Chemija yra materijos, jos savybių, kaip ir kodėl medžiagos sujungiamos ar atsiskiria, kad susidarytų kitos medžiagos, tyrimas ir kaip medžiagos sąveikauja su energija. Daugelis žmonių mano, kad chemikai yra baltai dengti mokslininkai, laboratorijoje maišantys keistus skysčius, tačiau tiesa mes visi esame chemikai. Suprasti pagrindines chemijos sąvokas svarbu beveik kiekvienoje profesijoje. Chemija yra visko dalis mūsų gyvenime.
Kiekvieną egzistuojančią medžiagą sudaro materija - net mūsų pačių kūnai. Chemija yra susijusi su viskuo, ką darome, pradedant maisto gaminimu ir gaminimu, namų ir kūno valymu iki kosminio šaudymo paleidimo. Chemija yra vienas iš fizinių mokslų, padedančių apibūdinti ir paaiškinti mūsų pasaulį.
Penkios šakos
Yra penkios pagrindinės chemijos šakos, kiekvienoje iš jų yra daug studijų sričių.
Analitinė chemija naudoja kokybinius ir kiekybinius stebėjimus fizinėms ir cheminėms medžiagų savybėms nustatyti ir išmatuoti. Tam tikra prasme visa chemija yra analitinė.
Fizikinė chemija derina chemiją su fizika. Fiziniai chemikai tiria, kaip materija ir energija sąveikauja. Termodinamika ir kvantinė mechanika yra dvi svarbios fizinės chemijos šakos.
Organinė chemija specialiai tiria junginius, kuriuose yra anglies elementas. Anglis turi daug unikalių savybių, leidžiančių suformuoti sudėtingas chemines jungtis ir labai dideles molekules. Organinė chemija yra vadinama „gyvybės chemija“, nes visų gyvųjų audinių molekulių sudėtyje yra anglies.
Neorganinė chemija tiria tokias medžiagas kaip metalai ir dujos, kurių sudėtyje nėra anglies.
Biochemija yra gyvų organizmų cheminių procesų tyrimas.
Studijų sritys
Šiose plačiose kategorijose yra daugybė studijų sričių, iš kurių daugelis daro svarbų poveikį mūsų kasdieniam gyvenimui. Chemikai tobulina daugelį produktų, pradedant nuo maisto, kurį valgome ir drabužių, kuriuos dėvime, iki medžiagų, su kuriomis mes statome namus. Chemija padeda apsaugoti mūsų aplinką ir ieško naujų energijos šaltinių.
Maisto chemija
Maisto mokslas nagrinėja tris biologinius maisto komponentus - angliavandenius, lipidus ir baltymus. Angliavandeniai yra cukrus ir krakmolas, cheminis kuras, reikalingas mūsų ląstelėms veikti. Lipidai yra riebalai ir aliejai ir yra svarbios ląstelių membranų dalys, kurios sutepa ir palaiko kūno organus. Kadangi riebalų energija viename grame yra 2,25 karto didesnė nei angliavandenių ar baltymų, daugelis žmonių stengiasi apriboti jų vartojimą, kad išvengtų antsvorio. Baltymai yra sudėtingos molekulės, sudarytos iš 100–500 ir daugiau aminorūgščių, kurios yra sujungtos grandinėmis ir sulankstytos į trijų matmenų formas, būtinas kiekvienos ląstelės struktūrai ir funkcijai. Mūsų kūnai gali sintetinti kai kurias amino rūgštis; tačiau aštuonios iš jų, nepakeičiamos amino rūgštys, turi būti vartojamos kaip mūsų maisto dalis. Maisto žinovams rūpi ir neorganiniai maisto komponentai, tokie kaip jo vandens kiekis, mineralai, vitaminai ir fermentai.
