المبادئ الأساسية

المبادئ الأساسية

هنالك العديد من المفاهيم الأساسية في دراسة الكيمياء، ومنها:[20]
الذرة
Crystal Clear app kdict.png مقال تفصيلي :ذرة

الذرة هي الوحدة الأساسية في الكيمياء، وتتكون من النواة موجبة الشحنة والتي تحتوي على البروتونات والنيترونات وتحتوي أيضاً عدداً من الإلكترونات التي تعمل على معادلة الشحنة الموجبة في النواة. كما أن الذرة هي أصغر وحدة يمكن تصورها والتي تكون قادرة على المحافظة على الخواص الكيميائية للعنصر، مثل السالبية الكهربية وطاقة التأين، حالات الأكسدة المفضلة، عدد التساند وعدد الروابط التي يفضل تشكيلها. (مثل الفلزية والأيونية والتساهمية).
العنصر

العنصر هو المادة المتكونة من نوع واحد من الذرات، ويمتلك العنصر الكيميائي عدداً ثابتاً ومحدداً من البروتونات في نواة ذرته، ويعرف هذا العدد بالعدد الذري للعنصر. فمثلاً جميع الذرات التي تمتلك 6 بروتونات في أنويتها هي ذرات عنصر الكربون، وجميع الذارت التي تمتلك 92 بروتوناً في أنويتها هي ذرات عنصر اليورانيوم. وهنالك 94 عنصراً متوفراً في الطبيعة بالإضافة إلى 18 عنصراً تم تصنيعها.

على الرغم من احتواء جميع ذرات العنصر الواحد على نفس عدد البروتونات فإن ليس من اللازم احتواءها على نفس عدد النيترونات، تسمى مثل هذه الذرات بالنظائر ويمكن أن يمتلك العنصر الواحد أكثر من نظير واحد.

أفضل تمثيل للعناصر الكيميائية هو الجدول الدوري والذي يرتب العناصر حسب عددها الذري، وتتشارك زمر ودورات العناصر في الجدول الدوري في بعض الخصائص أو تتبع نمطاً معيناً للخصائص، مثل قطر الذرة، والسالبية الكهربية، وغيرها.
المركب
Crystal Clear app kdict.png مقال تفصيلي :مركب كيميائي

المركب الكيميائي هو مادة تتكون من نسبة معينة من العناصر وتحدد تركيب المركب والمجموعة التي يقع فيها هذا المركب والتي تحدد بالتالى خواص هذا المركب. فمثلاً الماء هو مركب يحتوى على الهيدروجين الأكسجين بنسبة 2 إلى 1، حيث تكون ذرة الأكسجين محاطة بزوج من ذرات الهيدروجين وبزاوية قياسها 104.5 درجة. تتكون المركبات وتتحول عن طريق التفاعلات الكيميائية.
المادة
Crystal Clear app kdict.png مقال تفصيلي :مادة كيميائية

المادة الكيميائية هي نوع من المادة له تركيب معلوم ومجموعة من الخواص.[21] ولكن وبشكل دقيق لا يعد مزيج من المركبات أو العناصر أو المركبات والعناصر مادة كيميائية. تعد الكثير من المواد التي نراها في حياتنا اليومية نوعاً من أنواع الأمزجة، مثل: الهواء، السبائك، والكتل الحيوية.
الجزيئة
Crystal Clear app kdict.png مقال تفصيلي :جزيء

الجزيئة هي أصغر جزء غير قابل للتقسيم من المادة الكيميائية النقية، والتي تمتلك مجموعة فريدة من الخواص التابعة لها، بمعنى قدرتها إحداث مجموعة معينة من التفاعلات مع المواد الأخرى. يمكن أن تتواجد الجزيئات على شكل وحدات متعادلة كهربائياً على عكس الأيونات. تعد الجزيئات مجموعة من الذرات المرتبطة مع بعضها بروابط تساهمية، ومثل هذه البنى متعادل كهربائياً وتكون جميع الأغلفة التكافؤية متزاوجة مع الكترونات أخرى بواسطة الأواصر أو الأزواج الوحيدة.

