فروع الكيمياء ومجال دراستها، تعد الفروع الخمسة الرئيسية للكيمياء هي الكيمياء العضوية وغير العضوية، والتحليلية والفيزيائية والكيمياء الحيوية، ولكن، هناك العديد من الفروع الفرعية المهمة، وأنواع الكيمياء المشتركة مع التخصصات الأخرى.
وفيما يلي تعريفات وأوصاف الفروع الرئيسية، مع قائمة بالعديد من مجالات الدراسة الأخرى، تابعوا موقع مقال للتعرف على فروع الكيمياء ومجال دراستها.
الكيمياء
الكيمياء تعد فرعا من فروع العلم يهتم بدراسة المواد المكونة من الذرات والجزيئات، وخصائصها وتكوينها، وبنيتها وسلوكها والتفاعلات بين مكونات المادة.
الكيمياء موضوع رائع جدا، ونحن جميعا محاطون بها في معظم الأشياء، فكل شيء من حولنا مكون من ذرات وجزيئات، بما في ذلك أجسامنا.
يمكننا رؤية الكيمياء في أنشطتنا اليومية، من إنتاج الطعام في المزارع إلى طهيه في المطبخ، من ركوب الدراجة إلى إطلاق الصواريخ الفضائية، من الهواتف إلى أجهزة الكمبيوتر.
يستخدم الفولاذ في البناء، ويتم استخدام البوليمرات في صناعة الأكياس البلاستيكية وبطاريات الهواتف المحمولة وفي التمثيل الضوئي.
ومن أمثلة تطبيق الكيمياء، يتم استخدامها في المنظفات والملابس والأصباغ والألوان والمشروبات وما إلى ذلك. فإن الكيمياء تساعدنا في فهم العالم الذي نشاهده ونختبره.
شاهد أيضًا: ما هي تقنية النانو في الكيمياء ؟
فروع الكيمياء
في الوقت الحالي، أصبحت الكيمياء موضوعا متنوعا للغاية مع وجود عدد كبير من الفروع، ويمكن تصنيف الكيمياء الحديثة إلى خمسة فروع رئيسية.
فتتم مناقشتها أدناه والفروع الخمسة الرئيسية للكيمياء هي:
- الكيمياء الفيزيائية.
- أيضًا الكيمياء التحليلية.
- الكيمياء غير العضوية.
- كذلك الكيمياء العضوية.
- علاوة على ذلك الكيمياء الحيوية.
وسنتحدث عن كل فرع على حدة أدناه، مع ذكر مجالات دراستهم المختلفة.
الكيمياء الفيزيائية
تشير الكيمياء الفيزيائية من اسمها إلى أنها تجمع بين الفيزياء والكيمياء، وتتداخل الكيمياء الفيزيائية بشكل جيد مع بعض فروع الفيزياء.
إنها فرع من العلوم يتعامل مع دراسة الخصائص المرئية مثل الضغط والحجم وغيرها، والخصائص الذرية مثل طاقة التأين والكهربية والتكافؤ وما إلى ذلك.
وتشمل بعض مجالات دراسة الكيمياء الفيزيائية التعامل مع هياكل المادة والطاقة
- الكيمياء الحركية: دراسة معدلات التفاعل الكيميائي.
- الكيمياء الحرارية أيضا: تعد الكيمياء الحرارية مجالا خاصا يتعامل مع الديناميكا الحرارية في النظام الكيميائي وعلاقتها بالعمل.
- كيمياء السطح: تختص بدراسة العمليات الكيميائية على سطوح المواد.
- كذلك الكيمياء الضوئية: هي دراسة التفاعلات الكيميائية التي تحدث في وجود الضوء.
- كيمياء التحليل الطيفي: يتعلق بالإشعاعات الكهرومغناطيسية وكيفية تفاعلها مع الذرات والجزيئات.
- بالإضافة إلى ذلك، الكيمياء الإحصائية الميكانيكية: هي دراسة إحصائية للذرات والجزيئات، وتتداخل الكيمياء مع الميكانيكا الإحصائية في موضوع واحد.
- كما يوجد التفاعل الكمي: وهو تطبيق لميكانيكا الكم على النظام الكيميائي.
- الكيمياء الكهربية: فرع من فروع الكيمياء الفيزيائية يتناول التغيرات الكيميائية التي تتضمن حركة الإلكترونات بين الأقطاب الكهربائية.
- كيمياء الفيمتو: هي دراسة التفاعلات الكيميائية على مقياس الفيمتوكل (15-^10 ثانية)، وتساعدنا في فهم حركة الجزيئات بشكل شامل.
الكيمياء التحليلية
هو فرع من فروع الكيمياء يركز على تحليل خصائص المادة بأساليب نوعية وكمية.
