من الظواهر اليومية إلى اتساع الكون.
364 مقالًا
ما هي الأسمدة المركبة، وكيف نقرأ أرقامها؟ في اصطلاح الدليل الصناعي الذي نعتمده، هي أسمدة متعددة المغذيات، بخلاف السماد ذي مغذٍ واحد؛ ويختلف هذا التصنيف عن طريقة جمع مكوناتها. توضح درجة السماد نسبًا كتلية بترتيب معروف، لكنها لا تختزل جميع خواص المنتج أو احتياج النبات. فيما يأتي شرح للمصطلحات ثم مثال حسابي جديد على ملصق افتراضي.
يرتبط مفهوم الهندسة الرياضية بدراسة الأشكال والمواقع والمسافات والزوايا والعلاقات بينها. قد نرسم الشكل، أو نمثله بإحداثيات ومعادلات، أو نبحث عن برهان يفسر خاصية له. وليست كل المسائل الهندسية على سطح مسطح؛ لذلك يساعد تحديد النموذج على معرفة القوانين التي نطبقها. سنقارن مثالًا في المستوى بمثال على سطح كرة، ونميز نوع الهندسة من عدد الأبعاد.
يكمن الفرق بين الشحنات والإلكترونات في نوع الشيء الذي نصفه: الشحنة خاصية فيزيائية، أما الإلكترون فجسيم له شحنة سالبة. لذلك لا نقول، بالمعنى الدقيق، إن الإلكترون مجرد «نوع من الشحنة»، مثلما لا نساوي الجسم بكتلته. وقد تحمل جسيمات مختلفة مقدار شحنة متساويًا، أو تحمل شحنات بإشارات متعاكسة. فيما يأتي توضيح للمصطلحين ومثال لحساب الشحنة دون الخلط بينها وبين عدد الجسيمات.
تبدأ كيفية تسمية الألكانات بتحديد سلسلة الكربون الأساسية، ثم معرفة مواضع الفروع وأسمائها. ليست المسألة قراءة الرسم من اليسار كل مرة، ولا اختيار الخط الذي يبدو أكثر استقامة. الاسم المنظم يصف اتصال الذرات، ولذلك نختار السلسلة ونرقمها بحسب قواعد واضحة. سنتناول هنا ألكانات مفتوحة السلسلة، مع مثالين أصليين ورسوم للروابط، دون الدخول في تسمية الحلقات أو المجموعات الوظيفية الأخرى.
يظهر الفرق بين الفضة والرصاص في هوية العنصر وخصائصه، رغم أن كليهما معدن وقد يبدوان بلون قريب في بعض الصور. فالفضة رمزها Ag، والرصاص رمزه Pb؛ ولهما عددان ذريان وكثافتان ودرجتا انصهار مختلفتان. لكن اسم العنصر لا يكفي لوصف كل سبيكة أو مركب يدخل فيه. فيما يأتي مقارنة ببيانات واضحة، ثم مثال يبين ما تعنيه نسبة الفضة في سبيكة، دون الاعتماد على اللون لتحديد مادة مجهولة.
يمكن أن يبدأ بحث عن الرياضيات بسؤال عملي: هل يكفي إجراء الحساب كي نفهم المسألة؟ تدرس الرياضيات الأعداد والأشكال والعلاقات والبنى، وتستعمل الرموز لتعميم الأفكار والحجج لفحصها. وقد نستعملها لوصف مشكلة واقعية أو لدراسة سؤال مجرد. لفهم هذا التنوع، سنربط بعض الفروع بأسئلة صغيرة، ثم نميز نتيجة الحساب من صلاحية النموذج، ونرى لماذا يختلف المثال عن البرهان.
تضم مركبات الكربون ذرات كربون مرتبطة بعناصر أخرى، لكن وجود الكربون لا يجعل المركب عضويًا في جميع الحالات. فالبيانات الكيميائية تصنف الميثان والإيثان مركبين عضويين، بينما تعد ثاني أكسيد الكربون والكربونات أمثلة غير عضوية. كما أن كلمة «عضوي» لا تشترط أن تكون المادة قد أخذت من كائن حي. سنوضح هذا التقسيم ونقرأ بعض الصيغ، مع الفصل بين عدد الذرات وطريقة اتصالها.
تحتاج عبارة العناصر المشعة إلى شيء من الدقة: هل نتحدث عن عنصر لا يعرف له نظير مستقر، أم عن نظير مشع لعنصر يملك نظيرًا مستقرًا أيضًا؟ يوضح التكنيشيوم الحالة الأولى، بينما يوضح الكوبالت الثانية. لذلك لا يكفي اسم العنصر وحده دائمًا لوصف استقرار النواة؛ نحتاج اسم النظير أو عدده الكتلي. سنقرأ أمثلة محددة ونميز عدد البروتونات من مجموع البروتونات والنيوترونات.
يمكن تصنيف أنواع المعادلات الرياضية بأكثر من سؤال: ما شكل التعبيرات فيها، وما درجة كثير الحدود بعد التبسيط، وكم متغيرًا تحتوي؟ لذلك قد تكون المعادلة تربيعية ومن كثيرات الحدود في الوقت نفسه. كما أن مجرد رؤية x² لا يكفي للحكم؛ قد تزول الحدود التربيعية عند جمع المتشابه منها. سنستعمل أمثلة قصيرة لقراءة النوع، ثم نوضح لماذا يختلف وضع المتغير في الأس عن رفعه إلى أس ثابت.
