Kemia on aineen, sen ominaisuuksien, kuinka ja miksi aineet yhdistyvät tai erottuvat muiden aineiden muodostamiseksi, tutkimusta ja kuinka aineet ovat vuorovaikutuksessa energian kanssa. Monet ihmiset ajattelevat kemisteistä olevan valkoisella päällystetyllä tutkijalla, joka sekoittaa omituisia nesteitä laboratoriossa, mutta totuus on, että me kaikki olemme kemistejä. Kemian peruskäsitteiden ymmärtäminen on tärkeää melkein jokaiselle ammatille. Kemia on osa kaikkea elämässämme.
Jokainen olemassa oleva materiaali koostuu aineesta - jopa omasta kehomme. Kemia on mukana kaikessa, mitä teemme, ruuan kasvattamisesta ja keittämisestä kodien ja vartaloidemme puhdistamiseen avaruussukkulan käynnistämiseen. Kemia on yksi fysikaalisista tieteistä, jotka auttavat meitä kuvaamaan ja selittämään maailmaa.
Viisi haaraa
Kemiassa on viisi päähaaraa, joista jokaisella on monia opintoja.
Analyyttinen kemia käyttää laadullista ja kvantitatiivista havaintoa aineiden fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien tunnistamiseen ja mittaamiseen. Tietyssä mielessä kaikki kemia on analyyttistä.
Fysikaalinen kemia yhdistää kemian fysiikkaan. Fyysiset kemistit tutkivat kuinka aine ja energia ovat vuorovaikutuksessa. Termodynamiikka ja kvantimekaniikka ovat kaksi tärkeätä fysikaalisen kemian haaraa.
Orgaaninen kemia Erityisesti tutkitaan yhdisteitä, jotka sisältävät alkuainehiiltä. Hiilellä on monia ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka antavat sen muodostaa monimutkaisia kemiallisia sidoksia ja erittäin suuria molekyylejä. Orgaanista kemiaa kutsutaan elämän kemiaksi, koska kaikissa elävän kudoksen muodostavissa molekyyleissä on hiiltä osana meikkiä.
Epäorgaaninen kemia tutkii materiaaleja, kuten metalleja ja kaasuja, joissa ei ole hiiltä osana meikkiä.
Biokemia on elävissä organismeissa tapahtuvien kemiallisten prosessien tutkimus.
Opintoalat
Näissä laajoissa luokissa on lukemattomia tutkimusalueita, joista monilla on merkittäviä vaikutuksia päivittäiseen elämäämme. Kemistit parantavat monia tuotteita, syömästämme ruuasta ja käyttämästämme vaatteesta materiaaleihin, joilla rakennamme kotimme. Kemia auttaa suojelemaan ympäristöämme ja etsii uusia energialähteitä.
Elintarvikekemia
Elintarviketiede käsittelee ruoan kolmea biologista komponenttia - hiilihydraatteja, lipidejä ja proteiineja. Hiilihydraatit ovat sokereita ja tärkkelyksiä, kemiallisia polttoaineita, joita solumme tarvitsevat toimiakseen. Lipidit ovat rasvoja ja öljyjä, ja ne ovat olennaisia osia solukalvoissa sekä voitelua ja pehmentää elimiä kehossa. Koska rasvojen energia on grammassa 2,25 kertaa enemmän kuin hiilihydraattien tai proteiinien, monet ihmiset yrittävät rajoittaa niiden saantia välttääksesi ylipainoista. Proteiinit ovat monimutkaisia molekyylejä, jotka koostuvat 100 - 500 tai useammasta aminohaposta, jotka on ketjutettu yhteen ja taitettu kolmiulotteisiin muotoihin, jotka ovat tarpeen jokaisen solun rakenteelle ja toiminnalle. Kehomme pystyy syntetisoimaan joitain aminohapoista; heistä kahdeksan, välttämättömät aminohapot, on kuitenkin otettava osana ruokamme. Elintarvikealan tutkijat ovat kiinnostuneita myös ruoan epäorgaanisista komponenteista, kuten sen vesipitoisuudesta, mineraaleista, vitamiineista ja entsyymeistä.
