تـربـقـافـة

ما أهمية دموع العين؟
1. تعتبر الدموع من الأشياء الهامة جداً لرطوبة العين ولإخراج أي مواد أو أجسام غريبة خارجها.
2. تكمن أهمية دموع العين في منع حدوث الجفاف فيها والذي ينجم عن قلتها.
3. حدوث أورام أو إصابات بالعين.
4. نقص فيتامين (A) والذي يسبب أيضاً ضعف في الرؤية ليلاً.
5. استخدام بعض العقاقير وذلك باستشارة الطبيب.

ما الإجراءات الوقائية للعين التي تساعد على توفير بيئة عمل ملائمة؟
1. اختيار وضع شاشة الكمبيوتر، بحيث تكون في مستوي أقل من مستوي العين.
2. استخدام إضاءة معتدلة ومناسبة لتقليل الانعكاسات الواقعة على شاشة الكمبيوتر.
3. استخدام فلتر (مرشح) غير عاكس علي شاشة الكمبيوتر لتخفيف الموجات الكهربائية المنبعثة من شاشته.
4. عدم مواصلة الجلوس أمام شاشة الكمبيوتر بدون فترات راحة.
5. استخدام حامل للمستندات توضع عليه الأوراق عند الكتابة.
6. استخدام وسيلة الدموع الاصطناعية (الكاذبة) لترطيب عينيك الجافة.

ما الأضرار التي يسببها الكمبيوتر للعين عند استخدامه لفترات طويلة؟
1. آلام الظهر.
2. آلام الرقبة.
3. آلام الكتف.
4. إجهاد بالعين.

ما هي الأسباب التي تؤدي إلى حدوث المياه البيضاء على العين؟
1. تعرض إلى أشعة إكس (في حالة العلاج بالأشعة علي العين).
2. التعرض لأشعة الشمس بشكل قوي.
3. التهاب في العين.
4. تسبب بعض المضاعفات لأمراض مختلفة مثل (مرض السكري).
5. المسنون أكثر عرضة من غيرهم لهذا المرض.

كيف يؤثر التدخين على صحة عين الجنين أو الطفل؟
1. يؤثر التدخين أثناء فترة الحمل له علاقة بنقص في وزن الطفل عند ولادته، أو تعرضه للولادة المبتسرة (أي المبكرة).
2. يتعرض الطفل إلى الإصابة بالحمى الشوكية، حيث تزداد احتمالية الإصابة بذلك حوالي خمسة أضعاف الذين لم يتعرضوا للتدخين السلبي من قبل أمهاتهن.
3. الحمى الشوكية في مرحلة الطفولة تسبب التهاب في القرنية وإصابة الطفل بالعين الوردية (التهاب الملتحمة).

كيف يؤثر التدخين على صحة العين؟
1. الأشخاص التي تدخن السجائر تزداد لديها مخاطر الإصابة بالماء الأبيض إذ يتسبب في العديد من مشاكل الرؤية بما فيها عدم الرؤية بوضوح عن بعد.
2. يعتبر التبغ من أحد العوامل التي تساهم في ضمور مقلة العين.
3. يتسبب التدخين اعتلال الشبكية الناتج عن مضاعفات مرض السكر أو الضمور الذي يلحق بالأوعية الدموية بالشبكية.
4. عدم تناول نظام غذائي متوازن التدخين بشراهة وشرب كميات مفرطة من الكحوليات يسبب ضمور في العصب البصري والذي يتصل بفقدان البصر وهذه الحالة تسمى بالعين الكسولة.
5. تسوء حالة العين لدى المدخنين فيؤدي إلى فقدان حاسة الإبصار لديهم محتمل  الحدوث.

ما هو الانفصال الشبكي؟
1. الانفصال الشبكي هو انفصال شبكية العين وهي طبقة حساسة للضوء في العين وهى التي ترسل الإشارات المرئية من خلال العصب البصري إلى المخ.
2. عندما تنفصل الشبكية عن مكانها الطبيعي وإذا لم يتم العلاج الفوري لها عند تحركها من مكانها يؤدي الانفصال الشبكي إلى فقد الرؤية وإصابة الشخص بالعمى.
3. في بعض الحالات قد تتعرض شبكية العين إلى التمزق في بعض الأماكن الصغيرة بها ويؤدى هذا إلى الانفصال الشبكي.
4. يبدأ انفصال الشبكية عن مكانها الطبيعي بدءاً من الأطراف ثم ينتقل إلى الوسط، وقد يحدث بشكل تدريجي وجزئي أو قد يحدث فجأة وبشكل كلي.
5. يُطلق الانفصال الشبكي على انفصال الشبكية عن المشيمة، والمشيمة هي المسؤولة عن توصيل الغذاء للشبكية.
6. الانفصال يعنى انفصال الغذاء عنها مما يؤدى إلى تعطل وظيفتها وتصبح غير حيوية.

كيف يمكن حماية الأطفال من مخاطر إصابة العين؟
1. تجنب اللعب ذات الحواف الحادة أو المدببة.
2. فصل اللعب المخصصة للأطفال الكبار عن تلك المخصصة للأطفال الصغار.
3. تجنب شراء اللعب الطائرة، فهي تشكل خطراً لكافة الأطفال وخاصة لمن هم دون الخامسة من العمر.
4. أخذ الحذر من جانب الآباء عن العناصر الموجودة في أماكن اللعب خارج المنزل و التي تشكل خطراً على أعين أطفالهم.
5. استخدام وسائل الأمان في السيارات مثل: أحزمة الأمان، الجلوس في المقاعد الخلفية.

كيف تحمي العين من المخاطر الكيميائية؟
1. ارتداء النظارات الواقية عند استخدام المواد الكيميائية الخطيرة كالمنظفات.
2. إتباع التعليمات المصاحبة لأي منتج به مواد كيميائية.
3. لا يتم خلط المنظفات مع بعضها حتى لا تتفاعل.
4. النظارات الطبية ليست كافية لحماية العين من المخاطر.

ما هو الفرق بين عدسات الأمان الزجاجية والبلاستيكية؟
1. تعمل هذه العدسات على تأمين حماية للعين من كافة المخاطر.
2. أما بالنسبة للعدسات الزجاجية فهي مقاومة للخدش لكنها سهلة الكسر.
3. يمكن أن تستخدم مع المواد الكيميائية الخطيرة كما توصف لتصحيح العيوب الانكسارية.
4. وتكون فى بعض الأحيان غير مريحة وثقيلة.
5. أما العدسات البلاستيكية فتعد أخف فى الوزن وتحمي أثناء عمليات اللحام.
6. تتعرض للخدش أكثر من العدسات الزجاجية.

ما هو الدفاع الأمثل ضد إصابات العين؟
1. توجد ثلاث خطوط دفاع لتجنب إصابات العين.
2. معرفة مصدر الخطر.
3. تجنب مصادر الخطر قبل البدء فى العمل.
4. استخدام الأدوات الوقائية للعين.

ما هي أكثر الأسباب شيوعاً لإصابات العين؟
1. تطاير الجسيمات الدقيقة المعدنية أو الزجاجية.
2. الأدوات الحادة.
3. المواد الكيميائية.
4. التعرض للإشعاعات.
5. أية أسباب سابقة مجتمعة، أو عند التعرض لمخاطر أخرى.

كيف تحمى عينيك من الأشعة فوق البنفسجية؟
1. ارتداء قبعات لها حواف لحجب أشعة الشمس عن الوجه.
2. النظارات الشمسية، فالنظارات الشمسية قادرة على امتصاص حوالي 99-100% لكلاً من الأشعة فوق البنفسجية (أ) و (ب).
3. العدسات اللاصقة المصممة لامتصاص الأشعة فوق البنفسجية، لكنها لا تعتبر بديلة عن النظارات الشمسية لأنها تغطى منطقة القرنية فقط ولا تحمى العين بأكملها أو الجلد المحيط بها.
4. التشخيص المبكر لأية أعراض تظهر فى العين من إحمرار أو التهابات.
5. ملاحظة الشكوى من أية أعراض مثل عدم القدرة على القراءة لمدة طويلة، عدم مشاهدة التلفزيون عن بعد، وجود حَوَل فى إحدى العينين لأن هذا يسبب ضعف فى قوة الإبصار.
6. الابتعاد عن الطب الشعبى فى معالجة العين وخاصة الكحل، لما قد يسببه من خدش للقرنية بسبب دخول الميكروبات إليها ومن ثَّم حدوث العدوى.

ما التأثير الضار للأشعة فوق البنفسجية على العين؟
1. تسبب المياه البيضاء.
2. سرطان الجلد: ويتضمن السرطان الذى يصيب جفون العين، وجلد الوجه عموماً.
3. حروق من الشمس معكوسة على القرنية نتيجة التعرض المفرط للأشعة فوق البنفسجية (ب) لقضاء ساعات طويلة على الشاطىء أو الثلوج بدون وجود حماية من هذه الأشعة. وأعراضها مؤلمة وتستمر من يوم إلى يومين وقد ينجم عنها فقد مؤقت للبصر.
4. الأشعة فوق البنفسجية تعرض العين لبعض الأمراض على المدى الطويل من عمر الإنسان مثل الإصابة بحروق الشمس القرنية التي تسمى التهاب القرنية من الضوء والتي تؤدي إلى فقد مؤقت للرؤية.

