مادة كيميائية

ألوان مادة كيميائية واحدة ( أحمر نيلي ) في مذيبات مختلفة ، تحت الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية ، توضح كيف تتفاعل المادة الكيميائية ديناميكيًا مع بيئة المذيبات الخاصة بها.

يمكن تعريف المادة الكيميائية على أنها "أي مادة ذات تركيبة كيميائية محددة" في كتاب تمهيدي عام للكيمياء. ^[5] وفقًا لهذا التعريف ، يمكن للمادة الكيميائية أن تكون عنصرًا كيميائيًا نقيًا أو مركبًا كيميائيًا نقيًا. لكن هناك استثناءات لهذا التعريف ؛ يمكن أيضًا تعريف المادة النقية على أنها شكل من أشكال المادة التي لها تكوين محدد وخصائص مميزة. ^[6] يتضمن فهرس المواد الكيميائية المنشور بواسطة CAS أيضًا العديد من السبائك ذات التركيب غير المؤكد. ^[7] تعتبر المركبات غير المتكافئة حالة خاصة (في الكيمياء غير العضوية ) تنتهك قانون التركيب الثابت ، وبالنسبة لها ، يصعب أحيانًا رسم الخط الفاصل بين خليط ومركب ، كما في حالة هيدريد البلاديوم . يمكن العثور على تعريفات أوسع للمواد الكيميائية أو المواد الكيميائية ، على سبيل المثال: "مصطلح" مادة كيميائية "يعني أي مادة عضوية أو غير عضوية لها هوية جزيئية معينة ، بما في ذلك - (1) أي مجموعة من هذه المواد تحدث كليًا أو جزئيًا مثل نتيجة تفاعل كيميائي أو يحدث في الطبيعة ". ^[8]

في الجيولوجيا ، تسمى المواد ذات التركيب الموحد بالمعادن ، بينما تُعرف الخلائط الفيزيائية ( الركام ) للعديد من المعادن (مواد مختلفة) على أنها صخور . ومع ذلك ، فإن العديد من المعادن تتحلل بشكل متبادل في محاليل صلبة ، بحيث تكون الصخرة المفردة مادة موحدة على الرغم من كونها خليطًا من حيث القياس المتكافئ. الفلسبار مثال شائع: أنورثوكلاز عبارة عن سيليكات ألومنيوم قلوية ، حيث يكون المعدن القلوي إما صوديوم أو بوتاسيوم بالتبادل.

بموجب القانون ، يمكن أن تشتمل "المواد الكيميائية" على كل من المواد النقية والمخاليط ذات التركيبة المحددة أو عملية التصنيع. على سبيل المثال ، تحدد لائحة الاتحاد الأوروبي REACH "المواد أحادية التكوين" و "المواد متعددة التكوينات" و "المواد ذات التركيب غير المعروف أو المتغير". يتألف الأخيران من مواد كيميائية متعددة ؛ ومع ذلك ، يمكن تحديد هويتها إما عن طريق التحليل الكيميائي المباشر أو الرجوع إلى عملية تصنيع واحدة. على سبيل المثال ، يعد الفحم النباتي مزيجًا بوليمريًا معقدًا للغاية ويمكن تحديده من خلال عملية التصنيع. لذلك ، على الرغم من أن الهوية الكيميائية الدقيقة غير معروفة ، يمكن تحديد الهوية بدقة كافية. يتضمن مؤشر CAS أيضًا الخلائط.

تظهر البوليمرات دائمًا على شكل خليط من جزيئات متعددة الكتل المولية ، يمكن اعتبار كل منها مادة كيميائية منفصلة. ومع ذلك ، يمكن تعريف البوليمر من خلال مادة أو تفاعل (تفاعلات) معروفة وتوزيع الكتلة المولية . على سبيل المثال ، البولي إيثيلين عبارة عن خليط من سلاسل طويلة جدًا من - CH ₂ - وحدات متكررة ، ويباع بشكل عام في عدة توزيعات كتلة مولارية ، LDPE ، MDPE ، HDPE و UHMWPE .

