هيدروكربون

يعتبر النظام المغلق في سلسلة الطاقة أحد النظم الحديثة التي تستخدم في توليد الكهرباء، ويتميز بعدة مزايا من بينها:

1- الكفاءة: حيث يعتبر النظام المغلق أكثر كفاءة من النظام المفتوح، حيث يمكن استخدام أي من الطاقات الحرارية العالية أو المنخفضة في توليد الكهرباء، مما يؤدي إلى زيادة كفاءة استخدام الوقود وتقليل التلوث.

2- الأمان: يتميز النظام المغلق بالأمان أكثر من النظام المفتوح، حيث يتم تسييل سائل التبريد داخل الدورة بدون الحاجة للتعامل مع الجو، مما يقلل من احتمالية التعرض للكائنات الحية وغيرها من أنواع التلوث.

3- التحكم: يتميز النظام المغلق بالتحكم الكامل في درجة الحرارة، ويمكن تحويل الطاقة الحرارية إلى الأبخرة بسرعة ودقة، مما يزيد من تحكم العمليات وجودة التحكم.

4- التكيف: يمكن التكيف بسهولة النظام المغلق ليناسب أي حجم احتياج كاشف، ويمكن تصميمه لتلبية أي متطلبات تتعلق بالتكلفة أو الأداء أو الكفاءة أو الموثوقية.

5- الاستدامة: يتميز النظام المغلق بالاستدامة والحفاظ على البيئة، حيث يقلل من التلوث الناتج عن العملية، ويستخدم الوقود بكفاءة عالية ويقلل من الانبعاثات الضارة للكربون والهيدروكربونات.

تشمل الأساسيات في الكيمياء اللاعضوية:

1- هيدروكربونات: هي مركبات تحتوي على الكربون والهيدروجين فقط، وتنقسم إلى مجموعتين رئيسيتين هما الألكانات والألكينات.

2- تفاعلات الأكسدة والاختزال: حيث يشير تفاعل الأكسدة إلى فقدان الإلكترونات وتفاعل الاختزال إلى كسب الإلكترونات، وتشمل هذه التفاعلات تفاعلات الأكسدة الكاملة والناقصة وتفاعلات الاختزال.

3- الوظائف العضوية: وتشمل الأمينات والألدهيدات والأحماض الكربوكسيلية والإسترات والأميدات وغيرها، ويتم تحديد هذه الوظائف بالأخطاء في الجزيئات.

4- البوليمرات: وهي مواد تتكون من وحدات متكررة، وتستخدم في العديد من التطبيقات مثل الألياف والبلاستيك والمطاط.

5- التفاعلات الحلية والتعادلية: وتشمل هذه التفاعلات تفاعلات الحمض والقاعدة وتفاعلات التعادل والتحليل والرصاصات وغيرها، وتستخدم في العديد من التطبيقات مثل تحضير المواد الكيميائية والأسمدة والمنظفات والمواد الغذائية.

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.

المركب العضوي هو أي مركب من المركبات الكيميائية التي تحتوي جزيئاتها على الكربون فيما عدا الكربيدات، الكربونات، ثنائي أكسيد الكربون، البيكربونات، السيانات. دراسة المركب العضوي تسمى الكيمياء العضوية. وعديد من هذه المركبات مثل البروتينات والليبيدات والكربوهيدرات ذات أهمية كبيرة في علم الكيمياء الحيوية.

بعض تصنيفات المركبات العضوية تتضمن المركبات الأليفاتية، وهي سلاسل كربون يمكن أن تكون ذات تركيب معدل عن طريق المجموعات الفعالة، والهيدروكربونات الأروماتية، والتي تحتوى على واحدة أو أكثر من حلقات البنزين، مركب غير متجانس الحلقة والتي تتضمن وجود ذرات غير الكربون في تكوين الحلقات، البوليمرات وهي سلاسل طويلة من الوحدات المتكررة.

الخط الفاصل بين المركبات العضوية وغير العضوية هو اعتبارات تاريخية قديمة في العلوم، وبصفة عامة فإنه يمكن تعريف المركبات العضوية على أنها التي تحتوي على روابط كربون-هيدروجين، والمركبات غير العضوية هي المركبات التي لا تحتوى على مثل هذه الروابط. وعلى هذا فإن حمض الكربونيك غير عضوي، بينما حمض الفورميك عضوي، أي أن الحمض الدهني الأول عضوي، على الرغم من أنه يمكن أن يطلق عليه «حمض الكربونوس» كما أن شكله اللا مائي «أنهيدريد» أول أكسيد الكربون غير عضوي.