ما تأثير الأطعمة الصحية على صحة العين؟
1. إن الغذاء المتوازن مطلوب للصحة الإجمالية للجسم.
2. يساعد الالتزام بالأطعمة الصحية على تجنب أعراض المرض أو التقليل من احتمالية الإصابة به وخاصة مع التقدم في السن.
3. إن الأنظمة الغذائية الغنية بالخضراوات ذات اللون الأخضر الداكن مثل السبانخ تقلل من الإصابة باضطراب العين المرتبطة بتقدم العمر.
4. تساعد على عدم الإصابة بالأمراض التي تؤذي العين مثل مرض السكر.

كيف تصاب العين بالأجسام العائمة؟
1. الأجسام العائمة هو اضطراب غير حاد يتصل بالعين ومجال الرؤيا وهي تشبه الذرات أو الخيوط الدقيقة بحيث تهيم أمام العين في مجال الرؤيا عند الإنسان.
2. غالبا ما تترسب هذه الأجسام العائمة في قاع العين خلال أشهر ة تخرج من مجال الرؤيا ويقل الضيق منها.
3. من الممكن أن تتحرك هذه الأجسام مع حركة كرة العين و تظل معلقة في السائل الزجاجي و لذا عندما يحاول الإنسان النظر إليها و التركيز معها بشكل مباشر تبدو و كأنها تختفي من مجال رؤية الإنسان.
4. تتصف الأجسام العائمة بلونها الداكن الذي يشبه الطيف وتتعدد أشكالها وأحجامها منها الصغير جدا الذي يشبه البقع أو النقط أو الدقيق الذي يشبه الخيوط الناعمة أو الغير منتظمة.

كيف يمكن الوقاية من التهاب الملتحمة؟
1. الغسيل المتكرر للأيدي بصابون مطهر و استخدام المنشفة لمرة واحدة أثناء الإصابة بالمرض لمنع انتشاره.
2. تجنب المواد الكيميائية المهيجة و مسببات الحساسية المعروفة.
3. استخدام منديل ورقي لمسح الإفرازات التي تنزل من العين ثم غسيل الأيدي لمنع انتشار العدوى.
4. يفضل المواظبة على تناول العلاج حتى الانتهاء منه لضمان القضاء على العدوى و عدم معاودتها مرة أخرى.
5. تجنب الاتصال بالآخرين من الأشخاص حتى تماما زوال الأعراض و الجيد في الأمر أنه إذا تم العلاج على نحو دقيق و الشفاء الكلي منها فإنها لا تترك أي آثار.

ما هي بدائل العلاج لالتهاب الملتحمة؟
1. تعد التقوية الداخلية لجهاز المناعة تساعد على الشفاء من التهاب الملتحمة البكتيرية أو الفيروسية.
2. يساعد التخلص من مسببات الحساسية في علاج التهاب الملتحمة الناتج عن ردود الفعل من الحساسية.
3. تساعد كمادات الماء الدافئ على تخفيف الشعور بعدم الارتياح في العين ،أما كمادات الماء البارد أو عبوات الشاي الباردة تخفف من آلام العين للالتهاب الناتج عن مسببات الحساسية.
4. يمكن استخدام قطرة للعين من الأعشاب الطبيعية بدلا من القطرة المستخدمة من المواد الكيميائية.

كيف يتم علاج التهاب الملتحمة؟
1. يعتمد العلاج على سبب الاصابة في كافة الحالات يتم استخدام كمادات من الماء الدافئ توضع على العين المصابة.
2. يتم علاج العدوى الفيروسية المتسببة في إصابة الملتحمة باستخدام كمادات الماء الدافئ على العين المصابة و استخدام مرهم مضاد حيوي.
3. يتم علاج التهاب الملتحمة الناتجة عن مسببات الحساسية بإبعاد المريض عن هذه المسببات و يتم وضع كمادات ماء بارد على العين المصابة.
4. يستخدم دهان مرهم مضاد حيوي في حالة التهاب الملتحمة المتسببة فيها عدوى الكلاميديا.

ما هي أنواع العدوى الفيروسية التي تسبب التهاب الملتحمة؟
1. فيروسات البرد وعدوى الجهاز التنفسي الحادة.
2. الحصبة والهربس البسيط و هربس زوستر.
3. من الممكن أن تستمر هذه الأعراض من عدة أيام إلى أسبوعين.

ما أعراض الاصابة بالتهاب الملتحمة؟
1. تغير في لون بياض العين من اللون الوردي إلى اللون الأحمر.
2. تهيج في العين و هش، وإفرازات من العين و في بعض الأحيان تخرج الإفرازات في شكل صديدي.
3. الم أو وخز بالعين و تورم في جفن العين و إفراز العين للدموع.
4. التصاق جفني العين الواحدة و ظهور أي نوع من أنواع الاضطرابات التي تتصل بالرؤية.
5. الشعور بوجود جسم غريب في العين و الحساسية من الضوء.

كيف يشخص التهاب الملحمة؟
1. تحديد زمن ظهور الأعراض و ما هي الأعراض التي يعاني منها الشخص.
2. ملاحظة الأعراض الأخرى التي يعاني منها الشخص وغير المرتبطة بالعين كعدوى الجهاز التنفسي العلوي والتعرض للحساسية والإصابة بأمراض الاتصال الجنسي.
3. معرفة وظيفة الشخص أو مهنته لأنها قد تكون سببا في الإصابة كالعمل في مجال اللحام.
4. الاختبارات التشخيصية و لا يلجأ إليها إلا في حال فشل العلاج المبدئي حيث يتم عمل مزرعة للإفرازات لمعرة الميكروب المسبب للسرطان.

ما أسباب الإصابة بالتهاب الملتحمة؟
1- يصاب الأطفال و البالغون بالتهاب الملتحمة على حد سواء نتيجة للإصابة بالبكتيريا.
2- ويعد البالغين الذين يمارسون الاتصال الجنسي والمصابون بالتهاب الملتحمة أكثر عرضة للاصابة بالبكتيريا التي سبب مرض السيلان أو الكلاميديا.
3- من الممكن أن تكون المخاطر البيئية عاملا آخرا من العوامل المؤدية للاصابة بالتهاب الملتحمة مثل: الرياح و دخان السجائر والغبار و رد فعل من الحساسية نتيجة للقاحات المنتشرة بالجو.
4- وتكون أعراضها الهرش والاحمرار والإفرازات المخاطية.
5. وتعد العدسات اللاصقة من العوامل التي تسبب الإصابة بالعين الوردية ويكون المتسبب المحاليل التي تحفظ فيها العدسات اللاصقة.
6- عدم سريان الدموع في قنواتها بشكل طبيعي و خروجها من العين.

ما أسباب إصابة الإنسان بالأجسام العائمة؟
1- في غالبية الحالات، تكون هذه الظاهرة نتيجة طبيعية عند تقدم الإنسان في السن والتي تسبب ضيق ضئيل له.
2- انكماش السائل الزجاجي والذي يملاْ حوالي (80%) من العين. هذا السائل يساعد على احتفاظ العين بشكلها المستدير ويعمل كمادة ماصة للصدمات عندما تتعرض العين لضغط يغير من شكلها.
3- الأشخاص التي تعانى من قصر النظر عرضة للإصابة بالأجسام العائمة.
4- الأشخاص التي تخضع لعمليات الماء البيضاء وجود تمزق بالشبكية.
5- حدوث إصابات في العين وإصابتها بعدوى ما ووجود الالتهابات والنزيف.

ما هي أعراض وجود الأجسام العائمة في مجال رؤية الإنسان؟
1- ظهور أشياء في مجال الرؤية بإحدى الأشكال التالية: نقط دقيقة، خيوط أو وميض ضوئي.
2- وضوح هذه الأجسام بالنظر إلى خلفية بلون فاتح غير منقطع مثل السماء الزرقاء.
3- تتحرك هذه الأجسام مع حركة العين، وعادة ما تكون أبطأ قليلاً من حركة العين.
4- انعدام الرؤية في مناطق بالعين، ولكن هذا يحدث مع الأجسام العائمة الكبيرة (لكنها نادرة الحدوث).