Maisto chemikai gerina mūsų maisto kokybę, saugą, laikymą ir skonį. Maisto chemikai gali dirbti privačioje pramonėje kurdami naujus produktus ar tobulindami perdirbimą. Jie taip pat gali dirbti vyriausybinėse agentūrose, tokiose kaip Maisto ir vaistų administracija, tikrinti maisto produktus ir tvarkytojus, kad apsaugotų mus nuo užteršimo ar žalingos praktikos. Maisto chemikai bando produktus, norėdami pateikti informaciją, naudojamą mitybinėms etiketėms arba nustatyti, kaip pakavimas ir laikymas daro įtaką maisto saugai ir kokybei. Kvapikliai dirba su chemikalais, kad pakeistų maisto skonį. Chemikai taip pat gali ieškoti kitų būdų, kaip pagerinti juslinį patrauklumą, pavyzdžiui, pagerinti spalvą, kvapą ar tekstūrą.
Aplinkos chemija
Aplinkos chemikai tiria, kaip cheminės medžiagos sąveikauja su natūralia aplinka. Aplinkos chemija yra tarpdisciplininis tyrimas, apimantis ir analitinę chemiją, ir supratimą apie aplinkos mokslą. Aplinkos chemikai pirmiausia turi suprasti chemines medžiagas ir chemines reakcijas, vykstančias natūralių procesų metu dirvožemyje, vandenyje ir ore. Mėginių ėmimas ir analizė gali nustatyti, ar žmogaus veikla užteršė aplinką ar sukėlė kenksmingų reakcijų.
Vandens kokybė yra svarbi aplinkos chemijos sritis. „Gryno“ vandens gamtoje nėra; jame visada yra ištirpusių mineralų ar kitų medžiagų. Vandens kokybės chemikai tiria upes, ežerus ir vandenynų vandenį, kad nustatytų tokias savybes kaip ištirpęs deguonis, druskingumas, drumstumas, suspenduotos nuosėdos ir pH. Žmonėms vartoti skirtas vanduo turi būti be kenksmingų teršalų ir, norint padidinti jo saugumą, gali būti apdorotas tokiais priedais kaip fluoras ir chloras.
Žemės ūkio chemija
Žemės ūkio chemija yra susijusi su medžiagomis ir cheminėmis reakcijomis, susijusiomis su augalų, gyvulių auginimu, apsauga ir naudojimu. Tai labai tarpdisciplininė sritis, kuri remiasi ryšiais su daugeliu kitų mokslų. Žemės ūkio chemikai gali bendradarbiauti su Žemės ūkio departamentu, Aplinkos apsaugos agentūra, Maisto ir vaistų administracija arba privačiai pramonei. Žemės ūkio chemikai kuria trąšas, insekticidus ir herbicidus, reikalingus plataus masto augalų auginimui. Jie taip pat turi stebėti, kaip šie produktai naudojami ir kaip jie daro poveikį aplinkai. Maisto papildai yra sukurti siekiant padidinti mėsos ir pieninių bandų produktyvumą.
Žemės ūkio biotechnologijos yra greitai populiarėjantis daugelio žemės ūkio chemikų dėmesys. Norint genetiškai manipuliuoti pasėliais, kad būtų atsparūs herbicidams, naudojamiems piktžolėms naikinti laukuose, reikia išsamiai suprasti tiek augalus, tiek chemines medžiagas molekuliniu lygmeniu. Biochemikai turi suprasti genetiką, chemiją ir verslo poreikius, kad sukurtų augalus, kuriuos būtų lengviau transportuoti arba kurie turi ilgesnį galiojimo laiką.
Chemijos inžinerija
Chemijos inžinieriai tiria ir kuria naujas medžiagas ar procesus, susijusius su cheminėmis reakcijomis. Chemijos inžinerija derina chemijos pagrindus su inžinerinėmis ir ekonominėmis koncepcijomis, kad būtų išspręstos technologinės problemos. Chemijos inžinerijos darbai skirstomi į dvi pagrindines grupes: pritaikymas pramonėje ir naujų produktų kūrimas.
Pramonės įmonės reikalauja, kad chemijos inžinieriai sugalvotų naujų būdų, kaip palengvinti savo produktų gamybą ir padaryti juos ekonomiškesnius. Chemijos inžinieriai dalyvauja projektuojant ir eksploatuojant perdirbimo įmones, parengia pavojingų medžiagų tvarkymo saugos procedūras ir prižiūri beveik kiekvieno mūsų naudojamo produkto gamybą. Chemijos inžinieriai kuria naujus produktus ir procesus kiekvienoje srityje, pradedant vaistais ir baigiant degalais bei kompiuterių komponentais.
