التصنيف: كيمياء

مراجعة كتاب “إبداعات النار” التاريخ المثير للكيمياء من السيمياء إلى العصر الذري

يتناول كتاب “إبداعات النار” تاريخ علم الخيمياء أو كما يطلق عليه (السيمياء) بالتفصيل منذ بداية ظهوره وصولًا إلى ظهور علم الكيمياء كعلم حقيقي معترف به، بالإضافة إلى تاريخ العالم والحضارات المختلفة من منظور علم السيمياء، وقد استطاع الكتاب مناقشة أهم الأسئلة التي تتعلق بذلك العلم الغريب باستفاضة. 

ما هو علم السيمياء؟ 

علم  السيمياء هو أحد العلوم القديمة التي انتشرت في القرون الوسطى، وقد انقسم علم السيمياء إلى شقين أساسيين، أولهما الإيمان بوجود حجر الفلاسفة الذي له قدرة هائلة على شفاء المرضى وإطالة العمر وتحقيق حلم الشباب الدائم والخلود.

 أما الشق الثاني فكان يهتم بمحاولة تحويل معدن الرصاص إلى ذهب، وقد بنيت هذه النظرية على افتراض أن الرصاص والذهب مصنوعين من العناصر الأربعة الأساسية (الماء- الهواء- التراب- النار) نفسها ولكن بنسب مختلفة، لذلك فإن تغيير هذه النسب في معدن الرصاص كفيل بتحويله إلى ذهب.

وقد كان علم السيمياء من العلوم الرائجة آنذاك بين الكثير من العلماء المشهورين مثل عالم الفيزياء الشهير “ إسحاق نيوتن “، والذي تلقى دروسًا به على يد العالم “روبرت بويل” بطل الثورة العلمية في القرن السابع عشر.

كما اشتهرت شائعة أن جميع الأواني والملاعق التي كان يستخدمها الطبيب أبو بكر الرازي مصنوعة من الذهب، وذلك لأنه اكتشف الطريقة السرية الكامنة في علم السيمياء لتحويل المعادن الرخيصة إلى ذهب، والتي كانت تضم بعض المواد الأخرى مثل الزئبق والكبريت والملح والذي كان يُعتقد أنه عبارة عن خليط من الذهب والفضة.

وقد أشاد الكيميائي الشهير “لورنس برينسايب” بالخيميائيين، وذكر أنهم كانوا علماء تجريبيين إلى حد مذهل، حيث أنهم ابتكروا الكثير من التقنيات الهامة مثل التقطير والصهر والورنشة والصباغة وغيرها، وأضاف أن أي كيميائي يتمنى أن يكون لديه مساعد على دراية كبيرة بعلم الخيمياء، وكان رأي “لورنس برينسايب” الدافع الأساسي لي لقراءة ومراجعة كتاب “إبداعات النار”.

مراجعة كتاب إبداعات النار      

 كتاب إبداعات النار عبارة عن دليل شامل لتاريخ الكيمياء المثير من السيمياء إلى العصر الذري. هو عبارة عن قصة، بل ربما رواية إن اكتفينا بمعيار الحجم، من عشرين فصلًا. 

تغطي السَبعةُ فصولِ الأولى زمنًا يمتد من مئة ألف عام قبل اختراع الكتابة إلى القرن الثامن عشر. لأنه لا بد وفق الكاتبَين اللذين ألفا الكتاب (كاتي كوب وهارولد جولد وايت) أن نعرف خلفية الثورة الكيميائية. والتي نشأت قبل الخيمياء، حيث كان الطهو بوصفه هو أول تفاعل كيميائي أجراه البشر.

أما الفصول من الثامن إلى الرابع عشر تمتد من أواخر القرن الثامن عشر حتى الحرب العالمية الأولى. وهنا الثورة الحقيقية، خاصة حين لا تعني الثورة انفجارًا معرفيًا فحسب. بل نظرة جديدة إلى الوجود: إنجازات لافوازييه، أفكار دالتون، قوانين الترموديناميك، ظهور فروع جديدة من الكيمياء (العضوية، التحليلية، الحيوية)، جدول مندلييف الدوري، تطور النظرية الذرية… إلخ. باختصار فإنها تصف نهاية الخيمياء، وبداية الكيمياء بصفتها علمًا حقيقيًا.

الفصول من الخامس عشر إلى العشرين تنتهي بنا في عام 1950. فترة قصيرة قياسًا بما سبق، لكن فيها حدث ما يراه كثيرون أكثر الاكتشافات إذهالاً وهو ظهور نظرية الكم (الكوانتم).

إذن، ما هو علم الكيمياء؟

علم الكيمياء هو العلم الذي يهتم بدراسة خصائص العناصر المختلفة وبنية المركبات. وكذلك التركيب الجزيئي للمواد والتفاعلات التي تحدث فيما بينها.

ما الذي تحتاجه لقراءة كتاب إبداعات النار؟

قد يلزمك لقراءة كتاب “إبداعات النار” بالإضافة إلى الرغبة والشغف للقراءة. أن تكون على معرفة ببعض المصطلحات الأساسية في علم الكيمياء مثل: 

1- العدد الذري (Atomic Number)

يعبر العدد الذري عن عدد البروتونات التي توجد في النواة. وهو العدد الذي يعبر عن هوية العنصر، كما أنه يمثل كذلك عدد الإلكترونات في الذرة المتعادلة (التي لم تخسر أو تكسب أية إلكترونات).

2- العدد الكتلي (Mass Number)   

العدد الكتلي هو مجموع عدد البروتونات والنيترونات التي توجد في النواة.

3- الكتلة الذرية (Atomic Mass)

الكتلة الذرية هي متوسط كتلة ذرة ما وذلك مع مراعاة نظائرها التي توجد في الطبيعة.

4- النظائر (isotopes)

النظائر هي ذرات لها نفس عدد البروتونات أي أن لها نفس العدد الذري. ولكنها تختلف في عدد النيوترونات أي أنها تختلف في العدد الكتلي. إذن فإن النظائر هي أشكال مختلفة من العنصر نفسه.
مثال:
تحتوي كل ذرات الكربون على ستة بروتونات أي أن عدده الذري يساوي 6. وفي الطبيعة يوجد عدة أنواع من الكربون مثل:

• الكربون الذي يحتوي على 6 نيوترونات (الكربون 12).
• الكربون الذي يحتوي على 8 نيوترونات (الكربون 14) نظير مشع للكربون.

وليس بالضرورة أن تكون كل النظائر مشعة فبعضها مستقر والبعض الآخر يتحلل ببطء شديد، فمثلًا عنصر البزموت يمتلك نظير واحد مستقر، أما الرصاص فيمتلك أربعة نظائر مستقرة.

هل يمكن فعلًا تحويل الرصاص أو أي عنصر آخر إلى ذهب؟ 

في عام 1981 استطاع بعض العلماء في مختبر لورنس بيركلي الوطني (LBNL) في كاليفورنيا استخلاص كمية ضئيلة من الذهب من عنصر البزموت، وذلك عن طريق تسريع عددًا من ذرات الكربون والنيون إلى سرعة كبيرة تقترب من سرعة الضوء، من ثم توجيهها نحو رقائق من معدن البزموث الذي يقع بجوار عنصر الرصاص في الجدول الدوري.

استمرت تلك العملية حوالي 24 ساعة متواصلة، وعندما انتهت التجربة وجد العلماء أن بعض ذرات البزموت قد فقدت أربعة من بروتوناتها وتحولت إلى ذرات الذهب، حيث أن العدد الذري لعنصر البزموت هو 83 أما العدد الذري للذهب هو 79.ولكن كانت نتائج التجربة مخيبة للآمال بالرغم من نجاحها وذلك نظرًا لصعوبة عزل ذرات الذهب، بالإضافة إلى ضآلة الكمية الناتجة مقارنة بكمية معدن البزموث المستخدمة في التجربة. ولكن هل يمكن أن نعتبر أن ما وصل إليه هؤلاء العلماء قد يساعد في تحقيق الحلم القديم؟

لعلك تتذكر جورجيو باريزي وسيوكورو مانابي وكلاوس هاسلمان الحائزين على نوبل 2021 في الفيزياء ومساهماتهم في فهم الأنظمة المعقدة، ففي كل مجال سواء في الرياضيات أو الفيزياء أو الأحياء أو الاقتصاد… هنالك بعض الأنظمة التي لم يستطع العلماء تفسيرها مثل مجموعات النمل التي تراها، الاقتصاد البشري أو المناخ أو حتى الوعي البشري، الذي ينظر إليه كونه خاصية ناشئة لشبكة معقدة من الخلايا العصبية في أدمغتنا والكثير من الأمثلة، فقد أطلق العلماء على تلك الأنظمة اسم (الأنظمة المعقدة) فهنالك قول أرسطو الشهير: “الكل أكبر من مجموع أجزائه”. إذ إن الأنظمة المعقدة يستلزم فيها السلوك الجماعي لأجزائها لظهور خصائص يصعب استنتاجها. فيأتي علم الأنظمة المعقدة (نظرية التعقيد) ليقدم لنا طرقًا لفهم الكون من حولنا. فدراسة التعقيد نظرية علمية جديدة وفي هذا المقال سنوضح ما هي نظرية الأنظمة المعقدة وخصائصها.

كيف نفهم الأنظمة المعقدة؟

الساعة التي ترتديها بيدك، السلوك المنتظم لها هو الذي سمح لنا بإنشاء جهاز ضبط الوقت. لكن هناك بعض الأنظمة مثل الطقس أو الإنترنت. نحن نفهم هيكلهم لكن من الصعب التنبؤ بسلوكهم، كذلك دماغك معقدة من حيث التركيب والسلوك. فما يتضح لنا أن كلمة التعقيد (معقد) تُطلق على العديد من المكونات المتفاعلة التي من الصعب فهم سلوكها أو هيكلها.

فالأنظمة المعقدة ليست جديدة، لكن لأول مرة في التاريخ تُتاح أدوات لدراسة مثل هذه الأنظمة بطريقة علمية محكمة. فقديمًا، كانت دراسة الأنظمة المعقدة في البيئة أو الاقتصاد تستغرق وقتًا طويلًا أو خطيرة أو باهظة الثمن وغير علمية. لكن الآن وباستخدام الحواسيب، يمكن بناء على سبيل المثال بدائل سيليكون كاملة لهذه الأنظمة ويمكن التلاعب فيها.

مثال على النظرة غير العلمية

افترض أن مستثمرًا فرديًا يتفاعل مع البورصة وبذلك يؤثر على سعر السهم أثناء اتخاذ قرار بالشراء أو البيع أو الاحتفاظ، فيرى هذا المستثمر السوق على أنه معقد أو بسيط اعتمادًا على مدى إدراكه لتغير الأسعار. لكن لتلاحظ هنا أن البورصة أيضًا تعمل على المستثمر. فما يحدث فيها مؤثر على قرارات المستثمر، فهنا السوق يحكم بأن المستثمر لديه درجة معينة من التعقيد؛ تؤثر على تصرفاته مثل التوتر أو الهدوء أو عدم الاستقرار. فهنا يكمن التعقيد في عين المستثمر بقدر ما يكمن في بنية وسلوك النظام نفسه. فمفهوم التعقيد هنا من نظرة أي شخص غير علمية، فالبعض يرى أن الأميبيا أبسط من الفيل.

الخصائص المختلفة المرتبطة بالأنظمة البسيطة والمعقدة

عادة ما تستخدم كلمة التعقيد كاسم لشيء مخالف للحدس أو لا يمكن التنبؤ به أو صعب في فهمه. لذلك وضعت خصائص لوصف الأنظمة المعقدة بعيدًا عن المفاهيم غير العلمية. لنتطرق الآن لبعض تلك الخصائص…

«التنبؤ-Predictability»

لا مفاجآت في الأنظمة البسيطة، أسقط حجرًا؛ فسيقع. ضع أموالك في حساب بنكي فائدته ثابتة؛ ستتراكم الأموال بانتظام… فمثل هذه السلوكيات التي يمكن التنبؤ بها هي من خصائص الأنظمة البسيطة، أما الأنظمة المعقدة لا سلوك متوقع فيها ومليئة بالمفاجآت مثل فتح طرق سريعة جديدة؛ سيؤدي إلى زيادة أوقات التنقل واختناقات مرورية…

«الترابط-Connectedness»

تحوي الأنظمة البسيطة عددًا قليلًا من المكونات مع عدد قليل من المتغيرات مع سيطرة على الروابط بين تلك المتغيرات مثل منظمة ما تتميز بالاستقرار الوظيفي أو المقايضة البدائية حيث تداول عدد قليل من السلع وهي أبسط في الفهم من الاقتصاديات المتقدمة للدول الصناعية التي نعدها من الأنظمة المعقدة.

«التحكم المركزي-Centralized control»

يتركز التحكم في الأنظمة البسيطة في موقع واحد أو عدة مواقع قليلة على الأكثر مثل الشركات المملوكة للقطاع الخاص. على العكس تمامًا، تُظهر الأنظمة المعقدة انتشارًا للسلطة الحقيقة وقد يبدو لك أن لها سيطرة مركزية فتشمل الأنظمة اللامركزية للحكومات والجامعات والإنترنت كذلك… فتميل الأنظمة المعقدة إلى التكيف على نحو أسرع مع الأحداث غير المتوقعة وتُعد أكثر مرونة.

«التحلل-Decomposability»

التفاعلات بين النظام البسيط قليلة أو ضعيفة بين مكوناته المختلفة. فيتصرف النظام على نحو أكثر أو أقل كما كان عليه سابقًا عند قطع بعض الاتصالات. من الناحية الأخرى، فالعمليات المعقدة غير قابلة للاختزال أي لا يمكن أن يتحلل النظام إلى أنظمة فرعية دون خسارة، فإهمال جزء من عملية ما أو قطع الاتصال الرابط بين أجزائها؛ سيُدمر الجوانب الأساسية لسلوك النظام أو هيكله.

وترجع آليات توليد المفاجآت إلى السلوكيات التي تظهرها الأنظمة المعقدة مثل:

«المفارقة-Paradox»

تنشأ المفارقات عادة من الافتراضات الخاطئة التي تؤدي إلى تناقضات بين السلوك المرصود والمتوقع وتحدث في مواقف غير منطقية.

