ما هو اصل الكيمياء العضوية

القواعد الأربعة الأساسية للكيمياء هي:

1. قانون الحفظ في المادة: ينص هذا القانون على أنه لا يمكن إنتاج أو تدمير المادة، لكنها يمكن تحويلها من شكل إلى آخر، وبالتالي يجب أن تحافظ كمية المادة على نفسها خلال العمليات الكيميائية.

2. قانون التراكيز الذي ينص على أن خليطًا متجانسًا من المواد يتألف من جزيئات تتواجد بنفس الكمية في حجم محدد، ويمكن قياس تركيز المواد الكيميائية بالعديد من الطرق.

3. قانون النشاط الكيميائي الذي يصف الابتعاد عن التوازن الكيميائي، حيث تؤدي الاختلافات في ضغط ودرجة الحرارة وتركيز المواد إلى تخلق تفاعلات كيميائية بينها.

4. قانون التفاعل الكيميائي الذي يصف العلاقة بين الكميات الموجودة من المواد الكيميائية التي تشارك في رد فعل كيميائي معين، والمنتجات التي يتم إنتاجها على نتيجة هذا الرد فعل. يمكن تطبيق هذا القانون على الكيمياء العضوية وغير العضوية.

يعتبر كتاب “Organic Chemistry” من تأليف Francis A. Carey و Robert M. Giuliano أحد أشهر وأكثر الكتب شيوعًا في الكيمياء العضوية. وقد تم تحديث هذا الكتاب ونشره في العديد من النسخ، ويشمل شرح وافي لأساسيات الكيمياء العضوية وتطبيقاتها على المستوى الجزيئي. يعد هذا الكتاب مرجعًا قيمًا للطلاب والباحثين في المجال العضوي.

الأطياف الكهرومغناطيسية التي يهتم بها الكيمياء اللاعضوية هي نفس الأطياف التي تدرس في الكيمياء العضوية. وتشمل هذه الأطياف:

1- الأشعة فوق البنفسجية (UV): التي تستخدم لتحديد الروابط الأساسية في الجزيئات.

2- الأشعة تحت الحمراء (IR): التي تستخدم لتحديد تركيب الجزيئات وتحديد نوع الروابط الكيميائية.

3- الطيف النووي المغناطيسي للبروتون (1H-NMR): الذي يستخدم لتحديد شكل الجزيئات وتركيبها.

4- الطيف النووي المغناطيسي للكربون (13C-NMR): الذي يستخدم لتحديد تركيب الجزيئات العضوية.

5- الطيف الكتلي (MS): الذي يستخدم لتحديد الوزن الجزيئي للمركبات وتحديد تركيبها وهو يعتبر من أهم الأدوات المستخدمة في الكيمياء اللاعضوية.

الكيمياء اللاعضوية والكيمياء الحيوية هما فروع من الكيمياء العضوية، ولكنهما يختلفان في المادة المدروسة ونوعية التفاعلات والتطبيقات.

1- المادة المدروسة: يهتم الكيميائيون اللاعضويون بالتفاعلات المتعلقة بالمواد غير العضوية مثل الفلزات والمعادن والأحماض والقواعد اللاعضوية والملح. في الوقت نفسه ، يدرس الكيميائيون الحيويون التفاعلات المتعلقة بالمواد الحيوية مثل البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون.

2- نوعية التفاعلات: تختلف أنواع التفاعلات في الكيمياء اللاعضوية والحيوية. الكيمياء اللاعضوية تتعلق بالتفاعلات الكيميائية الأساسية المتعلقة بربط الروابط الكيميائية والتفاعلات الحمضية والقاعدية والأكسدة والاختزال. في المقابل، الكيمياء الحيوية تعتمد على تفاعلات اختصاصية نموذجية، مثل التحويلات الأيضية والحلمة والدفع المستمر.

3- التطبيقات: تختلف التطبيقات في الكيمياء اللاعضوية والحيوية. يستخدم الكيميائيون اللاعضويون معلوماتهم في صنع مواد الهندسة البترولية والمواد الكيميائية والأدوية. في المقابل، يستخدم الكيميائيون الحيويون قدراتهم في التحليل الطبي الجزيئي وتصميم وتصنيع المواد الطبية وكذلك البحوث الجزيئية في معالجة الأمراض المستعصية.

يختلف تركيز المحلول المائي المستخدم في الكيمياء اللاعضوية عن الكيمياء العضوية في العديد من النواحي ، وهي كما يلي:

1. العناصر المركزية: يتم استخدام العناصر اللاعضوية مثل الصوديوم والبوتاسيوم والكلور في تحضير المحاليل المائية في الكيمياء اللاعضوية ، بينما يستخدم العناصر العضوية مثل الكحولات والإيثيرات والألدهيدات والأحماض في الكيمياء العضوية.

