تعرف على تركيب وأنواع (فئات) المركبات العضوية، وكذلك استخدامات وتاريخ هذه المواد الكيميائية المهمة وأصلها. بالإضافة إلى الفرق بينها وبين المركبات غير العضوية والغموض حول تعريفها بهذا الاسم.
ما هي المركبات العضوية؟
المركبات العضوية (Organic compounds): هي مركبات كيميائية تحتوي على رابطة كربون-هيدروجين[1]، وتتكون من الكربون والهيدروجين بنسب كبيرة بالإضافة إلى الأكسجين والنيتروجين والكبريت غالبا بنسب أقل. هناك القليل من المركبات التي تحتوي على الكربون ولا تصنف كمركبات عضوية وهي الكربونات والكربيدات والسيانيدات. ويسمى الفرع الذي يختص بدراسة هذه المركبات ب "الكيمياء العضوية"[1][2].
تعتبر المركبات العضوية الفئة الكبيرة والمتنوعة من المركبات الكيميائية التي تحتوي على الكربون كعنصر رئيسي في تركيبها. تشمل هذه المركبات العديد من المركبات الحيوية التي توجد في الكائنات الحية مثل الكربوهيدرات، الدهون، البروتينات، والأحماض النووية. وتشمل أيضًا المركبات الاصطناعية التي تحضر في المختبرات وتستخدم في العديد من الصناعات المختلفة.
فيما يلي دليل شامل حول التركيب والأنواع والتاريخ والاستخدامات:
تركيب المركبات العضوية
يتضمن تركيب المركبات العضوية على العناصر الأساسية التالية:
- الكربون (C): يعتبر الكربون العنصر الأساسي في المركبات العضوية ويشكل الإطار الأساسي لتركيبها.
- الهيدروجين (H): يوجد الهيدروجين بكميات كبيرة في المركبات العضوية ويرتبط عادة بالكربون.
- الأكسجين (O): يتواجد الأكسجين في العديد من المركبات العضوية ويشكل مجموعات وظيفية مهمة مثل الكحولات والاسترات.
- النيتروجين (N): يتواجد النيتروجين في العديد من المركبات العضوية ويشكل مجموعات وظيفية مثل الأمينات.
- وغيرها من العناصر مثل الفوسفور (P) والكبريت (S) التي يمكن أن تتواجد في بعض المركبات.
أنواع المركبات العضوية
تختلف فئات المركبات العضوية في التركيب والخصائص الفيزيائية والكيميائية. والجدول التالي يعرض الصيغة العامة والتركيب مع أمثلة لأهم أنواع المركبات العضوية:
| المركب | المواصفات |
|---|---|
| الألكانات |
|
| الألكينات |
|
| الألكاينات |
|
| الكحولات |
|
| الألدهيدات |
|
| الكيتونات |
|
| الاثيرات |
|
| الاسترات |
|
| الأحماض الكربوكسيلية |
|
| الأمنيات |
|
| المركبات الأروماتية |
|
استخدامات المركبات العضوية
نجد استخدامات المركبات العضوية في العديد من الصناعات والتطبيقات، بما في ذلك:
- الصيدلة: حيث تستخدم المركبات العضوية في تحضير الأدوية والمستحضرات الصيدلانية.
- البترول والبتروكيماويات: تعتبر المركبات العضوية أساسًا لعمليات تكرير البترول وإنتاج المواد الكيميائية المستخدمة في الصناعة.
- البوليمرات: تستخدم المركبات العضوية في تصنيع البلاستيك والمطاط والألياف الاصطناعية.
- الأصباغ والأصباغ: تستخدم المركبات العضوية في صناعة الأصباغ والأصباغ الملونة للعديد من التطبيقات.
- والعديد من التطبيقات الأخرى في الصناعات الغذائية، والكيمياء الزراعية، والكيمياء التحليلية، وغيرها من المجالات.