تحليل الضوء هو فصل مكوناته بحسب الطول الموجي لنرى توزيعه الطيفي. يمكن لمنشور زجاجي أن يفرق مكونات ضوء الشمس المرئي، كما يستطيع محزوز الحيود إظهار أطياف منفصلة حول اتجاه مركزي. لكن الآليتين مختلفتان: يعتمد المنشور على الانكسار، ويعتمد المحزوز على تداخل موجات الضوء. سنوضح الفرق، ثم نحسب مثالًا للحيود ونقرأ معنى الشريط المتصل والخطوط الطيفية.
يمكن فهم محلول الملح في الماء بالنظر إلى الجسيمات التي يصعب رؤيتها في الكأس. في حالة كلوريد الصوديوم، تنفصل الأيونات عن شبكة الصلب وتنتشر بين جزيئات الماء، فيتكون خليط متجانس على المستوى الذي ندرس به المحلول. اختفاء البلورات عن النظر لا يعني اختفاء الملح من المادة، كما أن وجود شحنات لا يعني أن المحلول كله صار موجبًا أو سالبًا. سنفسر الإماهة والتوصيل ونحسب مثالًا لتوازن الأيونات.
نترات البوتاسيوم ملح غير عضوي صيغته KNO₃، ويتكون من أيون البوتاسيوم الموجب وأيون النترات السالب. ليس اسمًا آخر لنترات الصوديوم، ولا عنصرًا منفردًا؛ تتضمن صيغة الملح البوتاسيوم والنيتروجين والأكسجين. تظهر بيانات PubChem المادة صلبة بلورية قابلة للذوبان في الماء، وتصفها بأنها مؤكسد. سنقرأ هذه الهوية، ثم نميز الصيغة من عدد الأيونات والذرات ومن الكتلة.
فوسفات ثنائي الأمونيوم، واختصاره DAP، ملح صيغته (NH₄)₂HPO₄. وهو مصدر للنيتروجين والفوسفور في منتجات سمادية معروفة، لكن قراءة بطاقة 18-46-0 تحتاج انتباهًا: 46 ليست نسبة الفوسفور العنصري مباشرة، بل قيمة تعبر عنه باصطلاح P₂O₅. سنفصل بين أيونات الملح، وتركيبه الكيميائي، وضمان المغذيات في المنتج، ثم نحسب مثالًا يوضح الفرق.
من أهم حقائق علمية عن الكون أن عمره يُقدّر بنحو 13.8 مليار سنة، وأن الضوء الذي يصلنا يحمل معلومات عن الماضي. والكون أوسع من مجرة واحدة أو مجموعة نجوم؛ فهو يشمل المكان والطاقة والمادة. تساعد هذه الأفكار على فهم ما يقصده العلماء عندما يتحدثون عن تاريخ الكون وحدود الرصد.
يشمل أثر التغيرات المناخية على الأمن الغذائي إنتاج الغذاء ونقله والقدرة على الحصول عليه واستمرار الإمدادات. فوجود محصول في مكان ما لا يعني أن الجميع يستطيع شراءه أو الوصول إليه. يساعد النظر إلى الأبعاد الأربعة الشائعة للأمن الغذائي على فهم المسارات المباشرة وغير المباشرة لهذا الأثر.
ترتبط أضرار الغازات الدفيئة بزيادة الاحترار الناتجة عن ارتفاع تركيزاتها بفعل الأنشطة البشرية. أما تأثير الاحتباس الحراري الطبيعي فيساعد على إبقاء الأرض دافئة بما يسمح بالحياة. لفهم الضرر، ينبغي أولًا فهم كيف تؤثر هذه الغازات في انتقال الطاقة، ثم كيف يتغير المناخ عندما يزداد هذا التأثير.
فهم العناصر ورموزها يساعد على قراءة اسم المادة وصيغتها دون الخلط بين حرف ورقم. يكتب رمز العنصر بحرف أول كبير، ثم حرف صغير إذا كان الرمز من حرفين؛ لذلك لا تحمل الكتابتان Co و CO المعنى نفسه. سنراجع مجموعة من الرموز الشائعة، ونميز رمز العنصر من صيغة الجزيء، ثم نقرأ مثالًا لعدد الذرات ونوضح لماذا تحتاج الجداول القديمة إلى مراجعة.
تظهر فوائد الكيمياء في حياتنا حين نربط تركيب المادة وخواصها بالغرض الذي نستخدمها من أجله. قد يساعدنا هذا الربط على فهم اختيار بوليمر لعبوة، أو انتقال الطاقة في بطارية، أو معنى نتيجة تحليل. لا تقتصر الكيمياء على عبوات المختبر ولا تعني كلمة «كيميائي» أن المادة صناعية. سننظر إلى ثلاثة مجالات، ثم نستخدم مثالًا بسيطًا يبين لماذا تحتاج الأرقام إلى وحدات وسياق.