لا تحتوي جميع المواد على جزيئات مجردة، فغالبية العناصر الكيميائية مكونة من ذرات وحيدة تمثل الوحدة المجردة الصغرى. وتنتظم الأنواع الأخرى من المواد مثل المركبات الأيونية والشبكات الصلبة بطريقة تقلل من وجود جزيئة يمكن التعرف عليها. وتدرس هذه المواد بالاعتماد على وحدات الصيغة أو البناء البلوري كأصغر وحدة متكررة بنيوية ضمن المادة، وذلك لعدم وجود جزيئات يمكن التعرف عليها.
البنية الذرية وتظهر فيها الأواصر والمواقع النسبية للذرات في الجزيئة كما هو الحال في الباكليتاكسيل
المول وكمية المادة
Crystal Clear app kdict.png مقال تفصيلي :مول

المول وحدة لقياس كمية المادة، وهو عبارة عن كمية المادة التي تحتوي على (ذرات أو جزيئات أو أيونات) بقدر ما يحتويه 0.012 كلغم (12 غرام) من كربون-12، عندما تكون ذرات الكربون غير مرتبطة ومستقرة في الحالة القاعية[22]
الشوارد (الأيونات) والأملاح
Crystal Clear app kdict.png مقال تفصيلي :أيون

الشاردة هو مركب مشحون, أو هو ذرة أو جزيئ إكتسب أو فقد إكتروناً أو أكثر. الأيونات الموجبة الشحنة تسمى شرجبة (كاتيونات) مثل كاتيون الصوديوم NaNa+ والأيونات السالبة الشحنة تسمى شرسبة (أنيون) مثل شرسبة (أنيون) الكلور Cl-, واللذان عن إتحادهما يكونا الملح المتعادل كلوريد الصوديوم(NaCl). ومثل للأيونات ذات الذرات العديدة التي لا تتفكك خلال تفاعلات الحمض - القاعدة هو مجموعة الهيدروكسيد (OH-), أو الفوسفات).

تعرف الأيونات في الحالة الغازية بالبلازما.
الحامضية والقاعدية
Crystal Clear app kdict.png مقال تفصيلي :تفاعل حمض-قاعدة

غالباً ما تصنف المادة كحامض وقاعدة (قلوي). وهناك نظريات متعددة شرحت السلوك الحامضي-القاعدي، أبسط هذه النظريات هي نظرية أرينوس، والتي تنص على أن الحامض هو المادة التي تنتج أيونات الهيدرونيوم عند إذابتها في الماء، وأن القاعدة هي المادة التي تنتج أيون الهيدروكسايد عند إذابتها في الماء.

أما نظرية برونشتد-لوري للحامضية والقاعدية، فتعد الحامض المادة التي تمنح أيون الهيدروجين موجب الشحنة إلى مادة أخرى ضمن تفاعل كيميائي، وبالتالي تكون القاعدة هي المادة التي تستقبل أيون الهيدروجين.

أما نظرية لويس فتعتمد على عملية تكوين أواصر كيميائية جديدة، فالحامض هو المادة القادرة على تقبل مزدوج إلكتروني من مادة أخرى أثناء عملية تكوين الأواصر، والقاعدة هي المادة التي تستطيع توفير مزدوج إلكتروني لتكوين آصرة جديدة.
الطور
Crystal Clear app kdict.png مقال تفصيلي :طور (مادة)

بالإضافة إلى الخواص الكيميائية المعينة التي تتصف بها المواد الكيميائية فإن الأخير تتواجد أيضاً بأطوار متعددة. وعلى الأغلب فإن تصنيف المواد الكيميائية لا يرتبط بهذه تصنيف الأطوار، مع إمكانية عدم توافق بعض الأطوار مع بعض الخواص الكيميائية.

يعرف الطور بأنه مجموعة من الحالات للنظام الكيميائي والتي تمتلك نفس الخواص البنيوية، في مدى معين من الظروف، مثل الضغط ودرجة الحرارة. تميل بعض الخواص الفيزيائية مثل الكثافة ومعامل الانكسار إلى كونها خواص مميزة للطور.
الأكسدة والاختزال
Crystal Clear app kdict.png مقال تفصيلي :تفاعلات أكسدة-اختزال

مفهوم يرتبط بقابلية ذرات المواد المختلفة على اكتساب وفقدان الإلكترونات. حيث تدعى المواد القادرة على أكسدة المواد الأخرى بالمؤكسدات وتعرف بالعوامل المؤكسدة. يقوم العامل المؤكسد بإزالة الإلكترونات من المواد الأخرى. وتدعى المواد القادرة على اختزال المواد الأخرى بالمواد المختزلة أو العامل المختزل. يقوم العامل المختزل بنقل الإلكترونات إلى المواد الأخرى، وبالتالي تحصل في العامل المختزل عملية الأكسدة، ويسمى العامل المختزل كذلك بمانح الإلكترون لقيامه بهذه الوظيفة. ترمز عملية الأكسدة والاختزال إلى التغير في عدد التأكسد، وقد لا يحدث الانتقال الفعلي للاكترونات، لذا فمن المفضل أن نعرف الأكسدة بأنها العملية التي تقوم بزيادة عدد التأكسد، والاختزال بأنه العملية التي تقلل عدد التأكسد.
الروابط الكيميائية

الرابطة الكيميائية هي القوة التي تربط الذرات في الجزيء أو في البلورة. في مركبات بسيطة عديدة, نظرية التكافؤ ومبدأ عدد التأكسد يمكن استخدامهما للتنبؤ بالتركيب الجزيئي. وبالمثل, فإن النظريات الفيزياء الكلاسيكية يمكن استخدامها للتنبؤ بتركيب مركبات أيونية عديدة. أما المركبات ذات التركيب المعقد، مثل السبائك المعدنية، فإن نظرية التكافؤ لا تستطيع تفسير تركيبها, وهنا تظهر أهمية استخدام نظريات الميكانيكا الكمية مثل نظرية المدار الجزيئي.