«عدم الاستقرار-Instability»

عند حدوث اضطرابات صغيرة في الأنظمة غير المستقرة، تتولد المفاجآت مثل انهيار أسواق الأسهم.

«غير قابلة للحوسبة-Uncomputability»

إن السلوكيات التي تُظهرها نماذج الأنظمة المعقدة هي نتيجة اتباع مجموعة من القواعد. لأن تلك النماذج مجسدة في حواسيب التي بالضرورة تتبع لقواعد محددة. مع أن آلات الحوسبة تتبع قواعد، فلا يوجد سبب للاعتقاد بأن أي عمليات في الطبيعة أو بشرية تستند بالضرورة لقواعد. فإذا كانت هناك عمليات غير قابلة للحوسبة موجودة في الطبيعة مثل حركة الكتل الهوائية في الغلاف الجوي، فإن الظاهرة الحقيقة لأي نظام لن تظهر على الحاسوب أبدًا لأن تلك الكميات غير القابلة للحوسبة موجودة فعلًا خارج عالم الرياضيات.

«الاتصال-Connectivity»

يتميز النظام بالروابط والتفاعلات بين مكوناته وكذلك تأثير تلك الروابط على سلوكه وهذه إحدى الخصائص. فمثلًا العلاقة بين رأس المال والعمل هي التي توجد الاقتصاد، فالنظام المعقد مترابط ومتصل جيدًا ويكمن التعقيد والمفاجأة في الأنظمة المعقدة في تلك الروابط.

«التولد-Emergence»

تشير إلى الخصائص غير المتوقعة في أية أنظمة فرعية فردية التي تنشأ من التفاعلات. مثل الماء، فخصائصه المميزة في شكله في صورة سائل وعدم القابلية للاشتعال وذلك بالطبع يختلف عن خصائص الغازات المكونة له. فيكمن الاختلاف بين التعقيد الناشئ عن «التوليد-Emergence» في طبيعة التفاعلات بين المكونات.

فلا تركز فقط على ما إذا كان هناك نوع من التفاعلات بل أيضًا على طبيعة تلك التفاعلات فمثلًا لا يمكنك التمييز بين (ماء الصنبور العادي) الذي يتضمن تفاعلًا بين جزيئات الهيدروجين والأكسجين و(الماء الثقيل) الذي يتضمن تفاعلًا بين نفس المكونات لكن مع وجود نظير لمادة الهيدروجين يدعى (ديوتريوم) في هذا المزيج؛ فالتولد من شأنه التمييز، إذ تظهر خصائص معينة (المتولدة) عند تفاعل تلك الأنظمة.

فهذه العناصر هي الخصائص التي هي مصدر توليد المفاجآت.

وهكذا نختم حديثنا عن ذلك العلم الواسع الذي تعرفت فيه على نُبْذَة من شأنها أن تساعدك في فهم المقالات القادمة في الحوسبة الكمية، إذ سنتحدث عن نظرية التعقيد الحسابي؛ فتابعنا.

المصادر

uwaterloo

cssociety

britannica

هل تخيلت يومًا عزيزي القارئ أن تصبح الملابس من البلاستيك وأن تصير دون حاجة إلى الكيّ! وصولًا إلى وقود السيارات من الذرة، ورقائق الكمبيوتر من ريش الدجاج ومثلجات من النفايات! حتمًا تعتقد أنني أهلوس أو أن هذا الكلام ضربٌ من الجنون. ولكن قبل أن أجيبك عن تساؤلاتك دعني أخذك في رحلة قصيرة إلى المستقبل الأخضر فتابع معي.

ما هي الكيمياء الخضراء؟

يعرف مصطلح «الكيمياء الخضراء-Green chemistry» بالكيمياء المُستدامة وهو فرع مستحدث جديد من فروع علم الكيمياء. ونظرًا للملوثات الخطيرة التي تجتاح العالم الآن؛ تم تداول مصطلح الكيمياء الخضراء في الوسط العلمي وخاصة الأوساط التي لها علاقة بالبيئة والتلوث. [١]

تاريخ ونشأة الكيمياء الخضراء

بدأت ممارسة الكيمياء الخضراء في الولايات المتحدة الأمريكية عام 1990، بعد توقيع قانون منع التلوث. والذي يهدف إلى حماية البيئة عن طريق تخفيض الانبعاثات الضارة من المصدر نفسه. وقد نُوقشت أول درجة دكتوراة في الكيمياء الخضراء في عام 1997، وأنشئ أول معهد يهتم بهذا المجال وهو معهد “GCI”. [١]

تعريف الكيمياء الخضراء حسب «Anstas -Warner»

يُعرف العالمان «أنستاس-Anstas وارنر-Warner» الكيمياء الخضراء على أنها الاستفادة من مجموعة من المواد التي تستبدل أو تلغي استخدام وتوليد المواد الخطرة في تصميم وتصنيع المنتجات الكيميائية. [١]

تطبيقات الكيمياء الخضراء

استطاع فريق من الباحثين عزل الچين المسؤول عن إنتاج إنزيم يحث النبات على حفظ وتخزين بعض المركبات التي تستخدم كمواد أولية لإنتاج البلاستيك. وذلك من نبات«الأرابيدوبسس-Arabidopsis» الذي يعتبره العلماء “فأر التجارب النباتي”. [٢]

وبنقل هذا الچين إلى بعض المحاصيل ستتمكن النباتات من إنتاج وتخزين تلك المركبات دون التأثير على صحة النبات. حيث تم نقل چين البلاستيك إلى نبات القطن مما سيساعد على تصميم ملابس قطنية لا تحتاج إلى المكواه! [٢]

كما استحدثت أول شجرة مطاط تفرز بروتينات بشرية لأغراض علاجية؛ تعمل كمغذي ويُعطى للمرضى في العناية المركزة. فتعمل هذه الأشجار كمفاعل حيوي رخيص الثمن ومتجدد ينتج العديد من الكيماويات الصناعية، وهناك أيضًا العديد من الخطط لتعديل أشجار المطاط لإنتاج بروتينات تستخدم في صناعة الشامبو ومعجون الأسنان والمنظفات. [٢]

وداعًا للمكيفات! تقنية النوافذ المُبتلة؟ نظام النوافذ الذكية المبتلة تكنولوجيا حديثة تهدف إلى خفض نفقات التدفئة وتقليل الملوثات. ويعتمد النظام على استخدام زوج من النوافذ الزجاجية والتي تملأ بالماء بدلًا من الهواء. وهذا الماء يحتوى على مادة كيميائية تمتص الأشعة تحت الحمراء المتواجدة في ضوء الشمس، وتقوم بمنعها من الوصول إلى داخل المنزل. ويتصل الماء بمضخات من خلال بعض التجاويف ويمر من خلال مبدل حراري يتحكم في الحرارة لاستخدامها في وقت لاحق. وفي فصل الشتاء عندما يكون الداخل أكثر دفئًا من الخارج يقوم النظام بامتصاص الحرارة واستخدامها لتدفئة المكان بالداخل. [٢]

ريش الدجاج سيصبح ذات يوم المتحكم في عالم الإلكترونيات!

لتصنيع رقائق الكمبيوتر، نحتاج إلى العديد من المواد الكيميائية وكميات كبيرة من الماء والطاقة. وفي دراسة أجريت في عام 2003، كان التقدير الصناعي للمواد الكيميائية والوقود الأحفوري اللازمة لصنع شريحة كمبيوتر بنسبة 630:1. وهذا يعني أن وزن الرقاقة من مواد المصدر يستغرق 630 مرة فقط لتصنيع شريحة واحدة! [٣]

ولكن وجد «ريتشارد وول-Richard Wall»المدير السابق لبرنامج المركبات ذات الأسعار المعقولة من المصادر المتجددة “ACRES”، طريقة لاستخدام ريش الدجاج في صنع رقائق الكمبيوتر! حيث استخدم الكيراتين الموجود في الريش لصنع شكل من الألياف يكون خفيفًا وقويًا بما يكفي لتحمل الضغوط الميكانيكية والحرارية. والنتيجة هي لوحة دوائر مطبوعة تعتمد على الريش وتعمل في الواقع بضعف سرعة لوحات الدوائر التقليدية. [٣]

الذرة وسيلة انتقالك من مكان لآخر!

نظرًا للضرر الذي يحدثه حرق البنزين عند استخدامه كوقود بالإضافة إلى العوادم الثانوية التي تطلقها عملية الحرق؛ اتجهت الأبحاث إلى استخدام كحول الذرة كوقود. حيث أن غاز ثاني أكسيد الكربون المنبعث بإنتاج واحتراق وقود الكحول تلتقطه المحاصيل مرة أخرى. وتستخدمه في عملية التمثيل الغذائي، وبالتالي تحدث زيادة طفيفة في غاز ثاني أكسيد الكربون على عكس النسبة الكبيرة التي يطلقها البنزين. [٣]

مثلجات منعشة في فصل الصيف ولكن من النفايات!

إذ توصل العلماء إلى طريقة لتحويل النفايات البلاستيكية إلى نكهة الفانيليا. باستخدام بكتيريا معدلة وراثيًا، ووفقًا للدراسة الجديدة فإن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تخمير مادة كيميائية قيّمة من نفايات البلاستيك. [٣]

ويمكن استخلاص «الفانيلين- vanillin» وهو المركب الذي يحمل معظم رائحة وطعم الفانيليا، بشكل طبيعي من حبوب الفانيليا أو صناعته. ونحو 85% من الفانيلين مصنوع حاليًا من مواد كيميائية مأخوذة من الوقود الأحفوري، وفقا لتقرير نشرته «صحيفة الغارديان- The Guardian» البريطانية. [٣]

المستقبل الأخضر

وهذه هي الغاية في النهاية مستقبل أخضر بلا تلوث بلا كيمياء سوداء أو حمراء! فسنعلم جميعًا أن الكيمياء الخضراء ناجحة عندما يختفي مصطلح “الكيمياء الخضراء: لأنها ببساطة ستكون الطريقة التي تُؤدى بها العمليات الكيميائية. وعندما نصل إلى هذا الهدف فإن هذا المصطلح سيصبح الكيمياء فقط لا غير.

المصادر:

1- compoundchem
2- acs
3- unido

جائزة نوبل في الكيمياء 2021، وما علاقتها بالتخليق العضوي والمحفزات؟

جميعنا على تماس مباشر بالجزيئات، وقد تكون هذه الجزيئات مصممًة لعلاج المرضى أو لنقل المعلومات وربما لتسميد المحاصيل. يتم تصنيع الجزيئات هذه بخصائص محددة عن طريق التخليق الكيميائي، أي سلسلة من التفاعلات الكيميائية المتتالية.
كلما زاد تحكمنا بهذه الجزيئات زادت فعاليتها مما أدى إلى استدامة عالمنا وتقدمه.
ولجمع جزيئات معقدة حصل عليها الإنسان في المختبر أو تم تجميعها بيولوجيًا من قبل كائنات حية أخرى فهي خضعت لسلسلة من تفاعل مواد أولية بسيطة مع بعضها وقد تكون هذه الخطوات المتسلسلة من التفاعل قد حصلت على تحفيز.

المحفزات وارتباطها بالكيمياء:

من الطبيعي أن تكون المحفزات أساسيًة في عالم الكيمياء فهي تزيد من سرعة ومعدل التفاعل ولا يتم استهلاكها. بمعنى أنه إذا تم إضافة فضة إلى دورق يحتوي بيروكسيد الهيدروجين H2O2 سينهار بيروكسيد الهيدروجين متحولًا إلى ماء H2O وأوكسجين O2.
لكن الأمر الغريب هو أن الفضة يبقى كما هو ولا يتأثر بالتفاعل على الإطلاق.
أول من أدخل مفهوم التحفيز إلى الوسط العلمي هو العالم السويد بارازيليوس عام 1835.
أصبح استخدام المحفزات في الوسط العلمي والصناعي أمرًا روتينيًا، فالتحفيز مشاركٌ في كثيرٍ من عمليات تحويلٍ كيميائي للمواد الصناعية إلى مواد ذات قيمة كالمستحضرات الصيدلانية والكيماويات الزراعية.
في وقتنا الحاضر تم تطوير عدد كبير من المحفزات العضوية المختلفة. تم تصنيف هذه المحفزات حسب دورها الميكانيكي مع تسليط الضوء على وظيفة المحفزات في إزالة أو منح إلكترونات أو بروتونات من وإلى الركيزة.
وهناك ما يدعى بالتصنيف البديل وهو للتمييز بين التحفيز التساهمي الذي يشكل رابطة تساهمية إلى الركيزة والتحفيز الغير تساهمي الذي يعتمد التحفيز على التفاعلات اللاتساهمية مثل تشكيل رابطة هيدروجينية.

المحفزات العضوية

وقبل قنبلة ديفيد ماكميلان وبينيامين ليست التي فجراها لم يتم تغطية التفاعلات التي تحفزها الجزيئات العضوية غير الكيرالية إلا إذا كانت ضرورية للفهم العام في مجال معين.
قد أضاف ماكميلان وليست نوعًا ثالثًا جديدًا من المحفزات وهي المحفزات العضوية غير المتماثلة.
ظهرت عدة أمثلة استخدم فيها المحفزات العضوية وسجل أول استخدام عام 1912 من قبل العالمين فريدج وفيسك. أظهرا أن إضافة سيانيد الهيدروجين HCN إلى البنزالديهايد لتشكيل السيانوهيدرايد يتم تحفيزه بواسطة القاعدتين الكيرالية الكينين والكينيدين. إن السيانوهيدرايد الذي يتم الحصول عليهمن المحفز الأول هو المتماثل الصوري مقارنًة بالمركب الذي سيتم الحصول عليه عند استخدام المحفز الثاني.

