المادة (الكيمياء)

في الكيمياء ، تُعرَّف المادة بأنها شكل فريد من أشكال المادة يتميز بتركيب كيميائي ثابت وخصائص مميزة . ^{[ 1 ] [ 2 ]} قد تكون المواد الكيميائية على شكل عنصر واحد أو مركبات كيميائية . إذا أمكن دمج مادتين كيميائيتين أو أكثر دون حدوث تفاعل ، فإنهما تُشكلان خليطًا كيميائيًا . ^{[ 3 ]} إذا تم فصل خليط لعزل مادة كيميائية واحدة بدرجة معينة، يُقال إن المادة الناتجة نقية كيميائيًا . ^{[ 4 ]}

يمكن أن توجد المواد الكيميائية في حالات فيزيائية أو أطوار مختلفة ( مثل المواد الصلبة والسائلة والغازية والبلازما ) دون تغيير تركيبها الكيميائي. وتنتقل المواد بين هذه الأطوار استجابةً لتغيرات درجة الحرارة أو الضغط . ويمكن دمج بعض المواد الكيميائية أو تحويلها إلى مواد جديدة عن طريق التفاعلات الكيميائية . أما المواد الكيميائية التي لا تمتلك هذه القدرة فتُسمى خاملة .

الماء النقي مثال على مادة كيميائية، يتكون تركيبها الثابت من ذرتي هيدروجين مرتبطتين بذرة أكسجين واحدة (أي H₂O ₎ . النسبة الذرية للهيدروجين إلى الأكسجين هي دائمًا 2:1 في كل جزيء ماء. يميل الماء النقي إلى الغليان عند درجة حرارة تقارب 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) ، وهذا مثال على إحدى خصائصه المميزة. من المواد الكيميائية الأخرى البارزة: _الماس ( أحد أشكال عنصر الكربون )، وملح الطعام (كلوريد الصوديوم؛ _مركب أيوني ) ، والسكر المكرر ( _{C₁₂H₂₂O₁₁} ؛ مركب عضوي ) .  

بالإضافة إلى التعريف العام المقدم أعلاه، هناك العديد من المجالات المتخصصة التي قد يأخذ فيها مصطلح "المادة الكيميائية" استخدامات بديلة مقبولة على نطاق واسع، وقد تم توضيح بعضها في الأقسام أدناه.

ترسخ مفهوم "المادة الكيميائية" في أواخر القرن الثامن عشر بعد دراسة الكيميائي جوزيف بروست لتركيب بعض المركبات الكيميائية النقية، مثل كربونات النحاس القاعدية . ^{[ 9 ]} استنتج بروست أن "جميع عينات المركب لها نفس التركيب؛ أي أن جميع العينات لها نفس النسب، من حيث الكتلة، للعناصر الموجودة في المركب". يُعرف هذا الآن بقانون التركيب الثابت . ^{[ 10 ]} لاحقًا، مع تطور أساليب التخليق الكيميائي، لا سيما في مجال الكيمياء العضوية ، واكتشاف المزيد من العناصر الكيميائية، وظهور تقنيات جديدة في مجال الكيمياء التحليلية تُستخدم لعزل وتنقية العناصر والمركبات من المواد الكيميائية، مما أدى إلى نشأة الكيمياء الحديثة ، تم تعريف المفهوم كما هو موجود في معظم كتب الكيمياء. مع ذلك، توجد بعض الخلافات حول هذا التعريف، ويرجع ذلك أساسًا إلى الحاجة إلى فهرسة العدد الكبير من المواد الكيميائية المذكورة في الأدبيات الكيميائية.