أصبح مفهوم "المادة الكيميائية" راسخًا في أواخر القرن الثامن عشر بعد عمل الكيميائي جوزيف بروست على تكوين بعض المركبات الكيميائية النقية مثل كربونات النحاس الأساسية . ^[9] استنتج أن "جميع عينات المركب لها نفس التركيب ؛ أي أن جميع العينات لها نفس النسب ، بالكتلة ، للعناصر الموجودة في المركب." يُعرف هذا الآن باسم قانون التكوين الثابت . ^{[10] في} وقت لاحق مع تقدم طرق التخليق الكيميائي وخاصة في مجال الكيمياء العضوية . اكتشاف العديد من العناصر الكيميائية والتقنيات الجديدة في مجال الكيمياء التحليلية المستخدمة لعزل وتنقية العناصر والمركبات من المواد الكيميائية التي أدت إلى إنشاء الكيمياء الحديثة ، تم تعريف المفهوم كما هو موجود في معظم كتب الكيمياء المدرسية. ومع ذلك ، هناك بعض الخلافات بشأن هذا التعريف بشكل رئيسي لأن العدد الكبير من المواد الكيميائية التي تم الإبلاغ عنها في أدبيات الكيمياء تحتاج إلى فهرستها.

تسبب التزاوج في الكثير من الذعر للباحثين الأوائل ، لأن الأيزومرات لها نفس التركيب تمامًا ، ولكنها تختلف في تكوين (ترتيب) الذرات. على سبيل المثال ، كان هناك الكثير من التكهنات بشأن الهوية الكيميائية للبنزين ، حتى وصف فريدريش أوجست كيكولي التركيب الصحيح . وبالمثل ، فإن فكرة الأيزومرية الفراغية - وهي أن الذرات لها بنية صلبة ثلاثية الأبعاد ويمكنها بالتالي أن تشكل أيزومرات تختلف فقط في ترتيبها ثلاثي الأبعاد - كانت خطوة حاسمة أخرى في فهم مفهوم المواد الكيميائية المتميزة. على سبيل المثال ، يحتوي حمض الطرطريك على ثلاثة أيزومرات مميزة ، زوج من دياستيريومرات مع دياستيريومر واحد مكونًا اثنين من المتشاكل .

بلورات الكبريت الأصلية. يحدث الكبريت بشكل طبيعي كما الكبريت في كبريتيد و كبريتات المعادن و كبريتيد الهيدروجين .

و العنصر هو مادة كيميائية تتكون من نوع معين من الذرة، وبالتالي لا يمكن تقسيمها أو تحويلها عن طريق تفاعل كيميائي إلى عنصر آخر، على الرغم من أنه يمكن تحويل طبيعته إلى عنصر آخر من خلال التفاعل النووي . وذلك لأن جميع الذرات في عينة من عنصر ما لها نفس عدد البروتونات ، على الرغم من أنها قد تكون نظائر مختلفة ، مع اختلاف أعداد النيوترونات .

اعتبارًا من عام 2019 ، هناك 118 عنصرًا معروفًا ، حوالي 80 منها مستقرة - أي أنها لا تتغير عن طريق التحلل الإشعاعي إلى عناصر أخرى. يمكن أن تحدث بعض العناصر على أنها أكثر من مادة كيميائية واحدة ( متآصلات ). على سبيل المثال ، يوجد الأكسجين كأكسجين ثنائي الذرة (O ₂ ) وأوزون (O ₃ ). يتم تصنيف غالبية العناصر على أنها معادن . هذه العناصر مع خاصية اللمعان مثل الحديد ، النحاس ، و الذهب . توصل المعادن عادة الكهرباء والحرارة بشكل جيد ، وهي مرنة وقابلة للدكت . ^[11] حوالي اثنتي عشرة عناصر، ^[12] مثل الكربون ، النيتروجين ، و الأكسجين ، تصنف على أنها غير المعادن . تفتقر اللافلزات إلى الخصائص المعدنية الموصوفة أعلاه ، كما أنها تتمتع بقدرة كهربائية عالية وتميل إلى تكوين أيونات سالبة . بعض العناصر مثل السيليكون تشبه أحيانًا المعادن وأحيانًا تشبه اللافلزات ، وتُعرف باسم أشباه الفلزات .

فيريسيانيد البوتاسيوم مركب من البوتاسيوم والحديد والكربون والنيتروجين. على الرغم من احتوائه على أنيون السيانيد ، إلا أنه لا يطلقها وهو غير سام.