رحلة ماكميلان وليست من عام 2000 إلى عام حصولهما على نوبل

عام 2000 قام بينيامين ليست بملاحظة الألدول المحفز بين جزيئات L-Prolin (تحفيز إينامين).
أظهر ليست أن الحمض الأميني الطبيعي L-Prolin يحفز تفاعل الألدول بين الجزيئات. هو تفاعل رابطة كربون-كربون بين الأسيتون وسلسلة من الألدهيدات العطرية. اقترح ليست أن التفاعل يجري عبر إينامين وسيطة، مما يؤدي إلى رفع المدار الجزيئي الأعلى احتلالا وزيادة المحبة للنواة مقارنة مع إيثر الإينول المقابل، وأن وظيفة حمض الكربوكسيل في المحفز تساعد على استقرار الحالة الانتقالية زيمرمان -تراكسلر الخالية من المعادن من خلال الرابطة الهيدروجينية. وهكذا يرتبط المحفز تساهميا بالركيزة ويتحكم في المسار الكيميائي الفراغي لتفاعل الألدول بين الجزيئات. وقد صقلت الدراسات الحسابية اللاحقة للتفاعل هذه الصورة وتسليط الضوء على دور بروتون الحمض الكربوكسيلي كحفاز حمض داخل جزيئي الذي يوفر استقرار الشحنة لتشكيل أنيون الألكسيد. واقترح الباحثون أيضا أن وظيفة المحفز البرولاين كميكروألدولاز ‘، أي كمحاكاة الإنزيمات، وأن تفاعلات عضوية أخرى قد تكون عرضة لتحفيز مماثل لمادة الإينامين بوساطة البرولين.
وفي وقت لاحق من نفس العام لاحظ ماكميلان تفاعل ديلز ألدر بين الألدهيدات غير المشبعة والسيكلونبتدادين المحفز (تحفيز أيونات إمنيوم). في تسعينات القرن العشرين، قامت مجموعة ليرنر وبارباس الثاني بتوليد الأجسام المضادة التي تحفز تفاعل الألدول داخل الجزيئي. تم توليد الأجسام المضادة المحفزة بحيث تحاكي إنزيمات ألدولاز من الفئة الأولى. تستخدم هذه الإنزيمات والأجسام المضادة المحفزة جزء الأمين من بقايا الليسين في الموقع النشط للبروتين لتشكيل إينامين مع الركيزة، والتي تضاف بعد ذلك إلى الألدهيد لإكمال تفاعل الألدول. على وجه الخصوص، أظهر الجسم المضاد التحفيزي 38C2 نطاقاً ركيزاً واسعاً ونواتج مقدمة في الجسم العالي كما تم تطبيق هذا الجسم المضاد ببراعة في خطوة أساسية في تخليق العديد من البريفيكومينات، وهي الفرمونات للعديد من خنافس اللحاء.

تحفيز أيونات الإمينيوم

في عام 2000، أظهر ماكميلان أن الإميدازوليدينون الكيرالي يمكن أن يحفز تفاعل ديلز-ألدر بين الألدهيدات غير المشبعة ويتكثف، الذي يتم إعداده في ثلاث خطوات من استر الميثيل للحمض الأميني الطبيعي L-phenylalanine، مع الألدهيد غير المشبع لتشكيل أيون الأمينيوم المقابل، حيث يتم خفض طاقة أقل مدار جزيئي غير مشبع (LUMO) مقارنة مع الألدهيد. ويؤدي هذا الانخفاض في الطاقة إلى زيادة التفاعل تجاه الديين، ومعدل تفاعل أعلى من تفاعل ديلز-ألدر الناتج مقارنة بالتفاعل غير المحفز. ويمكن تحقيق تنشيط مماثل لخفض أدنى مدار جزيئي غير مشغول باستخدام أحماض لويس المعدنية، وهي تقنية تمت دراستها بشكل كبير. في الحالة التي قدمها ماكميلان، يتم إرفاق المحفز تساهميًا بالركيزة، مما يوفر إمكانيات جيدة لنقل المعلومات الكيرالية من العضوي المحفز إلى المنتج، وناقش الباحثون نموذجًا لترشيده الاستدلال النمطي الملاحظ. من أجل السماح بالتحفيز الفعال، أيون الألومنيوم للقناة الحلقي يجب أن تكون مرنة حركياً بما فيه الكفاية للسماح بتحللها في ظل ظروف التفاعل وتجديد المحفز. الرؤية الرئيسية في عمل ماكميلان هي مفهوم أن خفض طاقة أدنى مدار جزيئي مشغول من خلال وسيط الأمونيوم المتولد تحفيزيًا يوفر منصة عامة يمكن من خلالها تصميم وتطوير تفاعلات غير متماثلة أخرى.

أهمية الاكتشاف أدت على حصولهما على نوبل

أهم أوجه التقدم في التخليق العضوي هي تلك التي توضح مبادئ جديدة لتحفيز التفاعل والتحكم في مسارات التفاعل؛ تطوير مفهوم التحليل العضوي ومبادئ التصميم الأساسية لتطوير مثل هذا التحفيز هو بوضوح تقدم كبير في هذا المجال. الفرص الجديدة لإجراء التفاعلات الكيميائية، مثل التحلل العضوي، وتوسيع مجموعة الأدوات المتاحة للكيميائيين والسماح لتصميم مسارات جديدة للتفاعل للجزيئات العضوية. وتسفر مثل هذه التحسينات والاكتشافات عن مسارات رد فعل أكثر كفاءة، والتي سيكون لها، نتيجة لذلك، تأثير أقل على البيئة. استخدام الجزيئات العضوية الصغيرة كمحفزات للتفاعلات العضوية لم يسبق له مثيل في الكيمياء العضوية. غير أن العمل الذي قام به لِست وماكميلان أسفر عن نقطة تحول؛ هناك ما هو واضح قبل وبعد. عملهم وضع تصورات لمجال التحلل العضوي، مع التركيز على التحفيز غير المتماثل، وأشار إلى مبادئ لتصميم تفاعلات التحلل العضوي الجديدة على أساس المفاهيم الحديثة مثل خفض LUMO (أدنى مدار جزيئي غير مشغول) وتربية HOMO (أعلى مدار جزيئي مشغول).

ازدهار الوسط العلمي والصناعي ما بعد هذا الاكتشاف

تم وصف عدد كبير من ردود الفعل الجديدة، والمحفزات والتطبيقات في الأدب -وقد أشير إلى هذه الفترة باسم “حمى الذهب العضوية” اليوم، فإن المنطقة راسخة في الكيمياء العضوية وتفرعت إلى العديد من التطبيقات الجديدة والمثيرة. كما تم التعرف على التحلل العضوي الآن على أنه الدعامة الثالثة للتحفيز غير المتماثل، جنبا إلى جنب مع التحلل الحيوي والتحفيز المعدني الانتقالي. منذ أوراق لِست وماكميلان في عام 2000، تبعت تطورات مثيرة في مجال التحليل العضوي، وتم تطوير محفزات وتفاعلات جديدة لجميع فئات المحفزات العضوية (حمض لويس أو القاعدة، حمض برونستد أو القاعدة). ويركز هذا الموجز على أوجه التقدم المتعلقة بتحفيز الإينامين (قاعدة لويس) وإيونات الأمينيوم (حمض لويس)؛ وقد واصل كل من ليست وماكميلان أنشطتهما في الميدان، حيث طوروا عدة تفاعلات عضوية محفزة جديدة باستخدام L-proline وchiral imidazolidinones كمحفزات، على التوالي. إلى جانب تفاعل الألدول داخل الجزيئي.

حفاز يورغنسن -هاياشي:

في عام 2005، هجر يورغنسن وزملاؤه عملية أسولفينيل الألدهيدات باستخدام إثير سيليل دياريل كحفاز، وفي وقت لاحق من نفس العام، أظهرت هاياشي أن هذا النوع من الحفاز مؤهل أيضاً لإضافة البروبانال إلى النتروستيرين؛ كلا التفاعلين يعملان بواسطة آلية الإينامين. وبعد ذلك بوقت قصير تبين أيضاً أن المادة الحفازة لها القدرة على أكسدة الألدهيدات غير المشبعة، مثل سينامالديهايد (cinnamaldehyde)، إلى الأبوكسيد. هذه التفاعلات تسلط الضوء على بعض الجوانب المهمة من هذه الكيمياء، وهي تثبت أن إثير دياريل برولينول السيليل مؤهل لتعزيز التفاعلات التي تنطوي على كل من مكافئ تحفيز الإينامين وتحفيز أيون الأمينيوم، أثبتت إيثرات السيليل أنها محفز قوي لهذه الكيمياء مع نطاق واسع من التطبيقات، وذلك بسبب زيادة إعاقة الستيريك وارتفاع انتقائية الستيريوم مقارنة مع محفزات لبرولين وإيميدازوليدينون.

دمج التحليل العضوي مع تحفيز الأكسدة الضوئية

إن إمكانية تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية لها أهمية كبيرة لتطوير مجتمع مستدام. ينبع إلهام هذا البحث من التمثيل الضوئي، حيث تستخدم النباتات الطاقة الشمسية لتحويل المواد الخام البسيطة إلى طاقة كيميائية في شكل كربوهيدرات. إحدى الطرق الممكنة لتقليد هذه الكيمياء هي استخدام محفزات المعادن الانتقالية (محفزات الأكسدة الضوئية) الذي يمكن بعد ذلك تنشيط الجزيئات العضوية المستقرة عن طريق الأكسدة أو الاختزال أحادي الإلكترون. وهذا يوفر وسيطات الغلاف المفتوح التي لا يمكن الوصول إليها بسهولة ويفتح إمكانية تحفيز مسارات تفاعل الإلكترون الثنائي الصعبة بخلاف ذلك باستخدام خطوتين لنقل الإلكترون الواحد بواسطة محلل الصور. وفي عام 2008، قام نيكويتز وماكميلان بدمج هذه الكيمياء مع التحليل العضوي، مما أدى إلى الألكيل الفعال للألدهيدات. دور المحفز الضوئي P في هذا التفاعل هو اختزال هاليد الألكيل إلى جزيء ألكيل وأيون هاليد. ثم يضيف جزيء الألكيل إلى إينامين، مكونًا رابطة كربون-كربون وجزيء ألكيل جديد. ثم يتأكسد هذا النوع بواسطة المحفز الضوئي لينتج أيون إمونيوم، والذي يتحلل إلى المنتج ويعيد الكاتياليست العضوي، واحد مع الكاساليست العضوي والآخر مع محفز الأكسدة الضوئية، مع نقطتي اتصال. أثارت تحقيقات نيكويتز وماكميلان، اهتمامًا كبيرًا في مجتمع الكيمياء، وتم استثمار الكثير من الجهد في تطوير تفاعلات محفزة بالأكسدة الضوئية. “إن قوة هذه الكيمياء هي أنه باستخدام ظروف رد فعل مستدامة، فإنها تسمح بالوصول إلى المواد الوسيطة التي لا يمكن الوصول إليها عن طريق التنشيط الحراري التقليدي. وقد تم تطوير كيمياء جديدة، وتم الآن تطبيق تحفيز الأكسدة الضوئية في معظم مجالات الكيمياء العضوية، في الأوساط الأكاديمية والصناعية على حد سواء.

تطبيقات تخليق الجزيئات العضوية المعقدة

الهدف من التخليق العضوي هو إنتاج الجزيئات العضوية، سواء كانت للمنتجات الدوائية أو الزراعية أو الطبيعية أو غيرها من التطبيقات. وقد وجد التحليل العضوي تطبيق واسع النطاق في هذا المجال. غالباً ما تكون كفاءة التسلسلات الاصطناعية طويلة متعددة الخطوات مشكلة وعادةً ما توفر المركب المطلوب بكميات دقيقة فقط. إحدى الاستراتيجيات لتخفيف هذا العيب المتأصل مستلهمة من التخليق الحيوي للجزيئات العضوية، حيث يتم استخدام سلاسل من إنزيمات تحول المواد الأولية البسيطة إلى جزيئات معقدة في عملية منظمة للغاية. في التخليق العضوي، يتم تقليد ذلك باستخدام تفاعلات متتالية حيث يكون ناتج خطوة التفاعل الأولى هو المادة البادئة للخطوة التالية، وبالتالي تجنب عمليات التنقية غير الضرورية بين كل خطوة من خطوات التفاعل. ومن الأمثلة الأنيقة على هذه الكيمياء التركيب الكامل لفيتامين أ -توكوفيرول (فيتامين هـ)، وهو مضاد أكسدة قوي، في هذا التفاعل التعاقبي، الذي يتكون من تفاعل ألدول متبوعا بتفاعل أوكا -مايكل، يتم تركيب رابطتين جديدتين ومركز مجسم جديد في عملية واحدة، وبالتالي تشكيل جزء بيران من a-tocopherol.

التخليق العضوي وأهميته في الصيدلة

التخليق العضوي له دور هام في البحوث الصيدلانية قبل السريرية، حيث هناك طلب كبير على جزيئات عضوية جديدة ليتم اختبارها في عدة أمرض مختلفة. والهدف من هذا النشاط هو تطوير أدوية جديدة لعلاج الأمراض، وليس من المستغرب أن يتم تطبيق أساليب التحفيز العضوي في هذا المجال. ومن الأمثلة على ذلك علاج فرط ضغط الدم (ارتفاع ضغط الدم). الرينين، وهو بروتيني يفرزه الكليتان، يحلل البروتين الأنجيوتنسين في مجرى الدم إلى الببتيد الأنجيوتنسين I. يؤدي المزيد من التحلل المائي للأنجيوتنسين الأول إلى تشكيل الأنجيوتنسين الثاني، وهو ببتيد نشط في الأوعية تشارك في ارتفاع ضغط الدم. أحد الاحتمالات لعلاج ارتفاع ضغط الدم هو تثبيط الرينين ومنع تكوين أنجيوتنسين. ولقد أثبت الباحثون في شركة نوفارتيز أن هذا أمر ممكن حقا. إن التطورات في التخليق العضوي التي توضح مبادئ جديدة لتحفيز التفاعل والتحكم في مسارات رد الفعل أمر مركزي للتقدم في الانضباط. وقد أسهم الفائزون هذا العام إسهاما رائدا في هذا المجال. من روايتهم النظرية.وقد اجتذب عام 2000 اهتماما كبيرا من أوساط الباحثين ويمثل بداية للبحوث الحديثة في التحليل العضوي، مما أثار تطورا لا يزال مستمرا. مجال البحث واسع لا يشمل فقط تحفيز إينامين وأيونات الأمينيوم، واليوم نضج التحليل العضوي إلى أداة تستخدم بشكل روتيني في التخطيط والتنفيذ التخليقي، سواء في الصناعة والأوساط الأكاديمية.

