كيف استطاعت الكيمياء السيطرة علينا؟ (1)

إن كنت تعتقد أنك تتحكم في الكيمياء وتديرها حسب رغبتك في مختبرك الصغير، فأحبّ أن أذكر لك أن الكيمياء قد تحكمت في كل أمور حياتك من دون أن تعرف حتى، ولطالما أطبقت الكيمياء يداها على حياتك البسيطة! فكيف ذلك؟

كيمياء كريمات الترطيب

يعاني الكثير منا في فصل الصيف من حروق الشمس والجلد الجاف، حتى في فصل الشتاء أيضًا، حيث تعرضك لصفعات الرياح المتكررة يعرض جلدك للجفاف، ولذلك يستخدم الناس كريمات الترطيب التي نعرفها كلنا. يوجد العديد والعديد من كريمات الترطيب المختلفة من أسماء تجارية لا حصر لها، وكلّ كريم ترطيب له شكله ولزوجته الخاصة، فنلاحظ أنّ منها زيتي ومنها مائي. ولكن، ألم تتساءل عن كيفية عمل هذه الكريمات لتمنع خسارة الماء من الجلد؟ هل تحفظ الماء من الخسارة أم تستقطبه ليدخل الجلد ويصبح رطباً اكثر؟

علينا أن نتعرّف على الجلد أكثر

يتكون الجلد من ثلاث طبقات رئيسة وهي:

• الطبقة الخارجية: البشرة التي تتكون عادة من خلايا جلدية خارجية ميتة ومتراكمة وتتساقط باستمرار، ومنها يتكون 80% من غبار المنزل.
• الطبقة الثانية هي طبقة الأدمة، تحتوي على بصيلات الشعر والخلايا العرقية وخلايا ميركل الحسية.
• الطبقة الثالثة هي الطبقة الدهنية، التي تتكون من الدهون والأوعية الدموية واللمفية.

 

لنجيب على هذا السؤال، علينا أن نعلم أنّ الترطيب يتم بعدة طرق وآليات سنشرحها الآن:

• أولاً، آلية الانسداد (occlusive)، مثل الفازلين. يتكون الفازلين من الكان (Alkane). كلّ جزيء منه يحتوي على أكثر من 25 ذرة كربون، حيث يقوم الفازلين بتشكيل طبقة زيتية على الطبقة الخارجية للجلد (البشرة Epidermis) وبذلك يمنع هروب الماء من الجلد ويحبسه في داخله، على الرغم من فعاليته إلا أنه يجعل الجلد دهنيًا وهذا يكوّن شعورًا بعدم الارتياح عند المستخدم، فيرفض وضع الفازلين على جلده لوقت طويل، لذلك ظهرت طرق أخرى وأكثر حداثة لترطيب الجلد.

• ثانيًا، آلية الترطيب (Humectant)، مثل الكريمات التي تحتوي على جليسرين. الجلسرين مركب عضوي يحتوي على 3 جزيئات OH، وهذا يجعل من المركب محبًّا للماء (جاذبًا للماء)، فيقوم الجليسرين بسحب الماء من طبقة الأدمة (Dermis) إلى طبقة البشرة.. وفي حال كانت نسبة الرطوبة في الجو أعلى من 80% فإنه يقوم أيضًا بسحب الماء من الجو ويدخله في طبقة البشرة فيرطّبها.

• ثالثًا، المطريات (Emollients)، مثل كريم دوف (Dove) للترطيب. آلية عمله تشبه آلية عمل الانسداد، لكنه يستخدم مركبات محبة للماء وليس كارهة للماء مثل الفازلين، في هذه الآلية تستخدم مركب الـ(Glycol Stearate)، وهو مركب محبّ للماء، وعن طريق استخدامه بكميات كبيرة فهو يخلق طبقة عازلة على سطح طبقة البشرة فيمنع خسارة الماء من الجلد إضافة إلى سدّ الفجوات المتواجدة بين خلايا جلد طبقة البشرة الخارجية، فيمنع خسارة الماء بدرجة كبيرة [1].