أثارت ظاهرة التماكب حيرةً كبيرةً لدى الباحثين الأوائل، إذ أن المتماكبات لها نفس التركيب الكيميائي تمامًا، لكنها تختلف في ترتيب الذرات. فعلى سبيل المثال، دارت تكهنات كثيرة حول التركيب الكيميائي للبنزين ، إلى أن وصف فريدريك أوغست كيكوليه التركيب الصحيح . وبالمثل، مثّلت فكرة التماكب الفراغي - أي أن الذرات لها بنية ثلاثية الأبعاد ثابتة، وبالتالي يمكنها تكوين متماكبات تختلف فقط في ترتيبها ثلاثي الأبعاد - خطوةً حاسمةً أخرى في فهم مفهوم المواد الكيميائية المتميزة. فعلى سبيل المثال، يحتوي حمض الطرطريك على ثلاثة متماكبات متميزة، زوج من المتماكبات الفراغية ، حيث يُكوّن أحد المتماكبات الفراغية متماكبين ضوئيين .

العنصر مادة كيميائية تتكون من نوع معين من الذرات ، ولذلك لا يمكن تحليله أو تحويله إلى عنصر آخر عن طريق التفاعل الكيميائي، مع أنه يمكن تحويله إلى عنصر آخر من خلال التفاعل النووي . ويعود ذلك إلى أن جميع الذرات في عينة من عنصر ما تحتوي على نفس عدد البروتونات ، على الرغم من أنها قد تكون نظائر مختلفة ، أي تحتوي على أعداد مختلفة من النيوترونات .

حتى عام 2025، بلغ عدد العناصر المعروفة 118 عنصرًا، منها حوالي 80 عنصرًا مستقرًا، أي لا يتحول إلى عناصر أخرى عن طريق التحلل الإشعاعي . توجد بعض العناصر في أكثر من صورة كيميائية واحدة ( متآصلات ). على سبيل المثال، يوجد الأكسجين في صورة جزيء الأكسجين (O₂ ₎ والأوزون ( O₃ ₎ . تُصنف غالبية العناصر على أنها فلزات ، وهي عناصر ذات بريق مميز مثل الحديد والنحاس والذهب . تتميز الفلزات عادةً بتوصيلها الجيد للكهرباء والحرارة، كما أنها قابلة للطرق والسحب . [ ^{11 ] يُصنف} ما بين 14 إلى 21 عنصرًا، ^{[ 12 ]} مثل الكربون والنيتروجين والأكسجين ، على أنها لا فلزات . تفتقر اللافلزات إلى الخصائص الفلزية المذكورة أعلاه، كما أنها تتميز بكهرسلبية عالية وميل لتكوين أيونات سالبة . بعض العناصر، مثل السيليكون، تُشبه الفلزات أحيانًا وتُشبه اللافلزات أحيانًا أخرى، وتُعرف باسم أشباه الفلزات .

المركب الكيميائي هو مادة كيميائية تتكون من مجموعة محددة من الذرات أو الأيونات . يتكون المركب الكيميائي من عنصرين أو أكثر يتحدان في مادة واحدة من خلال تفاعل كيميائي . جميع المركبات مواد، ولكن ليست كل المواد مركبات.

يمكن أن يكون المركب الكيميائي عبارة عن ذرات مرتبطة معًا في جزيئات ، أو في بلورات حيث تشكل الذرات أو الجزيئات أو الأيونات شبكة بلورية . تُسمى المركبات التي تتكون أساسًا من ذرات الكربون والهيدروجين بالمركبات العضوية ، بينما تُسمى جميع المركبات الأخرى بالمركبات غير العضوية . أما المركبات التي تحتوي على روابط بين الكربون ومعدن فتُسمى بالمركبات العضوية الفلزية .

تُعرف المركبات التي تتشارك مكوناتها الإلكترونات بالمركبات التساهمية . أما المركبات التي تتكون من أيونات ذات شحنات متضادة فتُعرف بالمركبات الأيونية أو الأملاح .