تاريخ وأصل المركبات العضوية:
يعود تاريخ المركبات العضوية إلى ما قبل القرن التاسع عشر. وكلمتا "عضوية" و"تركيب" تعودان إلى أرسطو (تعنيان "أداة" و"تجميع" على التوالي) ولكنهما اكتسبتا معانٍ مختلفة على مر الزمن. في القرن السابع عشر، قام الأطباء الكيميائيون بإعداد العديد من الأدوية الصيدلانية ولكن لم يكن لديهم مفهوم للكيمياء العضوية. في القرن الثامن عشر، قام بوفون وبرجمان وغرين بتعريف الكائنات العضوية على أنها الكائنات الحية، ولكن المركبات العضوية المتجزئة كانت غير معروفة.
في أواخر القرن الثامن عشر وأوائل القرن التاسع عشر، تم عزل المنتجات الطبيعية العضوية بواسطة شيله، وقام شفرويل بفصل الأحماض الكربوكسيلية من تصبن الدهون. بدأت الكيمياء العضوية. اخترع لافوازييه وحسن برزيليوس تحليل الاحتراق لتوصيف المركبات العضوية. تم تنفيذ مبدأ ديكارت القائل بأن "التركيب" مطلوب لإثبات "التحليل" من قبل بيرجمان وآخرين.
تغيرت مفهوم الكيمياء العضوية بشكل جذري عندما قام فولر وكولب بتحضير المركبات العضوية من العناصر. بدأت تركيبة بيرثيلو في عام 1853 للدهون غير الطبيعية الحديثة كالكيمياء العضوية التركيبية للمركبات الكربونية، بغض النظر عما إذا كانت موجودة في الطبيعة أم لا.
في القرون الوسطى، قام العلماء بتحليل مختلف النباتات والمواد الطبيعية بحثًا عن المركبات العضوية. ومن خلال تجاربهم، استطاعوا تحديد بعض المركبات الأساسية مثل الكحولات والأحماض والسكريات.
في القرن التاسع عشر، شهدت الكيمياء العضوية تقدمًا هائلاً، حيث نجح العلماء في تحسين تفاهمهم لتركيب المركبات العضوية وتحضيرها في المختبر. توصلوا أيضًا إلى فهم أن الكربون يتشكل بنية فريدة تمكّنه من تكوين روابط كيميائية متعددة وتركيبات معقدة.
تطورت تقنيات تحضير المركبات العضوية في القرن العشرين بصورة كبيرة. تم استخدام المواد الكيميائية البترولية كمصدر رئيسي لتحضير المركبات العضوية، وأدت التقنيات المتقدمة والتكنولوجيا إلى تحسين كفاءة العملية التحضيرية وترشيد التكاليف.
تعتبر المركبات العضوية أساسية في الحياة اليومية وتطبيقاتها متعددة. فمن خلال الكيمياء العضوية، تم اكتشاف وتحضير العديد من الأدوية والعقاقير الحيوية التي تستخدم في مجال الطب. كما تُستخدم المركبات العضوية في صناعة البلاستيك والألياف والدهانات والمذيبات والكثير من المواد الاستهلاكية الأخرى.
تحظى الكيمياء العضوية بأهمية كبيرة في البحث العلمي والابتكار، حيث يسعى العلماء اليوم إلى تطوير مركبات عضوية جديدة ذات تطبيقات متنوعة، سواء في مجال الطب أو الصناعة أو الزراعة أو غيرها. يعمل الكيميائيون على تحسين العمليات التحضيرية وتصميم مركبات عضوية ذات فعالية عالية وخصائص محسنة.
بالنظر إلى الأصل الطبيعي للمركبات العضوية، يمكن القول إنها تشكلت بفضل التفاعلات الكيميائية داخل الكائنات الحية. فمثلاً، المركبات العضوية التي تستخدم في الأدوية قد تستخلص من النباتات أو الفطريات أو البكتيريا. وفي حالة المواد البترولية التي تستخدم في تحضير المركبات العضوية، فإنها تكون مشتقة من تفحم الكائنات الحية القديمة عبر عملية الضغط والحرارة على ملايين السنين.
