انواع مواد شیمیایی چیست؟
تصور دنیای بدون مواد شیمیایی غیرممکن است. از آبی که مینوشیم و هوایی که تنفس میکنیم تا داروها و سوخت، همه چیز از مواد شیمیایی تشکیل شده است. اما سوال اصلی اینجاست؛ با این همه تنوع، چگونه میتوان این مواد را شناخت و مدیریت کرد؟ برای پاسخ به این سوال باید به دو نکته توجه کرد. برای پاسخ به این سوال باید مواد شیمیایی را شناخت و آن را دسته بندی کرد.
ما قبلاً در مطلبی به این سوال که مواد شیمیایی چیست؟ پاسخ دادیم. امروز قصد داریم یکبار برای همیشه یک دسته بندی جامع و کاربردی از مواد شیمیایی ارائه دهیم. تقریباً همه ما کتاب علوم مدرسه به خاطر داریم که مواد از نظر حالت فیزیکی به سه دسته جامد، مایع و گاز تقسیم میشوند اما راستش را بخواهید، این دستهبندی برای شناخت عمیقتر مواد کافی نیست. برای درک بهتر ماهیت و رفتار آنها، باید بر اساس ساختار شیمیایی شان آنها را دستهبندی کنیم.
انواع مواد شیمیایی
مواد شیمیایی را به شکل های مختلفی تقسیم بندی می کنند، اما معروفترین و بهترین دسته بندی مواد شیمیایی، دسته بندی براساس ساختار و کاربرد آن هاست.
انواع مواد شیمیایی بر اساس ساختار
راستش را بخواهید، بهترین دسته بندی برای مواد شیمیایی، دسته بندی بر اساس ساختار آنهاست. در این دسته بندی ما سه دسته اصلی داریم.
- مواد شیمیایی آلی
- مواد شیمیایی معدنی
- مواد آلی و فلزی
بیایید که در ادامه این مطلب از شیمی داکس، این دسته بندی را بیشتر بررسی کنیم.
مواد شیمیایی آلی
مواد شیمیایی آلی به موادی گفته میشود که ساختار مولکولی آنها بر پایه کربن بنا شده است. این عنصر معمولاً با عناصر دیگری مانند هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و گوگرد ترکیب میشود و طیف وسیعی از ترکیبات را پدید میآورد. مواد آلی در طبیعت بسیار فراوانند و پایه اصلی ترکیبات حیاتی مانند پروتئینها، چربیها و کربوهیدراتها را تشکیل میدهند. در صنعت نیز کاربرد گستردهای دارند و برای تولید پلاستیک، سوخت، دارو و صدها محصول دیگر استفاده میشوند.
مواد شیمیایی آلی بر اساس ساختار و نحوه اتصال اتمها به یکدیگر، به پنج دسته اصلی تقسیم میشوند:
۱. هیدروکربنهای خطی (آلکانها)
آلکانها سادهترین نوع ترکیبات آلی هستند که فقط از کربن و هیدروژن تشکیل شدهاند و پیوند بین اتمها در آنها از نوع تکپیوند (C–C) است. این ترکیبات منبع اصلی سوختهای فسیلی مانند گاز طبیعی و بنزین محسوب میشوند. متان (CH₄) و اتان (C₂H₆) دو نمونه شناختهشده از آلکانها هستند.
۲. هیدروکربنهای حلقوی یا آروماتیک
در این ترکیبات، اتمهای کربن بهصورت یک زنجیره بسته یا حلقهای به هم متصلاند. بسیاری از این مواد دارای بوی خاصی هستند و به همین دلیل به آنها «آروماتیک» گفته میشود. ترکیبات آروماتیک در تولید رنگها، پلاستیکها، داروها و مواد منفجره کاربرد دارند. به عنوان مثال بنزن (C₆H₆) یکی از مهمترین ترکیبات آروماتیک است.