ما الأجزاء المكونة للعين؟
1- الجسم الزجاجى وهو جسم هلامي شفاف يحافظ على الشكل الكروي للعين.
2- الجسم الهدبي والذي يتصل بالجسم الزجاجي من الأمام وهو عبارة عن عضلات تتحكم في شكل عدسة العين للرؤية.
3- عدسة العين/ العدسة البللورية.
4- العضلات الهدبية.
5- القزحية هي المسؤولة عن لون العين، كما أنها تتكون من نوعين من العضلات والتي تتحكم في توسيع أو تضييق حجم حدقة العين.
6- الحدقة هي تلك الدائرة السوداء التي توجد في منتصف القزحية، ولونها الأسود يرجع إلى أن معظم الضوء الداخل إليها يُمتص بواسطة الأنسجة التي توجد داخل العين.
7- الحاجب هو ذلك الشعر الذي يوجد فوق جفن العين، وظيفة الحاجب الأساسية هو إعادة اتجاه المواد السائلة من العرق أو مياه الأمطار بعيداً عن العين. من الممكن أن يغير الماء داخل العين الخواص الإنكسارية لها مما يجعل الرؤية مشوشة غير واضحة بها.
8- القرنية توجد في مقدمة العين، وهي شفافة لا تحتوي على أوعية دموية.
9- الغرفة الأمامية الفراغ ما بين القرنية والقزحية.
10- الغرفة الخلفية الفراغ ما بين عدسة العين والقزحية.

كيف نرى الأشياء من حولنا عن طريق العين؟
1- تحدث الرؤية عن طريق القرنية وهي العدسة الشفافة للعين.
2- وعن طريق الحدقة والقزحية والعدسة البلورية.
3- وتحدث بواسطة الخلط المائي والشبكية والعصب البصري.
4- وكذلك بممرات الإبصار والمعالجة المخية (الأعصاب فى المخ).

تستخدم العوامل المساعدة تجاريا بشكل واسع فى عمليات تقطير البترول وفى صناعة المواد الكيميائية ولقد بلغت مبيعات العوامل المساعدة عام 1992 ستة بلايين من الدولارات الأمريكية وكان نصيب الولايات المتحدة منها 2 بليون دولار. فأكثر من 60% من المنتجات الصناعية الكيميائية تتم باستخدام العوامل المساعدة. ويمثل استخدام هذه المواد عبئا على اقتصاديات عملية الإنتاج وكذلك على البيئة.
بعض العوامل المساعدة تلعب الآن دورا ملحوظا فى تقليل تلوث البيئة. فتستخدم العوامل المساعدة الآن لتحسين نوعية الهواء وذلك بإزاحة غازات NOx المنطلقة فى الهواء من عمليات مختلفة كما قللت استخدام المركبات العضوية سهلة التطاير.
والتحدى الواضح فى تصميم العوامل المساعدة التى ستستخدم فى القرن الحادى والعشرين هو:
• استحداث تصميم لاستخدام عوامل مساعدة حديثة تكون غير ملوثة للبيئة باستخدام الحاسوب.
• تطوير ليجندات ومذيبات (تستخدم فى تفاعلات العوامل المساعدة غير المتجانسة والتى تتم عند درجات حرارة عالية بحيث تكون أكثر ثباتا حراريا ومقاومة للأكسدة وبذلك تطيل من عمر العامل المساعد.
• تصميم العامل المساعد والعمليات وهندسة المفاعلات بما يساعد على فصل النواتج من مخلوط العامل المساعد.
• استحداث عوامل مساعدة اقتصادية.
• تقليل استخدام الطاقة.
وتستخدم فلزات العناصر الانتقالية فى تفاعلات الهدرجة كما تستخدم بنشرها على سطح مادة صلبة مثل السيليكا أو الألومنيا أو الكربون .
ومثال على استخدام العامل المساعد بحيث يحقق مطالب الكيمياء الخضراء هو عملية تحضير الأسيتالدهيد .
كان يتم هذا التفاعل باستخدام عامل مساعد تقليدى وهو                PdCl2/ CuCl2  فى وسط مائى وفقا للمعادلة الآتية

      CH2 = CH2 + ½ O2                     

تستخدم فى هذه الطريقة كمية كبيرة من العامل المساعد والتى تؤدي إلى تكوين كمية كبيرة من أيونات الكلوريد.
وهذا الكم الكبير من الكلوريد الناتج يمكن أن يتفاعل مع المركبات العضوية فيعطى مركبات عضوية مكلوره يكون لها تأثير ضار على صحة الإنسان وعلى البيئة.
طريقة الكيمياء الخضراء في إجراء هذا التفاعل:
استبدال CuCl2 بمتراكب الفاناديوم فى صورة بولى أحماض غير متجانسة (12) وفى هذه الحالة تستخدم كمية أقل من PdCl2 ويقل كمية الكلور الناتج من التفاعل أكثر من 100 إلى 400 مرة بالمقارنة بالأسلوب القديم للتفاعل .
كما أن فى هذه الحالة يسهل إعادة الحصول على العامل المساعد إلى صورته النشطة الأولى ويعاد استخدامه مرات ومرات .

الأثر الأكبر للعوامل المساعدة هو تطوير عمليات جديدة دون مرافقها لوجود مخلفات، ومن الطبيعى أن المدخل لإجراء العمليات هو تطوير عمليات لها مسار واحد. وعادة يكون هذا المدخل مستحيلا ولذلك يصاحب أغلب العمليات مركبات مرافقة  للناتج المطلوب وكذلك مخلفات أخرى والتى يجب أن تكون فى الحدود المقبولة بيئيا. بعض هذه المخلفات من الممكن تحويلها إلى رماد بالحرق. كما يمكن تحويلها إلى منتجات ثابتة. والعوامل المساعدة تلعب دورا مهما فى تحويل المخلفات الصناعية إلى مركبات ثابتة كما سنوضح فى المثال الآتي:
من المعروف أن العمليات التى لا تطلق فى البيئة أى مخلفات والتى تعطى أعلى ناتج (Yield) وبتكلفة منخفظة ستكون هى العمليات الفائزة فى القرن الواحد والعشرين. وطبعا سيلعب العامل البيئى دورا مهما فى هذا القرن.
والمعادلة الآتية تعبر عن طريقة تحضير بديل لمركبات كلوروفلوروكربون (CFC) المدمر لطبيعة الأوزون وهى مركبات HCFC-141b:

CH = CCl2 + HF               CH3CFCl2 + CH3CF2Cl + CH3CF3
       VCl2                             141b              142b           143a

وهذا الناتج HCFC 141b محضر فى معامل DuPont وتستخدم كدامج للمذيبات وكنافخ  للرغوة. والحقيقة أن التفاعل المذكور من الناحية الديناميكية الحرارية يعطي ناتج أكبر للمركب HFC-143a ولكن وجد أن استخدام العامل المساعد AlF3  له انتقائية فى تسيير التفاعل ناحية تكوين المركب 141b أكثر ويكون حوالى 99.5 %.

إضافة مجموعة وظيفية واحدة ثم يتم إحلالها:
يجاهد الكيميائي ليصمم تفاعل على درجة عالية من الانتقائية فعندما يكون لديه عدة مواقع نشيطة فى الجزيء فإنه غالبا يوجه التفاعل إلى مواقع معينة فقط.
ويتم ذلك بتحضير مشتق لهذا الموقع في المركب يجعله جاذبا للأصناف المتفاعلة ثم يخرج الشق الجاذب بعد ذلك من الجزيء ومن الأمثلة الشائعة استخدام المشتقات الهالوجينية لإجراء تفاعلات الإحلال النيوكليوفيلي حيث يجعل الهالوجين موقعه في الجزيء أكثر جاذبية  بجعله أكثر إيجابية كهربية ويكون الهالوجين نفسه مجموعة سهلة الطرد.
ومن الواضح أنه من الضروري تكوين مشتقات تستهلك كواشف ثم تخرج هذه الهالوجينات كنفايات بعد إتمام التفاعل.

المجموعات المانعة أو مجموعات الحماية
Blocking or protecting groups
إحدى التقنيات الأكثر استخداما فى هذه الأيام استعمال المجموعات المانعة وتستخدم المجموعات المانعة أو مجموعات الحماية - لحماية جزء حساس في الجزيء من ظروف التفاعل الذي لو ترك بدون حماية ربما تتأثر وظيفة الجزيء ككل.
ومن هذه التفاعلات حماية الكحول بتحويله إلى إثيربنزيلي لإجراء عملية الأكسدة في مكان آخر في الجزيء بدون أن يتأثر الكحول وبعد عملية الأكسدة يتم استرجاع الكحول بكسر الإيثير البنزيلي.
والاشتقاق من هذا النوع شائع عمليا فى تحضير الكيماويات الراقية مثل العقاقير وبعض الأصباغ والمبيدات الحشرية - ومن الواضح فى المثال السابق خطورة كلوريد البنزيل سواء أثناء استخدامه أو بعد استرجاعه بعد أن أدى دوره فى الحماية وخروجه كأحد النفايات.