الفرق بين المركبات العضوية وغير العضوية
يتلخص الفرق بين المركبات العضوية وغير العضوية في عدة جوانب منها:
- أن المركبات العضوية هي تلك التي تحتوي على العنصر الكربون كمكون أساسي ومهم في تركيبها، بينما تعتبر المركبات غير العضوية تلك التي لا تتضمن الكربون أو تحتوي عليه بنسبة ضئيلة.
- وجود الكربون كمكون أساسي، تمنح المركبات العضوية خصائص فريدة، حيث يتم تشكيل روابط كيميائية قوية بين الذرات المحيطة بالكربون. هذا يؤدي إلى تكوين سلاسل مركبة وتركيبات ثلاثية الأبعاد متعددة ومتنوعة. وبفضل هذه القدرة، تعتبر المركبات العضوية قابلة للتفاعل وتتمتع بتنوع هائل في الخصائص والتطبيقات.
- على الجانب الآخر، تعتبر المركبات غير العضوية بسيطة في تركيبها وغير معقدة كما هو الحال في المركبات العضوية. وغالبًا ما تحتوي هذه المركبات على عناصر غير الكربون مثل الأكسجين، الهيدروجين، النيتروجين، الكبريت وغيرها. تُعتبر المركبات غير العضوية أكثر استقرارًا وقدرة على التحمل للظروف القاسية، مما يجعلها مفيدة في تطبيقات مثل الصناعة والإلكترونيات والعوازل.
- يوجد أيضًا فرق بين المركبات العضوية وغير العضوية في التفاعلية والتأثير على البيئة. فعلى سبيل المثال، يتفاعل العديد من المركبات العضوية بشكل طبيعي مع العوامل البيولوجية في الكائنات الحية، مما يثير اهتمام العلماء في العديد من المجالات مثل البيولوجيا الجزيئية والصيدلة. من ناحية أخرى، تعتبر المركبات غير العضوية غالبًا غير قابلة للتفاعل البيولوجي وتمتاز بالثبات والمتانة.
- عند النظر إلى الفرق في الاستخدامات العملية، فإن المركبات العضوية تلعب دورًا حيويًا في الصناعة الحديثة والطب والزراعة، حيث تُستخدم في تصنيع العديد من المنتجات مثل البلاستيك والأدوية والألياف الاصطناعية. أما المركبات غير العضوية فتستخدم بشكل أساسي في التطبيقات التكنولوجية مثل البطاريات والمواد العازلة والموصلات.
في الجدول التالي نجد أهم الفروق بينها
| الخصائص المميزة | المركبات العضوية | المركبات غير العضوية |
|---|---|---|
| التركيب | تتكون بشكل أساسي من الكربون والهيدروجين. | لا تحتوي بالضرورة على روابط كربون-هيدروجين. |
| الأصل أو المصدر | غالبا ما تكون مشتقة من الكائنات الحية. | يمكن العثور عليها في كل من الكائنات الحية وغير الحية. |
| نقاط الانصهار والغليان | عادة ما يكون لها نقاط انصهار وغليان أقل. | عموما لديها نقاط انصهار وغليان أعلى. |
| الذوبانية | العديد من المركبات العضوية قابلة للذوبان في المذيبات العضوية. | العديد من المركبات غير العضوية قابلة للذوبان في الماء. |
| أمثلة | وتشمل الأمثلة الهيدروكربونات والكربوهيدرات والبروتينات. | وتشمل الأمثلة الأملاح والمعادن والفلزات. |
الغموض حول التعريف المواد العضوية
تعريف المركبات العضوية الحديث لم يعد مبنيًا على مصدرها. بل تعتبر المركبة العضوية هي تلك التي تحتوي على ذرات الكربون المرتبطة بذرات أخرى عن طريق رابطة تساهمية. ومع ذلك، لا يمكن للكيميائيين التوصل إلى اتفاق بشأن التعريف المطلق للمركب العضوي. إذ تشمل تعريف المركب العضوي أي مركب يحتوي على ذرة كربون، ما يشمل تلك المصنفة عادة كمركبات غير عضوية.
تشمل المركبات التي تحتوي على الكربون وتعتبر غير عضوية ما يلي: الكاربونات، السيانيدات، السيانات، الكاربيدات، الثايوسيانات، أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون.