۳. ترکیبات آلی و هیدروکربنی دارای اکسیژن
این گروه شامل ترکیباتی است که علاوه بر کربن و هیدروژن، در ساختار خود اکسیژن نیز دارند. از جمله مهمترین آنها میتوان به الکلها، اسیدهای کربوکسیلیک، آلدهیدها و کتونها اشاره کرد. مثلاً اتانول (C₂H₅OH) نوعی الکل است که در صنایع دارویی و بهداشتی استفاده میشود.
۴. ترکیبات آلی هالوژندار و دارای نیتروژن، فسفر و گوگرد
در این دسته از ترکیبات، علاوه بر کربن، از عناصر دیگری مانند کلر، نیتروژن، فسفر یا گوگرد نیز استفاده میشود. این مواد معمولاً در تولید آفتکشها، داروها و افزودنیهای سوخت به کار میروند. به عنوان مثال ماده شیمیایی کلروفرم یک ترکیب آلی هالوژندار است که در گذشته بهعنوان بیهوشکننده استفاده میشد.
۵. پلیمرها (Polymers)
پلیمرها مولکولهای بسیار بزرگی هستند که از اتصال واحدهای کوچکتری به نام مونومر تشکیل شدهاند. این مواد در زندگی روزمره ما حضور پررنگی دارند و در صنایع مختلف از بستهبندی گرفته تا پزشکی و خودروسازی استفاده میشوند.
پلیمرها خودشون به سه دسته اصلی تقسیم میشوند:
- پلیمرهای سنتزی: پلیمرهایی هستند که در آزمایشگاه یا کارخانهها تولید میشوند، مثل پلی اتیلن(PE) و پلی پروپیلن.
- پلیمرهای طبیعی: این نوع پلیمرها در طبیعت یافت میشوند، مانند سلولز در گیاهان و پروتئینها در بدن موجودات زنده.
- پلیمرهای سنتزی–طبیعی: ترکیبی از پلیمرهای طبیعی و مصنوعی هستند و معمولاً در کاربردهای پزشکی مثل نخهای بخیه قابل جذب بهکار میروند.
مواد معدنی
مواد شیمیایی معدنی شامل ترکیباتی هستند که اغلب فاقد پیوندهای کربن–هیدروژن (C–H) میباشند و بیشتر از عناصر معدنی تشکیل شدهاند. این ترکیبات معمولاً از واکنش میان فلزات و نافلزات به دست میآیند و نقش بسیار مهمی در صنایع گوناگون مانند ساختوساز، کشاورزی، تولید کود، داروسازی و تصفیه آب دارند.
مواد معدنی بر اساس نوع ترکیب و رفتار شیمیاییشان به پنج دسته مهم تقسیم میشوند:
۱. اسیدهای معدنی (Inorganic Acids)
اسیدهای معدنی موادی هستند که در آب تجزیه شده و یون هیدروژن(H⁺) آزاد میکنند. این مواد خاصیت خورندگی دارند و در صنایعی مانند تصفیه فلزات، تولید کود شیمیایی، شویندهها و باتریها استفاده میشوند. جالب است بدانید که اسید سولفوریک یکی از پرمصرفترین اسیدهای معدنی جهان است.
۲. بازها یا قلیاها (Bases & Alkalis)
بازها در محلول آبی یون هیدروکسید (OH⁻) آزاد میکنند و خاصیت قلیایی دارند. این مواد در تولید صابون، کاغذ، منسوجات و مواد پاککننده کاربرد گستردهای دارند. به نظرم هیدروکسید سدیم یا سود سوزآور که یکی از پرکاربردترین بازهاست، برای این قسمت مثال خوبی باشد.
۳. نمکهای معدنی (Inorganic Salts)
نمکهای معدنی حاصل واکنش میان اسید و باز هستند و معمولاً جامداتی کریستالی و پایدارند. این ترکیبات در صنایع غذایی، داروسازی، کشاورزی و مواد شیمیایی صنعتی کاربرد دارند. به عنوان مثال همان کلرید سدیم که همه شما با نام نمک خوراکی آن را میشناسید.