المصدر

[1] Nobel Prize

فائزان بنوبل الكيمياء 2021 ، من هما؟ وماذا قدما للبشرية؟

قررت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم منح جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2021 مناصفة إلى الألماني بنيامين ليست Benjamin list والاسكوتلاندي ديفيد ماكميلان David MacMillan “لتطوير التحفيز العضوي غير المتماثل.” فماذا قدم الفائزان بنوبل الكيمياء 2021 للبشرية؟

بناء الجزيئات فن صعب. حصل Benjamin List و David MacMillan على جائزة نوبل في الكيمياء 2021 لتطويرهما أداة جديدة دقيقة للبناء الجزيئي وهي التحفيز العضوي. كان لهذا أثر كبير على الأبحاث الصيدلانية، إذ جعل الكيمياء أكثر أمنًا للبيئة.

نبذة عن دور العالمين في جائزة نوبل الكيمياء 2021

تعتمد العديد من مجالات البحث والصناعات على قدرة الكيميائيين على بناء جزيئات قادرة على تكوين مواد مرنة ومتينة، أو تخزين الطاقة في البطاريات أو منع تطور الأمراض أو جزيئات تساهم في صناعة أحذية جري خفيفة الوزن.

يتطلب هذا العمل “محفزات”، والمحفزات هي مواد تتحكم في التفاعلات الكيميائية وتسرعها، دون أن تصبح جزءًا من المنتج النهائي للتفاعل. على سبيل المثال، تقوم المحفزات في السيارات بتحويل المواد السامة في أبخرة العادم إلى جزيئات غير ضارة.

تحتوي أجسامنا أيضًا على آلاف المحفزات على شكل إنزيمات، والتي تُشكّل الجزيئات الضرورية للحياة. بالتالي، فإن المحفزات هي أدوات أساسية للكيميائيين، لكن اعتقد الباحثون منذ فترة طويلة بوجود نوعان فقط من المحفزات المتاحة وهي المعادن والإنزيمات. حصل Benjamin List و David MacMillan على جائزة نوبل في الكيمياء 2021 لقيامهما في عام 2000 م، بشكل مستقل عن بعضهما البعض، بتطوير نوعًا ثالثًا من الحفز وهو “الحفز العضوي غير المتماثل” ويبني على جزيئات عضوية صغيرة.

يرجع التوسع السريع في استخدام المحفزات العضوية بشكل أساسي إلى قدرتها على تنشيط الحفز غير المتماثل. عندما يتم بناء الجزيئات، غالبًا ما يتشكل جزيئين مختلفين، فهي – تمامًا مثل أيدينا – صورة مرآة لبعضهما البعض. غالبًا ما يرغب الكيميائيون في إحدى الصورتين فقط من صورتي المرآة، خاصة عند إنتاج المستحضرات الصيدلانية.

تطور الحفز العضوي بسرعة مذهلة منذ عام 2000 م. ظل بنجامين ليست وديفيد ماكميلان رائدين في هذا المجال، وأظهروا أنه يمكن استخدام المحفزات العضوية لتحريك العديد من التفاعلات الكيميائية. باستخدام هذه التفاعلات، يمكن للباحثين الآن بناء أي شيء بكفاءة أكبر من أدوية جديدة إلى جزيئات قادرة على التقاط الضوء في الخلايا الشمسية. وبهذه الطريقة، حققت المحفزات العضوية فائدة هائلة للبشرية.

إلهام الطبيعة

إذا قارنّا قدرة الطبيعة على بناء إبداعات كيميائية مع قدراتنا الخاصة سنكتشف أننا علقنا لفترة طويلة في العصر الحجري. أنتج التطور عبر ملايين السنين أدوات دقيقة مذهلة، هي الإنزيمات. تلك الإنزيمات قادرة على المساهمة في بناء المركبات الجزيئية التي تعطي الحياة أشكالها وألوانها ووظائفها. عندما بدأ اليميائيون في ربط هذه التُحف الكيميائية، نظروا إليها بإعجاب وذهول! كانت المطارق والأزاميل في صناديق أدواتهم للبناء الجزيئي بدائية وغير دقيقة. لذلك، غالبًا ما انتهت محاولاتهم في نسخ منتجات الطبيعة إلى الكثير من المنتجات الثانوية غير المرغوب فيها.

أدى الاكتشاف الذي حصل على جائزة نوبل في الكيمياء 2021 إلى الارتقاء بالبناء الجزيئي إلى مستوى جديد تمامًا. فهو لم يجعل الكيمياء أكثر أمنًا للبيئة فحسب، بل سهّل أيضًا إنتاج جزيئات غير متماثلة عبر “التحفيز العضوي غير المتماثل”. ذلك المفهوم الذي طوره بنيامين ليست وديفيد ماكميلان بسيط بقدر ما هو رائع. الحقيقة هي أن الكثير من الناس تساءلوا لماذا لم نفكر في الأمر من قبل؟ ليس من السهل الإجابة عن هذا السؤال، ولكن قبل أن نحاول، نحتاج إلى إلقاء نظرة سريعة على التاريخ.

ما هو التحفيز؟ وما هو المحفّز؟

بادئ ذي بدء، دعونا نتعرف على مصطلحي التحفيز والمحفز، ونمهد الطريق لفهم جائزة نوبل في الكيمياء 2021. عندما بدأ الكيميائيون في استكشاف الطرق التي تتفاعل بها المواد الكيميائية المختلفة مع بعضهم البعض، قاموا ببعض الاكتشافات الغريبة! على سبيل المثال، وضع الكيميائيون الفضة في دورق به بيروكسيد الهيدروجين (H2O2)، فإذا ببيروكسيد الهيدروجين ينهار فجأة ويتحول إلى الماء (H2O) والأكسجين (O2). لكن الفضة – التي بدأنا بها العملية – لا يبدو أنها تتأثر بالتفاعل على الإطلاق!

في عام 1835 م، بدأ الكيميائي السويدي الشهير جاكوب برزيليوس في رؤية تلك الأنماط. في التقرير السنوي للأكاديمية الملكية السويدية للعلوم الذي يصف أحدث تقدم في الفيزياء والكيمياء ، نص على اكتشاف “قوة” جديدة يمكنها “توليد نشاط كيميائي”! وسرد التقرير العديد من الأمثلة التي أدى فيها وجود مادة ما إلى بدء تفاعل كيميائي معيّن، موضحًا كيف بدت هذه الظاهرة أكثر شيوعًا مما كان يُعتقد سابقًا. كان يعتقد أن المادة لها قوة محفزة وأطلق على الظاهرة نفسها محفزًا.

المحفزات تسرع التفاعلات الكيميائية في القرن التاسع عشر

شرعت المحفزات في إنتاج البلاستيك والعطور والأطعمة ذات النكهات حيثث مرت كميات كبيرة من المواد عبر ماصات الكيميائيين منذ زمن برزيليوس. لقد اكتشفوا عددًا كبيرًا من المحفزات القادرة على تكسير الجزيئات أو ضمها معًا. بفضل هذه المحفزات، تمكننا كبشر من استخراج آلاف المواد المختلفة التي نستخدمها في حياتنا اليومية، مثل الأدوية والبلاستيك والعطور والنكهات الغذائية.

هل نجحت المعادن كمحفزات؟

تشير التقديرات إلى أن 35 % من إجمالي الناتج المحلي العالمي يتضمن بطريقة ما الحفز الكيميائي. من حيث المبدأ، تنتمي جميع المحفزات المكتشفة قبل عام 2000 إلى إحدى مجموعتين: إما معادن أو إنزيمات.

غالبًا ما تكون المعادن محفزات ممتازة لأنها تتمتع بقدرة خاصة على استيعاب الإلكترونات مؤقتًا أو تزويدها بجزيئات أخرى أثناء عملية كيميائية. يساعد هذا في فك الروابط بين الذرات في الجزيء، لذلك يمكن كسر الروابط القوية، ثم تشكيل روابط جديدة. ومع ذلك، هناك مشكلة واحدة في بعض المحفزات المعدنية وهي أنها حساسة جدًا للأكسجين والماء. لذلك، يحتاج الكيميائيون إلى بيئة خالية من الأكسجين والرطوبة للعمل بالمعادن. ويصعب تحقيق ذلك في الصناعات الكبيرة بالطبع. كما أن العديد من المحفزات المعدنية عبارة عن معادن ثقيلة قد تسبب ضررًا بالبيئة.

ماذا عن المحفزات العضوية؟ هل تنجح؟

على الجانب الآخر، تعمل المحفزات الحيوية بدقة مذهلة. تتكون المحفزات العضوية تلك من البروتينات ويطلق عليها “الإنزيمات”. تحتوي جميع الكائنات الحية على آلاف الإنزيمات المختلفة التي تحرك التفاعلات الكيميائية الضرورية للحياة داخل أجسادها. العديد من الإنزيمات متخصصة في التحفيز غير المتماثل، ويشكلون دائمًا صورة مرآة واحدة من الصورتين الممكنتين للمركّب. كما تعمل تلك المحفزات العضوية جنبًا إلى جنب في تناغم رائع. فعندما ينتهي إنزيم من التفاعل، يتولى إنزيم آخر المهمة. وبهذه الطريقة، يمكن للمحفزات العضوية بناء جزيئات معقدة بدقة مذهلة، مثل الكوليسترول أو الكلوروفيل أو سم الإستركنين، وهو أحد أكثر الجزيئات تعقيدًا التي نعرفها.

نظرًا لأن الإنزيمات عبارة عن محفزات فعّالة، فقد حاول الباحثون في التسعينيات تطوير متغيرات إنزيمية جديدة لدفع التفاعلات الكيميائية التي تحتاجها البشرية. إحدى المجموعات البحثية التي تعمل على هذا كان مقرها في معهد سكريبس Scripps للأبحاث في جنوب كاليفورنيا وكان بقيادة الراحل كارلوس بارباس الثالث. كان بنيامين ليست في منصب ما بعد الدكتوراه في مجموعة بارباس البحثية. ولدت عند بينيامين ليست حينها تلك الفكرة الرائعة التي أدت إلى الاكتشاف الذي حاز به فائزان بنوبل الكيمياء 2021.

فائزان بنوبل الكيمياء 2021

تفكير بنيامين ليست خارج الصندوق!

عمل Benjamin List على الأجسام المضادة التحفيزية. ترتبط تلك الأجسام المضادة بالفيروسات أو البكتيريا الغريبة في أجسامنا. عمل الباحثون في Scripps على إعادة تصميم تلك الأجسام حتى يتمكنون من إحداث تفاعلات كيميائية بدلاً الارتباط بالأجسام الغريبة. أثناء عمل بينيامين مع الأجسام المضادة المحفزة، بدأ في التفكير في كيفية عمل الإنزيمات بالفعل. عادة ما تكون جزيئات ضخمة مبنية من مئات الأحماض الأمينية. بالإضافة إلى هذه الأحماض الأمينية، تحتوي نسبة كبيرة من الإنزيمات أيضًا على معادن تساعد في دفع العمليات الكيميائية. لكن – وهذه هي النقطة – تشارك العديد من الإنزيمات في تفاعلات كيميائية تحفيزية دون مساعدة المعادن! إذ تتم التفاعلات عبر حمض أميني واحد أو عدد قليل من الأحماض الأمينية الفردية في الإنزيمات.

كان سؤال بنيامين العبقري هو هل يجب أن تكون الأحماض الأمينية جزءًا من الإنزيم لتحفيز تفاعل كيميائي ما؟ أو هل يمكن لحمض أميني واحد، أو جزيئات بسيطة أخرى مماثلة، القيام بنفس الوظيفة؟

كان يعلم أن هناك بحثًا من أوائل السبعينيات استخدم حمض أميني يسمى البرولين كمحفز – لكن حدث ذلك قبل أكثر من 25 عامًا من سؤاله. لكن إذا كان البرولين حافزًا فعالًا، فربما استمر شخص ما في العمل عليه؟ اعتقد بنجامين ليست أن السبب وراء عدم استمرار أي شخص في دراسة الظاهرة هو أنها لم تعمل بشكل جيد. دون أي توقعات حقيقية، اختبر بينيامين ما إذا كان البرولين يمكن أن يحفز تفاعل “ألدول-Aldol”، حيث ترتبط ذرات كربون جزيئين مختلفين معًا. لقد كانت محاولة بسيطة، بشكل مثير للدهشة، وقد نجحت على الفور!

رهان بنيامين ليست!

لم يكتشف Benjamin List أن البرولين عامل حفاز فعال فحسب كسابقه، بل أظهر أيضًا أن هذا الحمض الأميني يمكن أن يؤدي إلى تحفيز غير متماثل. من بين صورتي المرآة المحتملتين، كانت تتشكل إحداهما أكثر من الأخرى! وعلى عكس أولئك الذين اختبروا البرولين سابقًا كمحفز، أدرك بنيامين الإمكانات الهائلة التي يمكن أن تمتلكها تجربته. بالمقارنة مع كل من المعادن والإنزيمات، يعتبر البرولين أداة مثالية للكيميائيين. فالبرولين جزيء بسيط للغاية ورخيص وصديق للبيئة. عندما نشر بحثه في فبراير 2000 م، وصف بينيامين التحفيز غير المتماثل مع الجزيئات العضوية كمفهوم جديد لديه العديد من الفرص المستقبلية. ولم يكن وحده في هذا الرأي. ففي مختبر بعيد في شمال كاليفورنيا، كان ديفيد ماكميلان يعمل أيضًا لتحقيق نفس الهدف!

