القسمة الكيميائية: المفاهيم والأمثلة - كيمياء - 2025

يمكننا تعريف قابلية القسمة في الكيمياء على أنها خاصية للمادة تسمح لها بالانفصال إلى أجزاء أصغر. لفهم المفهوم يمكننا إعطاء مثال.

إذا أخذنا رغيف خبز وقطعناه إلى نصفين مرارًا وتكرارًا ، فهل سنصل إلى كتلة أساسية من المادة لا يمكن تقسيمها أكثر؟ ظل هذا السؤال في أذهان العلماء والفلاسفة منذ آلاف السنين.

أصل ومفهوم القسمة الكيميائية

نوقش لفترة طويلة ما إذا كانت المادة مكونة من جسيمات (ما نعرفه اليوم باسم الذرات) ، ومع ذلك ، كانت الفكرة العامة أن المادة عبارة عن سلسلة متصلة يمكن تقسيمها.

جعل هذا المفهوم العام علماء لامعين مثل جيمس كليرك ماكسويل (من معادلات ماكسويل) ولودوينج بولتزمان (توزيع بولتزمان) ضحية للسخرية ، مما دفع الأول إلى الجنون والأخير إلى الانتحار.

في القرن الخامس قبل الميلاد ، استخدم الفيلسوف اليوناني ليوكيبوس وتلميذه ديموقريطس كلمة ذرات لتعيين أصغر قطعة فردية من المادة واقترحوا أن العالم لا يتكون أكثر من ذرات متحركة.

اختلفت هذه النظرية الذرية المبكرة عن الإصدارات اللاحقة من حيث أنها تضمنت فكرة وجود روح بشرية تتكون من نوع أكثر دقة من الذرة موزعة في جميع أنحاء الجسم.

تراجعت النظرية الذرية في العصور الوسطى ، ولكن تم إحياؤها في بداية الثورة العلمية في القرن السابع عشر.

إسحاق نيوتن ، على سبيل المثال ، يعتقد أن المادة تتكون من "جسيمات صلبة ، ضخمة ، صلبة ، غير قابلة للاختراق ، ومتحركة".

يمكن أن تحدث القابلية للقسمة بطرق مختلفة ، وأكثرها شيوعًا هي القابلية للقسمة بالطرق الفيزيائية ، مثل تقطيع التفاح بسكين.

ومع ذلك ، يمكن أن تحدث القابلية للقسمة أيضًا بالطرق الكيميائية حيث يتم فصل المادة إلى جزيئات أو ذرات.

10 أمثلة على القسمة الكيميائية

1- قم بإذابة الملح في الماء

عندما يذوب ملح ، على سبيل المثال كلوريد الصوديوم ، في الماء ، تحدث ظاهرة الذوبان حيث تنكسر الروابط الأيونية للملح:

NaCl → Na ⁺ + Cl ^-

عن طريق إذابة حبة ملح واحدة فقط في الماء ، سوف تنفصل إلى بلايين من أيونات الصوديوم والكلوريد في المحلول.

الشكل 1: إذابة ملح في الماء.

2- أكسدة المعادن في وسط حمضي

تتفاعل جميع المعادن ، مثل المغنيسيوم أو الزنك ، مع الأحماض ، على سبيل المثال تخفف حمض الهيدروكلوريك لإعطاء فقاعات الهيدروجين ومحلول عديم اللون من كلوريد المعدن.

Mg + HCl → Mg ²⁺ + Cl ^- + H ₂

يؤكسد الحمض المعدن ، ويفصل الروابط المعدنية للحصول على أيونات في المحلول (BBC ، 2014).

3- التحلل المائي للإسترات

التحلل المائي هو كسر الرابطة الكيميائية عبر الماء. مثال على التحلل المائي هو التحلل المائي للإسترات حيث تنقسم إلى جزيئين ، كحول وحمض كربوكسيلي.

الشكل 2: التحلل المائي لخلات الميثيل.

4- تفاعلات الحذف

يقوم تفاعل الإزالة بما يقوله بالضبط: إنه يزيل الذرات من الجزيء. يتم ذلك لإنشاء رابطة ثنائية بين الكربون والكربون. يمكن القيام بذلك باستخدام قاعدة أو حمض.

يمكن أن يحدث في خطوة واحدة منسقة (تجريد البروتون إلى Cα يحدث في نفس الوقت مع انقسام رابطة Cβ-X) ، أو في خطوتين (يحدث انقسام الرابطة Cβ-X أولاً لتشكيل carbocation وسيط ، الذي "ينطفئ" بعد ذلك عن طريق استخراج البروتون في الكربون ألفا).

الشكل 3: تفاعلات الإزالة.

5- التفاعل الأنزيمي للألدولاز

في المرحلة التحضيرية لتحلل السكر ، يتم تقسيم جزيء جلوكوز واحد إلى جزيئين من جليسيرالديهيد 3-فوسفات (G3P) باستخدام 2 ATP.

