد اختيار العينة المطلوبة، نحدد مكوناتها باستخدام التحليل النوعي، وفي النهاية نقدر تركيز التحليلات باستخدام التحليل الكمي.
تستخدم الكيمياء التحليلية طريقتين تقليديتين: النوعية والكمية، والطريقة النوعية تتضمن تحديد المكونات الكيميائية (الذرات، الجزيئات، الأيونات، إلخ) في المواد.
في الطريقة الكمية، يتم تحديد تركيز المادة في عينة معينة، ومع التقدم في العلوم والتكنولوجيا، يمكننا تطوير أدوات مختلفة يمكن أن توفر قدرًا أكبر من الدقة والدقة.
الكيمياء التحليلية ليست فقط تحليل المواد، ولكن أيضًا تحسين الأساليب التحليلية الحالية وتطوير طرق جديدة.
بعض طرق التحليل الشائعة هي كما يلي:
اختبارات اللهب
- يتضمن الاختبار تعريض العينة للهب (اختزال أو مؤكسد) ثم مراقبة لون اللهب، ويعطينا لون اللهب فكرة عن المكونات الموجودة في العينة.
- نادرًا ما يستخدم هذا الاختبار في الصناعة أو في العالم المهني.
الاختبارات الكيميائية
- يتم استخدامه لتحديد المجموعات الوظيفية في عينة معينة عن طريق إجراء سلسلة من التفاعلات الكيميائية على العينة.
المعايرة (أو التحليل الحجمي)
- يتضمن ذلك إضافة معاير معروف إلى الحل حتى يتم الوصول إلى نقطة التكافؤ.
قياس الجاذبية
- إنها أيضًا طريقة كمية تستخدم لتقدير كمية المادة الموجودة بناءً على اختلاف الكتلة بعد التغيير.
كروماتوغرافيا
- إنها طريقة فصل تتكون من طور متحرك (سائل يحتوي على عينة محددة) يتدفق عبر طور ثابت، وبناءً على تقارب مكونات الطور المتحرك بالطور الثابت، يتم الاحتفاظ بالمكونات في الطور الثابت .
التحليل الطيفي
- إنها دراسة كيفية تفاعل الذرات والجزيئات مع الإشعاع الكهرومغناطيسي.
التحليل الكهروكيميائي
- طريقة التحليل التي يتم فيها دراسة المادة التحليلية عن طريق تمرير الكهرباء وقياس الجهد والتيار بمرور الوقت.
الكهربائي
- طريقة فصل يتم فيها فصل الجسيمات المشتتة تحت تأثير مجال كهربائي.
الكيمياء غير العضوية
إنه فرع الكيمياء الذي يتعامل مع دراسة المركبات غير العضوية، والمركبات غير العضوية هي مركبات لا تحتوي على رابطة كربون-هيدروجين.
توجد المركبات غير العضوية بشكل أساسي تحت سطح الأرض: يتم إنتاج الصخور والمعادن وغيرها في الصناعة الكيميائية.
تستخدم المواد الكيميائية غير العضوية في صناعة الطلاء، والأصباغ، والطلاء، والأسمدة، وخافض التوتر السطحي، والمطهرات، والصناعات الشمسية.
أكبر المواد الكيميائية غير العضوية المنتجة في العالم هي حمض الكبريتيك والهيدروجين والنيتروجين والأمونيا والكلور وخماسي أكسيد الفوسفور وحمض النيتريك وحمض الهيدروكلوريك وهيدروكسيد الصوديوم.
إقرأ أيضاً: دراسة توزيع الإلكترون في الكيمياء
بعض مجالات الكيمياء غير العضوية هي كما يلي:
كيمياء التنسيق
- يتكون من دراسة مجمعات التنسيق ؛ تتكون مجمعات التنسيق من ذرة مركزية، عادة ما تكون معدنية، محاطة بروابط أو روابط.
الكيمياء العضوية المعدنية
- إنها دراسة المركبات العضوية المعدنية التي تتكون من مركبات ذات رابطة كربون معدنية وهيدروجينية (رابطة معدنية)، وهذا المجال جزء من الكيمياء العضوية وغير العضوية.
الكيمياء الحيوية غير العضوية
- تفاعل المواد غير العضوية مثل المعادن في الخلايا والأنسجة.
كيمياء الحالة الصلبة (أو كيمياء المواد)
- إنها دراسة خصائص وبنية المرحلة الصلبة، وهي جزء من فيزياء الحالة الصلبة.
