كيف يتم إنتاج المواد الكيميائية

أبحاث علم الكيمياء اللاعضوية تلعب دوراً هاماً في الصناعة حيث تساعد في:

1- تطوير وتحسين عمليات إنتاج المواد الكيميائية المستخدمة في العديد من المنتجات اليومية مثل الأدوية والأغذية والكواشف والمنتجات المعدنية.

2- فهم خصائص وتفاعلات المواد الكيميائية وتطبيق هذا الفهم في تصميم المركبات الجديدة.

3- تطوير عمليات إنتاج الوقود الحيوي والمواد العضوية التي تحل محل المواد البترولية غير المتجددة.

4- حماية البيئة وتطوير تقنيات إزالة الملوثات الصناعية.

5- تحسين الكفاءة والأمان في العمليات الصناعية وتقليل تكاليف الإنتاج.

يعد علم الكيمياء اللاعضوية أحد فروع الكيمياء التي تهتم بدراسة المواد التي لا تحتوي على الكربون. وتتبع هذه الفروع عمليات تحويل هذه المواد إلى منتجات مختلفة، وتشمل على سبيل المثال لا الحصر:

1- صناعة المواد الكيميائية الأساسية: يستخدم علم الكيمياء اللاعضوية في إنتاج مواد كيميائية أساسية مثل الكلور والصوديوم والنتروجين والهيدروجين والأكسجين وغيرها، والتي تدخل في صناعة منتجات مختلفة.

2- صناعة المبيدات الحشرية: يستخدم علم الكيمياء اللاعضوية في إنتاج المبيدات الحشرية والتي تستخدم في مكافحة الآفات الحشرية التي تؤثر على المحاصيل الزراعية.

3- صناعة الأدوية: تستخدم المواد الكيميائية اللاعضوية في صناعة الأدوية، وتشمل على سبيل المثال الأسبرين والبنسلين والمضادات الحيوية والأدوية المضادة للسرطان.

4- صناعة المبيدات الحيوية: تستخدم المواد الكيميائية اللاعضوية في صناعة المبيدات الحيوية التي تستخدم في مكافحة الأمراض النباتية.

5- صناعة البلاستيك: يستخدم علم الكيمياء اللاعضوية في إنتاج البلاستيك والمطاط والألياف الصناعية والمواد العازلة.

6- صناعة المواد الكيميائية الخاصة: يستخدم علم الكيمياء اللاعضوية في إنتاج المواد الكيميائية الخاصة مثل المذيبات والمواد الكاشطة والملدنات والمواد المضافة للوقود وغيرها.

بالإضافة إلى ذلك، يساعد علم الكيمياء اللاعضوية في تطوير تقنيات صناعية جديدة وتحسين العمليات الصناعية الحالية، وبالتالي يساعد في تحسين جودة المنتجات وتقليل التكاليف وتحسين الكفاءة الإنتاجية.

تستخدم العديد من المركبات العضوية في صناعة الكيمياء، ومن بين هذه المركبات:

1. الهيدروكربونات: يتم استخدام الهيدروكربونات في صناعة الوقود والبلاستيك والمواد الصيدلانية.

2. الكحولات: تستخدم الكحولات في إنتاج المذيبات والمنظفات والأدوية.

3. الأسيتون: يستخدم الأسيتون في إنتاج المواد اللاصقة، والألياف الصناعية، والمستحضرات الصيدلانية.

4. الأسيتيلين: يستخدم الأسيتيلين في صناعة البلاستيك والمطاط والألياف الاصطناعية والأدوات المنزلية.

5. البوليمرات: تستخدم البوليمرات في صناعة اللدائن والألياف الاصطناعية والمطاط.

6. الكيتونات: يستخدم الكيتونات في إنتاج المذيبات والأدوات المنزلية والمبيضات.

7. الإيثرات: يتم استخدام الإيثرات في إنتاج المذيبات والمستحضرات الصيدلانية والكيماويات الصناعية.

8. الألدهيدات: يستخدم الألدهيدات في إنتاج المركبات الرابطة والبوليمرات والمواد الكيميائية الأخرى.