انتباه ديفيد ماكميلان للمحفزات العضوية

قبل عامين، انتقل ديفيد ماكميلان من جامعة هارفارد إلى جامعة كاليفورنيا في بيركلي. عمل ديفيد في جامعة هارفارد على تحسين التحفيز غير المتماثل باستخدام المعادن. كان مجالًا جاذبًا للكثير من الباحثين، لكن ديفيد ماكميلان لاحظ كيف أن المحفزات التي تم تطويرها نادرًا ما تستخدم في الصناعة. بدأ ديفيد يفكر في السبب، وافترض أن المعادن الحساسة كانت بكل بساطة صعبة للغاية ومكلفة للاستخدام.

كما بينيامين، عرف ديفيد أن تحقيق الظروف الخالية من الأكسجين والرطوبة التي تتطلبها بعض المحفزات المعدنية أمر بسيط في المختبر، ومعقد في الصناعة. فاستنتج أن تلك الأدوات الكيميائية التي يطورها تحتاج إلى إعادة تفكير كي تكون مفيدة صناعيًا. لذلك، عندما انتقل إلى بيركلي، ترك المعادن خلف ظهره. وبدأ في التفكير في تطوير شكل أبسط من المحفزات بدلاً من المعادن. بدأ David MacMillan في تصميم جزيئات عضوية بسيطة – تمامًا مثل المعادن – قادرة على توفير الإلكترونات أو استيعابها مؤقتًا. والجزيئات العضوية هي الجزيئات التي تبني كل الكائنات الحية. ولدى تلك الجزيئات هيكل ثابت من ذرات الكربون. ترتبط المجموعات الكيميائية النشطة بهيكل الكربون، وغالبًا ما يحتوي على الأكسجين أو النيتروجين أو الكبريت أو الفوسفور.

أيون الإيمينيوم

تتكون الجزيئات العضوية من عناصر بسيطة ومشتركة، ولكن يعتمد اختلافها على كيفية تجميعها معًا. يترتب على ذلك الاختلاف الكثير من الخصائص المعقدة. وفق معرففة ديفيد ماكميلان بالكيمياء، أدرك أنه لكي يحفز الجزيء العضوي التفاعل الذي يرغب فيه، يجب أن يصبح قادرًا على تكوين “أيون إيمينيوم-iminium ion”. يحتوي أيون الإيمينيوم على ذرة نيتروجين، وذرة النيتروجين محبة للإلكترونات. اختار ديفيد العديد من الجزيئات العضوية ذات الخصائص الصحيحة، ثم اختبر قدرتها على تحفيز تفاعل “Diels-Alder”. يستخدم الكيميائيون تفاعل “Diels-Alder” لبناء حلقات من ذرات الكربون.

وكما كان يأمل ديفيد ويعتقد، عمل التفاعل بشكل رائع. عملت بعض الجزيئات العضوية بشكل ممتاز أيضًا في التحفيز غير المتماثل. فمن بين صورتين محتملتين، ظهرت إحداهما بأكثر من 90 % من المنتج. وبذلك تمكّن ديفيد أيضًا من تحقيق التحفيز العضوي غير المتماثل! أدى اكتشاف ديفيد مع اكتشاف بينيامين إلى أن يصبحا فائزان بنوبل الكيمياء 2021.

صياغة ديفيد ماكميلان لمصطلح “التحفيز العضوي-organocatalysis”

عندما استعد ديفيد ماكميلان لنشر نتائجه، أدرك أن مفهوم الحفز الكيميائي الذي اكتشفه يحتاج إلى اسم. نجح الباحثون سابقًا في تحفيز التفاعلات الكيميائية باستخدام جزيئات عضوية صغيرة، لكن تلك كانت أمثلة معزولة ولم يدرك أحد أن الطريقة يمكن تعميمها! أراد David MacMillan العثور على مصطلح لوصف الطريقة حتى يفهم الباحثون الآخرون أن هناك المزيد من المحفزات العضوية لاكتشافها. وقع اختياره على “التحفيز العضوي-organocatalysis”.

في يناير 2000 م، وقبل أن ينشر بنيامين ليست اكتشافه مباشرة، قدم ديفيد ماكميلان ورقته للنشر في مجلة علمية. تنص المقدمة على ما يلي: “هيا بنا نقدم استراتيجية جديدة للتحفيز العضوي نتوقع لها أن تكون قادرة على القيام بمجموعة من التحولات غير المتماثلة”: “Herein, we introduce a new strategy for organocatalysis that we expect will be amenable to a range of asymmetric transformations”.

ازدهار استخدام التحفيز العضوي

بشكل مستقل عن بعضهما البعض، اكتشف بنيامين ليست وديفيد ماكميلان مفهومًا جديدًا تمامًا للحفز العضوي. ومنذ عام 2000 م، يمكن تشبيه التطورات التي حدثت في هذا المجال تقريبًا كحمى استكشاف الذهب، ولكن احتفظ بينيامين وديفيد بمكانة رائدة. لقد صمما العديد من المحفزات العضوية الرخيصة والمستقرة والتي يمكن استخدامها لتحفيز مجموعة كبيرة من التفاعلات الكيميائية.

لا تتكون المحفزات العضوية غالبًا من جزيئات بسيطة فحسب، بل يمكنها في بعض الحالات العمل على حزام ناقل تمامًا مثل إنزيمات الطبيعة. في السابق، كان من الضروري في عمليات الإنتاج الكيميائي عزل كل منتج وسيط وتنقيته، وإلا فإن حجم المنتجات الثانوية سيكون كبيرًا جدًا. أدى هذا إلى فقدان بعض المادة في كل خطوة من البناء الكيميائي. تعتبر المحفزات العضوية أكثر مرونة، حيث يمكن في كثير من الأحيان إجراء عدة خطوات في عملية الإنتاج في تسلسل غير منقطع. يسمى هذا بالتفاعل التعاقبي، واستطاع ذلك التفاعل أن يقلل بشكل كبير من النفايات في التصنيع الكيميائي.

تصنيع الإستركنين بكفاءة أكبر بـ 7000 مرة!

أحد الأمثلة على الطريقة التي أدى بها التحفيز العضوي إلى مكونات جزيئية أكثر كفاءة هو أطروحة توليف جزيء الإستركنين الطبيعي والمعقد. قد يتعرف الكثير من محبي الروايات على الإستركنين من كتب الروائية أجاثا كريستي، ملكة ألغاز القتل. ومع ذلك، فبالنسبة للكيميائيين، يشبه الإستركنين مكعب الروبيك، فهو تحدٍ ترغب في حله في أقل عدد ممكن من الخطوات. عندما تم تصنيع الإستركنين لأول مرة عام 1952 م، تطلب الأمر 29 تفاعلًا كيميائيًا مختلفًا و شكّلت 0.0009 % فقط من المادة الأولية الإستركنين، وتم إهدار الباقي. في عام 2011 م، تمكن الباحثون من استخدام التحفيز العضوي ورد الفعل التعاقبي لبناء الإستركنين في 12 خطوة فقط. وكانت عملية الإنتاج أكثر كفاءة بمقدار 7000 مرة!

أهمية الحفز العضوي في إنتاج المستحضرات الدوائية الصيدلانية!

كان للحفز العضوي أثر كبير على البحوث الصيدلانية، والتي تتطلب غالبًا تحفيزًا غير متماثل. وإلى أن يتمكن الكيميائيون من إجراء تحفيز غير متماثل، احتوت العديد من المستحضرات الصيدلانية على صور معكوسة غير مرغوبة للجزيء. صورة الجزيء هي معكوسه في المرآة، يكون أحدهما نشطًا، بينما يمكن أن يكون للآخر تأثيرات غير مرغوب فيها. ومن الأمثلة الكارثية على ذلك فضيحة الثاليدومايد في الستينيات، حيث تسببت صورة دواء الثاليدومايد في حدوث تشوهات خطيرة في آلاف الأجنة البشرية. قيل عن الحدث أنه “أكبر كارثة طبية صنعها الإنسان على الإطلاق” ونتج عنها 10 آلاف طفل مشوه بمختلف الدرجات في 46 دولة ما بين 1950 و 1960م. [1]

باستخدام التحفيز العضوي، تمكن الباحثون من إنتاج كميات كبيرة من الجزيئات غير المتماثلة المختلفة ببساطة. واستطاع الباحثون تصنيع مواد علاجية محتملة بكميات لم يكن عزلها سهلًا إلا بكميات صغيرة من النباتات النادرة أو الكائنات الحية في أعماق البحار. استخدمت شركات الأدوية التقنية بالطبع لتسهيل إنتاج المستحضرات الدوائية المصنّعة. ومن الأمثلة على ذلك إنتاج الباروكستين الذي يستخدم لعلاج القلق والاكتئاب، والأدوية المضادة للفيروسات مثل الأوسيلتاميفير الذي يستخدم لعلاج التهابات الجهاز التنفسي.

الأفكار البسيطة هي الأصعب دائما!

من الممكن سرد آلاف الأمثلة عن كيفية استخدام التحفيز العضوي – ولكن لماذا لم يبتكر أحد هذا المفهوم البسيط والآمن والرخيص للحفز غير المتماثل في وقت سابق؟ هذا السؤال له العديد من الإجابات. الأول هو أن الأفكار البسيطة غالبًا ما تكون الأكثر صعوبة في تخيلها. إن وجهة نظرنا تحجبها الأفكار المسبقة القوية حول الكيفية التي يجب أن يعمل بها العالم، مثل فكرة أن المعادن أو الإنزيمات فقط هي التي يمكن أن تحفز التفاعلات الكيميائية. نجح بنيامين ليست وديفيد ماكميلان في أن يصبحا فائزان بنوبل الكيمياء 2021 من خلال رؤية ماض هذه الأفكار، ثم تطلعا بعيدًا لإيجاد حل مبتكر لمشكلة عانى منها الكيميائيين لعقود من الزمن. وبالتالي، استحقت المحفزات العضوية جائزة نوبل الكيمياء 2021 لما تجلبه – في الوقت الحالي – من فائدة هائلة للبشرية.

المصادر:

medicalnewstoday [1]
[2] Nobel Prize website

إدمان الكوكايين وآثاره

يمكن للعديد من الأدوية أن تغير تفكير الشخص وأحكامه، ويمكن أن تؤدي إلى مخاطر صحية بما في ذلك الإدمان.

يعتقد الكثير من الناس بأن الذين يتعاطون المخدرات يفتقرون إلى المبادئ الأخلاقية أو قوة الإرادة وأنهم لا يستطيعون التوقف عن تعاطي المخدرات بمجرد اختيارهم لذلك.

لماذا يتعاطى الناس المخدرات؟

بينما تختلف الحوافز المحددة التي تؤدي للتعاطي من شخص لآخر بشكل عام يبدأ الناس في استخدام المخدرات للهروب أو إخفاء الآلام.

في بعض الأحيان يمكن أن تكون بداية التعاطي من مشاكل نفسية غير معالجة بما في ذلك القلق والاكتئاب.

يمكن أن يوفر اندفاع المتعة من التعاطي عزاءًا مؤقتًا للمعاناة، والتي يمكن أن تنبع من العديد من المشكلات، مثل الصدمة وسوء المعاملة والفقر وفقدان أحد أفراد الأسرة واحترام الذات المتدني وغيرها الكثير.

ولكن مهما كان السبب الذي أدى إلى الإدمان فظهور الإدمان عادًة ما يخرج المريض أكثر فأكثر عن السيطرة.

الكوكايين C17H21NO4

الكوكائين هو عقار منشط قوي الإدمان.

منذ آلاف السنين كان الناس في أمريكا الجنوبية يمضغون أوراق الكوكا “إثروكسيلون كوكا” ثم يبتلعونها لتأثيراتها المنشطة.

قد تم عزل المادة الكيميائية المنقاة “هيدروكلوريد الكوكايين” من النبات منذ أكثر من مئة عام.

وقد كان الكوكايين عنصرًا في التركيبات الأولى ل Coca Cola.

واستخدم الكوكايين أيضًا كمخدر موضعي للألم.

يتعاطى الناس شكلين كيميائيين من الكوكايين

1-ملح الهيدروكلوريد القابل للذوبان في الماء.

2-قاعدة الكوكايين غير القابلة للذوبان في الماء (القاعدة الحرة).

يقوم المستخدمون بحقن أو استنشاق ملح الهيدروكلوريد، وهو عبارة عن مسحوق يتم إنشاء الشكل الأساسي للكوكايين عن طريق معالجة المخدر بالأمونيا أو ببيكربونات الصوديوم “Baking soda” والماء، ثم تسخينه لإزالة الهيدروكلوريد لإنتاج مادة قابلة للتدخين.

نقاط مهمة عن تعاطي الكوكايين

1-لتعاطي الكوكايين على المدى القصير آثار سيئة، قد تؤدي إلى تضيق الأوعية الدموية وتزايد درجة الحرارة، مما يؤدي أيضًا إلى ازدياد معدل ضربات القلب وضغط الدم؛ وتسبب أيضًا صداعًا في الرأس وآلام في البطن وغثيان.

2-أما على المدى البعيد سيحصل فقدان لحاسة الشم ونزيف في الأنف وصعوبة في البلع وموت الأنسجة المعوية بسبب انخفاض تدفق الدم إلى الأمعاء.

3-آثار جانبية: مع التعاطي يزداد خطر الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية والتهاب الكبد والأمراض المعدية الأخرى من الإبر نتيجة عملية الحقن المشتركة.

4-الأعراض: الاكتئاب-زيادة شهية-أرق-أحلام مزعجة-تباطؤ في التفكير والحركة-قلق.

5-الطرق الشائعة للتعاطي: شم-تدخين-حقن.

مدمنات الكوكايين والحمل

معظم النساء المدمنات على الكوكايين هن في سن الإنجاب.

تشير الدراسات إلى أنه حوالي 5% من النساء الحوامل يستخدمن مادة أو أكثر من المواد المسببة للإدمان.

هناك حوالي 750 ألف حالة حمل تتعرض للكوكائين كل عام. 

فإن النساء قد يمتنعن عن الإبلاغ عن أنماط تعاطي المخدرات بسبب وصمة العار الاجتماعية والخوف من فقدان حضانة أطفالهن.

يرتبط تعاطي الكوكايين أثناء الحمل بالصداع النصفي والنوبات الأمومية وفصل بطانة المشيمة عن الرحم قبل الولادة.