كيمياء مضادات العرق

الصيف جميل ولكن لديه سيئة وهي العرق، يتعرق الناس بشدة في الصيف بسبب الحرارة الشديدة، وعادة ما يكون للعرق رائحة كريهة، ويشكل هذا مشكلة للعديد من الناس ويؤثر سلبًا على سير يومهم. لذلك حاولت العديد من شركات الأدوية والتجميل إيجاد حلول لإزالة رائحة العرق أو حتى منع إفرازه من البداية، وبهذا وجدت منتجات مزيلة العرق ومضادّات العرق. لكن ألم تتساءل يوماً عن الفرق بينهما؟

مضاد العرق (Antiperspirants)، تحتوي مضادات التعرق على مركبات كيميائية مثل (aliminium Fromate) ،(Al (HCOO₃) و(Aliminium Chlorhydrate)) وهي مركبات من مادة الألمنيوم التي تعمل على سد قناة التعرق فتمنع العرق من الخروج. لكن هذه المواد تتحلل وتخرج من القناة في وقت قصير، لذلك استخدامها لأكثر من مرة في اليوم أمر ضروري لاستمرار فعاليتها.

مزيل العرق (Deoderants). كي نفهم كيف يعمل مزيل العرق علينا أن نفهم أولًا كيف تأتي رائحة العرق: العرق نفسه ليس له رائحة ويتكون عادة من الماء والأملاح وبعض البروتينات، ولكن عندما يصطدم العرق مع البكتيريا التي على الجلد فإن البكيتريا تقوم بتكسير بعض مكونات العرق مكوِّنةً نواتج كيميائية لها رائحة كريهة. وللتخلص من هذه المشكلة فإن مزيلات العرق أو بالأصح مزيلات رائحة العرق تحتوي على مضادات حيوية تقوم بقتل البكتيريا في مكان رش مزيل العرق مما يوقف من تكون المركبات الكيميائية التي تكون رائحة العرق الكريهة. ومن المضادات الحيوية التي تستخدم في مزيلات العرق هو مركب الـ Triclosan  ومركب الـ [Chlorhexidine [2].

الغدة العرقية

كيمياء اللاصق (سوبر جلو)

المادة اللاصقة الشهيرة فائقة الالتصاق التي نستخدمها دومًا ونخاف أن تصيب أصابعنا فتلتصق معًا، المادة الخارقة التي لطالما استخدمناها لإصلاح حقائبنا، أحذيتنا، ألعابنا، أدواتنا المكسورة وكلّ شيء آخر بإمكانه أن يخطر على بالك. نعم يا سادة، إنه السوبر جلو (Super Glue). لكن لماذا لا يلتصق السوبر جلو داخل علبته؟ ولماذا يكون سائلًا لزجًا وعندما يخرج من العلبة يصبح مادة لاصقة؟ كيف لهذا السائل القدرة على إلصاق شيئين ببعضهما بقوة كبيرة؟! تابع معنا يا صديقي.

يتكون السوبر جلو من مركب كيميائي يسمى الـCyanoacrylate. اكتُشف هذا المركب الكيميائي لأول مرة عام 1942 عندما كان الجيش النازي يبحث عن مركب كيميائي قوي يستطيع استخدامه لصناعة حاملات عدسات النظر للقناصات، ولكن عندما تم التعامل معه لوحظ بأنه يلتصق بكل شيء فتم استبعاده كليًا، ونسي أمره. أعيد اكتشافه مرة أخرى في عام 1951 عندما كانوا يبحثون عن مركب يستطيعون من خلاله بناء نافذة سقف الطائرات النفاثة، وفي عام 1958 تم اكتشاف أهميته ووظيفته كلاصق عندما تم تطوير سائل من هذا المركب وبدأ استخدامه تجاريًا.

في يومنا الحالي (methyl cyanoacrylate) هو المستخدم في علب السوبر جلو التجارية، بينما الـ(2-octyl cyanoacrylate) يستخدم لإغلاق الجروح الكبيرة بدلًا من إغلاقها باستخدام القطب الطبية.

كيف تتحول مادة الـCyanoacrylate من سائل إلى لاصق؟!

