Kemija je preučevanje snovi, njenih lastnosti, kako in zakaj se snovi združujejo ali ločujejo, da tvorijo druge snovi, in kako snovi medsebojno vplivajo na energijo. Veliko ljudi o kemikih misli, da so znanstveniki z belo barvo, ki v laboratoriju mešajo čudne tekočine, toda resnica je, da smo vsi kemiki. Razumevanje osnovnih konceptov kemije je pomembno za skoraj vsak poklic. Kemija je del vsega v našem življenju.
Vsak obstoječi material je sestavljen iz materije - tudi lastnih teles. Kemija je vključena v vse, kar počnemo, od gojenja in kuhanja hrane do čiščenja domov in teles do zagona vesoljskega čolna. Kemija je ena izmed fizikalnih znanosti, ki nam pomagajo opisati in razložiti naš svet.
Pet vej
Obstaja pet glavnih vej kemije, od katerih ima vsaka veliko študijskih področij.
Analitična kemija uporablja kvalitativno in kvantitativno opazovanje za identifikacijo in merjenje fizikalnih in kemijskih lastnosti snovi. V nekem smislu je vsa kemija analitična.
Fizikalna kemija združuje kemijo s fiziko. Fizikalni kemiki preučujejo medsebojno delovanje snovi in energije. Termodinamika in kvantna mehanika sta dve pomembni veji fizične kemije.
Organska kemija posebej preučuje spojine, ki vsebujejo element ogljik. Ogljik ima številne edinstvene lastnosti, ki mu omogočajo, da tvori zapletene kemične vezi in zelo velike molekule. Organska kemija je znana kot "Kemija življenja", ker imajo vse molekule, ki sestavljajo živo tkivo, ogljik.
Anorganska kemija preučuje materiale, kot so kovine in plini, ki nimajo ogljika kot sestavnega dela.
Biokemija je preučevanje kemijskih procesov, ki se dogajajo znotraj živih organizmov.
Področja študija
Znotraj teh širokih kategorij je nešteto študijskih področij, od katerih mnoga pomembno vplivajo na naše vsakdanje življenje. Kemiki izboljšujejo številne izdelke, od hrane, ki jo jemo, in oblačil, ki jih nosimo, do materialov, s katerimi gradimo svoje domove. Kemija pomaga varovati naše okolje in išče nove vire energije.
Kemija hrane
Znanost o hrani se ukvarja s tremi biološkimi sestavinami hrane - ogljikovimi hidrati, lipidi in beljakovinami. Ogljikovi hidrati so sladkorji in škrobi, kemična goriva, potrebna za delovanje naših celic. Lipidi so maščobe in olja in so bistveni deli celičnih membran ter za mazanje in blaženje organov v telesu. Ker imajo maščobe 2,25-krat več energije na gram kot ogljikovi hidrati ali beljakovine, mnogi ljudje skušajo omejiti vnos, da ne bi postali prekomerni kilogrami. Beljakovine so kompleksne molekule, sestavljene iz 100 do 500 ali več aminokislin, ki so vezane in zložene v tridimenzionalne oblike, potrebne za zgradbo in delovanje vsake celice. Naša telesa lahko sintetizirajo nekatere aminokisline; vendar jih moramo osem, esencialnih aminokislin, zaužiti kot del naše hrane. Znanstveniki s hrano skrbijo tudi za anorganske sestavine hrane, kot so vsebnost vode, minerali, vitamini in encimi.
Kemičarji s hrano izboljšujejo kakovost, varnost, skladiščenje in okus naše hrane. Kemičarji s hrano lahko sodelujejo pri zasebni industriji pri razvoju novih izdelkov ali izboljšanju predelave. Prav tako lahko delajo za vladne agencije, kot je Uprava za hrano in zdravila, da pregledujejo živilske izdelke in sredstva za ravnanje z njimi, da nas zaščitijo pred onesnaženjem ali škodljivimi praksami. Kemičarji preskušajo izdelke za zagotavljanje informacij, ki se uporabljajo za oznake hranilne vrednosti, ali za določitev, kako pakiranje in skladiščenje vplivata na varnost in kakovost živila. Cvetličarji sodelujejo s kemikalijami, da spremenijo okus hrane. Kemiki lahko delujejo tudi na druge načine za izboljšanje občutljivosti, kot so izboljšanje barve, vonja ali teksture.
Okoljska kemija
Okoljski kemiki preučujejo, kako kemikalije vplivajo na naravno okolje. Okoljska kemija je interdisciplinarna študija, ki vključuje tako analitično kemijo kot razumevanje znanosti o okolju. Okoljski kemiki morajo najprej razumeti kemikalije in kemične reakcije, ki so prisotne v naravnih procesih v vodi in zraku v tleh. Vzorčenje in analiza lahko nato ugotovita, ali so človekove dejavnosti onesnažile okolje ali povzročile škodljive reakcije nanj.
Kakovost vode je pomembno področje kemije okolja. "Čista" voda v naravi ne obstaja; v njem je vedno raztopljenih nekaj mineralov ali druge snovi. Kemiki za kakovost vode testirajo reke, jezera in oceanske vode glede na lastnosti, kot so raztopljeni kisik, slanost, motnost, suspendirani sedimenti in pH. Voda, namenjena za prehrano ljudi, ne sme vsebovati škodljivih onesnaževal in jo je treba povečati z dodatki, kot sta fluorid in klor.