المعقدات التناسقية هي مركبات ترتبط فيها المادة برابطة تناسقية دون وجود رابطة تساهمية أو أيونية. تتميز هذه المعقدات بخصائص فريدة تختلف عن خصائص المخاليط البسيطة. عادةً ما تحتوي على فلز، مثل أيون النحاس، في المركز، وذرة لا فلزية، مثل النيتروجين في جزيء الأمونيا أو الأكسجين في جزيء الماء، ترتبط برابطة تناسقية مع المركز الفلزي، كما في كبريتات رباعي أمين النحاس الثنائي [Cu(NH₃ ₎ ₄ _] SO₄ _· H₂O _. يُعرف الفلز بـ "المركز الفلزي"، وتُسمى المادة التي تتناسق معه "الرابطة". مع ذلك، لا يشترط أن يكون المركز فلزًا، كما في إيثرات ثلاثي فلوريد البورون BF₃OEt₂ _، حيث يقوم مركز البورون، وهو لا فلزي ذو حموضة لويس عالية _، بدور " الفلز". إذا ارتبط الليجاند بالمركز المعدني بذرات متعددة، فإن المركب يسمى مخلبي .

في الكيمياء العضوية، قد يوجد أكثر من مركب كيميائي له نفس التركيب والوزن الجزيئي. تُسمى هذه المركبات عمومًا بالمتشكلات . عادةً ما تمتلك المتشكلات خواص كيميائية مختلفة بشكل كبير، وغالبًا ما يمكن عزلها دون أن تتحول تلقائيًا فيما بينها. مثال شائع على ذلك هو الجلوكوز مقابل الفركتوز . الأول هو ألدهيد ، والثاني هو كيتون . يتطلب تحويلهما إما تحفيزًا إنزيميًا أو تحفيزًا حمضيًا قاعديًا .

مع ذلك، تُعدّ المتماكبات التوتوميرية استثناءً: إذ يحدث التماكب تلقائيًا في الظروف العادية، بحيث لا يمكن عزل المادة النقية إلى متماكباتها التوتوميرية، حتى لو أمكن تحديدها طيفيًا أو حتى عزلها في ظروف خاصة. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك الجلوكوز ، الذي له شكلان: مفتوح السلسلة وحلقي. ولا يمكن تصنيع الجلوكوز النقي مفتوح السلسلة لأن الجلوكوز يتحول تلقائيًا إلى شكل الهيمياستال الحلقي .

تتكون جميع المواد من عناصر ومركبات كيميائية متنوعة، ولكنها غالبًا ما تكون مختلطة معًا بشكل وثيق. تحتوي المخاليط على أكثر من مادة كيميائية واحدة، وليس لها تركيب ثابت. الزبدة والتربة والخشب أمثلة شائعة على المخاليط. في بعض الأحيان، يمكن فصل المخاليط إلى مكوناتها الأساسية عن طريق عمليات ميكانيكية ^، مثل الاستشراب ، والتقطير ، والتبخير . [ ^{13 ]}

الحديد الرمادي والكبريت الأصفر عنصران كيميائيان، ويمكن مزجهما بأي نسبة لتكوين خليط رمادي مصفر. لا تحدث أي عملية كيميائية، ويمكن تمييز المادة كخليط من خلال إمكانية فصل الكبريت والحديد بعملية ميكانيكية، كاستخدام مغناطيس لجذب الحديد بعيدًا عن الكبريت.

على النقيض من ذلك، عند تسخين الحديد والكبريت معًا بنسبة معينة (ذرة حديد واحدة لكل ذرة كبريت، أو وزنيًا، 56 غرامًا (1 مول ) من الحديد إلى 32 غرامًا (1  مول) من الكبريت)، يحدث تفاعل كيميائي ويتكون مركب جديد، وهو كبريتيد الحديد الثنائي ، صيغته الكيميائية FeS. يتمتع المركب الناتج بجميع خصائص المادة الكيميائية، فهو ليس خليطًا. لكبريتيد الحديد الثنائي خصائص مميزة، مثل درجة انصهاره وذوبانيته ، ولا يمكن فصل العنصرين باستخدام الطرق الميكانيكية العادية؛ فلن يتمكن المغناطيس من استخلاص الحديد، لعدم وجود حديد فلزي في المركب.