الكيمياء العضوية
إنه فرع الكيمياء الذي يتعامل مع دراسة المركبات العضوية، والمركبات العضوية هي مركبات تحتوي على رابطة كربون-هيدروجين.
الكربون قادر على تكوين سلاسل طويلة من الكربون (تسمى بمضادات الاكسدة)، وبسبب خاصية الكربون هذه، فإنه يشكل عددًا كبيرًا من المركبات.
هذا هو السبب في أن المركبات العضوية تسود على المركبات غير العضوية، وعلى عكس الكربون والهيدروجين، فإن العناصر الأكثر شيوعًا في المركبات العضوية هي الأكسجين والنيتروجين والكبريت والفوسفور والهالوجينات (الفلور والكلور واليود).
تستخدم المركبات العضوية في الزراعة والأغذية والأدوية والبوليمر والمنسوجات ومبيدات الآفات والأدوية والمطاط والوقود والصناعات الاستهلاكية.
بعض المواد الكيميائية العضوية الصناعية الهامة هي الميثان، الإيثيلين، البروبيلين، 2،1-ثنائي كلورو إيثيلين، الميثانول، كحول الأيزوبروبيل، البوتان.
أيضا الأسيتيلين، البوليسترين، الجلسرين، الأسيتون، حمض الأسيتيك، اليوريا، التولوين، الفينول، الأنيلين، الجلوكوز، الفركتوز، النشا … إلخ.
الفروع المهمة للكيمياء العضوية هي:
- كيمياء البوليمر: تدرس بنية وخصائص البوليمرات.
- الكيمياء العضوية الفلزية: هي دراسة المركبات العضوية الفلزية المكونة من مركبات لها رابطة فلزية-كربون-هيدروجينية (رابطة عضوية معدنية) ؛ يشمل هذا المجال كلاً من الكيمياء العضوية وغير العضوية.
- الكيمياء الفيزيائية العضوية: هي دراسة تفاعلات وهيكل المواد الكيميائية العضوية.
- الكيمياء المجسمة: هي الكيمياء التي تدرس الأيزومرات الفراغية، وتركز على الترتيب المكاني للذرات.
- الكيمياء الطبية: وتشمل تطبيقات الكيمياء في الطب وتطوير الأدوية.
- الكيمياء الحيوية العضوية: هي مزيج من الكيمياء العضوية والكيمياء الحيوية.
الكيمياء الحيوية
إنه مجال علمي يركز على دراسة العمليات الكيميائية في النظام البيولوجي.
هذا أيضًا مجال جديد مقارنة بفروع الكيمياء المذكورة أعلاه، والمتخصصون في مجال الكيمياء يطلق عليهم عالم الكيمياء الحيوية.
تركز الكيمياء الحيوية على استخدام الكيمياء لفهم الأنظمة البيولوجية بشكل أفضل مثل التنفس والهضم والتمثيل الغذائي الخلوي.
وهكذا، يعمل علماء الكيمياء الحيوية على أمراض مثل السرطان لتطوير علاجات أفضل، ويدرسون الجينات الجزيئية لتحسين الجينات.
المجالات الهامة للدراسة في الكيمياء الحيوية هي ما يلي:
- علم الوراثة الجزيئي: ويشمل الدراسات الجينية ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بالهندسة الوراثية.
- وكذلك الكيمياء الحيوية الزراعية: وهي تركز على تطبيق الكيمياء الحيوية لتحسين الإنتاج الزراعي.
- الكيمياء الحيوية الجزيئية: تتناول دراسة الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات، والأغشية، والإنزيمات، والأحماض النووية، والأحماض الأمينية، والفيروسات، إلخ.
- الكيمياء الحيوية السريرية: كل شيء عن الأمراض والموضوعات ذات الصلة.
- هناك أيضًا كيمياء مناعية: هذا هو فرع الكيمياء الحيوية الذي يتعامل مع التفاعلات الكيميائية المتعلقة بجهاز المناعة.
اخترنا لكم: دراسة مكتشف قانون ضغط السائل في الكيمياء
في نهاية المقال، فروع الكيمياء ومجال دراستها، لا تقتصر الكيمياء على الفروع الخمسة المذكورة أعلاه، ولكن هناك العديد من الفروع المتخصصة الأخرى في الكيمياء التي تطورت على مدار فترة زمنية، بالإضافة إلى كل من: الكيمياء الإشعاعية، الكيمياء الأحادية، الكيمياء فوق الجزيئية، الكيمياء الصناعية، الكيمياء البيئية، الكيمياء الخضراء.