۴. اکسیدهای معدنی (Inorganic Oxides)
اکسیدها از ترکیب اکسیژن با سایر عناصر به وجود میآیند و بسته به نوع عنصر، ممکن است خاصیت اسیدی، بازی یا خنثی داشته باشند. اکسیدها در تولید رنگدانهها، شیشه، سیمان و مواد سرامیکی نقش کلیدی دارند. به عنوان نمونه اکسید کلسیم (CaO) یا آهک زنده که در صنایع ساختمانی و فولادسازی استفاده زیادی دارد.
۵. فلزات، آلیاژها و عناصر جدول تناوبی
فلزات و عناصر جدول تناوبی پایه و اساس بیشتر ترکیبات معدنی هستند. فلزات معمولاً رسانا، براق و قابل چکشخواریاند و در ترکیب با عناصر دیگر، خواص فیزیکی و شیمیایی جدیدی پیدا میکنند. وقتی دو یا چند فلز یا نافلز با هم ترکیب شوند، آلیاژ بهوجود میآید که مقاومت و کارایی بیشتری دارد. تو اینجا مثال های زیادی میتوانیم بزنیم، مثلاً:
- آهن در تولید فولاد
- مس در صنایع برق و الکترونیک
- آلومینیوم در هوافضا و بستهبندی
- برنج (آلیاژ مس و روی) در ساخت ابزار و تزئینات
از سوی دیگر، شناخت عناصر جدول تناوبی به درک ترکیبات شیمیایی و رفتار آنها کمک میکند، چون تمام مواد معدنی از همین عناصر ساخته شدهاند.
مواد آلی فلزی (Organometallic Compounds)
میرسیم به دسته آخر، مواد آلی فلزی به ترکیباتی گفته میشود که در ساختار آنها، پیوند مستقیم بین اتم فلز و کربن وجود دارد. این شاخه از شیمی آلی در سال ۱۸۴۹ میلادی توسط ادوارد فرانکلند شیمیدان انگلیسی پایهگذاری شد و از آن زمان بهعنوان یکی از مهمترین زمینههای پژوهش در شیمی مدرن شناخته میشود.
این ترکیبات نقش بسیار مهمی در کاتالیز واکنشهای شیمیایی، سنتز مواد آلی پیچیده و تولید داروها و پلیمرها دارند. از آنها در صنایع مختلفی مانند پتروشیمی، داروسازی، تولید سوخت و حتی فناوری نانو استفاده میشود. اگر بخواهم دو تا مثال از این دسته انتخاب کنم، تترا اتیلسرب که در گذشته بهعنوان افزودنی بنزین استفاده میشد و فرروسن را انتخاب می کنم که بنظرم مثال خیلی جذابی هست.
انواع مواد شیمیایی بر اساس کاربرد
علاوه بر دسته بندی مواد شیمیایی که در بالا گفتیم، برخی از صنایع بیشتر تمایل دارند، مواد شیمیایی را بر اساس کاربرد آنها دسته بندی کنند. در واقع در این روش، مواد شیمیایی را بر اساس نقشی که در صنایع مختلف ایفا میکنند گروهبندی میکنند.
1- مواد شیمیایی صنعتی
مواد شیمیایی صنعتی به موادی گفته میشود که در مقیاس انبوه و با هدف استفاده در فرآیندهای تولیدی و صنعتی ساخته میشوند. این دسته از ترکیبات که هسته اصلی بسیاری از کارخانهها را تشکیل میدهند، شامل مواد اولیه پتروشیمیها مانند اتیلن و پروپیلن هستند که برای تولید پلاستیک و رزین به کار میروند. به عنوان مثال، اسید سولفوریک به طور گسترده در تولید کودهای شیمیایی، حلالها برای رقیقسازی رنگ و پاککنندهها، و کاتالیستها برای تسریع واکنشها در پالایش نفت و صنایع پتروشیمی مورد استفاده قرار میگیرند.
