شیمی از علوم بسیار پر کاربرد در زندگی انسان ها است که از قرن ها پیش تاکنون نقش مهمی در تمامی امور زندگی روزمره ما داشته و رد پای آن را می توان در بدیهی ترین امور زندگی از غذایی که می خوریم، لباسی که می پوشیم، داروهایی که مصرف می کنیم تا ساخت موادی همچون مصالح ساختمانی، مواد الکترونیکی صنعتی، لوازم آرایشی، سوخت، در هوا، پاک کننده ها و به طور کلی هر زمینه ای که تصورش را بکنید دنبال کرد.
شیمی در واقع مکمل زندگی بشر است و به جرئت می توان گفت بدون شیمی و واکنش های شیمیایی زندگی بسیار کسل کننده می شد.
اگر شیمی نبود طعم مواد غذایی را زیر زبان خود حس نمی کردیم، احساساتی همچون عشق، حسادت، خشم و … را تجربه نمی کردیم.
اگر شیمی نبود شاید هرگز اشکی روی گونه های ما جاری نمی شد و هرگز گرسنگی را احساس نمی کردیم! اگر شیمی نبود از آتش بازی ها و بسیاری از سرگرمی های مفرح دیگر نیز خبری نبود.
شیمی با زندگی ما عجین شده تا حدی که عجیب و خارق العاده بودنش را فراموش کرده ایم.
این علم شگفت انگیز به مطالعه ترکیب، ساختار و خصوصیات ماده و اثر متقابل آن با سایر مواد و انرژی می پردازد و تغییراتی که اشکال مختلف مواد در شرایط گوناگون به آن دچار می شوند را بررسی می کند.
در این مقاله قصد داریم درباره رایج ترین کاربردهای شیمی در زندگی روزمره، صنایع، پزشکی و غیره صحبت کنیم. با کوکا همراه باشید.
کاربرد شیمی در پزشکی و داروسازی
علم شیمی و ترکیبات شیمیایی کمک زیادی به بهبود امکانات بهداشتی و درمانی کرده و جان انسان های زیادی را نجات داده است.
از گذشته تاکنون بسیاری از پزشکان از علم شیمی برای تشخیص واکنش های شیمیایی انجام شده در بدن انسان از جمله پروسه هضم، تنفس، دفع و غیره کمک گرفته اند و تشخیص بیماری های مختلف با انجام آزمایش هایی همچون آزمایش خون و ادرار که با افزودن مواد شیمیایی خاص در آزمایشگاه نوع بیماری را تعیین می کنند میسر شده است.
برای درک عملکرد، اثربخشی یا حتی اثر منفی داروها و مکمل های مختلف باید از علم شیمی کمک بگیریم.
این علم در توسعه و تولید داروها و درمان های جدید پزشکی نیز نقش مهمی داشته است. بی تردید بدون دخالت شیمی بسیاری از بیماری ها درمان نشده باقی می ماندند و خبری از داروهای شیمیایی در قفسه داروخانه ها نبود.
امروزه در سایه علم شیمی و با کشف داروهای گوگردی و پنی سیلین، بیماری هایی همچون اسهال خونی و ذات الریه قابل درمان هستند و داروهای زندگی بخشی همچون سیس پلاتین و تاکسول برای درمان سرطان و زیدوودین برای مهار بیماری ایدز ساخته شده اند.
شیمی در ساخت داروهای مختلف دیگر نیز نقش اساسی داشته است، از جمله:
داروهای مسکن برای کاهش انواع مختلف دردها
آرام بخش ها برای کاهش استرس و تنش های روحی
ضد عفونی کننده ها برای جلوگیری از عفونت زخم ها
داروهای بی حسی و بیهوشی برای سهولت در انجام عمل های جراحی
آفت کش هایی که خطر بیماری های ناشی از موش، پشه و مگس را به شدت کاهش داده اند
و …
کاربرد شیمی در صنعت
شیمی نقش مهم و کلیدی در توسعه و رشد تعداد زیادی از صنایع داشته و در ساخت تقریبا تمامی محصولاتی که در کارخانه ها تولید می شوند از واکنش های شیمیایی و مواد شیمیایی استفاده می شود.