المركب الكيميائي هو مادة كيميائية تتكون من مجموعة معينة من الذرات أو الأيونات . عنصران أو أكثر متحدان في مادة واحدة من خلال تفاعل كيميائي يشكلان مركبًا كيميائيًا . جميع المركبات عبارة عن مواد ، ولكن ليست كل المواد مركبات.

يمكن أن يكون المركب الكيميائي إما ذرات مرتبطة ببعضها البعض في جزيئات أو بلورات حيث تشكل الذرات أو الجزيئات أو الأيونات شبكة بلورية . تسمى المركبات التي تعتمد أساسًا على ذرات الكربون والهيدروجين بالمركبات العضوية ، ويطلق على جميع المركبات الأخرى مركبات غير عضوية . المركبات التي تحتوي على روابط بين الكربون والمعدن تسمى المركبات الفلزية العضوية .

تُعرف المركبات التي تشترك فيها مكونات الإلكترونات بالمركبات التساهمية . تُعرف المركبات التي تتكون من أيونات مشحونة بشكل معاكس بالمركبات الأيونية أو الأملاح .

في الكيمياء العضوية ، يمكن أن يكون هناك أكثر من مركب كيميائي له نفس التركيب والوزن الجزيئي. بشكل عام ، تسمى هذه الأيزومرات . عادة ما يكون للأيزومرات خواص كيميائية مختلفة إلى حد كبير ، وغالبًا ما يمكن عزلها دون التحويل البيني تلقائيًا. مثال شائع هو الجلوكوز مقابل الفركتوز . الأول هو ألدهيد ، والأخير هو كيتون . يتطلب تحويلها البيني إما تحفيزًا إنزيميًا أو حمضيًا قاعديًا .

ومع ذلك ، فإن التوتومرات هي استثناء: تحدث الأزمرة تلقائيًا في الظروف العادية ، بحيث لا يمكن عزل مادة نقية في توتوميراتها ، حتى لو كان من الممكن تحديدها طيفيًا أو حتى عزلها في ظروف خاصة. مثال شائع هو الجلوكوز ، الذي له أشكال مفتوحة السلسلة وحلقة. لا يمكن تصنيع الجلوكوز النقي مفتوح السلسلة لأن الجلوكوز يتحول تلقائيًا إلى شكل نصفي .

بينما يبدو زجاج التوت البري متجانسًا ، فهو خليط يتكون من جزيئات غروانية من الزجاج والذهب  يبلغ قطرها حوالي 40 نانومتر ، مما يعطيها لونًا أحمر.

تتكون كل المواد من عناصر مختلفة ومركبات كيميائية ، ولكن غالبًا ما يتم خلطها معًا بشكل وثيق. تحتوي المخاليط على أكثر من مادة كيميائية وليس لها تركيبة ثابتة. من حيث المبدأ ، يمكن فصلها إلى مواد مكونة من خلال عمليات ميكانيكية بحتة . الزبدة ، التربة و الخشب هي الأمثلة الشائعة للخليط.

يعد كل من معدن الحديد الرمادي والكبريت الأصفر عنصرين كيميائيين ، ويمكن خلطهما معًا بأي نسبة لتشكيل خليط أصفر رمادي. لا تحدث أي عملية كيميائية ، ويمكن التعرف على المادة على أنها خليط من خلال حقيقة أن الكبريت والحديد يمكن فصلهما عن طريق عملية ميكانيكية ، مثل استخدام المغناطيس لجذب الحديد بعيدًا عن الكبريت.

في المقابل ، إذا تم تسخين الحديد والكبريت معًا بنسبة معينة (ذرة واحدة من الحديد لكل ذرة من الكبريت ، أو بالوزن ، 56 جرامًا (1 مول ) من الحديد إلى 32 جرامًا (1 مول) من الكبريت) ، مادة كيميائية يحدث التفاعل وتتشكل مادة جديدة ، كبريتيد الحديد المركب (II) ، مع الصيغة الكيميائية FeS. يحتوي المركب الناتج على جميع خصائص مادة كيميائية وليس خليطًا. الحديد (II) كبريتيد له خصائص مميزة خاصة بها مثل ذوبان نقطة و الذوبان ، وهما العنصران اللذان لا يمكن فصلها باستخدام العمليات الميكانيكية العادية. لن يتمكن المغناطيس من استعادة الحديد ، نظرًا لعدم وجود حديد معدني في المركب.