انتشار عمليات الاشتقاق في الكيمياء
Diffusion of derivations in chemistry
أصبحت المشكلات التى تواجهنا فى علم الكيمياء التخليقية وبخاصة الكيمياء العضوية أكثر تعقيدا وأكثر تحديا فتطورت كثيرا طرق التحضير لمحاولة التغلب على هذه العقبات.
فإذا كانت هذه العقبات تتعلق بالتحكم الفراغي أو في وجود مجموعة وظيفية متحركة فتطورت الطرق لإجراء تعديلات فى الجزيء أو على بعض مشتقات المادة لإجراء التحول المطلوب.

الأثر السياسي للنفط
The political impact of oil
لقد قيل أنه إذا كانت التكلفة الكاملة للبترول ترجع إلى السوق فالسعر الحقيقي للمنتجات النفطية مثل الجازولين يفوق ثمنه الحالي عدة مرات.
بعض هذه التكلفة يكون بيئيا وبعضها عسكريا وبعضها سياسيا.
فمثلا إذا أضفنا سعر الحماية البحرية إلى سعر الجازولين فكم سيصل ثمنه - وكذلك إذا حسبنا قيمة التنظيف البيئي من بقع الزيت أو تسرب البترول من الخزانات تحت الأرضية وترجم هذا إلى ثمن فكم سيصل السعر.

من العوامل التي تسبب قلقا من استنزاف المواد غير المتجددة هو زيادة أسعار هذه المواد التى تحكمه قوانين العرض والطلب فهل سعر برميل البترول حاليا مثل سعره قبل عشرين عاما مع اعتبار نسبة التضخم وكلما نفذت إمدادات البترول سيملي الاقتصاديون خيارات أخرى لكل المنتجات البترولية فى الأسواق.
وكلما زاد سعر البترول سيتجه الناس إلى تصنيع منتجات أعلى قيمة اقتصادية من البترول من مجرد حرقه كوقود ويجرى حاليا دراسة استخدام المواد البادئة البيولوجية لبناء نفس الكيماويات عالية القيمة والمواد الوسيطة وتسويقها كمواد صديقة للبيئة.

هناك تأثير غير مباشر على صحة الإنسان وسلامة البيئة ناتج عن الصناعات البترولية ومصانع البتروكيميائية الكبيرة التى ازدهرت فى النصف الأخير من القرن العشرين.
وتتميز الهيدروكربونات البترولية بخاصيتها الاختزالية الكبيرة وبالتالي تحتاج إلى عوامل مؤكسدة لتوظيف واشتقاق منتجات كثيرة متنوعة الاستخدام.
وكيمياء الأكسدة كانت من أكبر العوامل الملوثة لصحة الإنسان والبيئة ويرجع ذلك أساسا لاستخدام الفلزات الثقيلة كعوامل أكسدة مثل فلز الكروم.

التأثيرات البيئية المباشرة
Direct environmental impacts
من المعروف كيف أثر استخدام الوقود الأحفوري سلبيا على صحة الإنسان وسلامة البيئة، فهناك تراث بيئي تاريخي تضمن الرئة السوداء والدمار البيئي الذي يحدث في مناجم الفحم وبقع الزيت وتلوث الهواء أثناء تكرير البترول.

استخدام العوامل المساعدة البيولوجية Microbal Biocatalysis
مثال: استخدام العوامل المساعدة البيولوجية فى تحضير حمض الاديبيك Adipic acid من الـ د. جلوكوز D. glucose.
ويصنع فى الولايات المتحدة وحدها حوالى 4 بليون طن من حمض الاديبك الذى يدخل فى صناعات كثيرة. فيستخدم فى صناعة البولى يوريثان ومواد التشحيم كما يستخدم كإضافات لزيادة التلدين Plasticizer كما يضاف إلى المواد الغذائية لإكسابها قليل من الحمضية . أما غالبية الكمية المنتجة من حمض الاديبك تستخدم فى صناعة النايلون -6.6 وذلك بإجراء عملية التكثيف والبلمرة لحمض الاديبيك مع هكسان مثيلين داى أمين ومن المعروف الاستخدامات العديدة للنايلون فى صناعة الألياف التى تدخل صناعة الأنسجة والشربات الحريمى والسجاد ومواد التنجيد وإطارات السيارات وغيرها من الصناعات .
والطريقة التقليدية لصناعة حمض الاديبك تبدأ من  البنزين الناتج من البتروكيماويات وقد سجل البنزين كمادة مسرطنة . بجانب أن هذه الطريقة يصاحبها انبعاث غاز اكسيد النيتروز والذى يلعب دورا كبيرا فى تدمير طبقة الأوزون أى أن هذه الطريقة تسبب الضرر لصحة الإنسان وسلامة البيئة ويبين الشكل التالى تحضير حمض الاديبيك بالطريقة التقليدية وبطريقة استخدام العوامل المساعدة البيولوجية.
الخطوة (a) تمثل عملية هدرجة البنزين للحصول على السيكلوهكسان وذلك باستخدام عامل مساعد هو Ni-Al2O3 .
الخطوة (b) تمثل أكسدة السيكلو هكسان فى وجود عامل مساعد (الكوبلت) وفي وجود الأكسجين (O2) .
الخطوة الثالثة (c) تتم فى وجود النحاس (Cu) و NH4VO3  وفى 60% حمض نتريك وهذا التفاعل ينتج عنه مواد جانبية مثل أكسيد النتروز نتيجة تأثير حمض النيتريك فى أكسدة السيكلوهكسان والسيكلوهكسانول وتنطلق غازات أكسيد النيتروز إلى الهواء مباشرة . ونظرا للكميات الضخمة التى يتم تحضيرها من حمض الاديبيك بهذه الطريقة فإن هذه العملية تتسبب فى زيادة غاز أكسيد النيتروز فى الهواء بمقدار 10% كل عام . وهذا الغاز هو أحد العوامل المسببة لثقب الأوزون كما أنه يتسبب فى رفع درجة حرارة طبقة الغلاف الجوى القريبة من الأرض وهذه الظاهرة المعروفة بتأثير البيت الأخضر . وبالرغم من أن شركة Dupont المنتجة لهذا الحمض (الاديبيك) تطور الآن تقنية جديدة لاستبعاد أكسيد النيتروز من الغازات المنطلقة فى الهواء وبالرغم التكلفة العالية لهذه العملية فإن المنع التام لانطلاقه لم يتم بعد.
واضح أن هذه الطريقة فى تحضير حمض الاديبيك تمثل خطورة على البيئة وصحة الإنسان للأسباب الآتية:
• استخدام كمية كبيرة من البنزين وهى مادة مسببة لمرض السرطان للإنسان.
• المادة البادئة وهى البنزين هى ناتج من تقطير البترول وهى مادة خام غير متجددة.
• انطلاق غازات ملوثة للبيئة مثل أكسيد النيتروز والتى تسبب كوارث بيئة مثل رفع درجة حرارة الغلاف الجوى وتأثيرها الضار على طبقة الأوزون.
• التكلفة العالية لمنع انطلاق غاز أكسيد النيتروز إلى الهواء.
• استخدام ظروف مكلفة لهذا التفاعل ( درجات حرارة عالية وضغط عال).
أما علماء الكيمياء الخضراء فيقترحون طريقة جديدة والتى تتحاشى كل العيوب السابق ذكرها . فالمواد البادئة هى D-glucose  وهى مادة ليس لها سمية تستخلص من النشادر أو السيليلوز والمزيد من المواد الخام اللازمة للحصول عليهم يتم تجدده موسميا مع كل زراعة لقصب السكر.
ويستخدم فى الخطوة (d) عامل مساعد بيولوجى لتحويل D-glucose إلى Cis- muconic acid ثم تتم فى الخطوة (e) عملية هدرجه الحامض الأخير متحولا إلى حمض الاديبيك .
ويتميز استخدام العامل المساعد البيولوجى بوفرة الناتج مما يمثل قيمة اقتصادية عالية.

المواد المتجددة في مقابل المواد المستنفذة
Renewable materials versus depleting substances
أولى العلماء ورجال الصناعة والبيئة اهتماما كبيرا باستخدام المواد المتجددة بدلا من تلك القابلة للنفاذ ويتمثل الاختلاف بين المصادر المتجددة والقابلة للنفاذ في عامل الوقت، ويقصد بالمصادر القابلة للنفاذ غالبا الوقود الحفري (بترول - فحم حجري) الذي تكون عبر ملايين السنين ويمكن أن نعتبر الوقود الحفري متجددا لو انتظرنا حتى تتحول الكائنات الحية الموجودة حاليا إلى بترول وفحم حجري وهذا يستحيل عمليا وبنفس المنطق يمكن اعتبار الشمس مصدرا غير متجدد للطاقة وقابل للاستنزاف وهذا أيضا مستحيل لأن الشمس ستبقى ملايين السنين وتعتبر مصدر لانهائى للطاقة على العكس من الوقود الحفرى الذى لن يتجدد بعد استنزافه.
والمواد المتجددة غالبا ما ترتبط بالمواد الحيوية وذات الأصل النباتي. ويقصد بها تلك المواد التى تتكون باستمرار خلال فترة عمر الإنسان، فثاني أكسيد الكربون يتولد باستمرار وفى كل الأماكن من مصادر بشرية وطبيعية فيمكن اعتباره مادة متجددة وكذلك يمكن اعتبار غاز الميثان مادة متجددة حيث ينتج من مصادر طبيعية متعددة تتضمن الثدييات الكبيرة ونواتج تحلل النباتات مثل أعشاب المستنقعات.