باختصار، يتناول تحليل المواد الكيميائية، وله تطبيقات واسعة في الصناعات الكيميائية للحفاظ على جودة المنتج النهائي.
في الواقع، يتم تنفيذ خطوات التحليل بواسطة الفصل، التحديد، وأخيرا القياس الكمي. في عملية الفصل، يتم فصل المكونات عن الخليط.
بعد عزل العينة المطلوبة، نحدد مكوناتها بالتحليل النوعي، وفي النهاية، نقيس تركيز التحليلات بواسطة التحليل الكمي.
هناك طريقتان تقليديتان تستخدمان في الكيمياء التحليلية: تشمل الجانب النوعي من الطريقة تحديد المكونات الكيميائية مثل الذرات والجزيئات والأيونات في المواد.
في النهج الكمي، يحدد تركيز مادة معينة في عينة محددة، ومع التقدم في المجالات العلمية والتكنولوجية، نستطيع تطوير أدوات مختلفة لتحقيق دقة وتناسق أفضل.
الكيمياء التحليلية لا تقتصر على تحليل المواد فقط، بل تهتم أيضا بتحسين تقنيات التحليل الحالية وتطوير تقنيات جديدة.
بعض طرق التحليل الشائعة هي كالتالي:
اختبارات اللهب
- يتضمن الاختبار تعريض عينة محددة للهب (عملية الأكسدة أو الاختزال)، ثم مراقبة لون اللهب، ويمكننا أن نستنتج من لون اللهب بعض المكونات الموجودة في العينة.
- نادرا ما يستخدم هذا الاختبار في الصناعات أو في العالم المهني.
الاختبارات الكيميائية
- تستخدم لتحديد المجموعات الوظيفية في عينة معينة، من خلال إجراء سلسلة من التفاعلات الكيميائية على العينة.
المعايرة (أو التحليل الحجمي)
- تتضمن إضافة معايير معروفة في المحلول، للوصول إلى نقطة التكافؤ.
قياس الجاذبية
- وتعتبر تقنية كمية تستخدم لتقدير كمية المادة الموجودة بناء على تغير الكتلة.
الكروماتوغرافيا
- هي تقنية تستخدم لفصل مكونات عينة معينة، وتتكون من طور متحرك (مائع يحمل العينة) يتدفق على طور ثابت. وبناء على اقتراب مكونات الطور المتحرك من المرحلة الثابتة، يتم الاحتفاظ بتلك المكونات في المرحلة الثابتة.
التحليل الطيفي
- هي دراسة كيفية تفاعل الذرات والجزيئات مع الإشعاعات الكهرومغناطيسية.
التحليل الكهروكيميائي
- تتم دراسة المادة التحليلية بواسطة طريقة التحليل التي تشمل تمرير التيار الكهربائي وقياس الجهد والتيار عبر الزمن.
الرحلان الكهربي
- طريقة تستخدم لفصل الجسيمات المشتتة تحت تأثير المجال الكهربائي.
الكيمياء غير العضوية
يعتبر فرعا من فروع الكيمياء يتناول دراسة المركبات غير العضوية، وتشمل هذه المركبات تلك التي لا تحتوي على روابط كربون-هيدروجين.
وتوجد المركبات الغير عضوية بشكل كبير تحت سطح الأرض: يتم إنتاج الصخور والمعادن وغيرها في صناعات كيميائية.
تجد استخدامات المواد الكيميائية غير العضوية في صناعات مثل الطلاء والأصباغ والطلاء والأسمدة وخافض التوتر السطحي والمطهر وصناعات الطاقة الشمسية.
أكبر المواد الكيميائية غير العضوية المنتجة في العالم تشمل حمض الكبريتيك، والهيدروجين، والنيتروجين، والأمونيا، والكلور، وخامس أكسيد الفوسفور، وحمض النيتريك، وحمض الهيدروكلوريك، وهيدروكسيد الصوديوم.
تابع أيضًا: بحث عن التوزيع الالكتروني في الكيمياء
بعض المجالات غير العضوية في الكيمياء هي كالتالي:
كيمياء التنسيق
- تتكون من دراسة مجمعات التنسيق؛ وتتألف مجمعات التنسيق من نواة مركزية، عادة معدنية، محاطة بروابط أو عامل مركب.
الكيمياء العضوية الفلزية
- تهتم هذه الدراسة بالمركبات العضوية المعدنية، والتي تتألف من مركبات تحتوي على رابطة فلزية ورابطة هيدروجينية (رابطة عضوية معدنية)، وتدرس هذه المجالات في مجال الكيمياء العضوية وغير العضوية.
الكيمياء الحيوية غير العضوية
- تشمل تفاعلات الأنواع غير العضوية، مثل المعادن في الخلايا والأنسجة.