ألوتروبات الكربون (مثل الماس والجرافيت والفحم) هي أيضًا استثناء. فهي مكونة من نوع واحد فقط من العنصر، وهو الكربون، وبالتالي فإنها لا تصنف كمركب عضوي لأنها ليست، في المقام الأول، مركبًا، بل عنصرًا نقيًا.
تشمل المركبات التي تحتوي على الكربون وتعتبر غير عضوية ما يلي: الكاربونات، السيانيدات، السيانات، الكاربيدات، الثايوسيانات، أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون.
ألوتروبات الكربون (مثل الماس والجرافيت والفحم) هي أيضًا استثناء. فهي مكونة من نوع واحد فقط من العنصر، وهو الكربون، وبالتالي فإنها لا تصنف كمركب عضوي لأنها ليست، في المقام الأول، مركبًا، بل عنصرًا نقيًا.
مفهوم المواد العضوية
بالمقارنة مع المكونات الأخرى التي تشكل قشرة الأرض، تشكل المركبات العضوية نسبة صغيرة منها. ومع ذلك، فإنها ذات أهمية حيوية لأن جميع الكائنات الحية تستند إلى هذه المركبات. أمثلة على المركبات العضوية هي الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والأحماض النووية.
نظرًا لأن الكائنات الحية تتكون من مركبات قائمة على الكربون، يمكن تحليلها إلى مركبات أصغر وأبسط عندما تموت. كما يفرز الكائنات الحية مواد تعتبر مادة عضوية (مادة). تشير المادة العضوية إلى أي من المركبات القائمة على الكربون الموجودة في الطبيعة.
تصبح هذه المادة العضوية من الكائنات الحية جزءًا من البيئة. وبالتالي، تكثر المادة العضوية في النظام البيئي، مثل نظام التربة. تتحرك إلى التربة أو إلى مياه الجريان الرئيسية حيث تكون بمثابة مصدر للتغذية للكائنات الحية.
نظرًا لأن الكائنات الحية تتكون من مركبات قائمة على الكربون، يمكن تحليلها إلى مركبات أصغر وأبسط عندما تموت. كما يفرز الكائنات الحية مواد تعتبر مادة عضوية (مادة). تشير المادة العضوية إلى أي من المركبات القائمة على الكربون الموجودة في الطبيعة.
تصبح هذه المادة العضوية من الكائنات الحية جزءًا من البيئة. وبالتالي، تكثر المادة العضوية في النظام البيئي، مثل نظام التربة. تتحرك إلى التربة أو إلى مياه الجريان الرئيسية حيث تكون بمثابة مصدر للتغذية للكائنات الحية.
الاستنتاج
تشكل المركبات العضوية جزءًا أساسيًا ومهمًا في الكيمياء العضوية، حيث تتكون من الكربون وعناصر أخرى وتتميز بتنوعها الكبير واستخداماتها المتعددة. تلعب المركبات العضوية دورًا هامًا في العديد من الصناعات والعمليات الحيوية. من خلال فهم تركيبها وخصائصها، يمكننا تطبيقها بشكل فعال في العديد من المجالات لتلبية احتياجاتنا المتنوعة.
الأسئلة الشائعة:
ما أهمية المركبات العضوية؟
بالإضافة إلى الأهمية الطبيعية لها المتمثلة في كونها تدخل خلايا الكائنات الحية، فإن المركبات العضوية لها استخدامات واسعة في الحياة اليومية والصناعية. حيث تستخدم كوقود طبخ ووقود مركبات النقل، كما أنها توجد في الغذاء مثل الكربوهيدرات والدهون البروتينات وعدد كبير من الفيتامينات.
ما هي المصادر الطبيعية للمركبات العضوية؟
تشمل المصادر الطبيعية للمركبات العضوية: النباتات والحيوانات، الفحم، البترول، الغاز الطبيعي.
مم تتركب المركبات العضوية؟
تتكون المركبات العضوية بشكل أساسي من الكربون بالإضافة إلى عناصر أخرى مثل الهيدروجين بنسبة كبيرة والأكسجين والنيتروجين والكبريت بنسب أقل.