بينما يُعدّ مصطلح "مادة كيميائية" مصطلحًا تقنيًا دقيقًا يُستخدم كمرادف لكلمة "كيميائي" لدى الكيميائيين، فإن كلمة "كيميائي" تُستخدم بشكل عام للإشارة إلى كلٍّ من المواد الكيميائية (النقية) والمخاليط (التي تُسمى غالبًا بالمركبات )، ^{[ 14 ]} وخاصةً عند إنتاجها أو تنقيتها في المختبر أو في عملية صناعية. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]} بعبارة أخرى، فإن المواد الكيميائية التي تتكون منها الفواكه والخضراوات، على سبيل المثال، بشكل طبيعي حتى عند نموها بريًا، لا تُسمى "مواد كيميائية" في الاستخدام العام. في البلدان التي تشترط وجود قائمة بالمكونات في المنتجات، فإن "المواد الكيميائية" المدرجة هي "مواد كيميائية" مُنتجة صناعيًا. كما تُستخدم كلمة "كيميائي" غالبًا للإشارة إلى العقاقير المُسببة للإدمان أو المُخدرة أو المُؤثرة على العقل. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

في الصناعة الكيميائية ، تُعتبر "المواد الكيميائية" المصنعة مواد كيميائية، ويمكن تصنيفها حسب حجم الإنتاج إلى مواد كيميائية أساسية ، ومواد كيميائية دقيقة، ومواد كيميائية بحثية :

• يتم إنتاج المواد الكيميائية بكميات كبيرة جدًا، وعادة ما يتم ذلك من خلال عمليات مستمرة عالية الكفاءة وبسعر منخفض نسبيًا.
• يتم إنتاج المواد الكيميائية الدقيقة بتكلفة عالية وبكميات صغيرة لتطبيقات خاصة ذات حجم منخفض مثل المبيدات الحيوية والمستحضرات الصيدلانية والمواد الكيميائية المتخصصة للتطبيقات التقنية.
• تُنتج المواد الكيميائية البحثية بشكل فردي لأغراض البحث، مثل البحث عن طرق تركيبية أو فحص المواد بحثًا عن فعالية دوائية. ونتيجة لذلك، يكون سعرها مرتفعًا جدًا للغرام الواحد، على الرغم من أنها لا تُباع.

يعود سبب اختلاف حجم الإنتاج إلى تعقيد التركيب الجزيئي للمواد الكيميائية. عادةً ما تكون المواد الكيميائية الأساسية أقل تعقيدًا. في حين أن المواد الكيميائية الدقيقة قد تكون أكثر تعقيدًا، إلا أن العديد منها بسيط بما يكفي لبيعه كـ"لبنات بناء" في تركيب جزيئات أكثر تعقيدًا مخصصة للاستخدام الفردي، كما ذُكر سابقًا. لا يقتصر إنتاج المادة الكيميائية على تركيبها فحسب، بل يشمل أيضًا تنقيتها للتخلص من المنتجات الثانوية والشوائب والمواد الأولية غير المتفاعلة. تتمثل الخطوة الأخيرة في الإنتاج في تحليل دفعات المواد الكيميائية لتحديد نسب الشوائب وقياسها كميًا للمشتري. يعتمد مستوى النقاء والتحليل المطلوب على التطبيق، ولكن عادةً ما يُتوقع مستوى أعلى من تحمل الشوائب في إنتاج المواد الكيميائية الأساسية. وبالتالي، قد يختار مستخدم المادة الكيميائية في الولايات المتحدة بين المواد الأساسية أو "الدرجة التقنية" التي تحتوي على كميات أكبر من الشوائب، أو "الدرجة الصيدلانية" الأكثر نقاءً (المُصنفة "USP"، دستور الأدوية الأمريكي ). قد تشمل "المواد الكيميائية" بالمعنى التجاري والقانوني مخاليط ذات تركيبات شديدة التباين، لأنها منتجات مصنعة وفقًا لمواصفات فنية محددة وليست مواد كيميائية معينة. على سبيل المثال، البنزين ليس مركبًا كيميائيًا واحدًا أو حتى خليطًا محددًا: إذ يمكن أن تختلف أنواع البنزين المختلفة اختلافًا كبيرًا في تركيباتها الكيميائية، حيث يُعرَّف "البنزين" بشكل أساسي من خلال مصدره وخصائصه ورقم الأوكتان .