کاربردهای بی نظیر شیمی در صنایعی همچون شیشه، سیمان، کاغذ، پارچه، رنگ سازی، نفت، پلاستیک، داروسازی و غیره غیر قابل انکار می باشد و بی شک همه این مواد از مهم ترین نیازمندی های انسان عصر حاضر محسوب می شوند.
علاه بر این علم شیمی در طول تاریخ با تهیه کاتالیزورهای مناسب به تولید هرچه بیشتر اسید سولفوریک، اسید نیتریک و آمونیاک که در صنایع به وفور از آن ها استفاده می شود کمک کرده است
کاربرد شیمی در کشاورزی
مطالعه شیمی تاثیر زیادی در کشاورزی و بهبود کیفیت محصولات تولید شده دارد.
همان طور که می دانید کشاورزان برای افزایش کیفیت میوه، سبزیجات و سایر محصولات زراعی خود از کودهای شیمیایی از قبیل اوره، سوپر فسفات کلسیم، نیترات سدیم و آمونیوم سولفات استفاده می کنند تا بتوانند نیاز روز افزون مردم به مواد غذایی مختلف را تامین کنند، این محصولات همگی حاصل ترکیبات شیمیایی هستند.
از دیگر محصولات شیمیایی مورد استفاده کشاورزان در باغ داری می توان به موارد زیر اشاره کرد:
حشره کش ها؛ یکی از انواع سموم دفع آفات در کشاورزی است که برای کشتن حشرات و آفاتی همچون ملخ و سایر حشرات موذی استفاده می شود
قارچ کش ها؛ از این محصولات برای از بین بردن و جلوگیری از رشد قارچ ها استفاده می شود
ضد باکتری ها؛ محصولاتی که برای از بین بردن باکتری ها و ویروس های مختلف روی گیاهان به کار می روند
ضد جوندگان؛ این محصولات حیوانات و جوندگانی همچون موش را مهار می کنند
علف کش ها؛ کشاورز از این نوع سموم دفع آفات برای از بین بردن علف های هرز و ناخواسته بهره می برد
کاربرد شیمی در صنایع غذایی
این که هنگام پخت و پز چه تغییراتی در مواد غذایی رخ می دهد، غذاها چگونه فاسد می شوند، چگونه می توان از مواد غذایی نگهداری کرد و بدن برای هضم و جذب آن ها چگونه عمل می کند، همه به شیمی و واکنش های شیمیایی مرتبط است و علم شیمی برای همه سوالات ما در این زمینه جوابی دارد.
نقش مهم دیگری که شیمی در زمینه صنعت خوراکی ها داشته کشف مواد نگهدارنده می باشد که به حفظ طولانی مدت مواد غذایی کمک کرده و باعث سودآوری هرچه بیشتر این صنعت شده است.
کاربرد شیمی در بدن انسان
بدن ما از ترکیبات شیمیایی مختلف تشکیل شده است که شاید مهم ترین آن ها آب باشد، ماده ای که بیشتر بدن ما را در بر گرفته و حاصل ترکیب شیمیایی هیدروژن و اکسیژن می باشد.
مثال دیگر عملکرد انتقال دهنده های شیمیایی به خصوص پیام رسان های عصبی است، مواد شیمیایی همچون سروتونین، اپی نفرین، دوپامین و غیره که وظیفه انتقال پیام های عصبی بین سلول های بدن را بر عهده دارند و عملکرد همگی آن ها با علم شیمی قابل توضیح است، به خاطر حضور این پیام رسان ها است که می توانیم احساسات مختلف را تجربه کنیم.
کاربرد شیمی در محیط زیست
به لطف پیشرفت های علمی در حال حاضر مواد شیمیایی زیادی هستند که سازگار با محیط زیست بوده و به ما در حفظ طبیعت و محیط زیست اطراف ما کمک می کنند.