يصاحب الحمل تغيرات طبيعية في القلب والأوعية الدموية، فيؤدي الإدمان على الكوكايين إلى تفاقم هذه التغيرات، فيزداد ضغط الدم والإجهاض التلقائي والولادة المبكرة وصعوبة الولادة.

من الصعب تقدير المدى الكامل لعواقب تعاطي الأم للكوكايين وتحديد الخطر لعقار معين على الطفل الذي لم يولد بعد.

المصادر:

[1] nih

[2] NIH

[3] NIH

الكيمياء الجنائية وعلم الجريمة

تحدث جريمة القتل وتتوالى الأحداث وتأتي الشرطة وتغطي وسائل الإعلام من تلفازٍ ومواقع تواصلٍ هذه الجريمة، ولكن هل سألت نفسك يومًا وأنت تشاهد أحداث هذه الجريمة وأخر الاستنتاجات كيف تم الوصول إلى هذه الاستنتاجات؟ كيف عرفت الشرطة زمن وفاة الضحية؟

كل هذا ستعرفه في هذا المقال عن الكيمياء الجنائية والطب الشرعي.

الكيمياء الجنائية

هي الكيمياء المطبقة على حل بعض المشكلات التي تنشا فيما يتعلق بإقامة العدل، فهي كيمياء تمارس العدل.
توصف الكيمياء الجنائية بأنها تطبيق الكيمياء التحليلية على المسائل ذات الأهمية القانونية او القضائية، أما التخصصات الكيميائية التي يستخدمها الكيميائيين الجنائيين فهي الكيمياء العضوية والحيوية والطبية وغيرها الكثير.
هناك عدة عوامل تميز الكيمياء الجنائية عن غيرها من التخصصات الكيميائية بحيث تعمل المختبرات الجنائية في ظل أعباء عمل عالية وموارد محدودة لأن هذه الموارد يجب ان تتقيد بالقيود العلمية والقانونية.
فتوصف الكيمياء الغنائية بأنها العلم الكيميائي التطبيقي النهائي.

الكيمياء الجنائية والبصمات

غالبًا ما يتم تصوير بصمات الأصابع الكاملة باستخدام مادة كيميائية تخلق توازنًا بين بقايا بصمة الإصبع والسطح الذي وضعت عليه هذه البصمة.
يمكن تقسيم تقنيات التصوير بمساعدة المواد الكيميائية إلى فئتين رئيسيتين:
تلك التي تتفاعل كيميائيًا مع بقايا بصمات الأصابع وتلك التي تلتصق ببقايا بصمات الأصابع بواسطة القوى بين الجزيئات.
تاريخ الكيمياء الجنائية
ترتبط أهمية علم الطب الشرعي في المقام الأول في مسرح الجريمة والجريمة ذاتها.

تاريخ الطب الشرعي

تاريخ الطب الشرعي قيد الاستكشاف فلم يتم التحدث عن الكيمياء الجنائية كعلم متخصص حتى الوقت القريب.
علم الطب الشرعي أو كما يقال علم الكيمياء الجنائية هي من نظام العدالة الجنائية الحديث، ولا يزال في سنوات تكوينه الأولى، من المثير للاهتمام أن أهمية علم الطب الشرعي تعود إلى بعض الحضارات القديمة، حيث أقدم من استخدم الطب الشرعي هم المجتمعات اليونانية والرومانية.
فقد قدمت تلك الحضارة مساهمة كبيرة في مجال الطب وخاصة علم الصيدلة، وجعلت أبحاثهم حول إنتاج السموم واستخدامها ودراسة أعرضها وإمكانية استخدامها في جرائم القتل.

تشريح الجثة تاريخيًا

فهل تعلم أن الحضارة المصرية في عام 3000 قبل الميلاد أجرت أول عملية تشريحية لجسم، قاموا فيها بممارسات دينية متمثلة في إزالة وفحص الأعضاء الداخلية للإنسان بعد وفاتهم، وهم أول حضارة تقوم بإجراء تشريح الجثة.
أما تحليل البصمات فقد كانت هذه التقنية تحليلًا لربط الحوادث في المشتبه بهم بمثابة اختراق كبير في مشهد الطب الشرعي والكيمياء الجنائية في عام 1880.
فقد نتجت تقنية تحليل بصمات الأصابع عن النظرية الرائدة التي وضعها ويليام جيمس من تفرد بصمات الاصابع وتلقت هذه الدراسة دعمًا كثيرًا من الخبراء في جميع أنحاء العالم وتم قبولها لاحقًا كدليل حاسم في النظام القانوني.
لقد استخدم السير ادوارد هنري مفوض الشرطة في العاصمة لندن الاتجاه والتدفق والنمط والخصائص الاخرى في بصمات الاصابع لتطوير نظامه الخاص لتحليل بصمات الأصابع، أما الآن نظام هنري للتصنيف هو المعيار الأساسي لتقنيات تحليل البصمة جنائيًا في جميع أنحاء العالم.

تطورات الكيمياء الجنائية

كان هنري جودراد من اسكوتلندا هو الأول في عام 1835 الذي يربط الرصاص في سلاح الجريمة باستخدام التحليل المادي.
تدريجيًا حتى عشرينيات القرن الماضي أصبح فحص الرصاص أكثر دقة عندما ابتكر الأطباء الأمريكان مجهرًا للمقارنة فقد ساعد هذا المجهر في رسم علاقة بين الرصاص وأغلفة القذائف.
في وقت لاحق في سبعينيات القرن الماضي طور العلماء في كاليفورنيا طريقة للكشف عن بقايا الطلقات النارية باستخدام مجاهر المسح الالكتروني.

علم السموم

طور الكيميائي السويدي كارل فيلهلم شيل لأول مرة اختبارًا كيميائيًا للكشف عن الزرنيخ في الجثث في عام 1973، وتم تطوير عمله بواسطة الكيميائي الألماني فالنتين روس في عام 1806 لاكتشاف السموم في جدران المعدة.
أما في عام 1836 قام الكيميائي جيمس مارش بأول تطبيق لتقنية العلم الجنائي هذه.
ومن ثم تم تصنيف دم الإنسان إلى مجموعات مختلفة وأدى هذا لاحقًا إلى إعطاء أدلة مهمة للتحقيقات الجنائية في فحص الدم.
فقد تطورت الاختبارات الأخرى لفحص اللعاب والسائل المنوي والعرق وسوائل الجسم الأخرى.

المصادر:

[1]historyofforensicscience

[2]Harvard

[3]annualreviews

من منا لا يحب الإندومي؟ ولماذا قد لا نحبه؟ فهو وجبة لذيذة، سريعة التحضير، ورخيصة. المشكلة أنه لم يسلم من الإشاعات؛ فكثيرًا ما نسمع أنه يسبب السرطان، ومصدر الكثير من الأمراض، بل ووصل الأمر إلى أنه يسبب الوفاة. فما حقيقة هذه الادعاءات؟ وهل فعلًا الإندومي مضر؟ وماذا عن الاعتماد عليه كوجبة غذائية متكاملة؟

تاريخ الاندومي

يعد الإندومي أحد أنواع الشعرية سريعة التحضير Noodles، والتي تم تقديمها للعالم لأول مرة عام 1958 في اليابان، وبسبب مذاقها الرائع وسرعة تحضيرها أُعجب بها اليابانيون. انتشرت شعبية النودلز بعد ذلك من اليابان إلى العالم أجمع وبالتحديد إندونيسيا.    

بعد وصول النودلز إلى إندونيسيا، انتشرت أنواع كثيرة، أشهرها “إندومي” وهو منتج شركة “إندوفوود”. سيطر الإندومي على السوق بعد إصداره رسميًا كمنتج عام 1971، وأصبح المنتج والخيار الأول للوجبات السريعة في إندونيسيا إلى وقتنا الحالي. استمر المنتج في الانتشار داخل وخارج إندونيسيا ليعرفه الاستراليين أولًا في تسعينيات القرن الماضي.

 بدأ الأمر عندما أحضر الإندونيسيين منتجهم إلى طلاب الجامعات في أستراليا، ليغزو المنتج القارة الصغيرة ويصبح من أشهر الخيارات المتاحة فيما يتعلق بالوجبات سريعة التحضير.

الإندومي الآن متوفر في حوالي 80 دولة حول العالم منهم أستراليا، وأمريكا، وهولندا، وألمانيا، وهونج كونج، ودبي، ومصر، والمملكة العربية السعودية، والقائمة تطول..[1]

­هل الإندومي يسبب السرطان؟
أحادي جلوتامات الصوديوم Monosodium Glutamate (MSG)

من المسلمات عند الكثير الآباء والأمهات أن الإندومي يسبب السرطان. في الواقع لا نعرف مصدر هذا الادعاء، ولكن أغلب الظن أنه بسبب مادة أحادي جلوتامات الصوديوم Monosodium Glutamate (MSG)، والتي أثيرت حولها الكثير وقيل إنها تسبب السرطان، الربو، الصداع، وتلف الدماغ. فإذا أردنا أن نجيب على سؤال الفقرة، يجب أن نفحص هذه المادة أولًا…

أحادي جلوتامات الصوديوم (E621) هي عبارة عن مادة كيميائية بيضاء تشبه ملح الطعام، مشتقة من حمض الجلوتاميك الأميني، وهو من أكثر الأحماض الأمينية انتشارًا في الطبيعة، كما تستخدم أيضًا كمضاف غذائي لتحسين الطعم. حمض الجلوتاميك من الأحماض غير الأساسية. ذلك يعني أن الجسم بإمكانه تخليق هذا الحمض بدون الحاجة لعامل خارجي، كما أنه موجود في معظم الأطعمة.[2]

الهدف الأساسي من هذه المادة هو إضافة النكهة الخاصة (أومامي)، وهي المذاق الخامس المكمل للأربعة المشهورين؛ المالح، الحامض، المر، والحلو. تستخدم هذه المادة بكثرة اليابان وكوريا؛ حيث يبلغ معدل الاستهلاك اليومي لهذه المادة 1.5 جرام في اليابان وكوريا. أما في الولايات المتحدة وبريطانيا فمعدل الاستهلاك يساوي نصف المعدل السابق تقريبًا.[2]

هل أحادي جلوتامات الصوديوم مؤذية؟

في البداية يجب أن نعرف طبيعة عمل هذه المادة. يعمل حمض الجلوتاميك كناقل عصبي في الدماغ، يقوم بتحفيز الخلايا العصبية من أجل نقل الإشارات.

أدعى الكثير من الأشخاص أن هذه المادة تسبب تراكم الجلوتاميك في المخ. ذاك الادعاء جاء مدعومًا بورقة بحثية تم نشرها عام 1969. في تلك الورقة، أجرى الباحثون بعض الاختبارات على الفئران الصغيرة حديثة الولادة، وحقنوهم بجرعات كبيرة من أحادي جلوتامات الصوديوم. أدت تلك التجارب إلى إتلاف أعصاب مخية في الفئران.[3]

نعم، يؤدي تراكم الجلوتامات في الدماغ إلى أضرار عصبية، ولكن الأمر ليس بهذه السهولة، فلا يمكن للجلوتامات الغذائية أن تخترق الحاجز الدموي الدماغي بكميات كبيرة، مما يعني أنها آمنة. الكثير من المصادر الموثوقة مثل إدارة الغذاء والدواء (FDA) والتي صرحت أن “مادة أحادي جلوتامات الصوديوم آمنة”.[4]

هل الإندومي وجبة أساسية؟

بعدما أثبتنا أن الإندومي ليس مضرًا، هل يمكن أن نعتمد عليه كوجبة أساسية متكاملة؟ لكي نحكم على وجبة إذا كانت متكاملة أم لا، يجب أن نطلع على مكوناتها أولًا. الوجبة الأساسية هي التي تحتوي على الكمية المناسبة من المواد التي يحتاجها الجسم، من بروتينات، أو كربوهيدرات، أو دهون مشبعة وغير مشبعة، أو الأملاح والمعادن الأساسية…

فإذا نظرنا على مكونات الإندومي الأساسية سنجد أنها عبارة عن:

– الكربوهيدرات بنسبة تتجاوز ال 60 في المية، والمكون الرئيسي للكربوهيدرات هو دقيق القمح Durum.

– الدهون المشبعة ومصدرها زيت النخيل، وبالمناسبة الدهون المشبعة لها بعض المخاطر، ولكنها تقريبًا تستهلك يوميًا.

– بعض المعادن والأملاح مثل أحادي جلوتامات الصوديوم الذي تحدثنا عنه بالتفصيل. [1]

فإذا أخذنا نظرة سريعة على هذه المكونات سنجد أنها تفتقر للبروتينات، والفيتامينات، والأملاح المعدنية التي يحتاجها الجسم.

لا يوجد خلاف على مذاق الإندومي الشهي أو سرعة تحضيره، ولكنه وجبة فقيرة جدًا، ولا يمكن الاعتماد عليه كوجبة رئيسية كالغداء مثلًا.[5]

المصادر

1. Indomie Australia
2. Healthline
3. PubMed
4. FDA
5. Indomie UK

 منذ ما يقرب عقدين من الزمن، عانت “أنجليكا كاي كون” من آلام شديدة في ظهرها، بالإضافة إلى العديد من المشاكل في المعدة والأمعاء. وبعد عدة فحوصات تبين أنها مصابة بالسنسنة المشقوقة، وهو عيب خلقي يحدث في الحبل الشوكي، شائع لدى أطفال قدامى المحاربين في فيتنام الذين تعرضوا للعامل البرتقالي.

