تحدث التفاعلات الكيميائية في كل مكان حولنا، وبينما ترتبط في أذهاننا ببيئة المختبرات المعقمة والأنابيب إلا أن ذلك بعيد تمامًا عن الواقع . حيث أن العدد الهائل من التفاعلات الكيميائية يجعل تحولات المواد شيء مذهل وغير مفهوم بدقة رغم حدوثه في كل ثانية حولنا .

في الطبيعة يمكن أن يكون التحكم هذه التفاعلات أقل مما نجده في المختبرات، وأحيانا أكثر شدة . وهي تحدث سواء أردنا ذلك أم لا . ومن الأمثلة التي نعرفها جميعا اشتعال الحرائق في الغابات ، طريقة نضج الفواكه على الشجر ، وأمثلة أخرى لا حصر لها .

تاريخ نشأة فكرة التفاعلات الكيميائية

بداية من العصور الوسطى المبكرة، أصبح الفلاسفة الأوروبيون والفارسيون مفتونين بالطريقة التي يبدو أن بعض المواد تنتقل أو تتحول بها إلى مواد أخرى . وكان يبدو لهم أن الحجارة البسيطة، مثل تلك التي تحتوي على الكبريت تحترق بطريقة سحرية ، وبنفس الشكل تتحول المعادن بطريقة مثيرة للإعجاب ، مثل تحول الزئبق الخام إلى معدن سائل فضي ساحر عند تسخينه .
وقد اعتمد الكيميائيون في مقاربتهم لأفكار أرسطو على أن كل شيء في العالم يتكون من أربعة مواد أساسية :

الهواء، التراب، النار والماء . وعلى هذا النحو اقترحوا وأمضوا حقبة كبيرة من الزمن في محاولة لإثبات أن المعادن الأقل تثمينا مثل النحاس و الزئبق يمكن أن تتحول إلى ذهب. وعلى الرغم من نهجهم الخاطئ، أجرى العديد من الكيميائيين الأوائل تجارب كيميائية أساسية حولوا فيها مادة ما إلى أخرى . ولذا يصعب الإشارة إلى تاريخ نشأة فكرة التفاعلات الكيميائية في شكلها المنظم والقابل للقياس . ومع ذلك هنالك بعض اللحظات التاريخية الهامة التي ساعدت على فهمها .

تعريف التفاعلات الكيميائية

التفاعلات الكيميائية هي عملية يحدث فيها تغير كيميائي في المادة المتفاعلة ، ينتج عنه مادة أخرى جديدة. ويصاحب تشكل أو تكون هذه المادة في كل أغلب الأحوال تغيير في الطاقة ، وغالبا ما يكون هنالك نوع من التغيير المادي أو الملحوظ . والذي يمكن أن يكون بأشكال مختلفة ، مثل تكوين فقاعات الغاز ، الترسبات الصلبة ، أو تغيير اللون ، هذه التغييرات هي أدلة على وجود تفاعل كيميائي وهي محفزات مهمة قادت الكيميائيين إلى البحث بشكل أكبر وأعمق لفهم آلية حدوث التفاعلات الكيميائية وتحديد مختلف أنواعها .

انواع التفاعلات الكيميائية

هناك العديد من التفاعلات الكيميائية التي تحدث بحيث يكون من الصعب ، إن لم يكن من المستحيل ، فهمها جميعًا ومع ذلك ، فإن إحدى الطرق التي تساعدنا على فهمها هي تصنيف التفاعلات الكيميائية ضمن أنواع عامة يمكن حصرها . على الرغم من أنه ليس نظامًا مثاليًا ، إلا أن وضع التفاعلات الكيمائية المتشابهة ضمن مجموعة واحدة يساعد في تحديد الأنماط التفاعلية المختلفة ، والتي بدورها تتيح إجراء تنبؤات على أنواع أخرى من التفاعلات الكيميائية من الممكن أن لا يكون تمت دراستها مسبقا.

قبل عمل لافوازييه، لم يكن من المفهوم جيدًا وجود أنواع مختلفة من الغازات والتي تتكون بدورها من عناصر مختلفة. بدلاً من ذلك، تم إساءة فهم الغازات بشكل شائع على أنها أنواع من “الهواء” أو الأجزاء المفقودة بالهواء ، على سبيل المثال ، كانت المصطلحات الشائعة الاستخدام عبارة عن “هواء قابل للاشتعال” أو “هواء مستبعد”.

فكر لافوازي بطريقة مختلفة وكان مقتنعا بأن هذه مواد يمكن أن تتفاعل، وأجرى تجارب قام من خلالها بخلط الهواء القابل للاشتعال مع الأكسجين وأشعل شرارة ، حيث نتج عن هذه التوليفة عنصر الماء . قام بعدها بإعادة تسمية الهواء بالهيدروجين القابل للاشتعال، واشتق الاسم من اللغة اليونانية ويعني خالق الماء. وبشكل عام ، تفاعل التوليف هو عبارة عن تفاعل تجمع فيه المواد البسيطة لتشكيل تفاعل آخر أكثر تعقيدًا .

في عام 1774 ، حول العالم جوزيف بريستلي فضوله إلى معدن يسمى سينابار وهو معدن أحمر بلون الطوب ، حيث وضعه تحت أشعة الشمس وضخمه بواسطة عدسة مكبرة قوية ، فوجد أنه تم إنتاج غاز وصفه بأنه “ذو طبيعة عالية” ودون أن يدرك ذلك ، اكتشف بريستلي الأكسجين نتيجة تفاعل التحلل . ويعتبر هذا النوع من التفاعلات الكيميائية معاكسا لتفاعلات التوليف، حيث ينتج عنها مركب مقسم إلى مركبات أخرى أكثر بساطة .

اخترع الكيميائي وعالم الأرصاد الجوية البريطاني جون دانييل واحدة من أوائل البطاريات العملية في عام 1836 في زنزانته ، حيث قام باستخدام تفاعل بديل شائع جدا . ورغم أن البطاريات التي قام باختراعها كانت ذات فعالية بطيئة وتركيبة معقدة ، إلا أن الكيمياء المستخدمة كانت بسيطة للغاية .

والتي أظهرت أنه في تفاعلات كيميائية معينة، يمكن للمكون الفردي أن يحل محل عنصر آخر مرتبط بالفعل في مركب كيميائي. ولأن الزنك حل محل النحاس في محلول كبريتات النحاس ، عملت إلكترونات التبادل المستخدمة في خلية البطارية وقامت بتشغيلها ، يُطلق على هذا النوع من التفاعلات الكيميائية بتفاعلات الإحلال وبالتحديد تفاعلات الاستبدال الأحادي المعدنية لأنها تنطوي على استبدال معدن واحد بمعدن آخر، وتستند أنواع عديدة من البطاريات إلى تفاعلات استبدال المعدن .

تفاعلات الاحتراق Combustion reactions

العديد من أنواع الوقود التي يتم حرقها عادةً للحصول على الطاقة ، هي عبارة عن هيدروكربونات . وهي مواد تحتوي على كل من الهيدروجين والكربون . تنتج النباتات الهيدروكربونات عندما تنمو، وبالتالي تنتج مصدرًا ممتازًا للوقود ، ويتم إنتاج الهيدروكربونات الأخرى عندما تتحلل النباتات أو الحيوانات بمرور الوقت. وعند احتراق هذه الأنواع من الوقود ، يتحد الهيدروجين والكربون الموجودان داخلها مع الأكسجين لإنتاج مركبين مألوفين للغاية هما الماء وثاني أكسيد الكربون.