ما هي التغييرات الكيميائية
المقصد التغير الكيميائي هو التغير الذي يحصل عادةً عندما تتحد مادة كيميائية مع مادة كيميائية أخرى، مما يؤدي إلى إنتاج أو خلق مادة جديدة، العملية تسمى الاصطناع، أو الذي ينتج عن عملية التحلل الكيميائي لمادة كيميائية إلى مادتين كيميائيتين مختلفتين أو أكثر، يطلق على تلك العمليات اسم التفاعلات الكيميائية و التي غالباً ما تكون غير انعكاسية، إلا عن طريق تفاعلات أخرى كيميائية، ربما سمعت عبارة فحواها “الحياة القائمة على الكربون” عندما تتم مناقشة الحياة على الأرض من قبل الناس، الكربون هو عنصر كيميائي (أحد أهم المواد الأساسية التي يتكون منها كل شيء بحيث يدخل في معظم المركبات)ولكن ماهو معنى أن نقول إن الحياة “قائمة على الكربون”؟ لفهم هذا المفهوم، يجب أن نعي المزيد عن العناصر مما يحتم علينا تعلم الكيمياء وآثارها على الكائنات الحية، في حين أن الكيمياء مجال واسع و منفصل، فإن مبادئها تشكل الأساس في العلوم الأخرى و خصوصاً علم الأحياء.
تظهر جميع الكائنات الحية تنظيمًا هرميًا، ولن يكون بإمكانك فهم المستويات الأعلى من التنظيم (مثل الكائنات الحية أو النظم البيئية) حقًا دون معرفة الأجزاء المكونة لها (مثل الخلايا والجزيئات والذرات).
أهمية التغييرات الكيميائية للمخلوقات الحية
لفهم أهمية التغييرات الكيميائية عند الكائنات الحية، يجب علينا معرفة معنى التفاعلات الكيميائية وأنواعها وما يترتب عليها، وكيف يستفيد الكائنات الحية من هذه التفاعلات.
حقيقة، التفاعلات الكيميائية هي السبب الرئيسي وراء وجودنا على الأرض، وهي بالطبع السبب الذي يجعلنا قادرين على طرح الأسئلة، بالإضافة إلى ذلك:
- التفاعلات الكيميائية تؤدي إلى إنتاج مواد جديدة، بينما قد تؤدي التفاعلات النووية أيضًا إلى إنتاج مواد جديدة. وبالتالي، فإن جميع المواد التي نتعامل معها في الحياة اليومية تم إنتاجها بواسطة تفاعلات كيميائية، وهذه التفاعلات ستؤدي دائمًا إلى تغير كيميائي للمواد.
- تساعد التفاعلات الكيميائية كثيرًا في فهم وتحديد خصائص المادة التي تفاعلت بها، من خلال دراسة الطريقة التي تتفاعل بها العينة مع المادة الأخرى المتفاعلة معها، وبذلك يمكننا فهم الخصائص الكيميائية للمادة.
- يمكن استخدام الخصائص الكيميائية للمادة لتحديد عينة غير معروفة، أو للتنبؤ بكيفية تفاعل أنواع المواد مع بعضها البعض.
- عندما نقوم بمراقبة التفاعلات الكيميائية، ستصبح بإمكاننا فهم وشرح كيفية وآلية عمل العالم الطبيعي. في هذه التفاعلات، يتحول الطعام إلى شيء يشبه وقود جسمك، وتجعل الألعاب النارية تنفجر أو ما يعرف بالانشطار. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي هذه التفاعلات إلى تغيير طبيعة الطعام أثناء الطهي وتجعل الصابون يساعد في إزالة الأوساخ، وهناك العديد من التفاعلات الكيميائية الأخرى.
- تثير التفاعلات الكيميائية المثيرة والمسلية اهتمام الناس بالعلوم، حيث تحفز هذه العروض التوضيحية الأفراد على طرح الأسئلة ويمكن أن تساعدهم على فهم وظائف العلوم.
- تساعدنا التفاعلاتالكيميائية على حل الجرائم والكشف عنها وتفسير الأمور الغامضة والألغاز، ويتم ذلك من خلال تحليل عينات الدم والأنسجة. وعلى سبيل المثال، يمكن للشرطة استخدام تقنيات الكيمياء لتحديد هوية مرتكبي الجرائم.
- التفاعلات الكيميائية تعد أداة مهمة في تأريخ الحفريات وتساعد في تحليل المواد القديمة وفهم كيفية وآلية عيش أسلافنا وأجدادنا بشكل أفضل.