تأثير الكيمياء العضوية في العلوم البيئية يتمثل في فهم العمليات الكيميائية والتفاعلات التي تحدث في البيئة الحية والغير حية.

في دراسة العمليات الحيوية، يمكن للكيمياء العضوية أن تساعد في فهم البنية الكيميائية للمركبات الحيوية مثل البروتينات والحموض النووية والكربوهيدرات والدهون وكيفية تفاعلها في الإيكولوجيا الحيوية ودورها في دورات المواد الحيوية.

أما في دراسة التلوث البيئي، فإن الكيمياء العضوية تستخدم لتحليل وتحديد مصادر التلوث وتقييم تأثيره على البيئة وخاصة فيما يتعلق بالمركبات العضوية الملوثة الناتجة عن التداخل البشري مثل المبيدات والهيدروكربونات النفطية والمواد الكيميائية الصناعية.

بشكل عام، فإن الكيمياء العضوية تلعب دوراً هاماً في فهم الأنظمة البيئية وتغيراتها ونقل المواد والطاقة فيها، كما تستخدم الكيمياء العضوية في تطوير وتصميم المواد الحيوية المستدامة وحل المشاكل البيئية.

تختلف المذيبات المستخدمة في الكيمياء العضوية حسب الغرض من الاستخدام والمركبات التي يتم التعامل معها. وفي العموم، تتم اختيار المذيبات بناء على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمركبات المراد حلها، وتشمل:

1- التوافق: يجب أن يكون المذيب قابلاً للذوبان مع المركب المراد حله.

2- القوة الذوبانية: يجب أن يكون المذيب قادرًا على حل المركب بشكل كافٍ للحصول على تركيز كافٍ من المركب المطلوب.

3- الثبات: يجب أن يكون المذيب مستقرًا كيميائيًا ولا يتفاعل مع المركب المطلوب.

4- السلامة: يجب أن يكون المذيب آمنًا للاستخدام ولا يشكل خطرًا على الصحة أو البيئة.

5- التكلفة: يجب أن يكون المذيب متوفرًا بسعر معقول ومناسب للاستخدام الذي يتم تخصيصه له.

بعض أمثلة المذيبات الشائعة في الكيمياء العضوية تشمل الماء والكحولات والكيتونات والإيثيرات والهيدروكربونات والأحماض والأملاح والأميدات.

تعتبر الروابط القطبية مهمة في الكيمياء العضوية لأنها تساهم في تحديد صفات المركبات العضوية الهامة مثل الذوبانية في المذيبات القطبية وتفاعلات الانحلال الكيميائي. كما أن الروابط القطبية تساعد في تشكيل الرابطة الهيدروجينية وتفاعلات الإلكتروفيلية والناقلية وفي التعامل مع هيدروكربونات غير قطبية. لهذا السبب، فإن الروابط القطبية تأثر بشدة على تركيب وخواص المركبات العضوية، مما يجعلها تلعب دورًا حاسمًا في الكيمياء العضوية.

– في القرن الثامن عشر، قام العالم السويدي كارل شيل بتحليل سلسلة من المواد العضوية مثل البترول والفحم والزيوت النباتية والحيوانية. وأطلق عليها اسم “المواد العضوية”، وأدرك أن هذه المواد تحتوي على الكربون.

– في القرن التاسع عشر، وفي عام 1828، قام العالم الألماني فريدرش فولهارد بتحضير مادة اليوريا، وهي مادة عضوية تستخدم في الأسمدة والمنظفات. وكان ذلك أول استخدام للكيمياء العضوية في التطبيقات الصناعية.

– في نفس القرن، قام العالم الألماني هيرمان فون هيلدبراند بتحضير عدد من المركبات العضوية وتحديد تركيبها الكيميائي، مثل الأسيتون والإيثانول وحمض البنزويك.

– في عام 1856، قام العالم البريطاني ويليام بيركين بتحضير صبغة الماوف، وهي مادة صبغية عضوية تستخدم في صبغ النسيج. كان ذلك أول عملية تجارية ناجحة للكيمياء العضوية.

– في القرن العشرين، تقدمت الكيمياء العضوية إلى مواضيع جديدة مثل البوليميرات والإكسيركة والهيدروكربونات الروابط.