2. التركيز: يتم استخدام تراكيز متدرجة من الأملاح في الكيمياء اللاعضوية ، مثل 0.1N و 0.01N و 0.001N ، بينما يتم استخدام تراكيز عالية من العناصر العضوية مثل 0.1M و 1M و 10M في الكيمياء العضوية.

3. نوع المصدر: يأتي المصدر المستخدم في الكيمياء اللاعضوية عادة من المنتجات الكيميائية التجارية ، في حين يمكن استخدام المواد العضوية من مصادر طبيعية مثل الحيوانات والنباتات والبكتيريا في الكيمياء العضوية.

4. الاستخدام: يستخدم تركيز المحلول المائي المستخدم في الكيمياء اللاعضوية عادة في الأبحاث العلمية والتحاليل المختبرية ، بينما يستخدم تركيز العناصر العضوية في إعداد المستحضرات الصيدلانية والمنظفات والمواد الغذائية.

تتطور الكيمياء اللاعضوية باستمرار، وتشمل عددًا من المجالات المختلفة، بما في ذلك:

1- النانوتكنولوجي: يتضمن هذا المجال دراسة الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمواد على المستوى النانوي، والتي تتراوح أحجامها بين 1-100 نانومتر.

2- الكيمياء الحيوية: يتناول هذا المجال دراسة العمليات الكيميائية المتعلقة بالحياة والتي تنشأ في الكائنات الحية، وتشمل تفاعلات البروتين والأحماض النووية والليبيدات.

3- الكيمياء العضوية: يهتم هذا المجال بدراسة الأطر الكيميائية التي تحتوي على الكربون، ويشمل العديد من المواد الكيميائية المستخدمة في الصناعة والطب.

4- الكيمياء الغير تقليدية: يتضمن هذا المجال دراسة التفاعلات الكيميائية الجديدة والمبتكرة، والتي غالبًا ما تكون غير تقليدية، مثل التفاعلات التي تستخدم مواد مختلفة عن الرصاص والفضة والذهب.

5- الكيمياء الحرارية: يتناول هذا المجال دراسة التفاعلات الكيميائية التي تتطلب درجات حرارة عالية، وتشمل تفاعلات الأكسدة والاختزال والاحتراق.

6- الكيمياء الكمية: يهدف هذا المجال إلى فهم التفاعلات الكيميائية من خلال تطبيق المفاهيم الكمية والرياضيات، ويستخدم في بحث مجالات مثل التركيب الجزيئي والديناميكا الجزيئية والنمذجة الحاسوبية.

الكيمياء العضوية هي دراسة المركبات التي تحتوي على الكربون كعنصر أساسي في تركيبها، بينما الكيمياء اللاعضوية تدرس المركبات التي لا تحتوي على الكربون كعنصر أساسي في تركيبها. يتم توظيف الكيمياء العضوية بشكل أساسي في البتروكيماويات والصناعات الكيميائية الأخرى، في حين يتم تحديد استخدامات الكيمياء اللاعضوية بواسطة التعدين وصناعة الأدوية والمبيدات والألياف.

يتعلق الهندسة الكيميائية بدمج المبادئ الكيميائية والحسابية والهندسية لتطوير وتصميم وتشغيل وتحكم في العمليات الكيميائية. تشمل هذه العمليات إنتاج المواد الكيميائية والمنتجات الصناعية والغذاء والأدوية والطاقة والمياه والهواء النقي.

بالنسبة للعمليات الكيميائية العضوية، تشمل الهندسة الكيميائية تطوير وتصميم عمليات إنتاج المواد العضوية مثل البروبيلين والإيثيلين والبوليمرات مثل البوليستر والنايلون. بالنسبة للعمليات الكيميائية اللاعضوية، تشمل الهندسة الكيميائية تطوير وتصميم عمليات إزالة الملوثات والتنقية والتحلية للمياه والهواء والتركيز على تقليل الآثار الضارة على البيئة.

التفاعلات اللافلزية في الكيمياء اللاعضوية هي التفاعلات التي لا تشارك فيها الذرات المتفاعلة فلزات. وعادةً ما تحدث هذه التفاعلات بين الجزيئات التي تحوي على الذرات اللافلزية مثل الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكبريت والفوسفور.

ومن أمثلة التفاعلات اللافلزية في الكيمياء اللاعضوية:

1. تفاعل ألدول في الكيمياء العضوية، وهو تفاعل تعديلي بين مجموعة كربوكسيليك ومجموعة ألكيل أو آريل لتكوين رابطة كربون – كربون جديدة.

2. تفاعل ثنائي البنزيل في الكيمياء العضوية، وهو تفاعل تعديلي يحدث بين مجموعتين بنزيل لتكوين رابطة كربون – كربون جديدة.