علم شیمی در پاکسازی محیط زیست به کمک ما آمده و ما می توانیم مواد مورد نیاز خود را با برخی روش های شیمیایی به گونه ای تهیه کنیم که آسیب به محیط زیست به حداقل برسد.
کاربرد شیمی در مسائل حقوقی
شیمی نقش مهمی در حوزه حقوق و بررسی پرونده های حقوقی دارد. به عنوان مثال فردی نفت سفید را با بنزین مخلوط کرده و می فروشد، برای اثبات این مسئله در دادگاه از آزمایش های شیمیایی استفاده می شود تا اتهام فرد مورد نظر تایید یا رد شود.
سایر کاربردهای رایج شیمی در زندگی روزمره
با پیشرفت علم شیمی و به لطف اکتشافات شیمیایی متعدد، امروزه زندگی راحت تری نسبت به گذشته داریم. کاربردهای شیمی در زندگی روزمره خارج از تصور است و ترکیبات شیمیایی در تولید بسیاری از لوازم ضروری و وسایل راحتی ما حضور گسترده داشته اند، از جمله:
الیاف مصنوعی: الیاف مصنوعی مانند تریلن،و ریون الیاف های جذاب، راحت و با دوام هستند که به راحتی شسته می شوند، به سرعت خشک می شوند و نیازی به اتو کردن ندارند.
تنوع رنگ ها: با تولید رنگ های شیمیایی و مصنوعی دنیای ما رنگی تر شده و این مسئله تاثیر قابل توجهی در تنوع پوشاک و لوازم زندگی پیرامون ما داشته است.
مصالح ساختمانی: در تولید مصالح پر کاربردی همچون فولاد و سیمان از علم شیمی کمک گرفته شده و حاصل آن ساخت خانه های ایمن تر، سدهای محکم تر و پل های با دوام تر بوده است.
استخراج و تولید فلزات: از مواد شیمیایی در استخراج فلزات مختلف استفاده می شود، فلزاتی همچون طلا، نقره، مس، آهن، آلومینیوم، روی و آلیاژهای فراوان آن ها که در ساخت اشیا مختلف از جمله زیور آلات، ظروف، سکه و بسیاری از لوازم صنعتی و کشاورزی کاربرد فراوان دارند.
فناوری رایانه ها: همان طور که می دانید میکرو چیپ از اجزای اصلی یک رایانه است که از سیلیکون که نوعی پلیمر است ساخته شده و در ساخت بخش های بیرونی تر رایانه نیز از پلاستیک استفاده شده است. هر دوی این مواد حاصل فرایندهای شیمیایی هستند که در کارخانجات برای تولید آن ها انجام شده است.
سرگرمی: سینما، دوربین های فیلمبرداری و دوربین های ساده از فیلم های سلولوئید استفاده می کنند که با مواد شیمیایی مناسب پوشیده شده اند. بی شک زندگی خسته کننده بود اگر نمی توانستیم از خودمان سلفی بگیریم و کسل کننده تر بود اگر در مراسم و جشن های با شکوه ما خبری از آتش بازی ها نبود!
حمل و نقل: وسایل نقلیه مختلف از بنزین، گازوئیل یا زغال سنگ استفاده می کنند که همگی از محصولات شیمیایی پر کاربرد در زندگی ما محسوب می شوند.
باستان شناسی: اندازه گیری سن فسیل ها با استفاده از ایزوتوپ پرتوزا و با کمک واکنش های شیمیایی انجام می شود تا بدون صدمه به آثار تاریخی گرد و غبار روی آن ها را پاکسازی کنند.
زمین شناسی: علم زمین شناسی درباره سنگ ها و مواد معدنی، استخراج گاز و نفت و … تحقیق می کند و در فرایند تعیین عناصر این مواد معدنی و فاز اول اکتشاف آن ها اصول اولیه علم شیمی نقش مهمی دارد.