– في الستينيات، ظهرت تقنية الكروماتوجرافيا الغازية كوسيلة فعالة لتحليل المواد العضوية.

– في السبعينيات، ظهرت تقنية الرنين المغناطيسي النووي (NMR) كوسيلة فعالة للتحليل الكيميائي للمواد العضوية.

– في القرن الحادي والعشرين، تشمل البحوث في الكيمياء العضوية مجالات مثل الكيمياء الحيوية والنانوتكنولوجيا والطاقة المتجددة.

الكيمياء العضوية تشمل العديد من الأنواع ويمكن تصنيفها حسب التركيب الجزيئي والوظيفة المجهرية وغيرها من العوامل. ومن أهم الأنواع وأكثرها شيوعاً:

1- الهيدروكربونات: تشمل هذه الفئة مركبات الكربون والهيدروجين فقط. ومن أمثلة هذه المركبات الألكانات والألكينات والألكاينات والهيدروكربونات الحلقية وغيرها. تستخدم هذه المركبات في العديد من التطبيقات، مثل صناعة الوقود والبلاستيك والمواد المضافة للتشحيم.

2- الكحولات: هي مركبات تحتوي على مجموعة هيدروكسيل (-OH) مرتبطة بجزيء الكربون. ومن أمثلة هذه المركبات الإيثانول والميثانول والإيزوبروبيل الكحول وغيرها. تستخدم الكحولات في الصناعات الدوائية، صناعة المواد المطهرة والتنظيف، وصناعة المشروبات الكحولية.

3- الأمينات: هي مركبات تحتوي على مجموعة الأمين (-NH2) مرتبطة بجزيء الكربون. ومن أمثلة هذه المركبات الأمينات الأولية والثانوية والثالثية، والببتيدات، والمواد الفعالة في الأدوية. تستخدم الأمينات في الصناعات الدوائية والبلاستيكية وغيرها.

4- الهالوجينيدات: هي مركبات تحتوي على أحد العناصر الهالوجينية (الفلور أو الكلور أو البروم أو اليود) مرتبط بجزيء الكربون. ومن أمثلة هذه المركبات الكلوروفورم والتريكلوروإيثان والفلوكسينيل وغيرها. تستخدم الهالوجينيدات في صناعة الأدوية والمركبات الكيميائية الأخرى.

5- الكاربوكسيلات: هي مركبات تحتوي على مجموعة الكاربوكسيل (-COOH) مرتبطة بجزيء الكربون. ومن أمثلة هذه المركبات حمض الأسيتيك وحمض الصفصاف، وحمض الأمينوبنزويك وغيرها. تستخدم الكاربوكسيلات في صناعة الأدوية والفنادق والمواد الأخرى.

6- الإسترات: هي مركبات تحتوي على الكاربوكسيل ومجموعة الكحول مرتبطين بجزيء الكربون. ومن أمثلة هذه المركبات إستر الإيثيل وإستر الفينيل وغيرها. تستخدم الإسترات في صناعة الأدوية والمستحضرات الجمالية وغيرها.

هناك الكثير من الفروع للكيمياء العضوية ويمكن تقسيمها حسب المجال الذي تعمل عليه الدراسة الكيميائية فيه، و بعض الفروع الرئيسية هي:

1- كيمياء الهيدروكربونات: وهي علم دراسة الألكانات، الألكينات، الألكاينات والهيدروكربونات المتفرطة.

2- كيمياء البوليمرات: وتدرس دراسة البوليمرات التي تشتمل على سلاسل طويلة من الجزيئات العضوية، مثل النايلون والبوليستر.

3- كيمياء الفينولات: وتعني بدراسة المركبات التي تحتوي على حلقات عطرية.

4- كيمياء الأحماض الأمينية: وهي دراسة المركبات التي تشكل بنية البروتينات والحمض النووي.

5- كيمياء المستحضرات: وتعني بدراسة المركبات المستخدمة في صناعة الأدوية ومنتجات التجميل والمنظفات.

6- كيمياء الكاربوهيدرات: وتدرس المركبات العضوية التي تشتمل على سلاسل من السكريات، مثل الجلوكوز والسكريات الأخرى.

7- كيمياء الإنزيمات: وهي دراسة الجزيئات العضوية التي تسهم في عمليات الحياة.

8- كيمياء الصبغات والأصباغ: وتعني بدراسة المركبات التي تعطي الألوان المختلفة في الأحياء الدقيقة والمواد الطبيعية والأصباغ الاصطناعية.