9. الأحماض العضوية: تستخدم الأحماض العضوية في الصيدلة والنسيجية والنسيجية وإنتاج المواد الكيميائية الأخرى.

تطبيقات الكيمياء غير العضوية تشمل:

1. تصنيع المعادن: تتضمن عملية التعدين، وتصنيع السبائك والمواد المعدنية المختلفة.

2. صناعة المواد الكيميائية: تشمل إنتاج الأسمدة والمبيدات الحشرية والعديد من المواد الكيميائية الأخرى.

3. الزجاج: الزجاج هو منتج كيميائي غير عضوي ويستخدم في النوافذ والأنابيب والعديد من التطبيقات الأخرى.

4. السيراميك: تشمل عمليات صناعة السيراميك، التي تستخدم في الألواح والأواني.

5. الخزف: يستخدم في تصنيع الأواني والزينة والصور والأدوات الخ.

6. الأسمدة: يتم استخدام المواد الكيميائية لإنتاج المواد الكيميائية التي تستخدم كأسمدة للنباتات والمحاصيل.

7. البلورات: تستخدم الأبحاث في الكيمياء البلورية لفهم الصفات والخصائص الكيميائية للمواد المختلفة.

8. الإنتاج الصناعي: يستخدم الكيميائيون غير العضويون في الإنتاج الصناعي وإنتاج المنتجات المختلفة.

تعتبر نظرية الكيمياء الحرارية (Thermochemistry) فرعًا من فروع الكيمياء الفيزيائية التي تبحث في العلاقة بين الحرارة والتغيرات الكيميائية، وتشمل اهتماماتها التفاعل الكيميائي والتغيرات الحرارية المصاحبة لهذا التفاعل، سواء كانت هذه التغيرات بالأعمدة الحرارية أو الإنحرافات الحرارية.

تتعلق أهمية نظرية الكيمياء الحرارية بصناعة الكيماويات في مجالين أساسيين:

1. توقع تغيرات الحرارية المصاحبة للتفاعلات الكيميائية: يمكن لعلماء الكيمياء استخدام نظرية الكيمياء الحرارية لتوقع تغيرات الحرارة لعملية تفاعلات معينة، مما يحدد الشروط اللازمة لإنتاج المواد الكيميائية ونمط الإنتاج الأمثل.

2. دراسة التفاعلات المصنوعة والتفاعلات المؤثرة على النظام الحراري : يحدث أن تنتج العمليات الكيميائية تفاعلات حرارية مثل الاحتراق، والتآكل، والتفكيك الحراري، وتحليل المواد الكيميائية. عند دراسة هذه التفاعلات، يتم مراعاة تأثير الحرارة والطاقة المطلوبة لإنجاز هذه التفاعلات، وتأثيراتها على النظام الحراري بشكل عام.

بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم نظرية الكيمياء الحرارية في تصميم وتطوير المواد الكيميائية والعمليات المرتبطة بها، وهي ضرورية لفهم الكيمياء الحيوية وتفاعلات الحيوية في الجسم البشري.

يستخدم الملح المصنوع من الصخر الزيتي في الكيمياء الحرارية كمادة حشو للفراغات في أفران الأكسجين والأفران الأخرى التي تستخدم في إنتاج المواد الكيميائية بالطريقة الحرارية. ويستخدم هذا الملح عادة كبديل لمادة النحاس الذي يستخدم كمادة حشو في مثل هذه الأفران. ويعمل الملح على تحسين قدرة الأفران على تحمل درجات الحرارة العالية وتحسين كفاءة إنتاجية الأفران. ويتميز الملح المصنوع من الصخر الزيتي بأنه لا يتأثر بدرجات الحرارة العالية ويحافظ على ثبات حجمه وشكله.

تعتمد المواد الحرارية المستخدمة في الكيمياء الحرارية على العملية أو التطبيق الحراري المراد دراسته. ومن بين المواد الحرارية التي يمكن استخدامها في الكيمياء الحرارية:

1- المواد الخام: مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي، والتي تستخدم في العمليات الحرارية لإنتاج مواد كيميائية أو الحفاظ على درجات الحرارة المطلوبة في التفاعلات الكيميائية.