بعض أنواع الروابط الكيميائية:

رابطة أيونية
رابطة تساهمية
رابطة فلزية

ورابطة تناسقية والرابطة التناسقية تنساق تحت الرابطة التساهمية تقريبا وتوجد رابطة أخرى وهي الرابطة الهيدروجينية وتتكون عن طريق اتحاد جزيئين بحيث يكون بكل جزئ ذرة هيدروجين وذرة أخرى ذات سالبيه كهربيه عاليه والذي يؤدى إلى وقوع ذرة الهيدروجين بين ذرتين ذات سالبيه كهربيه عاليه عند الاتحاد.

الرابطة الأيونية : تتكون غالباً بين الفلزات واللافلزات حيث تكون :

الفلزات : ذراتها حجمها كبير - جهد تأينها صغير (فيسهل فقد الكترونات المستوى الأخير) فيتكون أيون موجب ليصل لأقرب غاز خامل.

اللافلزات : صغيرة الحجم - ميلها الإلكتروني كبير (فيسهل اكتساب إلكترونات) فتصبح أيون سالب لتصل لأقرب غاز خامل (نبيل).

والربطة الأيونية هي : انجذاب كهربائي بين الأيون الموجب والسالب (وليس لها وجود مادي).
التفاعل

التفاعل الكيميائي هو تحول في التركيب الدقيق للجزيئات. ويمكن أن ينتج التفاعل الكيميائي من مهاجمة جزيئات لجزيئات أخرى لتكوين جزيئات أكبر, أو جزيئات تتفكك لتكوين جزيئين أو أكثر أقل حجما, أو إعادة ترتيب الذرات في نفس الجزيء أو خلال جزيئات أخرى. وتتضمن التفاعلات الكيميائية غالبا تكوين أو تكسير روابط كيميائية.
التوازن
Crystal Clear app kdict.png مقال تفصيلي :توازن كيميائي

على الرغم من انتشار مفهوم التوازن بشكل واسع في العلوم، إلا أنه يظهر في أدبيات الكيمياء كلما توفر عدد من الحالات المختلفة في التركيب الكيميائي. على سبي المثال، في خليط من مركبات كيميائية مختلفة يمكنها التفاعل مع بعضها، أو مادة بمقدورها التواجد بأكثر من حالة. لا يعد نظام من المواد الكيميائية في حالة التوازن - على الرغم من امتلاكه لتركيب غير متغير - ثابتاً، لأن الجزيئات في حالة تفاعل مستمر مع بعضهاالبعض، وهذا يؤدي إلى ظهور حالة التوازن الدينامي. لذا فإن المفهوم يصف الحالة التي تكون فيها متغيرات مثل التركيب الكيميائي ثابتة مع مرور الوقت. لا تكون المواد الكيميائية الموجودة في الأنظمة الحية في حالة توازن، وإنما هي بعيدة جداً عن حالة التوازن.
الطاقة
Crystal Clear app kdict.png مقال تفصيلي :طاقة

في السياقات الكيميائية، ترتبط الطاقة بالمادة نتيجة لبنيتها الذرية أو الجزيئية، وبما أن التحولات الكميائية مرتبطة بتحول واحد أو أكثر من هذه البنى، فإن زيادة أو نقصاناً في الطاقة تكون مرافقة لهذه العملية. يتم تبادل بعض الطاقة بين بين المحيط والمواد المتفاعلة على شكل حرارة أو ضوء، لذا تكون طاقة المواد الناتجة أكثر أو أقل من طاقة المواد المتفاعل. يكون التفاعل باعثاً للحرارة إلى المحيط، وقد يكون التفاعل ماصاً للحرارة من المحيط.

يساعد وجود مراحل طاقة معينة للمواد الكيميائية المختلة على تشخيصها بواسطة تحليل خطوط الطيف. وتستخدم أنواع مختلفة من الأطياف في المطيافية الكيميائية، مثل مطيافية الأشعة تحت الحمراء، الأمواج القصيرة، والرنين النووي المغناطيسي.