Geochemija
Geochemikai derina chemiją ir geologiją, kad ištirtų Žemėje randamų medžiagų struktūrą ir sąveiką. Geochemikai gali praleisti daugiau laiko lauko tyrimuose nei kiti chemikai. Daugelis dirba JAV geologijos tarnyboje arba Aplinkos apsaugos agentūroje nustatydami, kaip kasybos darbai ir atliekos gali paveikti vandens kokybę ir aplinką. Jie gali keliauti į atokias apleistas minas, kad surinktų pavyzdžius ir atliktų grubų lauko vertinimą, o paskui eina upeliu per jo baseiną, kad įvertintų, kaip teršalai juda per sistemą. Naftos geochemikai yra įdarbinti naftos ir dujų įmonėse, kad padėtų rasti naujų energijos atsargų. Jie taip pat gali dirbti vamzdynuose ir naftos platformose, kad būtų išvengta cheminių reakcijų, galinčių sukelti sprogimus ar išsiliejimus.
Teismo chemija
Teismo medicinos chemikai renka ir analizuoja nusikaltimo vietoje paliktus fizinius įrodymus, kad padėtų nustatyti susijusių asmenų tapatybę, taip pat atsakytų į kitus gyvybiškai svarbius klausimus apie tai, kaip ir kodėl buvo padarytas nusikaltimas. Teismo medicinos chemikai naudoja labai įvairius analizės metodus, tokius kaip chromatografija, spektrometrija ir spektroskopija.
Naujuose tyrimuose, kurie pasirodė Amerikos masinės spektrometrijos draugijos žurnale, Luizianos valstijos universiteto (LSU) chemijos katedros mokslininkai pasiryžo taikyti lazerio technologijas teismo medicinos srityje.
Jie sukūrė sistemą, viršijančią pirštų atspaudų identifikavimą. Metodas gali užfiksuoti pirštų žymėse esančias molekules, įskaitant lipidus, baltymus, genetinę medžiagą ar net sprogmenų pėdsakus, kuriuos galima toliau analizuoti. Naujasis įrankis iš esmės pašalina pirštų žymių cheminės sudėties nustatymą nusikaltimo vietose.
Įrankis fokusuoja lazerį - naudodamas veidrodžius ir optines skaidulas - ant paviršiaus, kuriame yra pirštų žymė. Tuomet lazeris sušildo bet kokį paviršių vandenį ar drėgmę, sukeldamas cheminius ryšius vandenyje, kad ištemptų ir vibruotų, teigia LSU kolegijos mokslo dienoraštis. Visa ši sutelkta energija priverčia vandenį „sprogti“, paversdama jį dujomis ir atskirdamas tokias biologines molekules, kaip DNR. Šis procesas vadinamas lazerine abliacija.
Toliau maža vakuuminio siurblio sistema surenka vandenį ir molekules į mažytį filtrą, kuriame užfiksuota viskas, kas liko nuo žmogaus piršto. Teismo medicinos mokslininkai gali sudėti turinį į analizės prietaisą, pavyzdžiui, masės spektrometrą arba dujų chromatografijos-masės spektrometrą.
Svarbu tai, kad ši lazerio abliacijos technika gali lengvai užfiksuoti pirštų ženklus ant porėtų paviršių, tokių kaip kartonas (ant kurių tradiciniai teismo medicinos metodai nebuvo labai sėkmingi).
Norėdami išbandyti savo naują techniką, tyrėjai uždėjo pirštų atspaudus ant daugelio skirtingų paviršiaus tipų, įskaitant stiklą, plastiką, aliuminį ir kartoną. Šie pirštų antspaudai buvo pririšti tokiomis įvairiomis medžiagomis kaip kofeinas, antiseptiniai kremai, prezervatyvų tepalai ir TNT, praneša LSU kolegijos mokslo dienoraštis. Po kiekvieno pirštų gaudymo chemikai sugebėjo šias medžiagas atpažinti naudodami masės spektrometriją.