ردیف |
نام ماده شیمیایی |
فرمول شیمیایی |
نام های دیگر ماده شیمی |
|
1 |
استون | C3H6O | پروپانون، دی متیل کتون |
| 2 | متیل اتیل کتون | C4H8O |
MEK، بوتانون |
|
3 |
متیل ایزوبوتیل کتون | C6H12O | MIBK، متیل پنتانون |
| 4 | ایزوپروپیل الکل | C3H8O1 |
2-پروپانول، ایزو پروپانول |
|
5 |
بوتانول | C4H9OH | نرمال بوتیل الکل |
| 6 | ایزوبوتیل الکل | C4H10O |
ایزو بوتانول، ایزو پروپیل کاربینول |
|
7 |
تولوئن | C7H8 | متیل بنزن، فنیل متان |
| 8 | اورتو زایلن | C8H10 |
دی متیل بنزن |
|
9 |
منومر استایرن | C8H8 | وینیل بنزن، سینامین، فنیل اتیل |
|
10 |
اتیلن گلیکول | 2(CH2OH) |
اتان دیول، مونو اتیلن گلیکول |
| 11 | دی اتیلن گلیکول | C4H10O3 |
دی هیدروکسی دی اتیل اتر |
|
12 |
تری اتیلن گلیکول | C6H14O4 | اتیلن دی اکسی دی اتانول |
| 13 | مونو اتانول آمین | C2H7NO |
آمینو اتانول، هیدروکسی اتانول آمین |
|
14 |
2-اتیل هگزانول | C8H18O | 2-اتیل الکل |
|
15 |
گلیسرول | C3H8O3 | گلیسرین، 3-2-1 پروپان تری ال |
| 16 | اپی کلرو هیدرین | C3H5ClO |
1-کلرو ۲-۳اپوکسی پروپان، ECH |
| 17 | آلیل الکل | C3H6O |
۲-پروپن |
|
18 |
دی فینیلول پروپان | C15H16O2 | ۲-۲بیس پارا هیدروکسی فنیل پروپان، بیس فنول A |
| 19 | پیوالیک اسید | C5H10O2 |
تری متیل استیک اسید، دی متیل پروپانوئیک اسید |
|
20 |
متانول | CH3OH | الکل چوب ، کاربینول، متیل الکل، الکل متیلیک |
| 21 | اتانول | C2H5OH |
اتیل الکل |
|
22 |
آمیل نیتریت | C5H11NO2 | ایزو آمیل سالیسیلات، ایزوآمیل نیتریت، نیترامیل |
| 23 | آمونیوم دی کرومات | (NH4)2Cr2O7 |
امونیوم بی کرومات |
|
24 |
آمونیوم کلرید | NH4Cl | نشادر |
| 25 | آمونیوم آلومینیوم سولفات | Al2(SO4)3 |
آلومینیوم سولفات، کیک آلوم |
|
26 |
پلی وینیل الکل | (C2H4O)n | PVA ،PVAL، پلی اتانول |
| 27 | پلی وینیل پیرولیدون | (C6H9NO)n |
PVP ، پلی ویدون |
|
28 |
زاج آمونیاک | ammonium aluminum sulfate | زاج آمونیوم |
| 29 | تیزاب سلطانی | HNO3+3 HCl |
aqua regia، ترکیب اسیدکلریدیک و اسیدنیتریک |
| 30 | آلومینیوم سدیم سولفات | NaAl(SO4)2·12H2O | زاج متخلخل، زاج سدیم |
|
31 |
استیل سالیسیلیک اسید | C9H8O4 | آسپیرین |
| 32 | کربنات کلسیم | CaCO3 |
گِل سفید، سنگ آهک |
|
33 |
آمونیاک | NH3 | هیدروژن نیترید، نیتروسیل، تری هیدروژن نیترید |
| 34 | هیپوکلریت سدیم | NaOCl |
آب ژاول ، وایتکس |
|
35 |
هیدروژن پراکسید | H2O2 | آب اکسیژنه |
|
36 |
سولفات باریوم | BaSO4 |
باریت یا بلانک فاکس |
| 37 | سیلیکات منیزیم | Mg2SiO4 |
تالک |
|
38 |
سیلیکات آلومینیوم | Al2SiO5 | |
| 39 | سولفوریک اسید | H2SO4 |
جوهر گوگرد، سولفات هیدروژن |
|
40 |
نیتریک اسید | HNO3 | جوهر شوره |