3. تفاعل هالوجينة الشبه مشتقة في الكيمياء العضوية، وهو تفاعل يتم فيه إزالة جزيئة ماء من ينون هالوجين الشبه مشتق في وجود قاعدة لتكوين رابطة كربون – كربون جديدة.

الكيمياء العضوية تختلف عن الكيمياء اللاعضوية بسبب العناصر المختلفة المستخدمة في كل منهما والتركيبات المختلفة التي تتكون منها المركبات العضوية واللاعضوية. تتضمن الأسباب الرئيسية التي تجعل الكيمياء العضوية مختلفة عن الكيمياء اللاعضوية:

1- الكيمياء العضوية تركز على العناصر العضوية مثل الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكبريت والفوسفور والهالوجينات، بينما الكيمياء اللاعضوية تركز على العناصر اللاعضوية مثل الأكسجين والهيدروجين والكربون والنيتروجين والفلزات.

2- تختلف التركيبات الجزيئية في الكيمياء العضوية عن التركيبات الجزيئية في الكيمياء اللاعضوية. ففي الكيمياء العضوية ، يتكون المركب العضوي من سلاسل كربونية طويلة أو دوائر كربونية متصلة بالذرات العضوية الأخرى ، بينما يتكون المركب اللاعضوي من ذرات غير عضوية متصلة ببعضها البعض.

3- الكيمياء العضوية تتعامل مع المركبات ذات الخواص الكيميائية المميزة، مثل الأحماض الأمينية، الكحولات، الألدهيدات، الكيتونات، الإسترات، الأملاح العضوية والهيدروكربونات، بينما الكيمياء اللاعضوية تتعامل مع المركبات غير العضوية البسيطة مثل الملح، والأحماض والقواعد والأملاح اللاعضوية.

4- تختلف طرق التحضير والتفاعلات الكيميائية في الكيمياء العضوية عن الكيمياء اللاعضوية. فعلى سبيل المثال ، يمكن تحضير المركبات العضوية بإضافة المركبات الأساسية العضوية معًا باستخدام التفاعلات الكيميائية المناسبة ، بينما يمكن تحضير المركبات اللاعضوية بإضافة المركبات الأساسية اللاعضوية معًا باستخدام التفاعلات اللازمة.

5- الكيمياء العضوية تتعامل مع المركبات التي تحتوي على روابط كيميائية متعددة مثل الروابط الثنائية والثلاثية والأربعية، بينما الكيمياء اللاعضوية تتعامل مع المركبات التي تحتوي على روابط كيميائية أحادية الاتجاه فقط.

6- تختلف الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمركبات العضوية واللاعضوية، مما يؤدي إلى تفاعلات وتحولات مختلفة في كل منهما. على سبيل المثال، تتحول المركبات العضوية بسهولة إلى غازات عند درجة حرارة وضغط منخفضين، بينما يتم الحفاظ على المركبات اللاعضوية في حالتها الصلبة أو السائلة في درجات حرارة وضغط عادية.

تختلف تفاعلات الكيمياء العضوية والكيمياء اللاعضوية في العديد من الجوانب، وإليك بعض الفروقات الرئيسية:

1- المركبات المشاركة: تفاعلات الكيمياء العضوية تشمل المركبات العضوية (التي تحتوي على الكربون)، في حين أن تفاعلات الكيمياء اللاعضوية تشمل المركبات اللاعضوية (التي لا تحتوي على الكربون).

2- النطاق الزمني: عادةً ما تتم تفاعلات الكيمياء العضوية بسرعة أسرع من تفاعلات الكيمياء اللاعضوية.

3- الخواص الفيزيائية: تختلف الخواص الفيزيائية للمركبات العضوية واللاعضوية، ولذلك فإن تفاعلات الكيمياء العضوية والكيمياء اللاعضوية تتم في ظروف مختلفة، مثل درجة الحرارة والضغط والوسط المذيب.

4- الأهداف: يختلف هدف تفاعلات الكيمياء العضوية وتفاعلات الكيمياء اللاعضوية، فعلى سبيل المثال قد تكون هدف تفاعلات الكيمياء العضوية هو تحويل المركبات العضوية إلى مركبات أخرى ذات قيمة تجارية أو صيدلانية، في حين أن هدف تفاعلات الكيمياء اللاعضوية قد يكون تصنيع مواد كيميائية أخرى كالأحماض المعدنية و الأملاح.

5- الآليات: تختلف آليات التفاعل في الكيمياء العضوية واللاعضوية، حيث تستخدم الكيمياء العضوية عادةً تفاعلات الإضافة والاستبدال، بينما تستخدم الكيمياء اللاعضوية تفاعلات الأكسدة والاختزال.

إن تفاعلات الكيمياء العضوية والكيمياء اللاعضوية هي علوم متعددة الجوانب وتحتاج لدراسة متعمقة وبنيات جيدة لفهمها بشكل جيد.