الهندسة الجزيئية

الهندسة الجزيئية بشكل عام:

• الهندسة الجزيئية والتي يطلق عليها (Molecular Engineering)، هي عبارة عن أي وسيلة قد تستخدم لتصنيع وتخليق الجزيئات، حيث أنه يمكن أن يتم استخدام الهندسة الجزيئية لعملية إنشاء جزيئات جديدة، حيث أنها تكون غالبا على نطاق ضئيل للغاية، وغالبًا ما تكون هذه الجزيئات قد تم إنشاؤها واحدة بعد الأخرى، والتي قد لا تكون موجودة في الطبيعة من الأساس.

• قد تكون الجزيئات التي يتم تخليقها وتصنيعها مستقرة خارج نطاق ضئيل للغاية من الظروف المختلفة، حيث أنه تعد عملية التخليق هذه عبارة عن عملية صعبة اليوم، كما أن هذه العملية تتطلب معالجة يدوية للجزيئات، حيث أنه يتم ذلك باستخدام أجهزة مثل جهاز مجهر المسح النفقي.

• في نهاية المطاف، فإنه من المتوقع أن يتم استغلال هذه الجزيئات المساعدة (helper molecules) ذاتية التكرار والتي تم تصميمها بنفسها، وبالتالي فإنه يمكن أن يتم اعتبار المجال شكلاً دقيقًا من أشكال الهندسة الكيميائية حيث أنه يتضمن هندسة البروتين، بالإضافة إلى إنشاء جزيئات البروتين، وهي عبارة عن عملية تحدث بشكل طبيعي في الكيمياء الحيوية، على سبيل المثال، تكاثر البريون.

• ومع ذلك، فإنه يوفر تحكمًا أكبر بكثير من التعديل الجيني للجينوم الحالي، والذي يجب أن يعتمد بشكل صارم على الكيمياء الحيوية الموجودة للتعبير عن الجينات كبروتينات، ولديه القليل من القوة لإنتاج أي بروتينات غير بروتينية.

• الهندسة الجزيئية هي عبارة عن أحد أنواع الهندسة والتي تكون متعددة المجالات، وتشمل الجوانب المتعددة التالية: أولا مجال الهندسة الكيميائية، ثانيا مجال الهندسة الحيوية وثالثا مجال الهندسة الكهربائية، بالإضافة إلى مجال الفيزياء ومجال الهندسة الميكانيكية وبالإضافة أيضا إلى مجال علوم المواد وبالإضافة أيضا إلى مجال الكيمياء الذي سنتحدث عنه تاليا.

الهندسة الجزيئية في الكيمياء:

• الهندسة الجزيئية في الكيمياء بشكل خاص: هي عبارة عن ترتيب الذرات بشكل ثلاثي الأبعاد وهي عبارة عن ترتيب الروابط الكيميائية في الجزيء.

• كما أنه يؤثر شكل الجزيء على كلا من خصائصه الكيميائية وخصائصه الفيزيائية، بما في ذلك لون الجزيء ونشاطه وكيفية تفاعله، بالإضافة إلى نشاطه البيولوجي.

• يمكن أن يتم استخدام زوايا الرابطة الكيميائية الموجودة بين الروابط المتجاورة حتى تتم عملية الوصف الكلي لشكل الجزيء.

أشكال الجزيء المحتملة:

يمكن أن يتم وصف الهندسة الجزيئية تبعا لمقدار الزوايا الرابطة والتي تكون متكونة بين الرابطتين المتجاورتين، حيث يمكن أن يتم تصنيف الأشكال الشائعة إلى التصنيفات التالية:

• أولا، الشكل الخطي (liner): تترتب الجزيئات في الشكل الخطي على شكل خط مستقيم، حيث تكون زوايا الرابطة المتواجدة في الجزيء تساوي 180 درجة، ومن الأمثلة على هذا النوع من الأشكال: أولا، ثاني أكسيد الكربون (CO₂) وثانيا، مركب هيدريد البيريليوم BeH₂، وثالثا، أكسيد النيتريك (NO).

• ثانيا، الشكل الزاوي (Bent): حيث تحتوي الجزيئات الزاوية أو ما يعرف بالجزيئات المثنية والتي تتخذ شكل الحرف V على زوايا رابطة أقل من 180 درجة وتساوي تقريبا 109.5° درجة، ومن أكثر الأمثلة شيوعا على ذلك هو مركب الماء ذو الصيغة الكيميائية التالية (H₂O) ومركب أكسيد الكبريت (SO2(‏.

• ثالثا، شكل المثلث المسطح (trigonal planer): تتشكل الجزيئات هنا على شكل مثلث مسطح في مستوى واحد، حيث تكون زوايا الرابطة تساوي 120 درجة، ومن الأمثلة على ذلك: المركب الكيميائي CO₃^2–، والبورون ثلاثي فلوريد ذو الصيغة الكيميائية التالية: (BF₃).

• رابعا، رباعي السطوح (tetrahedral): يكون على شكل رباعي الوجوه صلب، يكون هذا الشكل موجود عندما تحتوي ذرة مركزية واحدة فقط على أربعة روابط مرتبطة بها، حيث تكون زوايا الرابطة تساوي 109.5° درجة، مثال على ذلك جزيء S0₄^2– وجزيء الميثان ذو الصيغة الكيميائية (CH₄).

• خامسا، ثماني السطوح (octahedral): يكون على شكل ثماني السطوح حيث يمتلك ثمانية وجوه، كما ويمتلك زوايا رابطة مقدارها 90 درجة، ومن الأمثلة على هذا الشكل جزيء PF₆^–، وأيضا فلوريد الكبريت ذو الصيغة الكيميائية التالية: (SF₆).

• سادسا، ثنائي الهرم ثلاثي الزوايا (trigonal-bipyramidal): هذا الشكل الجزيئي يشبه الهرم، حيث يكون كأنه عبارة عن هرمين واحد في الأسفل والآخر منطبق فوقه، حيث تكون قاعدة الهرم عبارة عن مثلث مسطح، تكون الزوايا الرابطة تساوي 90° درجة, 120° درجة، ومن الأمثلة على مركبات بهذا الشكل: الفوسفور خماسي الفلوريد ذو الصيغة الكيميائية التالية: (PF₅)،والفوسفور خماسي كلوريد ذو الصيغة الكيميائية التالية: (PCl₅)، وأيضا مركب رباعي كلوريد التيلوريوم TeCl₄.