كيماويات في اسطوانات متدرجة ودورق.

في حين أن مصطلح مادة كيميائية هو مصطلح تقني دقيق مرادف للمواد الكيميائية للكيميائيين ، فإن كلمة مادة كيميائية تستخدم في الاستخدام العام في العالم الناطق باللغة الإنجليزية للإشارة إلى كل من المواد الكيميائية (النقية) والمخاليط (غالبًا ما تسمى المركبات ) ، ^{[13 ]} وخاصة عند إنتاجه أو تنقيته في معمل أو عملية صناعية. ^{[14] [15] [16]} بمعنى آخر ، المواد الكيميائية التي تتكون منها الفواكه والخضروات ، على سبيل المثال ، بشكل طبيعي حتى عندما تنمو في البرية لا تسمى "مواد كيميائية" في الاستخدام العام. في البلدان التي تتطلب قائمة بالمكونات في المنتجات ، فإن "المواد الكيميائية" المدرجة هي "مواد كيميائية" منتجة صناعياً. غالبًا ما تُستخدم كلمة "مادة كيميائية" للإشارة إلى العقاقير المسببة للإدمان أو المخدرة أو التي تغير العقل. ^{[14] [15]}

في الصناعة الكيميائية ، "المواد الكيميائية" المصنعة هي مواد كيميائية ، يمكن تصنيفها حسب حجم الإنتاج إلى مواد كيميائية سائبة ، ومواد كيميائية دقيقة ، ومواد كيميائية موجودة في البحث فقط:

• يتم إنتاج المواد الكيميائية السائبة بكميات كبيرة جدًا ، عادةً باستخدام عمليات مستمرة مُحسَّنة للغاية وبسعر منخفض نسبيًا.
• يتم إنتاج المواد الكيميائية الدقيقة بتكلفة عالية وبكميات صغيرة لتطبيقات خاصة منخفضة الحجم مثل المبيدات الحيوية والأدوية والمواد الكيميائية المتخصصة للتطبيقات التقنية.
• يتم إنتاج المواد الكيميائية المستخدمة في الأبحاث بشكل فردي لأغراض البحث ، على سبيل المثال عند البحث عن طرق تركيبية أو فحص مواد للنشاط الصيدلاني. في الواقع ، سعرها بالجرام مرتفع للغاية ، على الرغم من عدم بيعها.

سبب الاختلاف في حجم الإنتاج هو تعقيد التركيب الجزيئي للمادة الكيميائية. عادة ما تكون المواد الكيميائية السائبة أقل تعقيدًا. في حين أن المواد الكيميائية الدقيقة قد تكون أكثر تعقيدًا ، فإن العديد منها بسيط بما يكفي ليتم بيعها على أنها "لبنات بناء" في تركيب جزيئات أكثر تعقيدًا تستهدف الاستخدام الفردي ، كما هو مذكور أعلاه. لا يشمل إنتاج مادة كيميائية تركيبها فحسب ، بل يشمل أيضًا تنقيتها للتخلص من المنتجات الثانوية والشوائب التي تدخل في عملية التخليق. يجب أن تكون الخطوة الأخيرة في الإنتاج هي تحليل دفعات الدُفعات من المواد الكيميائية من أجل تحديد وتحديد نسب الشوائب لمشتري المواد الكيميائية. يعتمد النقاء والتحليل المطلوبان على التطبيق ، ولكن من المتوقع عادةً تحمل أعلى للشوائب في إنتاج المواد الكيميائية السائبة. وبالتالي ، قد يختار مستخدم المادة الكيميائية في الولايات المتحدة بين النوع السائب أو "الدرجة التقنية" بكميات أعلى من الشوائب أو "درجة صيدلانية" أكثر نقاءً بكثير (المسمى "USP" ، دستور الأدوية الأمريكي ). قد تشتمل "المواد الكيميائية" بالمعنى التجاري والقانوني أيضًا على مخاليط ذات تركيبة شديدة التباين ، حيث إنها منتجات مصنوعة وفقًا لمواصفات تقنية بدلاً من مواد كيميائية معينة. على سبيل المثال ، البنزين ليس مركبًا كيميائيًا منفردًا أو حتى خليطًا معينًا: يمكن أن تحتوي البنزينات المختلفة على تركيبات كيميائية مختلفة تمامًا ، حيث يتم تعريف "البنزين" بشكل أساسي من خلال المصدر والخصائص وتصنيف الأوكتان .