مواد مخاطره آمیز در خانه
«بعضی از مخاطره آمیزترین مواد، همچنین بعضی از موادی که محیط زیست را بسیار آلوده می کنند، در خانه ی ما وجود دارند. مواد مخاطره آمیز شامل مواد سمی، خورنده و آتشگیرند. حشره کشها، بعضی از داروها، ضد یخ و الکل صنعتی چند نمونه از مواد سمی است. مواد خورنده، پارچه ها، فلزات و چیزهای دیگر را تباه می کنند. مواد پاک کننده ی دستشوییها و اجاقها، مواد رنگبر و اسید باتری اتومبیل از مواد خورنده هستند. مواد آتشگیر موادی هستندکه به آسانی می سوزند مانند بنزین، گاز فندک و بعضی از افشانه ها.
این گونه مواد برای سلامتی و ایمنی انسان و جانوران دست آموز خانگی مخاطره آمیزند، تنها یک لیتر نفت که روی زمین ریخته شود، ممکن است مخزن آب را آلوده کند. مواد پیشران قوطی افشانه ها که در جو آزاد می شوند، لایه ی اوزن را تخریب می کنند.
ما می توانیم به جای بعضی از این مواد، از مواد بی خطر استفاده کنیم. مثلاً به جای فراورده های پاک کننده ی در و پنجره که شامل فسفاتها و آمونیاک هستند، محلولی از آب و سرکه به کار ببریم. سرکه فقط محلول ملایمی از استیک اسید است و شیمی نیست. هم چنین می توان برای پاشیدن محلول ها یا مواد دیگر به جای قوطیهای افشانه ای از پمپ استفاده کرد.»
پوششهای که مانع خوردگی می شوند
»خوردگی واژه ی شایعی است که برای توصیف واکنش بعضی از فلزات با محیط انها بکار برده می شود. برای مثال، آهن یک فلز فعال است و به کمک پاره ای از خواص ویژه ی آب، با اکسیژن هوا ترکیب شده، آهن (III) اکسید یا زنگ آهن می دهد.
یک راه ممکن برای جلوگیری از زنگ زدن آهن این است که آهن یا فولاد را با فلزی که با محیط خود واکنش نمی دهد بپوشانیم. زینت دادن بعضی قسمتهای اتومبیل با آب کروم، مثالی از این نوع پوشش است. پوشش با فلز روی نیز روش دیگری برای محافظت فلز است. در شرایط معمولی، فلز روی با آب و کربن دی اکسید در هوا واکنش داده، پوشش روی کربنات تشکیل می شود که در برابر خوردگی بیشتر مقاومت می کند. برای مثال، نمی توان میخ را برای جلوگیری از زنگ زدن گالوانیزه (با روی پوشاندن) کرد.
بعضی شکلهای خوردگی مانند ترکیبات روی کربنات، مفید است. برای مثال، آلومینیوم وقتی در معرض هوا قرار می گیرد. پوشی از آلومینوم، اکسسید روی آن تشکیل می شود که از خوردگی بیشتر جلوگیری می کند. زنگار روی مجسمه ها و تندیسهاو پوشش سبز روی بسیاری از اشیای برنزی یا برنجی Cu2CO3(OH)2 است که آن نیز یک پوشش محافظ است.»
مه دود
«مه دود در اصل به صورت مخلوطی از دود و مه تعریف می شود. اما امروزه واژه ی مه دود به طور اختصاصی تر برای مه دود فوتوشیمیایی به کار می رود. این نوع مه دود با شکسته شدن مولکولهای مواد آلوده کننده موجود در هوا بر اثر نور خورشید ایجاد می شود. بسیاری از خواص مه دود فوتوشیمیایی ناشی از واکنشهای اکسیژن، اکسیدهای نیتروژن و هیدروکربن های موجود در جّو است. (هیدروکربن ها موادی شامل کربن و هیدروژن مانند بخار بنزین است.)