تتواجد مادة الـCyanoacrylate داخل الأنبوب كسائل وهذا بسبب انعدام الروابط بين جزيئات مادة Cyanoacrylate، وهكذا يصبح كل جزيء لوحده مشكلاً بركة من هذه المادة. ولكن عندما يلامس الماء هذه الجزيئات، تتغير الأمور؛ يقوم الماء بربط الجزيئات معًا وربطها مع سطوح المواد التي نريدها أن تلتصق وتتصلح، فيساعد الماء على تكوين شبكة قوية جدًا من الروابط بين جزيئات الCyanoacrylate نفسه ومع سطوح المواد المكسورة التي يراد تصليحها، يحتاج التفاعل الى كمية قليلة جدًا من الماء، حتى أنّ الماء المتواجد في الغلاف الجوي يكفي لإجراء التفاعل. انظر للرسم التوضيحي [3].

كيمياء طلاء الأظافر

نحن نحب الألوان بشدة، تستمتع أعيننا بالنظر إليها، نجدها جاذبة، لذلك وبسبب فضولنا وحبنا للألوان لم ندع أي مكان في وجهنا أو أيدينا إلَّا وقد أوجدنا طريقة لتلوينه. وطلاء الأظافر واحد من هذه الوسائل!

ما هو طلاء الأظافر وممَّ هو مصنوع؟ كيف يعمل طلاء الأظافر وكيف بإماكنه الصمود على أصابعنا لأسابيع؟

يتكون طلاء الأظافر التقليدي من بوليمرات على شكل شبكة، مثل مادة الـNitrocellulose، الذي يكون مذابًا في مذيب مثل (Methyl acetate and Acetone). يجفّ بعد فترة قصيرة من تعرضه للهواء، فيكوّن طبقة جافة ومتماسكة من الطلاء على الأظافر.

يتكون طلاء أظافر الجل (Gel) الجديد، من بوليمر يسمى Methacrylate. يتميز هذا البوليمر بأنّ كل جزيء منه يتواجد منفصلًا وليس مرتبطًا مع الجزيء الآخر، لذلك فهو يتواجد على شكل سائل لزج، لكن عندما يتعرض للأشعة فوق البنفسجية أو لأي مصدر ضوء بوجود مادة الـbenzyl peroxide التي تعمل كـphotoinitiator، فإنّ الـmethacrylate يتصلب ويكوّن طبقة صلبة ومتماسكة على الأظافر.

إضافة إلى استخدام بعض المواد التي تعطي اللمعان والصفة البلاستيكية. فضلًا عن حماية طلاء الأظافر من التشقق مثل Triphenylphosphate.

 

 

الكثير من المركبات الكيميائية تفقد لونها وتبهت مع مرور الوقت بسبب التعرض لأشعة الشمس، لذلك تضاف بعض المركبات الكيميائية لطلاء الأظافر لمنعه من تغيير لونه مثل  [4] Benzophenone-1 .

كيمياء الفشار

الصيف والسينما والأفلام بماذا تذكرك؟! الفشار! ألم تسأل نفسك يومًا كيف بإمكان هذه الذرة الصفراء القاسية التحول إلى وسادة قطنية تتلذذ في أكلها؟

تحتوي حبة الذرة الصفراء على 14% من الماء. فعندما يسخن الذرة بعد وضعه على النار (حرارة تعادل 180 درجة سيلسيوس) يتحول لبخار ويشكل ضغطًا داخل حبة الذرة، وعندما يزداد الضغط بشكل كبير ويعجز غلاف حبة الذرة عن تحمل الضغط، تنفجر ويخرج النشا الذائب من الذرة لكنه يتجمد بسرعة بوجوده في الجو خارج حبة الذرة ويكون الشكل القطني الخاص بالفشار [5].

كيمياء مسرح الجريمة – مادة اللومينول لاكتشاف بقايا بقع دم الضحية

لطالما كان علم الجريمة علمًا مثيرًا للكثير من الناس، وما زاده إثارة هي المسلسلات والروايات البوليسية كشارلوك هولمز لكونان دويل والمحقق بوارو لأغاثا كريستي، والأنمي الشهير كونان وغيرها.. لكن أكثر ما كان مثيرًا في نظرنا هو كيف يستطيع الأخصائيون الجنائيون تتبع أثار المجرم ومعرفة هويته من حمضه النووي أو آثار البصمات؟ أو ما هي المادة التي توضع على الدم الممسوح بعد الجريمة حتى تكشف باقي أثره؟ كيف يكشفون آثار البصمات المختفية والتي لا ترى؟!

