Chimia este studiul materiei, proprietățile sale, cum și de ce substanțele se combină sau se separă pentru a forma alte substanțe și modul în care substanțele interacționează cu energia. Mulți oameni consideră chimiști ca fiind oameni de știință cu strat alb, care amestecă lichide ciudate într-un laborator, dar adevărul este că toți suntem chimiști. Înțelegerea conceptelor de chimie de bază este importantă pentru aproape fiecare profesie. Chimia face parte din tot ceea ce trăim în viața noastră.
Fiecare material existent este format din materie - chiar propriile noastre corpuri. Chimia este implicată în tot ceea ce facem, de la creșterea și gătirea alimentelor la curățarea caselor și corpurilor noastre până la lansarea unei navete spațiale. Chimia este una dintre științele fizice care ne ajută să descriem și să explicăm lumea noastră.
Cinci ramuri
Există cinci ramuri principale ale chimiei, fiecare dintre acestea având multe domenii de studiu.
Chimie analitică folosește observația calitativă și cantitativă pentru a identifica și măsura proprietățile fizice și chimice ale substanțelor. Într-un anumit sens, toată chimia este analitică.
Chimie Fizica combină chimia cu fizica. Chimiștii fizici studiază modul în care interacționează materia și energia. Termodinamica și mecanica cuantică sunt două dintre ramurile importante ale chimiei fizice.
Chimie organica studiază în mod specific compușii care conțin carbonul elementului. Carbonul are multe proprietăți unice care îi permit să formeze legături chimice complexe și molecule foarte mari. Chimia organică este cunoscută sub numele de „Chimia vieții”, deoarece toate moleculele care alcătuiesc țesutul viu au carbon ca parte a machiajului lor.
Chimie anorganică studiază materiale precum metalele și gazele care nu au carbon ca parte a machiajului lor.
Biochimie este studiul proceselor chimice care apar în cadrul organismelor vii.
Domenii de studiu
În cadrul acestor categorii largi sunt nenumărate domenii de studiu, multe dintre ele având efecte importante asupra vieții noastre de zi cu zi. Chimiștii îmbunătățesc multe produse, de la produsele alimentare pe care le consumăm și hainele pe care le purtăm până la materialele cu care ne construim casele. Chimia ajută la protejarea mediului nostru și în căutarea de noi surse de energie.
Chimia alimentară
Știința alimentelor se ocupă de cele trei componente biologice ale alimentelor - carbohidrați, lipide și proteine. Carbohidrații sunt zaharuri și amidonuri, combustibilii chimici necesari pentru funcționarea celulelor noastre. Lipidele sunt grăsimi și uleiuri și sunt părți esențiale ale membranelor celulare și pentru a lubrifia și amortiza organele din corp. Deoarece grăsimile au de 2,25 ori energia pe gram decât carbohidrații sau proteinele, multe persoane încearcă să-și limiteze aportul, pentru a nu deveni supraponderali. Proteinele sunt molecule complexe compuse din 100 până la 500 sau mai mulți aminoacizi care sunt înlănțuite și pliate în forme tridimensionale necesare pentru structura și funcția fiecărei celule. Corpurile noastre pot sintetiza o parte din aminoacizi; totuși opt dintre aceștia, aminoacizii esențiali, trebuie să fie incluși ca parte a alimentelor noastre. Oamenii de știință alimentară sunt, de asemenea, preocupați de componentele anorganice ale alimentelor, cum ar fi conținutul de apă, minerale, vitamine și enzime.
Chimiștii alimentari îmbunătățesc calitatea, siguranța, depozitarea și gustul alimentelor noastre. Chimiștii alimentari pot lucra pentru industria privată pentru a dezvolta noi produse sau pentru a îmbunătăți procesarea. De asemenea, pot lucra pentru agenții guvernamentale, cum ar fi Food and Drug Administration, pentru a inspecta produsele alimentare și manipulatorii pentru a ne proteja împotriva contaminării sau a practicilor dăunătoare. Chimiștii alimentari testează produsele pentru a furniza informațiile utilizate pentru etichetele nutriționale sau pentru a determina modul în care ambalajul și depozitarea afectează siguranța și calitatea alimentelor. Flavoriștii lucrează cu substanțe chimice pentru a schimba gustul mâncării. Chimiștii pot, de asemenea, să lucreze la alte modalități de îmbunătățire a apelului senzorial, cum ar fi îmbunătățirea culorii, mirosului sau texturii.
Chimia mediului
Chimiștii de mediu studiază cum interacționează substanțele chimice cu mediul natural. Chimia mediului este un studiu interdisciplinar care implică atât chimia analitică, cât și o înțelegere a științei mediului. Chimiștii de mediu trebuie să înțeleagă mai întâi substanțele și reacțiile chimice prezente în procesele naturale din apa și aerul din sol. Eșantionarea și analiza pot apoi determina dacă activitățile umane au contaminat mediul sau au provocat reacții dăunătoare asupra acestuia.
Calitatea apei este un domeniu important al chimiei mediului. Apa „pură” nu există în natură; are întotdeauna unele minerale sau alte substanțe dizolvate în ea. Chimiștii de calitate a apei testează râuri, lacuri și ape oceanice pentru caracteristici precum oxigenul dizolvat, salinitatea, turbiditatea, sedimentele suspendate și pH-ul. Apa destinată consumului uman trebuie să fie lipsită de contaminanți nocivi și poate fi tratată cu aditivi precum fluor și clor pentru a-i crește siguranța.