اتومبیل ها عامل اصلی مواد خامی هستندکه مه دود تولید می کنند. اکسیدهای نیتروژن، به ویژه نیتروژن دی اکسید و دودهای هیدروکربن ها با هوا و آلوده کننده های دیگر آمیخته می شوند. این مخلوط بر اثر نور خورشید، اوزون، دیگر اکسیدهای نیتروژن و اکسیدهای گوگرد تولید می کند.
وقتی این محصولات در شهری که با تپه ها و کوهها احاطه شده است به دام می افتند، مه دود شدت خاصی پیدا می کند. این شدت غالباً با وراون شدن یک لایه ی دمایی جو، افزایش می یابد. وارونگی نتیجه یک لایه ی هوای سرد است که روی ناحیه ای گرم قرار می گیرد و مانع صعود هوای گرم و پراکندگی گازها می شود.
چون نور آبی با ذرات مه دود بیشتر پراکنده می شود این رنگ با نیتروژن دی اکسید قهوه ای رنگ موجود در هوا تشدید می شود. مه دود علاوه بر آنکه هوا را ناسالم و غیر بهداشتی می کند، سبب سوزش و خارش چشم و ریزش اشک می شود که احتمالاً علت آن مواد ترکیب آلی مانند فرمالدهید، آکرولئین، پروکسی استیل نیترات (PAN) است. گیاهان و در نتیجه کشاورزی و جنگل ها نیز بر اثر مه دود آسیب می بینند.
طی سالها برای کنترل دود اگزوز اتومبیل ها که منابع عمده ی مه دودند کوششهایی به عمل آمده است، از آن جمله اند: اصلاح موتورها، مبدلهای کاتالیزوری و مشعلهای پس سوز که سوختن گازهای زائد را کامل می کنند. حتی اگر واکنشهای فوتوشیمایی هم نباشد، اگزوز اتومبیل ها گاز کربن مونوکسید و بعضی از ذرات را تولید می کنند.
از این گذشته، همه انواع سوختن از جمله سیگار کشیدن نیز در ایجاد مه دود دخالت دارند. مراکز صنعتی مانند پالایشگاهها و مراکز سرویس اتومبیل ها، بخارهای هیدروکربن خارج می کنند. حتی پختن غذا با زغال چوب مقداری هیدروکربن و ذرات آلوده کننده در هوا وارد می کند.
بدیهی است که حذف همه مواد آلوده کننده ممکن نیست، اما وضع قانون و رعایت مقررات در کاهش میزان مه دود تاثیر زیادی داشته است.»
پختن نان
«از روزگاران قدیم نان یکی از مظاهر اساسی تمدن بوده است. نان خوب حاصل واکنشهای شیمیایی است. اجزای اصلی نان مخمر، آرد، آب و نمک است. هر یک از این اجزا در پختن نان نقش دارد.
آرد شامل نشاسته و پروتئین است. آرد و آب با مخمر آمیخته می شود تا خمیر به دست آید در خمیر آمیخته، آب و پروتئین زنجیره های مولکول در هم پیچیده ای به نام گلوتن ایجاد می کند. وقتی خمیر ورز داده می شود این زنجیرها ردیف می شوند و خمیر صاف و یکدست می شود. نشاسته ی موجود در خمیر هم با آب به صورت ماده ای ژله شکل در می آید و ساختار خاصی به خمیر می دهد.
مخمر، موجودی زنده و تک سلولی از نوع قارچ یا کپک است. وقتی مخمر با آب فعال می شود نشاسته موجود در آرد را هضم می کند و با این عمل کربن دی اکسید و الکل آزاد می شود.
در پختن نان، کربن دی اکسید به صورت حباب در می آید و گلوتن موجود در خمیر این حبابها را محبوس می کند. وقتی که مخمر، کربن دی اکسید تولید می کند، خمیر «پف می کند» یا به اصطلاح در می آید. نمک، طعم نان را بهتر می کند و از فرو پاشی گلوتن و ورآمدن بسیار سریع نان جلوگیری می کند.