تحتوي كل مادة كيميائية على واحد أو أكثر من الأسماء المنهجية ، وعادة ما يتم تسميتها وفقًا لقواعد IUPAC للتسمية . تستخدم خدمة الملخصات الكيميائية (CAS) نظامًا بديلًا .

تُعرف العديد من المركبات أيضًا بأسمائها الأكثر شيوعًا والأبسط ، والعديد منها يسبق الاسم المنهجي. على سبيل المثال ، يُسمى الآن جلوكوز السكر المعروف بشكل منهجي 6- (هيدروكسي ميثيل) أوكسان -2،3،4،5-تترول. المنتجات الطبيعية و الأدوية تعطى أيضا أسماء أبسط، على سبيل المثال معتدل الألم القاتل نابروكسين هو اسم أكثر شيوعا لمركب كيميائي (S) -6-ميثوكسي-α-ميثيل-2-naphthaleneacetic حامض.

الكيميائيين كثيرا ما تتخذ المركبات الكيميائية باستخدام الصيغ الكيميائية أو التركيب الجزيئي للمركب. كان هناك نمو هائل في عدد المركبات الكيميائية التي يتم تصنيعها (أو عزلها) ، ثم تم الإبلاغ عنها في الأدبيات العلمية بواسطة كيميائيين محترفين في جميع أنحاء العالم. ^[17] من الممكن وجود عدد هائل من المركبات الكيميائية من خلال التركيبة الكيميائية للعناصر الكيميائية المعروفة. اعتبارًا من فبراير 2021 ، يوجد حوالي "177 مليون مادة عضوية وغير عضوية" (بما في ذلك 68 مليون بوليمر حيوي محدد التسلسل) في الأدبيات العلمية ومسجلة في قواعد البيانات العامة. ^[18] غالبًا ما تكون أسماء العديد من هذه المركبات غير بديهية وبالتالي ليس من السهل جدًا تذكرها أو الاستشهاد بها بدقة. كما أنه من الصعب تتبعها في الأدبيات. بدأت العديد من المنظمات الدولية مثل IUPAC و CAS خطوات لتسهيل مثل هذه المهام. يوفر CAS الخدمات التلخيص من الأدب الكيميائي، ويوفر معرف رقمي، والمعروفة باسم الرقم في سجل المستخلصات الكيميائية لكل مادة كيميائية التي ذكرت في الأدبيات الكيميائية (مثل المجلات الكيمياء و براءات الاختراع ). يتم تجميع هذه المعلومات كقاعدة بيانات والمعروفة باسم فهرس المواد الكيميائية. أنظمة صديقة للكمبيوتر الأخرى التي تم وضعها للحصول على معلومات الجوهر، هي: SMILES و المعرف الكيميائي الدولي أو InChI.

تحديد مادة كيميائية نموذجية

اسم شائع	اسم منهجي	صيغة كيميائية	التركيب الكيميائي	رقم سجل CAS	إنشي
الكحول أو الكحول الإيثيلي	الإيثانول	ج 2 ح 5 أوه		[64-17-5]	1 / C2H6O / c1-2-3 / h3H ، 2H2 ، 1H3

غالبًا ما يلزم عزل مادة نقية من خليط ، على سبيل المثال من مصدر طبيعي (حيث تحتوي العينة غالبًا على العديد من المواد الكيميائية) أو بعد تفاعل كيميائي (والذي غالبًا ما ينتج عنه مخاليط من المواد الكيميائية).

• رمز الخطر
• مخاليط متجانسة وغير متجانسة
• أسعار العناصر الكيميائية
• مادة كيميائية بيولوجية مخصصة
• الماس الناري
• أبحاث كيميائية

• وسائل الإعلام المتعلقة بالمواد الكيميائية في ويكيميديا ​​كومنز