Chimie agricolă
Chimia agricolă este preocupată de substanțele și reacțiile chimice care sunt implicate în producerea, protecția și utilizarea culturilor și a animalelor. Este un domeniu extrem de interdisciplinar, care se bazează pe legăturile cu multe alte științe. Chimiștii agricoli pot lucra cu Departamentul Agriculturii, Agenția pentru Protecția Mediului, Administrația Alimentelor și Drogurilor sau pentru industria privată. Chimiștii agricoli dezvoltă îngrășăminte, insecticide și erbicide necesare producției de culturi pe scară largă. De asemenea, trebuie să monitorizeze modul în care sunt utilizate aceste produse și impactul lor asupra mediului. Suplimentele nutritive sunt dezvoltate pentru a crește productivitatea cărnii și a bovinelor lactate.
Biotehnologia agricolă este un obiectiv în creștere rapidă pentru mulți chimiști agricoli. Manipularea genetică a culturilor pentru a fi rezistentă la erbicidele utilizate pentru controlul buruienilor din câmpuri necesită o înțelegere detaliată atât a plantelor, cât și a substanțelor chimice la nivel molecular. Biochimiștii trebuie să înțeleagă genetica, chimia și nevoile de afaceri pentru a dezvolta culturi mai ușor de transportat sau care au o durată de viață mai lungă.
Inginerie Chimica
Inginerii chimici cercetează și dezvoltă noi materiale sau procese care implică reacții chimice. Ingineria chimică combină un fundal în chimie cu conceptele de inginerie și economie pentru a rezolva problemele tehnologice. Locurile de muncă în inginerie chimică se încadrează în două grupe principale: aplicații industriale și dezvoltarea de noi produse.
Industriile necesită ingineri chimici să conceapă noi modalități de a face fabricarea produselor lor mai ușoară și mai rentabilă. Inginerii chimici sunt implicați în proiectarea și exploatarea instalațiilor de procesare, dezvoltă proceduri de siguranță pentru manipularea materialelor periculoase și supraveghează fabricarea a aproape fiecare produs pe care îl utilizăm. Inginerii chimici lucrează la dezvoltarea de noi produse și procese în toate domeniile, de la produse farmaceutice până la combustibili și componente ale calculatorului.
Geochimie
Geochimiștii combină chimia și geologia pentru a studia machiajul și interacțiunea dintre substanțele găsite pe Pământ. Geochimiștii pot petrece mai mult timp în studii de teren decât alte tipuri de chimiști. Mulți lucrează pentru Studiul Geologic al SUA sau Agenția pentru Protecția Mediului pentru a determina modul în care operațiunile miniere și deșeurile pot afecta calitatea apei și mediul. Aceștia pot călători în minele abandonate de la distanță pentru a colecta eșantioane și a efectua evaluări pe teren accidentat, apoi urmează un flux prin bazinul de apă, pentru a evalua modul în care contaminanții se deplasează prin sistem. Geochimiștii din petrol sunt angajați de companii petroliere și de gaze pentru a ajuta la găsirea de noi rezerve de energie. De asemenea, pot lucra la conducte și platforme petroliere pentru a preveni reacțiile chimice care ar putea provoca explozii sau vărsări.
Chimie criminalistică
Chimiștii criminalisti surprind și analizează probele fizice rămase în urmă la locul faptei pentru a ajuta la determinarea identităților persoanelor implicate, precum și pentru a răspunde altor întrebări vitale cu privire la modul și de ce a fost realizată crima. Chimiștii criminalisti folosesc o mare varietate de metode de analiză, cum ar fi cromatografie, spectrometrie și spectroscopie.
În noile cercetări apărute în Journal of the American Society of Mass Spectrometry, oamenii de știință de la departamentul de chimie din Louisiana State University (LSU) și-au propus să aplice tehnologia laser în domeniul științei criminalistice.
Ei au dezvoltat un sistem care depășește identificarea unei amprente. Tehnica poate capta molecule conținute într-o amprentă, inclusiv lipide, proteine, material genetic sau chiar urme de explozibili, care pot fi analizate în continuare. Noul instrument scoate, în esență, misterul din identificarea compoziției chimice a amprentelor în scenele crimei.
Instrumentul focalizează un laser - folosind oglinzi și fibre optice - pe o suprafață care conține o amprentă. Apoi, laserul încălzește orice apă sau umiditate de pe suprafață, declanșând legături chimice în apă pentru a se întinde și a vibra, potrivit LSU College of Science Blog. Toată această energie concentrată face ca apa să „explodeze”, transformând-o într-un gaz și separând biomolecule precum ADN-ul. Acest proces se numește ablație cu laser.
În continuare, un sistem mic de pompe de vid trage apa și moleculele într-un mic filtru care captează tot ce rămâne în urma degetului unei persoane. Oamenii de știință criminalistă pot apoi să conțină conținutul într-un dispozitiv de analiză, cum ar fi un spectrometru de masă sau un cromatografie de gaz-spectrometru de masă.
Important, această tehnică de ablație cu laser poate capta cu ușurință amprente pe suprafețe poroase, cum ar fi carton (pe care metodele tradiționale medico-legale nu au avut mare succes).
Pentru a-și testa noua tehnică, cercetătorii au plasat amprente pe mai multe tipuri diferite de suprafață, inclusiv sticlă, plastic, aluminiu și carton. Aceste semne de amprentă au fost confecționate cu substanțe la fel de diverse precum cofeina, crema antiseptică, lubrifianții de prezervativ și TNT, potrivit LSU College of Science Blog. După fiecare captura de amprente, chimiștii au putut identifica aceste substanțe folosind spectrometrie de masă.
