قابلية الفصل الكيميائي: المفاهيم والأمثلة
يمكننا تعريف قابلية القسمة في الكيمياء كخاصية للمادة التي تسمح بفصلها إلى أجزاء أصغر (Miller ، 1867).
لفهم المفهوم يمكننا إعطاء مثال. إذا أخذنا رغيف الخبز ونقطعه إلى نصفين مرارًا وتكرارًا ، فهل سنصل إلى كتلة أساسية من المواد لا يمكن تقسيمها بعد الآن؟ هذا السؤال موجود في أذهان العلماء والفلاسفة منذ آلاف السنين.
أصل ومفهوم القسمة الكيميائية
لفترة طويلة كان هناك نقاش حول ما إذا كانت المادة مكونة من جزيئات (ما نعرفه الآن باسم الذرات) ، ومع ذلك ، كانت الفكرة العامة هي أن هذه المادة عبارة عن سلسلة متصلة يمكن تقسيمها.
هذا المفهوم المعمم جعل العلماء اللامعين مثل جيمس كلارك ماكسويل (من معادلات ماكسويل) ولودوينج بولتزمان (من توزيع بولتزمان) ضحية للجنون والأخير في الانتحار.
في القرن الخامس قبل الميلاد ، استخدم الفيلسوف اليوناني Leucippus وتلميذه Democritus كلمة ذرات لتعيين أصغر قطعة فردية من المادة واقترحوا أن العالم يتكون من ذرات في الحركة.
اختلفت هذه النظرية الذرية المبكرة عن الإصدارات اللاحقة لأنها تضمنت فكرة وجود روح بشرية مكونة من نوع أكثر دقة من الذرات موزعة في جميع أنحاء الجسم.
سقطت النظرية الذرية في العصور الوسطى ، لكنها انتعشت في بداية الثورة العلمية في القرن السابع عشر.
إسحاق نيوتن ، على سبيل المثال ، يعتقد أن المادة تتكون من "جزيئات صلبة ، ضخمة ، صلبة ، لا يمكن اختراقها ، ومتحركة".
يمكن إعطاء القسمة بطرق مختلفة ، والأكثر شيوعًا هو قابلية القسمة بالطرق الفيزيائية ، على سبيل المثال تقطيع التفاح بسكين.
ومع ذلك ، يمكن أن تحدث القسمة أيضًا بطرق كيميائية حيث يتم فصل المادة إلى جزيئات أو ذرات.
10 أمثلة على القسمة الكيميائية
تذوب الملح في الماء
عندما يذوب الملح ، على سبيل المثال كلوريد الصوديوم في الماء ، تحدث ظاهرة تذوب عندما تتفكك الروابط الأيونية للملح:
NaCl → Na + + Cl-
عن طريق إذابة حبة واحدة فقط من الملح في الماء ، سوف تنقسم إلى مليارات من أيونات الصوديوم والكلوريد في محلول.
2- أكسدة المعادن في الوسط الحمضي
تتفاعل جميع المعادن ، مثل المغنيسيوم أو الزنك ، مع الأحماض ، على سبيل المثال حمض الهيدروكلوريك المخفف لإعطاء فقاعات الهيدروجين ومحلول عديم اللون من كلوريد المعادن.
Mg + HCl → Mg2 + + Cl- + H 2
الحمض يؤكسد المعدن عن طريق فصل الروابط المعدنية للحصول على أيونات في محلول (بي بي سي ، 2014).
3 - تحلل استرات
التحلل المائي هو تكسير الرابطة الكيميائية عن طريق الماء. مثال على التحلل المائي هو التحلل المائي للإسترات حيث يتم تقسيمها إلى جزيئين ، كحول وحمض الكربوكسيل (Clark، 2016).
4- ردود الفعل القضاء
رد فعل التخلص يفعل بالضبط ما يقول: إنه يزيل الذرات من الجزيء. يتم ذلك لإنشاء رابطة الكربون الكربون مزدوجة. يمكن القيام بذلك باستخدام قاعدة أو حمض (Foist، SF).