| 41 | استیک اسید | CH3COOH |
جوهر سرکه، جوهر انگور، اتانوئیک اسید |
|
42 |
کلریدریک اسید | HCl | جوهر نمک |
| 43 | فرمیک اسید | HCOOH |
جوهر مورچه، متانوئیک اسید |
|
44 |
بوریک اسید | H3BO3 | اورتو بوریک اسید ، بوراسیک اسید |
| 45 | اگزالیک اسید | C2H2O4 |
اسید شیرین |
|
46 |
اسکوربیک اسید | C6H8O6 | ویتامین C |
| 47 | کلسیم اکسید | CaO |
آهک زنده |
|
48 |
کلسیم هیدروکسید | Ca(OH)2 | آب آهک، شیر آهک ، آهک شکفته |
| 49 | منیزیم هیدروکسید | Mg(OH)2 |
شیر منیزی |
|
50 |
پرمنگنات پتاسیم | KMnO4 | پرمنگنات |
| 51 | اوره | CO(NH2)2 |
کاربامید |
|
52 |
متیلن کلراید | CH2Cl2 | دی کلرو متان ، متیلن دی کلراید |
| 53 | منیزیم نیترات | Mg(NO3)2 |
نیترات منیزیم |
|
54 |
پتاسیم آلوم | KAl(SO4)2 | زاج سفید، تاواس |
| 55 | آزبست | – |
پنبه نسوز، پشم شیشه، پنبه کوهی |
|
56 |
سدیم بی کربنات | NaHCO3 | جوش شیرین |
| 57 | مس (II) سولفات | CuSO4 |
کات کبود |
|
58 |
آهن (II) سولفات ، فروس سولفات | FeSO4 | زاج سبز |
| 59 | کبالت (II) سولفات | CoSO4 |
زاج سرخ |
|
60 |
جیوه | Hg | مرکوری |
| 61 | پتاسیم کربنات | K2CO3 |
نمک تارتار، خاکستر مروارید، کربنات پتاس |
|
62 |
کربن دی اکسید | CO2 | گاز کربنیک |
| 63 | پتاسیم هیدروکسید | KOH |
پتاس سوز آور |
|
64 |
سدیم هیدروکسید | NaOH |
سود سوزآور، سود پرک |
|
65 |
آلومینا (آلومینیوم اکسید ناخالص) | Al2O3 |
پودر سنباده |
| 66 | آمونیوم کلرید | NH4Cl |
نشادر |
|
67 |
فرمالدهید | CH2O | متانال، متیلن اکسید، متیل آلدهید |
|
68 |
روغن سیلیکون | (Si(CH3)2O)n |
– |
| 69 |
کلروفرم |
CHCl3 |
– |
|
70 |
هیدروکسید کبالت (II) | Co(OH)2 | cobaltous hydrate |
| 71 | هیپو فسفرو اسید | H3PO2 |
فسفینیک اسید |
|
72 |
گلوتار آلدئید |
C5H8O2 |
Pentane-15-dial |
2- مواد شیمیایی کشاورزی
مواد شیمیایی کشاورزی به ترکیباتی گفته میشود که در راستای افزایش کمیت و کیفیت محصولات زراعی و باغی، کنترل آفات و بیماریهای گیاهی، و بهبود حاصلخیزی خاک مورد استفاده قرار میگیرند. این مواد که نقش حیاتی در امنیت غذایی جوامع ایفا میکنند، شامل دستههای مختلفی مانند کودهای شیمیایی از جمله کودهای نیتروژنه، فسفره و پتاسه برای تغذیه گیاهان، آفتکشها شامل حشرهکش ها، علفکش ها و قارچکش ها برای مبارزه با عوامل خسارت زا، اصلاح کنندههای خاک برای بهبود ساختار و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی زمینهای کشاورزی هستند.
اگرچه استفاده از این مواد منجر به انقلاب سبز و افزایش چشمگیر تولید محصولات شده است، اما کاربرد بیرویه آنها میتواند پیامدهایی مانند آلودگی منابع آب و خاک و برهم خوردن تعادل اکوسیستمهای طبیعی را به همراه داشته باشد.