- من خلال مراقبة التفاعلات الكيميائية في الفضاء الخارجي سيكون بإمكاننا تحديد الفضاء والمجرات و وصف الكواكب الأخرى وحتى دراسة المسافات بين هذه الكواكب، و يمكننا حتى تحديد الكواكب والأقمار التي من المحتمل أن تكون قادرة على الحفاظ على الحياة ومدى توافر المقومات الأساسية للحياة في تلك الكواكب.
- اعتبر اكتشاف النار هو أهم اكتشاف في تاريخ البشرية، ولكن الكثير من الناس لا يعلمون أنه كان مجرد تفاعل كيميائي بسيط.
- كنتيجة أخيرة ومهمة نلاحظ أنه بدون التفاعلات الكيميائية لن يحدث أي تغير على الإطلاق، أي أننا سنفقد الكثير من الأشياء في حياتنا اليومية، حيث إن معظمها، بل جلها، ناتج عن التفاعلات الكيميائية، ولولاها لما تشكلت الذرات الجديدة والجزيئات ولما وجدت كائنات حية يمكنها العيش، لذا إذا لم يحدث تفاعل المادة مع مادة أخرى، سيصبح الكون مملا للغاية
ما هي أنواع التغييرات الكيميائية
يصنف علماء الكيمياء التغيرات الكيميائية إلى ثلاثة فئات رئيسية:
التغييرات غير العضوية
تميز الكيمياء غير العضوية أنها تختص بوصف تفاعلات العناصر والمركبات التي لا تشتمل على مادة الكربون بشكل عام، عادةً تحدث هذه التغييرات في المختبرات أو على نطاق أوسع في الصناعات الثقيلة كصناعة المعادن، وتشمل أنواع نموذجية من تغيير معادلة (إن خلط الحمض مع قاعدة يعطي الماء و الملح)، أكسدة بما في ذلك الاحتراق الأكسدة.
التغييرات العضوية
يهدف هذا النوع من “الكيمياء العضوية” إلى دراسة التفاعلات التي يحتوي عليها الكربون، ويعني أن الكيمياء العضوية هي دراسة المركبات التي تحتوي على الكربون وتتفاعل معه ومع العناصر الأخرى. وتشمل التغيرات الكيميائية التي تحدث في حياتنا اليومية كلا من المركبات العضوية وغير العضوية، مثل صناعة الزيت المعدني ومنتجاتها، والصناعات التحويلية والصناعات الدوائية وصناعة الدهانات والمنظفات ومستحضرات التجميل وصناعة الوقود. وتشمل التفاعلات الأخرى مثل الانحلال والبلمرة والهالوجين وغيرها، ومن أمثلة التغيرات الكيميائية العضوية التي تحدث في حياتنا اليومية هي عملية تكسير الهيدروكربونات الثقيلة لتصنيع البنزين من النفط الخام، حيث أن الطلب على البنزين يزداد بشكل أكبر من الطلب على الزيوت الوقود الثقيلة المتبقية.
التغيير البيوكيميائي
تتناول الكيمياء الحيوية أي الكيمياء التي تتعلق بنمو ونشاط الكائنات الحية، حيث يتم التحكم من خلا هذه الكيمياء في معظم التفاعلات عن طريق بروتينات معقدة يطلق عليها إسم “الإنزيمات ” و تساعد على التخفيف والحد من الهرمونات، الكيمياء دائماً ما تكون معقدة للغاية و حتى الآن لا تزال غير مفهومة تماماً، تحلل المواد العضوية هو أيضا يصنف ضمن نطاق الكيمياء الحيوية على الرغم من أن في هذه الحالة هو عبارة عن نمو ونشاط متزايد في عمل الفطريات ، و البكتيريا وغيرها من الكائنات الحية الدقيقة التي تشارك في عملية التحلل.
توجد العديد من الأنماط المميزة للتغير وتشمل العمليات التي تشتمل عليها عملية التمثيل الضوئي، وهي العملية التي يتفاعل فيها ثاني أكسيد الكربون مع الماء وضوء الشمس لتحويلهما إلى السكر والأكسجين عن طريق النباتات. كما تشمل ذلك عملية الهضم التي يستخدم فيها الكائنات الحية المواد الغنية بالطاقة للنمو والحركة، وكذلك دورة كربس التي تحرر الطاقة من البروتين المخزن وتمكن الكائنات الحية من النمو بواسطة العمليات التي يتحكم فيها الرنا. ويمكن معرفة كيفية نمو وتغير الكائنات الحية خلال حياتها من خلال ملاحظة التغيرات الكيميائية التي تحدث في جسم الإنسان يوميا وسنويا وعلاقتها بالجسم.