لكل مادة كيميائية اسم نظامي واحد أو أكثر ، وعادةً ما تُسمى وفقًا لقواعد الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC ). ويستخدم نظام بديل من قبل خدمة الملخصات الكيميائية (CAS).

تُعرف العديد من المركبات أيضًا بأسمائها الشائعة والبسيطة، والتي يعود تاريخ الكثير منها إلى ما قبل التسمية النظامية. على سبيل المثال، يُعرف سكر الجلوكوز، المعروف منذ زمن طويل ، الآن باسم 6-(هيدروكسي ميثيل)أوكسان-2،3،4،5-تترول. كما تُعطى المنتجات الطبيعية والمستحضرات الصيدلانية أسماءً أبسط، فعلى سبيل المثال، يُعد مسكن الألم الخفيف نابروكسين الاسم الأكثر شيوعًا للمركب الكيميائي (S)-6-ميثوكسي-α-ميثيل-2-حمض النفثالين أسيتيك.

كثيرًا ما يشير الكيميائيون إلى المركبات الكيميائية باستخدام الصيغ الكيميائية أو البنية الجزيئية للمركب. وقد شهد عدد المركبات الكيميائية التي يتم تصنيعها (أو عزلها) ونشرها في الأدبيات العلمية من قبل الكيميائيين المحترفين حول العالم نموًا هائلًا. ^{[ 18 ]} ويمكن الحصول على عدد هائل من المركبات الكيميائية من خلال الجمع بين العناصر الكيميائية المعروفة. وحتى فبراير 2021، بلغ عدد المواد العضوية وغير العضوية المسجلة في الأدبيات العلمية وقواعد البيانات العامة حوالي 177 مليون مادة (بما في ذلك 68 مليون بوليمر حيوي ذي تسلسل محدد). ^{[ 19 ]} غالبًا ما تكون أسماء العديد من هذه المركبات معقدة، مما يجعل تذكرها أو الاستشهاد بها بدقة أمرًا صعبًا. كما يصعب تتبعها في الأدبيات العلمية. وقد اتخذت العديد من المنظمات الدولية، مثل الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) والأكاديمية الصينية للعلوم (CAS)، خطوات لتسهيل هذه المهام. تُقدّم خدمة CAS خدمات تلخيص الأدبيات الكيميائية، وتُخصّص مُعرّفًا رقميًا، يُعرف برقم تسجيل CAS، لكل مادة كيميائية مُدرجة في الأدبيات الكيميائية (مثل المجلات الكيميائية وبراءات الاختراع ). تُجمّع هذه المعلومات في قاعدة بيانات تُعرف باسم فهرس المواد الكيميائية. ومن الأنظمة الأخرى سهلة الاستخدام التي طُوّرت لمعلومات المواد: نظام SMILES والمُعرّف الكيميائي الدولي (InChI).

تحديد مادة كيميائية نموذجية

الاسم الشائع	الاسم النظامي	الصيغة الكيميائية	التركيب الكيميائي	رقم تسجيل CAS	إنشي
الكحول، أو الكحول الإيثيلي	الإيثانول	C 2 H 5 OH		[64-17-5]	1/C2H6O/c1-2-3/h3H,2H2,1H3

غالباً ما تكون هناك حاجة لعزل مادة نقية من خليط ، على سبيل المثال من مصدر طبيعي (حيث تحتوي العينة غالباً على العديد من المواد الكيميائية ) أو بعد تفاعل كيميائي (والذي غالباً ما ينتج عنه مخاليط من المواد الكيميائية).

• رمز الخطر
• المخاليط المتجانسة وغير المتجانسة
• أسعار العناصر الكيميائية
• مادة كيميائية حيوية مخصصة
• ماسة نارية

• الوسائط المتعلقة بالمواد الكيميائية على ويكيميديا ​​كومنز