الإنزيم المسؤول عن هذا الشق هو aldolase ، والذي من خلال التكثيف العكسي ينقسم إلى جزئين ، جزيء الفركتوز 1.6-bisphosphate في جزيء G3P وجزيء فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون الذي يتم تجزئته لاحقًا لتشكيل جزيء آخر من G3P.

الشكل 4: تفاعل Aldolase.

6- تحلل الجزيئات الحيوية

ليس فقط تحلل السكر ، ولكن كل تحلل الجزيئات الحيوية في تفاعلات تقويض هي أمثلة على القابلية الكيميائية للقسمة.

هذا لأنها تبدأ من جزيئات كبيرة مثل الكربوهيدرات والأحماض الدهنية والبروتينات لإنتاج جزيئات أصغر مثل الأسيتيل CoA الذي يدخل دورة كريبس لإنتاج الطاقة في شكل ATP.

7- تفاعلات الاحتراق

هذا هو مثال آخر على القسمة الكيميائية منذ جزيئات معقدة مثل البروبان أو البيوتان تتفاعل مع الأكسجين لإنتاج CO ₂ والمياه:

ج ₃ H ₈ + 5O ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O

يمكن أن يقال تدهور الجزيئات الحيوية أن يكون رد فعل الاحتراق منذ المنتجات النهائية هي CO ₂ والماء، ولكن هذه تحدث في العديد من الخطوات مع الوسطاء مختلفة.

8- طرد الدم

إن فصل مكونات الدم المختلفة هو مثال على القسمة. على الرغم من كونها عملية فيزيائية ، فإن المثال يبدو مثيرًا للاهتمام بالنسبة لي حيث يتم فصل المكونات باختلاف الكثافة بواسطة الطرد المركزي.

ستبقى المكونات الأكثر كثافة ، المصل الذي يحتوي على خلايا الدم الحمراء ، في الجزء السفلي من أنبوب الطرد المركزي بينما تظل المكونات الأقل كثافة ، وهي البلازما ، في الأعلى.

9- عازلة بيكربونات

بيكربونات الصوديوم، HCO ₃ ^- هي الطريقة الرئيسية لنقل CO ₂ في الجسم نتيجة لردود الفعل تدهور التمثيل الغذائي.

يتفاعل هذا المركب مع بروتون في الوسط لإنتاج حمض الكربونيك الذي ينقسم لاحقًا إلى ثاني أكسيد الكربون والماء:

HCO ₃ ^- + H ⁺ DH ₂ CO ₃ D CO ₂ + H ₂ O

نظرًا لأن التفاعلات قابلة للعكس ، فهذه طريقة لدى الكائن الحي ، من خلال التنفس ، للتحكم في درجة الحموضة الفسيولوجية لتجنب عمليات القلاء أو الحماض.

10- تقسيم الذرة أو الانشطار النووي

في حالة تحطم نواة ضخمة (مثل اليورانيوم -235) (انشقاقات) ، سيؤدي ذلك إلى إنتاج صافٍ للطاقة. وذلك لأن مجموع كتل الشظايا سيكون أقل من كتلة نواة اليورانيوم.

في حالة كانت كتلة الشظايا مساوية أو أكبر من كتلة الحديد عند ذروة منحنى طاقة الربط ، فإن الجسيمات النووية ستكون مرتبطة بشكل وثيق أكثر من نواة اليورانيوم ويحدث هذا الانخفاض في الكتلة في شكل الطاقة وفقًا لمعادلة أينشتاين.

الشكل 5: انشطار اليورانيوم 235.

بالنسبة للعناصر الأخف من الحديد ، سينتج الاندماج طاقة. أدى هذا المفهوم إلى إنشاء القنبلة الذرية والطاقة النووية.

المراجع

1. برامج AJ والوسائط المتعددة. (2015). الانشطار النووي: الأساسيات. تعافى من atomicarchive.com.
2. (2014). تفاعلات الأحماض. تعافى من bbc.co.uk.
3. كلارك ، ج. (2016 ، يناير). إسترات الترطيب. تعافى من chemguide.co.uk.
4. Foist ، L. (SF). تفاعلات الإزالة في الكيمياء العضوية. تعافى من study.com.
5. ميلر ، واشنطن (1867). عناصر الكيمياء: نظري وعملي ، الجزء 1. نيويورك: جون وايلي وابنه.
6. الانشطار النووي. (سادس). تعافى من hyperphysics.
7. برات ، د. (1997 ، نوفمبر). القسمة اللانهائية للمادة. تعافى من davidpratt.info.
8. سودربيرج ، ت. (2016 ، 31 مايو). القضاء بواسطة آليات E1 و E2. تعافى من chem.libretext.