Kmetijska kemija
Kmetijska kemija se ukvarja s snovmi in kemičnimi reakcijami, ki so povezane s pridelavo, zaščito in uporabo pridelkov in živine. Gre za zelo interdisciplinarno področje, ki se opira na številne druge znanosti. Kmetijski kemiki lahko sodelujejo z oddelkom za kmetijstvo, agencijo za varstvo okolja, upravo za hrano in zdravila ali za zasebno industrijo. Kmetijski kemiki razvijajo gnojila, insekticide in herbicide, potrebne za obsežno pridelavo poljščin. Prav tako morajo spremljati, kako se ti izdelki uporabljajo in njihov vpliv na okolje. Prehranska dopolnila so razvita za povečanje produktivnosti mesnih in mlečnih čred.
Kmetijska biotehnologija je za številne kmetijske kemike hitro rastoča usmeritev. Genska obdelava posevkov, ki so odporni na herbicide, ki se uporabljajo za zatiranje plevela na poljih, zahteva natančno razumevanje rastlin in kemikalij na molekularni ravni. Biokemiki morajo razumeti genetiko, kemijo in poslovne potrebe, da razvijejo pridelke, ki jih je lažje prevažati ali imajo daljši rok trajanja.
Kemijska tehnologija
Kemijski inženirji raziskujejo in razvijajo nove materiale ali procese, ki vključujejo kemične reakcije. Kemični inženiring združuje ozadje kemije z inženirskimi in ekonomskimi koncepti za reševanje tehnoloških problemov. Dela na področju kemijskega inženiringa so razdeljena v dve glavni skupini: industrijska uporaba in razvoj novih izdelkov.
Industrije zahtevajo, da kemijski inženirji oblikujejo nove načine, kako narediti proizvodnjo svojih izdelkov lažjo in stroškovno učinkovitejšo. Kemični inženirji sodelujejo pri načrtovanju in obratovanju predelovalnih obratov, razvijajo varnostne postopke za ravnanje z nevarnimi materiali in nadzirajo izdelavo skoraj vseh izdelkov, ki jih uporabljamo. Kemijski inženirji delajo na razvoju novih izdelkov in procesov na vseh področjih, od farmacevtskih izdelkov do goriv in računalniških komponent.
Geokemija
Geokemiki združujejo kemijo in geologijo, da preučijo sestavo in interakcijo med snovmi, ki jih najdemo na Zemlji. Geokemiki lahko preživijo več časa v terenskih študijah kot druge vrste kemikov. Številni sodelujejo pri ameriškem geološkem zavodu ali Agenciji za varstvo okolja pri določanju, kako rudarstvo in odpadki lahko vplivajo na kakovost vode in okolja. Lahko potujejo v oddaljene zapuščene rudnike, da bi zbrali vzorce in opravili grobo ocenjevanje polja, nato pa sledijo toku skozi njen potok, da ocenijo, kako se onesnaževalci premikajo po sistemu. Naftni geokemiki so zaposleni v naftnih in plinskih podjetjih, da bi pomagali najti nove rezerve energije. Delajo lahko tudi na cevovodih in naftnih ploščadih, da preprečijo kemične reakcije, ki bi lahko povzročile eksplozije ali razlitje.
Forenzična kemija
Forenzični kemiki zajemajo in analizirajo fizične dokaze, ki so zaostali na kraju zločina, da bi pomagali ugotoviti identiteto vpletenih oseb in odgovoriti na druga ključna vprašanja v zvezi s tem in zakaj je bilo kaznivo dejanje izvršeno. Forenzični kemiki uporabljajo najrazličnejše metode analiz, kot so kromatografija, spektrometrija in spektroskopija.
V novih raziskavah, ki so se pojavile v Journal of American Society of Mass Spectrometry, so se znanstveniki z oddelka za kemijo na univerzi Louisiana State University (LSU) odločili uporabiti lasersko tehnologijo na področju forenzične znanosti.
Razvili so sistem, ki presega prepoznavanje prstnega odtisa. Tehnika lahko zajame molekule znotraj prstnega odtisa, vključno z lipidi, beljakovinami, genskim materialom ali celo v sledovih količino eksploziva, ki jo je mogoče nadalje analizirati. Novo orodje v bistvu odkriva skrivnost pri ugotavljanju kemične sestave odtisov na prizoriščih zločinov.
Orodje fokusira laser - z ogledali in optičnimi vlakni - na površino, ki vsebuje odtis prsta. Laser nato segreva vso vodo ali vlago na površini, kar sproži kemične vezi v vodi, da se raztezajo in vibrirajo, piše na spletnem dnevniku College of Science LSU. Vsa ta usmerjena energija povzroči, da voda "eksplodira", jo pretvori v plin in loči biomolekule, kot je DNK. Ta proces se imenuje laserska ablacija.
Nato mali sistem vakuumskih črpalk potegne vodo in molekule v majhen filter, ki zajame vse, kar je človeku ostalo za prstom. Forenzični znanstveniki lahko nato vsebino dajo v napravo za analizo, kot je masni spektrometer ali plinska kromatografija-masni spektrometer.
Pomembno je, da ta tehnika laserske odstranjevanja zlahka zajame prstne odtise na poroznih površinah, na primer na karton (na katerem tradicionalne forenzične metode niso bile zelo uspešne).
Za preizkušanje svoje nove tehnike so raziskovalci postavili prstne odtise na več različnih tipov površin, vključno s steklom, plastiko, aluminijem in kartonom. Ti prstni odtisi so bili obloženi s snovmi, ki so tako raznolike, kot so kofein, antiseptična krema, maziva s kondomom in TNT, poroča LSU College of Science Blog. Po vsakem zajemanju prstnih odtisov so kemiki lahko identificirali te snovi z masno spektrometrijo.