يمكن أن تحدث في خطوة واحدة متضافرة (تجريد البروتون في Cα يحدث في نفس الوقت الذي يحدث فيه انشقاق رابطة C-X) ، أو في خطوتين (يحدث انشقاق رابطة Cβ-X أولاً لتشكيل اختلال وسيط) ، وهو ما "تم إيقافه" من خلال تجريد البروتون في الكربون ألفا (Soderberg، 2016).
5- التفاعل الأنزيمي للألدولاز
في المرحلة التحضيرية من انحلال السكر ، ينقسم جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من جلسرالديهايد 3 فوسفات (G3P) باستخدام 2 ATP.
الإنزيم المسؤول عن هذا الشق هو ألدولاز ، الذي يقسم من خلال التكثيف العكسي ، جزيء الفركتوز 1،6-بيسفوسفات في جزيء G3P وجزيء من فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون في اثنين يتم إزاحته لاحقًا لتشكيل جزيء آخر من G3P.
6- تحلل الجزيئات الحيوية
ليس فقط تحلل السكر ، ولكن كل تحلل الجزيئات الحيوية في تفاعلات الهدم هي أمثلة على قابلية الفصل الكيميائي.
هذا لأنهم يبدأون 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 مثال آخر على قابلية الفصل الكيميائي لأن جزيئات معقدة مثل البروبان أو البيوتان تتفاعل مع الأكسجين لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء:
C 3 H 8 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2 O
يمكن القول إن تحلل الجزيئات الحيوية هو تفاعل احتراق لأن المنتجات النهائية هي ثاني أكسيد الكربون والماء ، ولكن هذه تحدث في العديد من الخطوات مع وسطاء مختلفين.
8- الطرد المركزي للدم
فصل المكونات المختلفة للدم هو مثال على القسمة. على الرغم من كونه عملية فيزيائية ، إلا أنني أجد أن هذا المثال مثير للاهتمام لأنه ، بواسطة الطرد المركزي ، يتم فصل المكونات باختلاف الكثافة.
ستبقى المكونات الأكثر كثافة ، المصل مع خلايا الدم الحمراء ، في الجزء السفلي من أنبوب الطرد المركزي في حين أن المكونات الأقل كثافة ، البلازما ، ستبقى في الأعلى.
9- بيكربونات العازلة
بيكربونات الصوديوم ، HCO 3 - هو الطريقة الرئيسية لنقل ثاني أكسيد الكربون في الجسم الناتج عن تفاعلات التحلل الأيضي.
يتفاعل هذا المركب مع بروتون الوسيط لإنتاج حمض الكربونيك الذي ينقسم بعد ذلك إلى ثاني أكسيد الكربون والماء:
HCO 3 - + H + DH 2 CO 3 D CO 2 + H 2 O
نظرًا لأن ردود الفعل قابلة للعكس ، فهذه طريقة للكائن الحي ، من خلال التنفس ، للتحكم في الأس الهيدروجيني الفسيولوجي لتجنب عمليات القلويات أو الحماض.
10- تقسيم الذرة أو الانشطار النووي
في حالة كسر نواة ضخمة (مثل اليورانيوم 235) (الانشطارات) ، فسيؤدي ذلك إلى إنتاجية صافية للطاقة.
وذلك لأن مجموع كتل الشظايا سيكون أقل من كتلة قلب اليورانيوم (الانشطار النووي ، SF).
في حال تساوي كتلة الشظايا أو أكبر من كتلة الحديد في ذروة منحنى طاقة الربط ، فإن الجسيمات النووية ستكون مرتبطة بإحكام أكثر من نواة اليورانيوم ويحدث انخفاض الكتلة في شكل الطاقة وفقا لمعادلة آينشتاين.
لعناصر أخف من الحديد ، سوف ينتج الاندماج الطاقة. أدى هذا المفهوم إلى إنشاء القنبلة الذرية والطاقة النووية (AJ Software & Multimedia، 2015).