تحسين التفاعل يعني التقليل بقدر الإمكان من احتياج الطاقة
Improved interaction means minimizing the energy requirement as much as possible
يحاول الكيميائيون دائما تحسين التفاعلات الكيميائية برمتها وذلك من خلال تعظيم كمية الناتج أو النسبة المئوية للتحول من المواد البادئة إلى النواتج.
ويسقط دائما من الحسبان احتياجات التفاعل من الطاقة وتترك لتقدير مصمم التجربة وكما سبق أن ذكرنا أنه يجب أن يقلل بقدر الإمكان من الطاقة المستخدمة فى كل مرحلة من المراحل.

الطاقة فوق الصوتية Ultrasonic energy
بعض التفاعلات مثل (الإضافة الحلقية Cycloaddition والتفاعلات القبل حلقية Pericyclic ) يمكن تحضيرها باستخدام الطاقة فوق الصوتية. ومن خلال هذه التقنية تتغير حالة المتفاعلات بطريقة تحفز التحول الكيميائي. ومثل أي نوع آخر من أنواع الطاقة يجب تقدير كمية الطاقة اللازمة لكل تفاعل لتقدير الكم الأمثل لتحقيق الهدف.
ومن التطبيقات الهامة لاستخدامها الطاقة الضوئية كتقنية بديلة للتقنيات الكيميائية التقليدية هو الحصول على نواتج تفاعل فريدل كرافت ولكن بتقنية جديدة تعتمد على التفاعلات الكيميائية الضوئية A Phatochemical alternative to the Friedel Crafts reaction. من المعروف أن العديد من المركبات الكيميائية تحضر فى الصناعة بطريقة فريدل كرافت المعروفة تقليديا. وهي تفاعلات تستخدم أحماض لويس مثل كلوريد الألومنيوم وكلوريد القصدير أو رابع كلوريد التيتانيوم كما تستخدم مذيبات مثل النيتروبنزين وثانى كبريتيد الكربون ورابع كلوريد الكربون وثنائى كلوريد الميثان وتخرج من هذه التفاعلات نواتج ثانوية مسببة للتآكل وأحماض الكلوريد ومعظم هذه المواد المستخدمة ملوثة للبيئة. وقد عدلت الطريقة من خلال بعض الأبحاث لتقليل استخدام المذيبات فى هذا التفاعل إلا أن هذا يتطلب رفع درجة الحرارة وهو ما يعتبر عبئا اقتصاديا.
وقد أمكن تحضير مركبات الاسيل هيدروكينون من تفاعل الالدهيدات مع الكينون باستخدام الطاقة الضوئية فى تفاعل بديل لتفاعل فريدل كرافت التقليدي.

الموجات المتناهية القصر Microwaves
استخدم الميكروويف كتقنية للتحولات الكيميائية السريعة وغالبا ما تكون المتفاعلات فى الحالة الصلبة - بدلا من التفاعلات التقليدية التى تجرى فى المحاليل السائلة.
وتمتاز هذه التقنية بالسرعة الفائقة بدلا من التسخين الطويل الذى تحتاجه التفاعلات التى تتم فى المحاليل السائلة بجانب أن الحالة الصلبة ستوفر التسخين الذى تحتاجه المذيبات المساعدة عندما تجري التفاعلات على هيئة محاليل.

احتياج الطاقة في عمليات الفصل
Energy needs in separation processes
تعتبر عمليات التنقية والفصل من أكثر العمليات الكيميائية احتياجا للطاقة.
وسواء تمت هذه العمليات بطريقة التقطير أو إعادة التبلور فلابد من استخدام الطاقة لضمان فصل الشوائب عن النواتج.
ويجب على الكيميائى أن يصمم الطريقة التى تحتاج أقل طاقة لعملية الفصل ويتفادى الطرق التى تحتاج إلى طاقة حرارية أو كهربية كبيرة للحصول على المنتج النقي.

الحاجة إلى التبريد للسيطرة على التفاعل
The need for cooling to control the interaction
بعض التفاعلات تكون طاردة للحرارة وتكون كمية الطاقة المنطلقة كبيرة لدرجة خطيرة لذا يجب السيطرة على التفاعل بالتبريد المكثف ونحتاج إليه فى التفاعلات الشديدة السرعة والتي تتم فى كسور الثانية.
وتعتبر عملية التبريد فى عمليات التصنيع الكيميائي شديدة الأهمية حيث تسيطر على التفاعلات المنفلتة التى ربما تؤدى إلى حوادث كيميائية خطيرة.
ويلاحظ أن للتبريد مثل التسخين نفس القدر من الكلفة البيئية والنقدية.

الحاجة إلى تعجيل التفاعلات بالحرارة
The need to accelerate heat reactions
غالبا ما تحتاج التفاعلات إلى طاقة حرارية تتعدى طاقة التنشيط ليكتمل التفاعل وهنا تظهر الأهمية الكبرى لعوامل الحفز لأنها تقلل طاقة التنشيط وبالتالي تقل كمية الطاقة اللازمة لإتمام التفاعل.

كيفية استخدام الطاقة
How to use power
فى كثير من التفاعلات الكيميائية نحتاج إلى قدر معين من الطاقة عند إذابة الكواشف والمواد المتفاعلة فى مذيب معين فنحتاج لاستخدام مكثفات أثناء التسخين للمحافظة على كمية المذيب أثناء التفاعل.
وغالبا ما تفتقد كثير من التفاعلات تقدير القدر المطلوب من الطاقة التى يحتاجها تفاعل بعينه ويترك تقدير كمية الطاقة المطلوبة من عدمه لرؤية مصمم التجربة حتى يتم التفاعل بالكفاءة المطلوبة.

استخدام الطاقة فى الصناعات الكيميائية
Energy use in chemical industries
من المعروف أن توليد واستهلاك الطاقة له تأثير رئيسي على البيئة ومن ثم يجب ترشيد استخدام الطاقة وتحويل الطاقة إلى صورة ينتفع بها الناس وحاليا تستنزف الصناعة معظم مصادر الطاقة فى البلاد الصناعية.

المركبات العضوية المتطايرة (Volatile Organic Compounds (VOC تمثل فئة من ملوثات الهواء والتى تدخل إلى البيئة من مصادر متعددة بدءا من وسائل المواصلات ومحطات توليد الكهرباء، الصناعات الكيميائية وكذلك بخر المذيبات أثناء رشها وذلك أثناء استخدامها فى تغطية الأشياء والدهانات والمواد اللاصقة. تصور أن الصناعات الأمريكية تقوم برش حوالى 1.5 بليون لتر من الدهانات ومواد الطلاء .  وقد وجد أن حوالى 550 جرام من (VOC) تنطلق من كل لتر مستخدم فى الرش. لك أن تتصور أن كمية الانطلاق من (VOC) أثناء طلاء عربة واحدة بالرش تكون أكبر من الكمية المنطلقة من عادم السيارة فى فترة عمرها الكامل. وحيث أن كثير من المذيبات (VOC) هى مواد خطرة وملوثة للهواء وتمثل ضررا كبيرا على البيئة ولذلك تبذل الكثير من المجهودات لأستحداث طرق جديدة لعملية الطلاء لتقليل انطلاق (VOC).
وعادة يحتوى مخلوط الطلاء على مادتين أساسيتين هما مواد الطلاء الصلبة والمذيب الذى يسمح باستخدام هذه المواد الصلبة. ويتكون المخلوط الصلب من بوليمر أو أكثر يتم التحامهم لتكوين طبقة رقيقة ناعمة. وعادة تستخدم بوليمرات الأكريل، بولى استر، ميلامين، السيليلوز، السيليكونات، الفينيلات أو الإبوكسي، اليوريات، واليورايثانات. كما تحتوى مواد الطلاء على ملونات واستخدام المذيب يسمح بانتشار مادة الدهان الصلبة بشكل منتظم على السطح المراد طلاءه.
واستخدام المذيبات العضوية المتطايرة يمثل خطورة كبيرة على البيئة فالأبخرة المنطلقة إلى الهواء تسهل تكوين الأوزون O3) وهذا المركب مطلوب تواجده فى طبقة الستراتوسفير ولكنه على الأرض يمثل مادة سامة. فالتعرض لفترة صغيرة من الزمن للأوزون يسبب التهاب فى العيون والأنف والحنجرة. كما أنه يسبب التهاب مزمن للرئة. كما أن التعرض لفترة طويلة للأوزون يسبب انتفاخ للرئة وتليفها وكذلك التهاب الشعب الهوائية الرئوية كما ينتقل (VOC) من الغلاف الجوى إلى الماء من خلال الترسيب أو الامتصاص على سطح الماء ويسمم الغذاء البحرى ويلوث مياه الشرب ويكون ساما للحياة المائية.
كما أن (VOC) يمكن أن تخترق التربة فتسبب ضررا كبيرا للحياة النباتية وكذلك تثبيط بعض الكائنات الدقيقة والمسئولة عن خصوبة التربة.
ولقد تم وضع ضوابط بواسطة القوانين المنظمة لنقاء الهواء Clean Air Act (CAA) لاستخدام المذيبات العضوية وخصوصا سهلة التطاير والمستخدمة فى عملية الطلاء. ولكن القوانين لا تفى بالغرض ولذلك تم استحداث طرق جديدة للطلاء وذلك لحماية البيئة.
ولقد تم استبدال هذه المذيبات العضوية المتطايرة فى الآونة الأخيرة بثانى أكسيد الكربون فى الحالة (SCF) وبذلك تم حماية البيئة من هذا التلوث الخطير.