كيمياء الحالة الصلبة (أو كيمياء المواد)
- هي دراسة خصائص وهياكل مرحلة الحالة الصلبة، وهي جزء من فيزياء الحالة الصلبة.
الكيمياء العضوية
هذا فرع من فروع الكيمياء يدرس المركبات العضوية، وتعتبر المركبات العضوية تلك التي تحتوي على رابطة كربون-هيدروجين.
يمكن للكربون تشكيل سلاسل طويلة منه (تسمى الكاتينات)، وبفضل هذه الخاصية، يتكون عدد هائل من المركبات.
وهذا هو السبب وراء تفوق المركبات العضوية على المركبات غير العضوية، بالإضافة إلى الكربون والهيدروجين، العناصر الشائعة في المركبات العضوية هي الأكسجين والنيتروجين والكبريت والفوسفور والهالوجينات (الفلور والكلور واليود).
تستخدم المركبات العضوية في الزراعة والغذاء والأدوية والبوليمرات والمنسوجات، ومبيدات الحشرات والأدوية والمطاط والوقود وصناعات السلع الاستهلاكية.
بعض المواد الكيميائية العضوية الصناعية المهمة تشمل الميثان، الإيثيلين، البروبيلين، ثنائي كلورو إيثيلين 2،1، الميثانول، كحول الأيزوبروبيل، والبيوتان.
أيضا، الأسيتيلين، البوليستيرين، الجلسرين، الأسيتون، حمض الأسيتيك، اليوريا، الطولوين، الفينول، الأنيلين، الجلوكوز، الفركتوز، والنشا… وغيرها.
المجالات الهامة في الكيمياء العضوية هي:
- كيمياء البوليمرات: وتتناول تركيب وخصائص البوليمرات.
- كيمياء المعادن العضوية: هي دراسة المركبات العضوية المعدنية، وهي تتألف من مركبات تحتوي على رابطة فلزية – كربون – هيدروجينية (رابطة عضوية معدنية)؛ ويتم تضمين هذا المجال في الكيمياء العضوية وغير العضوية.
- الكيمياء العضوية الفيزيائية: هي دراسة تفاعل، وهيكل المواد الكيميائية العضوية.
- الكيمياء المجسمة: هي فرع من الكيمياء يدرس الإيزوميرات الفراغية، وتركز على ترتيب الذرات في الفضاء.
- أيضا الكيمياء الطبية: تشمل استخدام الكيمياء في المجال الطبي وتطوير الأدوية.
- الكيمياء الحيوية العضوية: مزيج من الكيمياء العضوية والكيمياء الحيوية.
الكيمياء الحيوية
فهي مجال العلوم الذي يركز على دراسة العمليات الكيميائية داخل النظام البيولوجي.
أيضا، فإنها تعتبر مجالا جديدا بالمقارنة مع فروع الكيمياء المذكورة أعلاه، وتطلق على المتخصصين في مجال الكيمياء اسم الكيمياء الحيوية.
تركز الكيمياء الحيوية على استخدامات الكيمياء لفهم النظم البيولوجية بشكل أفضل مثل التنفس والهضم والتمثيل الغذائي في الخلايا.
وبالإضافة إلى ذلك، يعمل علماء الكيمياء الحيوية على تطوير علاجات أفضل للأمراض مثل السرطان، كما يدرسون الجينات الجزيئية لتحسين الوراثة.
المجالات الرئيسية للتركيز في دراسة الكيمياء الحيوية هي التالية:
- الجينات الجزيئية: تشمل دراسات الجينات وترتبط بشكل وثيق بالهندسة الوراثية.
- أيضا الكيمياء الحيوية الزراعية: تركز على استخدام التكنولوجيا الحيوية في تحسين الإنتاج الزراعي.
- تتناول دراسة الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات والأغشية والإنزيمات والأحماض النووية والأحماض الأمينية والفيروسات وغيرها في الكيمياء الحيوية الجزيئية.
- الكيمياء الحيوية السريرية: تتعلق بكل شيء عن الأمراض والموضوعات المتعلقة.
- علم الكيمياء المناعي: هو فرع من فروع الكيمياء الحيوية، يهتم بالتفاعلات الكيميائية المتعلقة بجهاز المناعة.
اخترنا لك: بحث حول مكتشف قانون الضغط على السوائل في الكيمياء
في نهاية المقال الذي يتناول فروع الكيمياء ومجال دراستها، يجب أن نعلم أن الكيمياء ليست مقتصرة على الفروع الخمسة المذكورة سابقا، بل هناك العديد من الفروع المتخصصة الأخرى التي تم تطويرها على مر الزمن، مثل الكيمياء الإشعاعية، والكيمياء الأحادية، والكيمياء فوق الجزيئية، والكيمياء الصناعية، والكيمياء البيئية، والكيمياء الخضراء.