كون هي ابنة أحد قدامى المحاربين في فيتنام الذي خدم في المناطق التي رشتها القوات الأمريكية بالعامل البرتقالي. بعد سنوات من الحرب أصيب والد كون بالعديد من الأمراض المرتبطة بالتعرض له كالقلب والسكري.[1]

ما هو العامل البرتقالي؟

هو عبارة عن خليط من مبيدات الأعشاب التي استخدمها الجيش الأمريكي من عام 1962م إلى عام 1971م خلال حرب فيتنام. والتي سعى خلالها إلى غرض مزدوج يتمثل في تدمير المحاصيل، وكذلك إزالة أوراق الأشجار من مناطق الغابات التي قد تخفي الفيتكونغ وقوات فيتنام الشمالية.[2]

ما سبب خطورته؟

يحتوي العامل البرتقالي على مادة كيميائية ملوثة خطيرة تسمى الديوكسين. وهي مادة عضوية شديدة السمية[3]. يمكن أن يؤدي التعرض لها إلى الإصابة بالأمراض الجلدية والسرطانات وتشوهات الأجنة والإجهاض والسكري وأمراض القلب، واضطراب الهرمونات، والخلل في الجهاز العضلي والجهاز المناعي.[4]

وقد وجدت دراسة نشرت بمجلة الطب المهني والبيئي، عام 2008م أن العلاقة ما بين الديوكسين والسكري والسرطان علاقة تبادلية[5]. كما كشفت دراسة أخرى نشرت في المجلة الأمريكية للصحة العامة في عام 2م018، والتي أجريت على القوات الكورية الجنوبية التي خدمت في فيتنام عن زيادة مخاطر الإصابة بمرض السكري واضطرابات أخرى.[6]

كما أنه من الممكن أن يكون له تأثيرات طويلة الأمد على الحمل. كتشوهات الأجنة والإجهاض.[7]، و قد وجدت الدراسة التي نشرت في المجلة الدولية لعلم الأوبئة، عام 2006م والتي كانت بعنوان “الارتباط بين العامل البرتقالي والعيوب الخلقية ” ارتباطًا بين الديوكسين والعيوب الخلقية.[8]

كيف أثر العامل البرتقالي على الشعب الفيتنامي؟

تشير الأبحاث إلى أن العامل البرتقالي قد أثر ليس فقط على البيئة المادية والبيولوجية في الستينيات والسبعينيات. ولكن أيضًا على الأجيال اللاحقة من أبناء قدامى المحاربين في حرب فيتنام، والسكان المدنيين، والبيئة الحالية.[9]

ذكرت فيتنام أن حوالي 400 ألف شخص قد توفوا نتيجة التعرض للعامل البرتقالي. علاوة على ذلك، تشير التقديرات إلى أن حوالي 2مليون شخص عانوا من الأمراض الناجمة عن التعرض وأن نصف مليون طفل ولدوا بعيوب خلقية بسبب تأثيراته.

و يُعتقد أن العامل البرتقالي لا يزال يؤثر على صحة الشعب الفيتنامي. وقد تم تعويض قدامى المحاربين الأمريكيين منذ أن رفعوا دعوى قضائية في عام 1979م، ضد سبعة من صانعي مبيدات الأعشاب التي أنتجت العامل البرتقالي للجيش الأمريكي. وتمت تسوية الدعوى خارج المحكمة في عام 1984م بإنشاء صندوق بقيمة 180 مليون دولار لتعويض حوالي 250 ألف من المحاربين وعائلاتهم.[10]

تأثيراته على البيئة في فيتنام

تسبب العامل البرتقالي في دمار النظم البيئية المحلية. فبعد مرور نصف قرن، لا تزال الآثار البيئية محسوسة، وقد أشارت الدراسات إلى أن مركب الديوكسين يمكن أن يبقي في البيئة لعقود أو حتى لقرون.[11]

أشارت نتائج الدراسة التي نشرت بمجلة “world development” في عام 2021 والتي جاءت بعنوان “التأثير طويل المدى لحرب فيتنام على الإنتاجية الزراعية” إلى أن كثافة القصف باستخدام العامل البرتقالي أدت إلى انخفاض الإنتاجية الزراعية.[12]

وفي عام 2012، أطلقت وزارة الدفاع الفيتنامية والوكالة الأمريكية للتنمية الدولية مشروعًا لمعالجة 87000 متر مكعب من التربة والرواسب بالقرب من مطار دا نانغ.(13)

الأسلحة الكيميائية والاتفاقية الدولية:

لا تحظر اتفاقية الأسلحة الكيميائية استخدام مبيدات الأعشاب ما لم يتم استخدامها كوسيلة من وسائل الحرب. ومع ذلك لا تعتبر جميع الدول الأطراف في اتفاقية الأسلحة الكيميائية أن مبيدات الأعشاب هي أسلحة كيميائية، وبالتالي لا تعترف هذه الدول بأن استخدامها محظور بموجب المعاهدة.[13]

المراجع:

(1)abcnews
(2),(4),(7),(10) britannica
(3),(8),(9)aspeninstitute
(5)journals
(6)ajph
(8)academic
(9)courses
 (11)sustainability-times
 (12)researchgate
(13)planet.veolia
(14)britannica

مقدمة مختصرة عن الكيمياء الحيوية والسكريات

برزت الكيمياء الحيوية كعلم مستقل منذ 100 عام فقط، ولكن سبق هذا الظهور العديد من الاكتشافات التي تمهد لظهور الكيمياء الحيوية قبل قرون.

فشهدت فترة ما قبل عام 1900 تطورات متسارعة في فهم المبادئ الكيميائية الأساسية كسرعة التفاعل والتركيب الذري للجزيئات، ومع نهاية القرن التاسع عشر حددت هوية العديد من المواد الكيميائية المنتجة في العضيات الحية، ومنذ ذلك الحين أصبحت الكيمياء الحيوية مجالًا منظمًا، ففسرت الكيمياء الحيوية العديد من العمليات الكيميائية في الحياة.
صنع فريدريك فوهلر في عام 1828 مركب اليوريا العضوي، وذلك بتسخين مركب سيانات الأمونيوم غير العضوي.
أظهرت التجربة لأول مرة أن المركبات الموجودة حصرًا في العضيات الحية يمكن اصطناعها من مواد غير عضوية شائعة، ومنذ ذلك الحين أصبحنا نعرف أن اصطناع المواد الحيوية وتفككها يخضع لنفس القوانين الفيزيائية والكيميائية التي تطبق خارج علم الأحياء.[4]

تطورات الكيمياء الحيوية

للكيمياء الحيوية قفزتان أساسيتان وصفت الكيمياء الحيوية؛ الأولى هي اكتشاف أدوار الإنزيمات كحفازات، والثانية هي اكتشاف دور الحموض الأمينية كجزيئات حاملة للمعلومات الوراثية.
القفزة الأولى نتجت في جزء منها عن بحث إدوارد بوخنر، ففي عام 1897 حيث أظهر أنه بإمكان خلايا الخميرة تحفيز تفاعل تخمر سكر الجلوكوز لإنتاج الكحول وثنائي أكسيد الكربون حيث كان يعتقد العلماء سابقًا ان الخلايا الحية فقط هي التي تستطيع تحفيز هكذا تفاعلات حيوية معقدة.
أما بالنسبة للقفزة الضخمة الأخرى في تاريخ الكيمياء الحيوية فقد كانت بعد نصف قرن من تجربة بوخنر، حيث قام أسولد أفيري وكولن ماكليود وماكلن مكارتي في عام 1944 استخلاص الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين DNA من سلالة ممرضة لجراثيم المكورات العقدية الرئوية وخلطوا DNA المستخلص مع سلالة غير ممرضة لتنفس الجراثيم وكانت النتيجة هي تحول السلالة غير الممرضة الى سلالة ممرضة، وبذلك أثبتت هذه التجربة بشكل حاسم ولأول مرة أن DNA هو المادة الوراثية.[4]

لمحة عن السكريات

إذا ذكرنا السكريات لابد أن نذكر بأنها أكثر المركبات الحيوية وفرًة في العالم الحيوي، حيث تشكل جزءًا مهمًا من بنية المادة الحية وتؤدي العديد من الوظائف، فبعضها يصنف كمركبات بنائية وبعضها الآخر يشكل مصدرًا للطاقة التي تتطلبها العمليات الاستقلابية ضمن الخلايا الحية.
قد لاحظ الكيميائيون الأوائل وجود الصيغة العامة للسكريات ووصفوها ب《مائيات الكربون-Hydrocarbons》وسميت هكذا بسبب الصيغة العامة للسكريات وهي Cn(H2O)n حيث تمثل n عدد ذرات الكربون في جزيء السكر.[1]

تصنيفات السكريات

يصنف الكيميائيون السكريات إلى صنفين رئيسيين هم السكريات البسيطة والمعقدة.
تتركب السكريات البسيطة من وحدات السكري الأحادية فقط وتصنف بحسب عدد ذرات الكربون فيها.
بينما تتركب المعقدة من عدة وحدات بسيطة مرتبطة مع بعضها البعض فتتركب السكريات الثنائية من وحدتي سكر أحادي مرتبطتين، أما السكريات قليلة التعدد تتركب من 3 حتى 10 وحدات سكر أحادي مرتبطة مع بعضها.
تتركب المتعددة من أكثر من عشرة وحدات سكر أحادي، ويمكن لكل نوع من الأنواع السابقة أن يتفكك مجددًا بالحلمهة إلى السكاكر من السكاكر الأحادية المكونة لها.[1]

السكريات صحيًا!

توجد الكربوهيدرات في مجموعة واسعة من الأطعمة الصحية وغير الصحية مثل الخبز والفاصولياء والحليب والفشار والبطاطس والمعكرونة والمشروبات الغازية.
أكثر أشكال الكربوهيدرات وفرة هي الألياف والنشويات، تعتبر الأغذية الغنية بالكربوهيدرات جزءًا مهمًا من النظام الغذائي الصحي، تزود الكربوهيدرات بالجلوكوز الذي يتحول إلى طاقة تستخدم لدعم وظائف الجسم والنشاط البدني للجسم.[3]

الجلوكوز

يعد الجلوكوز أكثر المركبات السكرية وفرة طبيعيًا، وتقوم الخلايا الحية بأكسدته عبر سلسلة من العمليات الحصول على الطاقة، وعند وجود فائض من الجلوكوز تحوله الخلايا الحيوانية إلى شكل تخزيني بولميري وهو الجليكوجين أما النباتات فتخزنه على شكل مركب بولميري أخر يدعى 《النشاء-strach》
يستطيع الجلوكوز أن يشكل أشكالًا بوليميرية اخرى 《كالسيللوز-Cellulose》 وهو المركب الرئيسي في النبات و《الكيتين-Chitin》 وهو مركب شبيه بالسيللوز يشكل القشرة الخارجية المحيطة بأجسام الحشرات، ويمكننا الحصول على الجلوكوز من خلال التركيب الضوئي لدى النباتات والغذاء بالنسبة للحيوانات.[2]

يرجع العديد من العلماء بدايات الكيمياء الحيوية إلى صنع فوهلر لليوريا، على الرغم من أن أول أقسام الكيمياء الحيوية في الجامعات كانت قد افتتحت بعد 75 عام من هذه التجربة.

المصادر:

[1] NIH

[2] NASA

[3] Harvard

[4] edx

هي ذلك الرفيق الذي يرافقك دائمًا. حين تكون حزينًا، تجد فيها ما يواسيك. تبدأ عملك برشفة منها وتنهي عملك بأخرى. حتى عطلتك الصيفية لا تحلو إلا بها مستمعًا لأنغام فيروز. القهوة؛ يراها البعض الدواء والشفاء، ويراها آخرون الداء.
كتبوا أشعارًا وقالوا عنها:
سلمني النادل فنجان القهوة
فنجان القهوة دوماً
يسلمني للصمت
والصمت يمل ضجيج المقهى،
يتركني للذكرى. .
الذكرى متعبة مني تتركني للحزن
الحزن يراود في شفتي القهوة كي ينسى!
وأنا الغارق في الأحزان
لم أشرب شيئاً أطلب فنجاناً آخر

كيف بدأت القهوة؟

ترجع العلاقة بين الإنسان والقهوة إلى أكثر من 1200 عام. ظهرت القهوة أولًا في شمال شرق أفريقيا وانتشرت منها إلى شبه الجزيرة العربية ومنها إلى أرجاء العالم. [1] [2]

يوجد حاليًا أكثر من 100 نوع من القهوة، ونستخدم نوعين فقط منها وهما «القهوة العربية-Coffea arabica» و«قهوة الكانيفورا-Coffea canephora». تعتبر القهوة ثاني أهم منتج حول العالم بعد البترول. كما أن اقتصاد بعض الدول قائم بشكل أساسي على القهوة. حيث أن متوسط الاستهلاك منها في أوروبا يصل لـ 5 كيلوجرام للفرد الواحد. [2] [1]

القهوة وعلاج الأمراض

تحتوي القهوة علي كميات كبيرة من «حمض الكلوروجينيك -chlorogenic acid» والكافيين. تحتوي القهوة غير المفلترة على «الكافيستول-cafestol» والـ«القهويول-kahweol». ـ[3]

ومن الخرافات الشائعة أن القهوة الداكنة تحتوي على  كميات أكبر من الكافيين من القهوة الفاتحة، بل في بعض الأحيان تحتوي القهوة الفاتحة على كافيين أكثر بنسبة بسيطة. [4]
يدخل الكافيين في صناعة العديد من الأدوية النفسية لما له من تأثيرات نفسية جيدة. على الرغم من أن القهوة تسبب ارتفاعًا في ضغط الدم وزيادة عملية الأيض ومدرة للبول، إلا أن الارتباط المباشر بين أمراض القلب والقهوة أصبح مشكوكًا فيه. على النقيض، انتشرت عدة دراسات تؤكد التأثير المذهل للقهوة على عدة أمراض مثل:

1- أمراض القلب

أثبتت التجارب المعملية على فئران تجارب أن الكميات المعتدلة من القهوة لها تأثير جيد على القلب حيث يعزّز خلايا القلب ويحميها من التلف. [5]

2- داء السكري

أظهرت الدراسات أن الذين يحتسون 4 فناجين أو أكثر من القهوة يوميًا تكون قابلية تعرضهم لداء السكري النوع الثاني أقل للنصف تقريبًا، لكن بالطبع لن نتعامل معها كدواء. يعتبر النوع الثاني من داء السكري هو أكثر الأنواع انتشارًا حيث يمثل تقريبا 90% – 95% من أمراض السكري حول العالم. [6]

3- السرطان

أوضحت الإحصائيات أن استهلاك القهوة قد يرتبط بتقليل خطر الإصابة بسرطان الكبد وسرطان الثدي وسرطان القولون في النساء. [6]

4- أمراض العقل والنفسية

وبالرغم من مرارتها إلا أن القهوة تقلل خطر الإصابة بالاكتئاب. [6]

5- التعمير

أظهرت دراسات أجريت على 10 مليون مشارك أن احتساء فنجان من القهوة يوميًا يقلل احتمالات الوفاة بـ 3% واحتساء ثلاثة فناجين يوميًا تقلل النسبة ل 13%. [6]

بالرغم من كل ذلك، ليست القهوة علاجًا سحريًا ولا طريقًا مختصرًا لصحة أفضل طالما لا تمارس رياضة بشكل مستمر وتتبع نظامًا غذائيًا صحيًا. وبالطبع لن تطيل القهوة من عمرك إذا ما احتسيتها وقت قيادتك لسيارتك على الطريق.