به هنگام پخته شدن نان، گاز محبوس در حبابها منبسط و سلب پشترور آمدن خمیر می شود در این حال مخمر کشته و الکل تبخیر می شود که رنگ و بوی فریبنده ای به نان می دهد.»
فشار هوا به لاستیک اتومبیل شکل می دهد
«لاستیک های اتومبیل از نظر ایمن بودن باید از استانداردهای بالایی برخوردار باشند. این لاستیک باید با سطح جاده اصطکاک کافی ایجاد کنند تا از سرخوردن لاستیک جلوگیری شود.
لاستیک ها باید طوری عمل کنند که با عبور اتومبیل از روی سطوح ناهموار سرنشینان اتومبیل ناهمواری سطح جاده را کمتر احساس کنند. لاستیک های اتومبیل همچنین باید به هنگام پیچیدن و دور زدن اتومبیل طوری عکس العمل نشان دهند که تغییر شکل آنها باعث نشود که نتوانند کار خود را انجام دهند. لاستیک اتومبیل ها این وظایف را که گاهی مغایر نیز هستند به دو طریق انجام می دهند. یک طریق ساخت الیافی است که روی آن با لاستیک پوشانده می شود. طریقه ی دیگر باد کردن لاستیک اتومبیل با هواست. مولکولهای هوا به وسیله پمپ هوا به درون لاستیک رانده می شود. غلظت مولکولهای هوا در داخل لاستیک بیشتر از خارج آن است. بنابراین فشار وارد شده به وسیله ی این مولکولها بیشتر از فشار جو است. ساخت لاستیک اتومبیل به گونه ای است که فشار بیشتر داخل لاستیک نسبت به فشار جو، لاستیک را روی لبه ی رینگ می فشارد. ساخت لاستیک مانع از انبساط آن می شود. فشار وارد شده به وسیله ی مولکولهای هوا باعث می شود که لاستیک شکل خود را به خصوص در پیچها حفظ کند. برای مثال، وقتی لاستیک اتومبیل به یک دست انداز برخورد می کند حجم، ناگهان کاهش می یابد. کاهش حجم باعث افزایش فشار هوای داخل لاستیک می شود. مولکولهای هوا به نوبه خود روی دیواره های داخلی لاستیک فشار وارد می کنند و لاستیک فوراً به شکل و حجم اولیه ی خود بر می گردد.»
استفاده از مواد بی آب به عنوان خشک کننده
«بیشتر وسایل الکترونیکی و حتی بعضی از لوازم الکتریکی خانگی را همراه با بسته کوچکی از بلورهای بی رنگ بسته بندی می کنند. این بلورها، ژل سیلیس است که ماده ای بی آب می باشد. بعضی از مواد بی آب مانند ژل سیلیس، به آسانی آب جذب می کنند و می توان آنها را برای گرفتن آب از مواد دیگر به کار برد. وقتی از ماده بدون آب به این منظور استفاده می شود ان را خشک کننده می نامند. مقصود از قرار دادن یک بسته خشک کننده در بسته بندی یک وسیله الکترونیک این است که بخار آب را از هوا جذب می کند و وجود آن باعث می شود که قسمتهای فلزی این وسیله ی الکترونیکی به وسیله رطوبت هوا خورده نشود. هم چنین با این کار از متراکم شدن بخار آب در سیم پیچهای این وسیله جلوگیری می شود. چون حتی قطره کوچکی آب روی مدار الکتریکی می تواند با ایجاد جریان کوتاه مانع کار آن شود. ژل سیلیسی را به وسیله رسوب دادن از ملحول سدیم سیلیکات تهیه می کنند. این رسوب توده ای ژله مانند است که آن را می شویند تا با ناخالصیهایش جدا شود.
محصول به دست آمده شکلی از سیلیس آبپوشیده به فرمول H2SiO3 است این ماده ی آبپوشیده را سپس گرم می کنند تا آب آن خارج شود. سیلیس حاصل می تواند معادل 40% وزن خود آب جذب کند.»