إجراء التفاعلات في الوسط المائي
Conducting interactions in the water medium
أثبتت الأنظمة المائية عبر السنين كفاءتها وانتقائيتها وصداقتها للبيئة وبلا جدال يعتبر الماء أكثر المواد أمانا على الأرض وبالتالي فهو أكثر المذيبات أمانا وهناك اعتبار آخر للطرق التي تستخدم الأنظمة المائية كمذيبات من حيث تكلفة عملية فصل النواتج والنواتج الثانوية حيث إننا لا نحتاج للتأكد من خلو المياه من الملوثات بعكس استخدام المذيبات التقليدية وعلى كل حال لابد من فحص جميع الحالات التى تستخدم الماء كمذيب كل على حدة.

تفاعلات بدون مذيبات
NO solvent reactions
الأنظمة التى لا تستخدم المذيبات تتميز بأنها تتفادى الأخطار التي تسببها المذيبات على صحة الإنسان والبيئة.
وتشارك  الكثير من الجهات في تطوير طرق جديدة لإتمام التفاعلات بدون استخدام المذيبات مثل صهر المواد المتفاعلة للتأكد من الامتزاج التام فى ظروف مثالية للتفاعل بدون مذيب وهناك إبداع آخر فى إجراء التفاعلات بدون مذيب  بإجراء التفاعل على سطح صلب مثل أنواع خاصة من الطمي.
وكل هذه الطرق تتفادى استخدام المذيبات فى التفاعلات الكيميائية.

من أهم الاستخدامات التجارية لثاني أكسيد الكربون الموجود فى حالة SCF
1- استخلاص الكافين من القهوة.
2- في عمليات التنظيف الدقيق.
3- معالجة المخلفات فى الماء الموجود في الحالة فوق الحرجة.
وتتفوق حالة SCF لثانى أكسيد الكربون على أكثر من المذيبات المستخدمة فى العمليات الكيميائية فمثلا وجد De Simone أنه يمكن أن يحل محل الفريونات فى عملية البلمرة الجذرية الحرة لمركبات للأكريلات المفلورة (Free Radical Polymer) كما وجد Noyori أن استخدام ثانى أكسيد الكربون (SCF) يسرع من تفاعل هدرجة ثانى أكسيد الكربون باستخدام عوامل مساعدة متجانسة وذلك بالمقارنة بمذيبات أخرى وذلك للحصول على حمض الفورميك أو مشتقاته فى وجود تراى إيثيل أمين أو مخلوط من تراى إيثيل أمين والميثانول وفقا للمعادلات الآتية:
                 Ru(PMe3)4H2
CO2 + H2                      HCO2H                      (HNEt3+) HCO2
                 SCF CO2                            NEt3
                 Ru(PMe3)4Cl2                         MeOH
CO2 + H2                         HCO2H                      HCO2Me + H2O
                      SCF CO2                              NEt3

يتواجد ثاني أكسيد الكربون في الحالة الغازية فى الظروف العادية ويتحول إلى الحالة الصلبة عند الضغوط المرتفعة أكبر من 5 جو ودرجة حرارة أقل من درجة حرارة النقطة الثلاثية  )-65 ْم) وهى نقطة تلاقى المنحنيات الثلاثة (منحنى التسامي AB ومنحنى الانصهار BD ومنحنى التبخير BC.
ولكي نحصل على ثاني أكسيد الكربون فى الحالة المائعة أى بين الحالة الصلبة والسائلة نتحكم فى درجة الحرارة والضغط بحيث يمثل النظام بأى نقطة على منحنى الانصهار وهو المنحنى الذى يفصل بين الحالة الصلبة والسائلة ونظراً لأن ثانى أكسيد الكربون ليس له سمية وغير قابل للاشتعال، ورخيص السعر لذلك يمكن استخدامه كبديل للمذيبات العضوية فهو يمثل وسيلة قيمة لمنع التلوث. كما أن استخدامه يعطى وسيلة لتحسين طريقة تحضير المواد الكيميائية وذلك من خلال تسريع التفاعل وجعل التفاعل أكثر انتقائية.
ومن مزايا استخدام الحالة المائعة لثانى أكسيد الكربون فى الظروف الفوق حرجة (SCF) أنه كثافته تشبه كثافة السوائل وقوة تماثل المذيبات ولذلك فهو مذيب جيد . كما أن قوة المذيب فى حالة (SCF) يمكن ضبطها وذلك من خلال كثافة الوسط ( وكذلك الخواص المعتمدة على الكثافة مثل ثابت العزل الكهربى واللزوجة وغيرها ) كما أن تغيير الضغط يؤدى إلى تحكم أكثر وانتقائية أكثر للتفاعلات الذى يتكون بتعريض جزيئات ثانى أكسيد الكربون إلى درجة حرارة وضغط ملائمين للوصول إلى النقطة الحرجة التى تكون فيها المادة فى حالة مائعة التى يمكن وصفها بأنها نقطة التقاطع بين الحالة السائلة والحالة الغازية – وعن طريق التحكم فى درجة الحرارة والضغط يمكن التحكم فى خواص هذا المائع ليصبح مذيبا مناسبا (متألفا) وبهذا يمكن أن تحل الموائع فوق الحرجة محل العديد من المذيبات وتتفادى أخطارها.. كما أن (SCF) تشارك كثير من الغازات فى مزاياها لأن لها لزوجة أقل واختلاط أكبر وقدرة على الانتشار أعلى واستخدامها يؤدى إلى ظروف أحسن لتسريع التفاعلات وخصوصا للتفاعلات المحكومة بعملية الانتشار أو فى حالة استخدام مواد بادئة غازية مثل الهيدروجين أو الأكسجين أو أول أكسيد الكربون . كما أن من مزايا استخدام ثانى أكسيد الكربون أنه لا يمكن أكسدته ولذلك فيمكن استخدامه بشكل نموذجى كمذيب فى تفاعلات الأكسدة.  وأخيرا فإنه يمكن تحويل التركيز العالى لثانى أكسيد الكربون إلى رأس مال.

الموائع فوق الحرجة (Supercritical fluids (SCFs
هي أحد البدائل التى تبنتها الكيمياء الخضراء من أجل تقليل الأخطار التى تحدثنا عنها عند الاستخدام التقليدى للمذيبات والمواد المساعدة.
فالموائع الحرجة أو الموائع كثيفة الصنف Dense phase fluids لا تتميز فقط بأنها غير ضارة للإنسان والبيئة ولكنها ذات قدرة أعلى فى سهولة الفصل والانتقائية  ومن أمثلتها ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج.