3- مواد شیمیایی صنایع غذایی
مواد شیمیایی صنایع غذایی به ترکیباتی اطلاق میشود که به منظور بهبود کیفیت، افزایش ماندگاری، حفظ ایمنی و ایجاد ویژگیهای حسی مطلوب در محصولات خوراکی به کار گرفته میشوند. این مواد که نقش کلیدی در زنجیره تولید و فرآوری غذا دارند، شامل دستههای متنوعی مانند نگهدارندهها برای جلوگیری از فساد میکروبی، آنتی اکسیدانها برای جلوگیری از اکسیداسیون چربیها، امولسیفایرها برای پایدارسازی مخلوط ها، رنگهای خوراکی و طعمدهندهها برای بهبود ظاهر و طعم و شیرینکننده ها هستند.
4- مواد شیمیایی شوینده ها
مواد شیمیایی شویندهها به ترکیباتی گفته میشود که با هدف کاهش کشش سطحی آب، حل کردن چربیها و آلودگیها و پاکیزهسازی سطوح مختلف در محصولات پاککننده به کار میروند. هسته اصلی این مواد را سورفکتانت تشکیل میدهند که با ساختار دوگانه خود، آلودگیها را از سطح جدا کرده و در آب معلق نگه میدارند.
در کنار سورفکتانت ها، ترکیبات دیگری مانند بازهای قوی برای پاککنندههای چربیگیر، آنزیم ها برای تجزیه لکههای پروتئینی در مواد شوینده لباسشویی، سفیدکنندهها برای حذف لکههای رنگی، و مواد نرم کننده برای بهبود بافت و کاهش ایستایی الکتریسیته در پارچهها نیز به کار گرفته میشوند.
5- مواد شیمیایی آزمایشگاهی و دارویی
مواد شیمیایی آزمایشگاهی معمولاً با درجه خلوص بسیار بالا (در مقایسه با نمونههای صنعتی) تولید میشوند و برای کاربردهای تحلیلی، تحقیقاتی، آموزشی و کالیبراسیون در آزمایشگاهها مورد استفاده قرار میگیرند. این مواد که شامل حلالهای با خلوص بالا، اسیدها و بازهای استاندارد، معرفهای شیمیایی و مواد استاندارد برای کالیبراسیون دستگاهها هستند، باید عاری از ناخالصیهایی باشند که میتوانند دقت نتایج آزمایشگاهی را تحت تأثیر قرار دهند.
در مقابل، مواد شیمیایی دارویی که اغلب با عنوان مواد اولیه دارویی شناخته میشوند به ترکیباتی اطلاق میگردد که مستقیماً در تولید داروها و محصولات بهداشتی-درمانی به کار میروند. این مواد علاوه بر خلوص شیمیایی بالا، باید تحت شرایط بسیار کنترلشده و مطابق با استانداردهای Good Manufacturing Practice تولید شوند تا ایمنی و اثربخشی محصول نهایی تضمین گردد.
6- مواد شیمیایی تصفیه آب
مواد شیمیایی تصفیه آب به ترکیباتی گفته میشود که برای بهبود کیفیت آب، حذف آلایندهها، تنظیم ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی مورد استفاده قرار میگیرند. این مواد با انجام فرآیندهایی مانند انعقاد و لختهسازی با استفاده از موادی مانند آلوم و پلیالکترولیتها، ذرات معلق و کلوئیدی را به هم چسبانده و تهنشین میکنند. همچنین با موادی مانند کلر، ازن و ژیاول، فرآیند گندزدایی را انجام داده و میکروارگانیسمهای بیماریزا را از بین میبرند.
تنظیم pH آب توسط اسیدها و بازها مانند آهک و سود سوزآور، جلوگیری از خوردگی لولهها توسط بازدارندههای خوردگی، و حذف یونهای ایجادکننده سختی توسط رزینهای تبادل یونی یا مواد نرمکننده از دیگر کاربردهای این ترکیبات است. به این ترتیب، مواد شیمیایی تصفیه آب نقش حیاتی در تأمین آب سالم برای شرب، صنعت، کشاورزی و حفظ محیط زیست ایفا میکنند.