جيناتك تحميك من القهوة

قد تظن أن حبك للقهوة أو عدم شربك لها أو حتى الكميات المستهلكة منها يوميًا هي اختيار شخصي، إلا أن الدراسات مؤخرًا أظهرت أن الأفراد الذين ظهرت لهم أعراض أو لهم قابلية لتطوير أمراض قلب أو زيادة الضغط يميلون تِلْقَائِيًّا لتقليل استهلاكهم للقهوة أو حتى عدم احتسائها إطلاقًا. حيث إن جرعات زائدة من القهوة قد تسبب ارتفاعًا حادًا في ضغط الدم وبعض مشاكل بالقلب. [7]

أما إذا كنت من غير محبي القهوة فلا عيب في ذلك. يمكنك شرب كوب من العصير البارد على شاطئ البحر مستمعًا لأنغام فيروز.

المصادر

1. sciencedirect
2. americanscientist
3. ncbi
4. harvard
5. scientificamerican
6. ncausa
7. oxford academic

أثارت هذه الطاقة عبر تاريخها المخاوف والشكوك، وكثرت عنها الإشاعات. يعود اكتشاف الطاقة الإشعاعية إلى وليام رونتجن عام 1895م، وقصة اكتشاف «الأشعة السينية-X rays» المشهورة، ولكن ما أثار المخاوف وزاد من الشكوك هو قصف ناغازاكي وهيروشيما بقنبلتين ذريتين كان أينشتاين ومعادلته الشهيرة “E=mc²” سببًا في تصنيعهما.

ما هي الطاقة النووية؟

الطاقة النووية هي الطاقة المنبعثة نتيجة انشطار نووي، أو اندماج نووي، ففي التفاعل النووي تنقسم نواة الذرة إلى عدة أجزاء، وتطلق كمية هائلة من الطاقة، وفي معظم المفاعلات النووية النواة المشطورة هي نواة ذرة اليورانيوم 235 (يرمز الرقم إلى مجموع البروتونات والنيوترونات) لأن ذرة اليورانيوم 235 عند انشطارها تعطي نيوترونين قادرين على شطر ذرتي يورانيوم أخريتين، فيصبح هذا التفاعل تفاعلًا متسلسلًا لا نهائيًا. [3] [5]

سلبيات الطاقة النووية

تعد الطاقة النووية سهلة فيزيائيًا، فمعادلاتها وإن طالت تكون أسهل وأبسط في التطبيق العملي، ولكن أي خطأ قد يكلفنا حياتنا.

من المعروف أن اليورانيوم هو ونظائره الوقود الأساسي والأكثر استعمالًا وشيوعًا، فهو موجود في بعض الصخور في مختلف أنحاء العالم، ولكن نقل هذه المادة يمثل خطرًا كبيرًا على الإنسان لأنها تعد مصدرًا للتلوث، وقد تصيب الإنسان والحيوان والنباتات والماء بالإشعاع.

يمتص الإنسان هذه الإشعاعات فتصيبه بمختلف أنواع السرطان، كما يمتصها الحيوان والنبات والماء، وتصل إلى الإنسان عبرهم لأنهم يشكلون مصدر غذائه. [5]

مميزات الطاقة النووية

مع مرور الزمن وتوالي السنين بدأ النفط بالانتهاء. يعتبر النفط عنصرًا أساسيًا لإنتاج الطاقة، فبدأ العالم بالتفكير بمورد جديد للطاقة مثل طاقة الرياح، والطاقة الشمسية، لكنهما محدودتان، فبعض الدول لا تزورها رياح قوية طوال العام، ولا كل أيامها مشمسة وصافية.

لذلك كانت الطاقة النووية خيارًا جيدًا ورخيصًا ولا نهائيًا، فهي تمثل 16% من الكهرباء حول العالم عوضًا عن أنها أكثر أمانًا على ظاهرة الاحتباس الحراري، فالطاقة النووية لا تنتج انبعاثات للكربون أو أي ملوثات غازية كالوقود الأحفوري، ويمكن توليد كمية هائلة منها بأقل التكاليف، كما يمكن استخدامها في تحلية ماء البحر واستكشاف الفضاء، نظرًا لاستخدامها كوقود.

فقد استخدمت تقنية الطاقة النووية لاستكشاف النظام الشمسي من قبل 27 بعثة، وتوفر هذه التقنية فرص عملٍ وتُزيد من النمو الاقتصادي. [4] [5]

الطب النووي

يستخدم الطب النووي المواد المشعة من خلال الحقن أو الاستنشاق، ثم يستخدم أدوات التتبع المشعّة لتقييم وظائف الجسم وتشخيص الأمراض وعلاجها.

ويلعب الطب النووي في الوقت الحالي دورًا محددًا في الممارسات السريرية، نظرًا لفائدته في التخصصات الطبية، فهو يوفر خياراتٍ تشخيصية وعلاجية ذات صلة، تؤدي إلى تقديم رعاية أفضل للمرضى وتحسين جودة حياتهم.

يُستخدم الطب النووي في فحص العظام، خاصًة في حالات الكسور والأورام، ومسح نضح عضلة القلب للتفريق بين الاحتشاء أو نقص التروية، ومسح الغدة الدرقية لتقييم المظهر ووظيفة الغدة، كما يُستخدم التصوير المقطعي البوزيتروني PET لاكتشاف السرطان ومراقبة تقدمه ومدى الاستجابة للعلاج، فأداة التصوير هذه تعتمد على الخصائص الفيزيائية للنظائر، والأشكال المشعة للذرات البسيطة كالهيدروجين، والأكسجين، والفلور.[2] [1]

توالت السنوات، وقصفت نجازاكي وهيروشيما عام 1945، ومات الكثير من الناس، فخاف الرأي العام من هذه الطاقة.

وقد كانوا على حق، لما لهذه الطاقة من أثرٍ قاتلٍ على الإنسان إذا تسربت وامتصها جسمه.

ولكن لا يمكننا نكران أن جزءًا من كهربائنا الحالية يعود الفضل فيه إلى الطاقة النووية، كما ساهمت في شفاء مرضانا. فكل شيٍء ضار إذا أسأنا استخدامه، وكل شيٍء مفيد إذا أخذنا كل الحيطة والحذر منه.

المصادر

who[1]
[2] NIH
[3] harvard
[4] scientificsaudi
[5] edx

فكرة الذرة فكرة قديمة قدم الفكر البشري، فلطالما تساءل الإنسان عن أصغر شيء ممكن، وعن مما تتكون المادة، واليوم سنقص عليكم قصة تطور المفهوم البشري عن الذرة، وكيف توصلنا إلى النموذج الحالي.

«ديموقريطوس-Democritus»

كان الفيلسوف اليوناني ديموقريطوس من أوائل الفلاسفة الذين قاموا بتقديم نموذج للذرة، حيث افترض ديموقريطوس أنك تستطيع تقسيم المادة إلى أجزاء صغيرة وتستمر في هذه العملية إلى أن تصل إلى جزء صغير جدا من المادة لا يمكن تقسيمه إلى أجزاء أصغر، وكانت هذه هي الذرة عند ديموقريطوس.

«أرسطو-Aristotle»

رفض أرسطو فكرة الذرة، ورأى أن كل المواد في الكون تتكون من عناصر الطبيعة الأربعة، وهي الهواء والماء والأرض والنار، إلا أن هذه الفكرة الغير علمية تسببت في تعطيل حركة البحث العلمي لما يزيد عن 1000 عام.

«روبرت بويل-Robert Boyle»

كان بويل هو أول من افترض فكرة العناصر، حيث قال أن هناك عناصر محددة في الطبيعة ولكل عنصر منها صفاته المميزة، ووضع تعريفًا للعنصر الكيميائى حيث قال أن المادة التي يمكن تقسيمها إلى مادتين أو أكثر لا تعتبر عنصرًا.

«جون دالتون-John Dalton»

أكمل دالتون على أفكار من سبقوه وصاغ نظريته عن الذرة، ونلخص لكم نظريته في الخمس نقاط التالية:

• كل المواد تتكون من جزيئات صغيرة محددة تُدعى الذرات.
• الذرة غير قابلة للرؤية أو التدمير والتفكيك.
• كل الذرات لنفس العنصر تتشارك صفات متطابقة، بما في ذلك الوزن.
• الذرات للعناصر المختلفة لها كُتل مختلفة وصفات مختلفة.
• تتكون المركبات من اتحاد ذرات العناصر المختلفة بنسب ثابتة بأرقام صحيحة.

«جوزيف جون طومسون-Joseph John Thompson»

السير جوزيف جون طومسون، الحاصل على جائزة نوبل في الفيزياء، وهو مكتشف الإلكترونات، ولكن كيف اكتشفها؟

اكتشف طومسون الإلكترونات عن طريق «تجربة أشعة الكاثود-Cathode rays experiment»، حيث قام بتفريغ أنبوب زجاجي من الهواء، ووضع قطبين كهربائيين على طرفي الأنبوب، ثم قام بشحن أحد القطبين ولاحظ انطلاق أشعة متوهجة من الكاثود (القطب سالب الشحنة) باتجاه القطب الآخر.

ولاختبار خصائص أشعة الكاثود تلك، قام طومسون بوضع صفيحتين حول الكاثود، واحدة ذات شحنة موجبة والأخرى سالبة، فانطلقت أشعة الكاثود باتجاه الصفيحة ذات الشحنة الموجبة.

فقام بوضع استنتاجات هي:

• أشعة الكاثود تتكون من جزيئات ذات شحنة سالبة.
• يجب أن تتواجد تلك الجزيئات كجزء من الذرة حيث أن كتلة الجزيء الواحد منها تساوي 1/2000 من كتلة ذرة الهيدروجين (أصغر الذرات).
• يمكن إيجاد هذه الجزيئات ما دون الذرية في أي ذرة من ذرات العناصر المختلفة.

وعُرفت هذه الجسيمات فيما بعد باسم الإلكترونات.

«إرنست رذرفورد-Ernest Rutherford»

قام رذرفورد بتجربة مدهشة نقلت مفهومنا عن الذرة نقلة كبيرة، حيث قام بإحضار مصدر لأشعة ألفا (أشعة موجبة الشحنة)، ووضعه أمام طبقة من الذهب، ثم قام بإطلاق أشعة ألفا باتجاه الذهب، فلاحظ ثلاث ملاحظات:

• جزء من أشعة ألفا انطلق في خط مستقيم وعبر حاجز الذهب بدون انحراف
• جزء آخر انعكس وعاد إلى الخلف.
• جزء صغير من الأشعة عبر إلى الاتجاه الآخر ولكن مع انحراف في مساره.

وكان تفسير الجزء الذي عبر بدون انحراف هو أن معظم الذرة عبارة عن فراغ، أما الجزء المنعكس فكان نتيجة لاصطدام أشعة ألفا الموجبة بأجسام موجبة داخل الذرة، وأما تفسير انحراف الجزء الضئيل من أشعة ألفا هو التنافر بين الأشعة وبين تلك الجسيمات الموجبة.

وهذه الجسيمات الموجبة عرفت فيما بعد باسم البروتونات.

«دي برولي-De Broglie»

قال دي برولي أن الجزيئات الصغيرة مثل الإلكترون يمكن معاملتها على أنها جزيء وموجة في آن واحد، حيث تمتلك خواص الاثنين، وهو ما يعرف ب«الطبيعة المزدوجة-Dual nature».

«ويرنر هايزنبيرج-Werner Heisenberg»

إحدى أسس ميكانيكا الكم هو مبدأ الريبة لهايزنبيرج، حيث قال هايزنبيرج بمحدودية المعلومات الممكن الحصول عليها حول أي نظام كمّي، فيستحيل معرفة موقع الإلكترون وسرعته في نفس الوقت، إما هذا أو ذاك، ولكن لا يمكن معرفة الاثنين معًا.

النموذج الحديث

قال «نيلز بور-Niels Bohr» بوجود 7 مستويات طاقة يمكن للإلكترونات التواجد فيها حسب طاقتها، وتأخذ في ترتيبها الحروف (K,L,M,N,O,P,Q)، وأن الإلكترون يمكنه أن ينتقل من مستوى إلى آخر عن طريق اكتسابه كمية من الطاقة تُدعى «الكم-quantum»، وهو شيء صحيح، لكنه افترض عدم إمكانية وجود الإلكترون بين هذه المستويات، إلا أن هذا الافتراض تمت تخطئته باكتشاف المستويات الفرعية (s,p,d,f)، وهذه المستويات الفرعية تحوي عددًا من «المداريات-orbitals» تختلف في أعدادها حسب طاقة كل مستوى فرعي، وهو ما دفع الفيزيائيين إلى القول بوجود ما يسمى ب«سحابة الإلكترونات-Electron cloud»، وهي عبارة عن عدد من المواقع التي تزداد فيها احتمالية تواجد الإلكترون حول الذرة.

في الختام

تطور التصور البشري عن الذرة على مدار فترة تزيد عن 2500 سنة، وكل خطوة يخطوها الإنسان في سبيل المعرفة تزيد من معرفته وتطورها، فنقف على أكتاف معرفة الماضي لنرى أبعد مما رأى من سبقونا، وتأتي الأجيال الجديدة لتقف على أكتاف الجيل الحالي، وهكذا تتطور المعرفة البشرية.

المصادر

britannica
britannica
britannica
britannica
britannica
britannica
britannica
britannica