لا يقتصر التأثير الضار لاستخدام المذيبات فى التفاعلات الكيميائية وحتى فى الحياة اليومية على صحة الإنسان والحياة البرية بشكل عام بل يمتد إلى النظام البيئي الذى نعيش فيه فقد تسبب الإسراف فى استخدامها (خاصة مركبات الفلوروكربون) إلى تآكل طبقة الأوزون فى طبقة الاستراتوسفير التى تحمي البيئة من التأثيرات الضارة للأشعة المختلفة مثل الأشعة الكونية. فهذه المواد ذات قدرة عالية في التنظيف وتستخدم فى صناعة البلاستيك وكذلك فى التبريد ولكن ثبت أنها المسئول الأول عن تآكل طبقة الأوزون.
وتكون المركبات العضوية المتطايرة عددا كبيرا من الهيدروكربونات ومشتقاتها وقد استخدمت كمذيبات فى عدد كبير من التطبيقات الكيميائية التى أدت إلى ظاهرة الدخان الضبابى Smog التى ساهمت بطريقة غير مباشرة فى الكوارث التنفسية للعديد من الأفراد مما دفع العديد من الهيئات فى أمريكا وكل دول العالم إلى سن تشريعات تحت مسمى من أجل هواء نظيف وقد كلف ذلك العديد من الشركات أموالا طائلة لاستخدام مذيبات بديلة أو عدم استخدام مذيبات على الإطلاق.
وهناك أيضا مخاوف من استخدام المواد المساعدة فى عمليات الفصل التى تستخدم لفصل النواتج الأساسية عن النواتج الثانوية أو النواتج المصاحبة أو الشوائب فهى مكلفة من ناحية وتتطلب قدرا كبيرا من الطاقة الميكانيكية أو الحرارية من ناحية أخرى وكذلك عند محاولة التخلص منها أو معالجتها.
الطريق الشائعة فى عمليات الفصل والتنقية هى طريقة إعادة التبلور Recrystalization  التى تحتاج إلى الطاقة أو إضافة مواد لتغير من ذوبانية المادة فيسهل ترسيبها وهنا يجب تقييم الطاقة المستخدمة والمواد المضافة ليس فقط من كونها تمثل نفايات وتتطلب معالجتها  ولكن للأضرار التى تسببها. والطريقة الأخرى المستخدمة فى فصل المركبات الكيميائية هى الفصل الكروماتوجرافي Chromatography وهو يستهلك كميات أقل من المواد المساعدة ولكن عند استخدامها لفصل كميات كبيرة تحتاج إلى كميات كبيرة من المذيبات ويصاحبها بعض المواد التى يكون بعضها خطرا وعلى هذا يجب أن نأخذ فى الاعتبار إبعاد النفايات والطاقة المستخدمة عند تقديرنا لتأثير المواد المساعدة على العملية الكيميائية برمتها.

الحذر من المذيبات
Caution of solvents
هناك الكثير من المخاوف من المذيبات الشائعة فالمذيبات الهالوجينية مثل كلوريد المثيلين والكلوروفورم وفوق كلوريد الإيثيلين ورابع كلوريد الكربون اكتشف أنها مواد مسرطنة منذ فترة طويلة.
وينطبق ذلك ولكن بدرجة أقل على البنزين والهيدركربونات العطرية الأخرى وهكذا بالرغم من استعمال المذيبات بشكل واسع فقد ثبت التأثير الضار لمعظمها فينبغى التقليل من استخدامها.

الاستخدام العام للمواد المساعدة
General use of auxiliary materials
نستخدم المواد المساعدة فى كل خطوات الصناعة والتفاعلات الكيميائية بصفة عامة وهي عبارة عن مواد تساعد فى إجراء التفاعلات ولكنها ليست جزءا من المتفاعلات أو النواتج وتستخدم للتغلب على عقبات معينة  أثناء التفاعل.
ورغم الاستخدام الواسع لهذه المواد إلا أن هناك ندرة فى تقييم وجوب استخدامها من عدمه وينطبق ذلك على المذيبات وكواشف الفصل (وهي مواد ندفع ثمنها مرتين مرة حين نشتريها كوسط للتفاعل والمرة الثانية عندما نحاول التخلص منها) لأنها ذات تأثير ضار على صحة الإنسان وسلامة البيئة.

- ما معنى تصميم كيماويات آمنة؟
يمكن تصميم كيماويات أكثر آمانا وذلك ببساطة يأتى من خلال معرفتنا بالتركيب الجزيئي للمادة ومن خلال تقدم آليات التحليل والقياس يمكن للكيميائى أن يتعرف على خواصها، فالمركبات الكيميائية متعددة ومتنوعة الاستخدام فمنها الصبغات والدهانات والمواد اللاصقة والعقاقير الطبية وغيرها ولها خواص مختلفة من حيث اللون والقابلية للشد والارتباط الشبكي أو النشاط ضد الأورام. وقد تمكن العلماء من معرفة الكثير عن العلاقة بين التركيب الكيميائي والتأثير البيولوجي فقد تكون المادة مسببة للسرطان أو تحدث طفرات وراثية أو خلل إنجابى أو تؤدى إلى إعاقة النمو.
إن الهدف من تصميم كيماويات آمنة هو تحقيق الاتزان بين أقصى كفاءة وظيفية وأقل سمية ممكنة، ولحسن الحظ أن هذه الأهداف سهلة المنال لأن الكيميائيين يتابعون بدأب شديد العلاقة بين التركيب الجزيئي والخواص الكيميائية.
- لماذا نتوقع حدوث ذلك حاليا؟
يرجع هذا التفاؤل فى تحضير كيماويات أكثر آمانا فى وقتنا الحاضر للتقدم الهائل فى فهمنا لطبيعة التسمم الكيمائي. فقد كانت فاعلية أداء المنتج الكيميائى تقاس بمدى تحقيقه للوظيفة التى صمم من أجلها . ولم يكن من السهل معرفة المرحلة التى يحدث عندها السمية بالنسبة للجيل السابق من الكيماويات ولكن الآن تم بالتفصيل فهم الآلية التى تمكن الكيميائيون من تعديل تركيب المادة لمنع أو تقليل حدوث التفاعلات الضارة. وبطبيعة الحال يجب ألا يؤثر التفاعل الجديد على وظيفة وأداء المنتج المطلوب. ويكون ذلك بفهم العلاقة بين التركيب والوظيفة (مثل العلاقة بين وجود مجموعات فعالة والتأثير السام) مما يسهل التحكم فى المجموعات المؤدية إلى تكوين المواد الضارة . ويجب أيضا تقليل القابلية الحيوية Bioavailability  فإذا كانت المادة المستخدمة ذات تأثير ضار لعضو معين من الجسم (المعدة أو الرئة أو الكبد) فلا يجب أن تصل هذه المادة إلى ذلك العضو وذلك من معرفة خواصه مثل القابلية للذوبان أو القطبية فيجعلوه صعب الامتصاص خلال الجدر الحيوية للخلايا فى هذا العضو الذى سيتأثر به وبذلك يكون هو العلاج الأمثل.

نجحت طريقة أساهي الجديدة في الحصول على البولى كربونات بدرجة عالية الجودة مقارنة بتلك الناتجة من استخدام الفوسجين والأهم من ذلك أن تكلفة الإنتاج تكون منافسة (أقل بكثير) من طريقة استخدام الفوسجين.
نخلص من هذا المثال لتطبيق أساسيات الكيمياء الخضراء إلى الآتي:
1- تم استخدام تكنولوجيا جديدة لعملية الحصول على البولى كربونات.
2- هذه الطريقة الجديدة تتفق ومعايير منع التلوث لأنها لا تستخدم مواد لها سمية عالية مثل الفوسجين أو مذيبات مسببة للسرطان مثل كلوريد الميثيلين.
3- تم استخدام مواد غير خطرة فى التحضير مثل داي ميثيل كربونات باستخدام ثاني أكسيد الكربون كمادة خام وبذلك أصبح من الممكن الحصول على البولى كربونات باستخدام ثاني أكسيد الكربون و bisphenols وهذه المواد البادئة للتفاعل هى مواد أكثر ملائمة من الناحية البيئية وذلك لسببين:
• الأول عدم استخدام الفوسجين والميثيلين كلوريد.
• استخدام ثاني أكسيد الكربون.

الطريقة الجديدة للحصول على مركب البولي كربونات هى عملية نظيفة من الناحية البيئية وتعتمد على البلمرة فى الحالة الصلبة للبوليمرات غير البللورية وتسمى طريقة أساهي Asahi الجديدة وتتألف من الخطوات التالية:
1- مرحلة ما قبل البلمرة.
2- عملية التبلور.
3- عملية البلمرة فى الحالة الصلبة.
والبوليمرات الناتجة من استخدام طريقة أساهي عديمة اللون ولها شفافية عالية كما أن لها خواص جيدة أخرى مثل الثبات الحراري والقدرة على إصلاحها.
ومن مزايا طريقة أساهي:
الطريقة المستخدمة ليست فقط طريقة نظيفة من الناحية البيئية ولكنها تنتج بولى كربونات عالية الجودة كما أن هذا المنتج يكون له وزن جزيئى كبير وهو مقاوم للمذيبات وكذلك بخار الماء فمثلا بعد تعرضه للبخار عند  129 ْم ولمدة 20 ساعة احتفظ هذا البولمر بشفافيته.

طبقت طريقة أخرى جديدة تفادت استخدام الفوسجين وكلوريد المثيلين وهى طريقة الانصهار Melt Process.
ويتم فى هذه الطريقة الحصول على البولي كاربونات من خلال تفاعل تبادل الاستر بين bisphenol-A وداي فينيل كربونات في وجود عامل مساعد وذلك باستبعاد الفينول.
والمشكلة فى هذه الطريقة تتلخص فى:
1- اللزوجة العالية جداً.
2- من الصعب إزاحة الفينول المتكون.
3- استخدام درجات حرارة عالية جداً (280-310ْم).
• إجراء هذا التفاعل عند ضغط منخفض.
• طول فترة إجراء التفاعل.
كل هذه المشاكل تمثل عيوبا لاستخدام هذه الطريقة.