2- المواد الحرارية: مثل بخار الماء والهواء المُدفأ، والتي يمكن استخدامها في العمليات الحرارية لتسخين وتبريد المواد والمعدات المختلفة.

3- المواد المساعدة: مثل الحفازات الكيميائية، والتي تستخدم لتعزيز التفاعلات الكيميائية وزيادة سرعتها.

4- المواد العازلة: مثل الألياف الزجاجية والصوف الصخري والبوليستر، والتي تستخدم للحفاظ على درجة حرارة محددة داخل المعدات الكيميائية والتحكم في فقد الحرارة.

5- المواد الكهربائية: مثل المقاومات الحرارية والترانزيستورات الحرارية والتيمسترات، والتي تستخدم في الكيمياء الحرارية لقياس درجات الحرارة والتحكم فيها.

الكيمياء الصناعية هي فرع من الكيمياء يهتم بدراسة وتطوير العمليات الكيميائية لإنتاج المواد الكيميائية والمنتجات الصناعية. يشمل ذلك دراسة خصائص المواد الكيميائية وتحليلها وتصميم وتحسين العمليات الكيميائية وتطوير المواد الكيميائية الجديدة.

أما الكيمياء التحليلية ، فهي فرع من الكيمياء يهتم بتحليل وتحديد تركيب المواد الكيميائية وتركيبها الكميائي. يشمل ذلك تطوير واستخدام أساليب وتقنيات التحليل المختلفة ، مثل الطيف الكهرومغناطيسي والكروماتوغرافيا والتحليل الحراري وغيرها ، لتحديد المكونات والتركيب الكيميائي للمواد.

بشكل عام ، يمكن القول أن الكيمياء الصناعية تركز على إنتاج المواد الكيميائية ، في حين تركز الكيمياء التحليلية على تحليل وتحديد المواد الكيميائية.

تشمل الأنشطة البيولوجية للبوليمرات:

1- تحلل البوليمرات: يتم تحطيم البوليمرات إلى جزيئات صغيرة باستخدام إنزيمات وميكروبات.

2- تخمر البوليمرات: يتم إنتاج مواد كيميائية مثل الإيثانول والأسيتون من خلال عملية التخمر باستخدام بعض البوليمرات.

3- التخلص من البوليمرات: يتم استخدام بعض البوليمرات كمصادر للطاقة في عمليات الاحتراق أو التحلل الحراري.

4- الاستخدامات الطبية: تستخدم بعض البوليمرات في الأجهزة الطبية مثل الأطراف الصناعية والأسنان الاصطناعية.

5- الاستخدامات الزراعية: تستخدم بعض البوليمرات في تصنيع الأغشية والأنابيب والأوعية الزراعية.

6- الاستخدامات الصناعية: تستخدم بعض البوليمرات في صناعة الأدوات المنزلية والإلكترونية والسيارات والطائرات.

تستخدم البوليمرات في العديد من الصناعات المختلفة، وبعض الأمثلة على ذلك تشمل:

1. الصناعات البلاستيكية: تستخدم البوليمرات في إنتاج مواد بلاستيكية للأغراض المختلفة، مثل الأواني المنزلية والحقائب والزجاجات والأنابيب والأسلاك الكهربائية.

2. الصناعات الإلكترونية: تستخدم البوليمرات في إنتاج مواد عازلة للكهرباء والإلكترونيات، مثل العوازل والكابلات والأسلاك الكهربائية.

3. الصناعات الطبية: تستخدم البوليمرات في إنتاج مواد طبية قابلة للتحلل والتي يمكن استخدامها في العديد من الأغراض، مثل المواد الطبية المستخدمة في الجراحات والأنابيب والمواد الطبية الخاصة.

4. الصناعات الغذائية: تستخدم البوليمرات في إنتاج بعض الأغذية والمشروبات المعبأة، مثل عبوات الحليب والمشروبات الغازية.

5. الصناعات الكيماوية: تستخدم البوليمرات في إنتاج مواد كيماوية خاصة، مثل المواد المستخدمة في الصباغة والطلاء.

6. الصناعات البتروكيماوية: تستخدم البوليمرات في إنتاج الوقود والبنزين والكيروسين والمازوت.