عادة، في جميع الجرائم المخطط لها مسبقًا، يقوم المجرم بتنظيف مكان الجريمة ومسح باقي الدم حتى لا يبقى أيّ أثر له فلا تتعرف الشرطة على أي بقايا شخصية تدل عليه. لكن كما يقول كونان، ما من جريمة كاملة! لذلك أوجد العلماء طريقة للتعرف على بقايا الدم وسوائل الجسم سواء كانت من المجرم أم الضحية، باستخدام مادة اللومينول. لكن كيف تعمل مادة اللومينول (Lumionol)؟

يتفاعل اللومينول مع إفرازات وسوائل الجسم مثل الدم، البول والبراز (التي تعمل كمادة محفزة وتسمى catalyst ، cat) بوجود مادة فوق أكسيد الهيدروجين (H2O2) ومادة كيميائية قاعدية (Alkaline)، فينتج ذلك مركب (Luminol Hydroperoxide)، وحيث أنّ المركب الأخير يكون في حالة هيجان (سبب هيجان المركب الناتج عن تفاعل اللومينول مع سوائل الجسم هو بسبب تكون مادة تسمى Radical luminol التي عادة ما تمتلك إلكترونات غير مستقرة في مدارات طاقة عالية وعند انتقالها لمدارات طاقة أقل فإنها تخسر الطاقة الزائدة عن طريق ضوء يخرج من المركب) ويريد خسارة الطاقة ليستقر فإنه يفقد جزءًا من طاقته التي تخرج على شكل ضوء فسفوري [6].

تفاعل الدم (الدم يعمل كمحفز cat.) مع مادة اللومينول فينتج Luminol Hydroperoxide  وضوء

كيمياء كشف بصمات الأصابع في مسرح الجريمة

الآن بعد أن حدّدنا موقع دم الضحية، جاء دور بصمات الأصابع التي ستساعدنا على معرفة من هوية المجرم، توجد الكثير من الطرق التي تستخدم في كشف بصمات الأصابع فمنها قديم ومنها جديد.

تقسم بصمات الأصابع في عالم الجريمة إلى عدة أنواع، أول نوع هو البصمات الواضحة والتي لا تحتاج إلى إضافة مواد عليها لتكون واضحة (patent print)، مثل البصمات التي تكون مطبوعة على السطوح بواسطة التراب أو الزيت. النوع الثاني هي البصمات غير الظاهرة للمخبرين وعليهم استخدام مواد كيميائية لإظهارها وتسمى (latent print). أما النوع الأخير فهي البصمات التي تكون مطبوعة بشكل ثلاثي أبعاد 3D بسبب وضع اليد على معجون أو معجون زيتي (wax) وهذا النوع لا يحتاج إلى مواد كيميائية لإظهاره (plastic print).

عادة ما تكون الأصابع مغطاة بمادة زيتية يفرزها الجلد وبعض المواد الرطبة التي تلتصق بالسطوح عند وضع الأصابع عليها، لذلك تستخدم عدة أنواع من المواد الكيميائية التي بإمكانها الالتصاق بهذه المواد وتشكيل صورة البصمة السطوح مثل الكربون، الألمنيوم، الزنك والنحاس. إضافة لاستخدام بعض المواد الكيميائية اللاصقة لمساعدة التصاق هذه المعادن بزيوت وإفرازات الجسم مثل بودرة الحديد ومادة لزجة لاصقة تسمى العلكة العربية (تستخدم عادة كمادة مخثرة في العديد من مواد التجميل) Arabic gum ،Iron powder.

من المواد التي تستخدم أيضًا في الكشف عن البصمات هو بخار السوبر جلو (super glue)، الذي يحتوي على مادة كيميائية تسمى Cyanoacrylate، التي يلتصق بخارها بإفرازات الجسم التي تشكل البصمات.

من المواد الأخرى المستخدمة، مركب يسمى Ninhydrin، حيث يقوم هذا المركب بالتفاعل مع الزيوت والأحماض الأمينية المفرزة من الجلد وينتج مادة كيميائية تشع باللون البنفسجي فتتكون البصمة [7].

---

لقراءة الجزء الثاني للمقال اضغط: هنا