كانت تستخدم الفوسجين (المعروف بسميته الشديدة) كمادة بادئة للتفاعل مع مركب bisphenol A وهيدروكسيد الصوديوم من خلال البلمرة بالتكاثف Condensation Polymerization على السطح الفاصل لمذيبين هما كلوريد الميثيلين والماء.
ما هى المشكلة فى استخدام الطريقة القديمة؟
1- استخدام مركب الفوسجين COCl2
2- استخدام كمية كبيرة من المذيب CH2Cl2 وهى مادة مسببة للسرطان.
3- وجود شوائب من الكلوريد Cl فى البولى كربونات.
وخطورة استخدام كمية كبيرة من المذيب CH2Cl2 (أكثر عشر مرات بالوزن من كمية البولي كربونات الناتجة) أنه مذيب مسبب للسرطان وهو من أحد المركبات السبعة عشر المطلوب تقليل إطلاقها فى البيئة وذلك من خلال توصيات وكالة حماية البيئة EPA الأمريكية.
كما أن عملية إعادة الحصول على CH2Cl2 من خلال هذه العملية يمثل تكلفة عالية جدا نظرا لأن درجة غليان هذا المذيب 40 ه م  بجانب أن ذوبانيته فى الماء عالية جدا.

إن القاعدة الأساسية للكيمياء الخضراء هي إزالة أو التقليل بقدر الإمكان من المواد الخطرة فى كل مجالات تفعيل الكيمياء دون الحاجة لسن قوانين لحماية البيئة ،  ويقدم مدخل الكيمياء الخضراء علم الكيمياء كعلم يقدم الحلول وليس كعلم يسبب المشاكل.  كما تقدم الكيمياء الخضراء من خلال المهارة والإبداع التى يتحلى بها الكيميائيون حاليا التقنية الحديثة التى تحافظ على صحة الإنسان وسلامة البيئة.
وهناك طريقان فقط للحد من أخطار الكيماويات إما بالحد من تركيز المادة الخطرة أو تقليل زمن التعرض لهذه المواد، ويأخذ الحد من التعرض للكيماويات أشكالا كثيرة منها استخدام الملابس الواقية أو الأقنعة الواقية من الغازات أو تقنيات التحكم والسيطرة فى التفاعلات ... الخ.
ومن الخطورة بمكان عدم الاكتراث بأى نوع من الأخطار الكيميائية مهما صغر بحجة أن الكيميائى الخبير يمكنه التعامل مع أى مادة مهما بلغت خطورتها (سامة أو قابلة للاشتعال مثلا). ويستند التقدير الواقعى للمادة الخطرة إلى عاملين: أولهما أنه يستحيل عمليا تجنب التعرض لها دون زيادة التكلفة (قيمة الملابس  أو الأقنعة .. الخ) وبذلك تضاف كلفة كان يمكن الاستغناء عنها والعامل الثانى هو عامل أخلاقى بمعنى أننا ككيميائيين علينا مسئولية الإبداع فى البحث عن مواد ومسارات نظيفة لإنتاج كيماويات صديقة للبيئة وأكثر آمانا على صحة الإنسان. فيجب عليا مواجهة المواد الخطرة من المنظور البيئى والتشريعى والاقتصادى وليس لنا خيار فى ذلك فقد تحملت البيئة أضرارا هائلة نتيجة سوء الاستخدام وقصر رؤية بعض العاملين فى مجال الكيمياء وفى المجتمع بصفة عامة وأصبح البعض ينظر إلى الكيميائيون كعلماء مبدعين والبعض الآخر ينظر إليهم كملوثين للبيئة وهنا يأتى دور الكيمياء الخضراء التى تقلل إن لم تتفادى المواد الخطرة.
ومن الأمثلة العملية التى نسوقها فى استخدام مواد بادئة بديلة يكون لها أقل قدر من السمية وغير خطيرة على البيئة هو تحضير مادة البولى كربونات (6) Polycarbonate وهى بوليمر مقاوم للمذيبات فى درجة الحرارة العالية وله استخدامات صناعية عديدة.

معظم مراجع القرن العشرين فى الكيمياء العضوية لم تكتب فيها معادلات كيميائية متزنة ونادرا ما يذكر فى هذه المعادلات أو لا يكاد يذكر إطلاقا  النواتج الثانوية التى تصاحب الناتج الأساسي. وتقيم قيمة التفاعل وكفاءته على أساس مقدار المنتج yield الذى يحظى بالاهتمام الأكبر بينما تعتبر النواتج الثانوية عديمة القيمة وغالبا ما يتم تجاهلها وإهمالها. وفي بعض الأحيان يتكون المنتج الثانوي بكتل وأحجام أكبر من الناتج المطلوب.
فالحساب الكيميائي يبنى على أساس مولات المتفاعلات مقابل مولات النواتج، فإذا كان مول المادة المتفاعلة ينتج مولا من المادة الناتجة فإن حصيلة التفاعل 100% أو نعتبره تام الكفاءة بالرغم من إنتاج مواد ثانوية بكميات قد تفوق الناتج الأساسى فى معادلة التفاعل ولتجنب ذلك يجب الأخذ بمبدأ النسبة المئوية للناتج ويستخدم حاليا تفاعل وتينج Witting reaction الذى يأخذ بمفهوم الوظيفة.
ويستخدم حاليا مفهوم اقتصاد الذرة Atom economy حيث نقيس الدرجة التى دخلت بها المواد المتفاعلة فى المنتج النهائى فإذا دخلت كل المواد المتفاعلة بالكامل فى المنتج النهائى كانت طريقة التحضير 100% ذرة اقتصادية. ويمكن تقييم بعض التفاعلات المعروفة من وجهة نظر اقتصاديات الذرة كما يلي:
4-2-1 تفاعلات إعادة ترتيب Rearrangement تفاعلات 100% اقتصاد ذرية.
4-2-2 تفاعلات الإضافة Addition تفاعلات 100% اقتصاد ذرية.
4-2-3 تفاعلات الإحلال Substitution تعتمد على الكواشف والمتفاعلات.
4-2-4 تفاعلات الإزالة Elimination أقل التفاعلات فى اقتصاد الذرة.

طرق التحليل الكيميائي Process analytical chemisty
يقصد بطرق التحليل الكيميائى رصد الوقت الحقيقى لقياس وتقدير المكونات أثناء سير التفاعل مع إمكانية تغيير مسار التفاعل حسب نواتج التحليل.
مثال على ذلك بفرض أن المادة (س) مادة ملوثة وباستخدام طرق التحليل وجدنا زيادة تركيزها بكمية كبيرة أثناء سير التفاعل الذى يجرى تحت ضغط عال ودرجة حرارة مرتفعة. فيمكننا بتغيير الضغط ودرجة الحرارة مع استمرار التحليل أثناء سير التفاعل التحكم فى أحسن الظروف التى تقلل أو تمنع تكوين هذه المادة الملوثة.
وهناك حاليا كثير من البحوث فى هذا الاتجاه وخاصة فى مجال التكنولوجيا الحيوية حيث تكون التفاعلات شديدة التعقيد وقيمة الناتج مرتفعة لذا تتضح الأهمية الاقتصادية لهذه الطريقة.

عوامل حفز بديلة
Alternative catalysts
حققت الكيمياء الصناعية ازدهاراً كبيراً باستخدام عوامل حفز متنوعة وتعددت البحوث لاختيار أنواع الحوافز ودراسة خواصها وفاعليتها الكيميائية إلا أنه فى الجانب الآخر لم يحظ التأثير البيئى لهذه الحوافز بالاهتمام الكافي.
وكانت الفلزات الثقيلة هي أكثر عوامل الحفز المستخدمة والتى تبين بعد ذلك سميتها الشديدة وتأثيرها المدمر على الإنسان والبيئة لذا اتجهت الأبحاث إلى إيجاد بدائل جديدة مثل الضوء أو الإنزيمات أو غيرها.

تغيير هدف المنتج
Change the product target
تركزت أبحاث الكيمياء الصيدلية فى كيفية إنتاج مركبات على أعلى درجة من الكفاءة وأقل قدر من السمية أو الآثار الجانبية وهي تتوافق فى ذلك مع أهداف الكيمياء الخضراء.
إلا أن أبحاث الكيمياء الخضراء بدراستها الدقيقة لبنية الجزيء المستهدف تعمل على تجنب الجزء المسؤول عن أي آثار جانبية غير مرغوبة في الجزيء المستهدف.
وفي جميع الحالات هناك تحد للمواءمة بين التداخل فى فاعلية الجزيء ومدى سميته.

المذيبات البديلة
Alternative solvents
أسند إلى الكيمياء الخضراء مساحة هامة جداً للبحث عن الوسط المناسب الذى يمكن أن تتم فيه التفاعلات بالكفاءة المطلوبة.
وذلك لما سببته المذيبات المعتادة وهى غالبا مركبات عضوية متطايرة من سلبيات بيئية متعددة مثل الضباب الدخاني Smog وغيره.
وقد وصل العلماء إلى بدائل كثيرة تحافظ على الهواء النظيف.