Ruokakemikot parantavat ruokamme laatua, turvallisuutta, varastointia ja makua. Ruokakemikot voivat työskennellä yksityisen teollisuuden hyväksi kehittää uusia tuotteita tai parantaa prosessointia. He voivat myös työskennellä valtion virastojen, kuten elintarvike- ja lääkeviraston, tarkastaa elintarvikkeita ja käsittelijöitä suojatakseen meitä saastumiselta tai haitallisilta käytännöiltä. Elintarvikekehittäjät testaavat tuotteita toimittaakseen ravintoarvomerkinnöissä käytettyjä tietoja tai määrittääkseen, kuinka pakkaaminen ja varastointi vaikuttavat ruoan turvallisuuteen ja laatuun. Maistajat työskentelevät kemikaalien kanssa muuttaakseen ruuan makua. Kemistit voivat työskennellä myös muilla tavoilla parantaa aistinvaraisuutta, kuten parantaa väriä, hajua tai rakennetta.
Ympäristökemia
Ympäristökemikaalit tutkivat kemikaalien vuorovaikutusta luonnollisen ympäristön kanssa. Ympäristökemia on monitieteinen tutkimus, joka sisältää sekä analyyttisen kemian että ymmärtämisen ympäristötieteestä. Ympäristökemikaalien on ensin ymmärrettävä maaperäisen veden ja ilman luonnollisissa prosesseissa esiintyvät kemikaalit ja kemialliset reaktiot. Näytteenotto ja analysointi voivat sitten määrittää, ovatko ihmisen toiminnat saastuttaneet ympäristöä vai aiheuttaneet siihen haitallisia reaktioita.
Veden laatu on tärkeä ympäristökemian alue. ”Puhdasta” vettä ei ole luonnossa; siihen on aina liuennut mineraaleja tai muita aineita. Vedenlaatukemikaalit testaavat joet, järvet ja merivesi sellaisten ominaisuuksien suhteen kuin liuennut happi, suolapitoisuus, sameus, suspendoituneet sedimentit ja pH. Ihmisravinnoksi tarkoitetun veden on oltava vapaa haitallisista epäpuhtauksista, ja sen turvallisuuden lisäämiseksi sitä voidaan käsitellä lisäaineilla, kuten fluorilla ja kloorilla.
Maatalouden kemia
Maatalouden kemia koskee aineita ja kemiallisia reaktioita, jotka liittyvät viljelykasvien ja karjan tuotantoon, suojaamiseen ja käyttöön. Se on erittäin monitieteinen ala, joka riippuu siteistä moniin muihin tieteisiin. Maatalouden kemistit voivat tehdä yhteistyötä maatalousosaston, ympäristönsuojeluviraston, elintarvike- ja lääkeviraston tai yksityisen teollisuuden kanssa. Maatalouden kemistit kehittävät lannoitteita, hyönteismyrkkyjä ja rikkakasvien torjunta-aineita, jotka ovat tarpeen laajamittaisessa sadontuotannossa. Heidän on myös seurattava näiden tuotteiden käyttöä ja niiden ympäristövaikutuksia. Ravintolisät on kehitetty lisäämään liha- ja lypsykarjojen tuottavuutta.
Maatalouden bioteknologia on nopeasti kasvava painopiste monille maatalouden kemistille. Geneettisesti manipuloimalla viljelykasveja, jotta ne olisivat vastustuskykyisiä rikkakasvien torjunta-aineille, joita käytetään rikkaruohojen torjumiseen pellolla, tarvitaan sekä kasvien että kemikaalien yksityiskohtainen tuntemus molekyylitasolla. Biokeemien on ymmärrettävä genetiikka, kemia ja liiketaloudelliset tarpeet kehittääkseen viljelykasveja, joita on helpompi kuljettaa tai joilla on pidempi varastointiaika.
Kemian tekniikka
Kemian insinöörit tutkivat ja kehittävät uusia materiaaleja tai prosesseja, joihin liittyy kemiallisia reaktioita. Kemiantekniikassa yhdistyvät kemian tausta tekniikan ja talouden käsitteisiin teknisten ongelmien ratkaisemiseksi. Kemiantekniikan työpaikat jakautuvat kahteen pääryhmään: teollisiin sovelluksiin ja uusien tuotteiden kehittämiseen.
Teollisuus vaatii kemian insinöörejä suunnittelemaan uusia tapoja tuotteidensa valmistuksen helpottamiseksi ja kustannustehokkuudeksi. Kemian insinöörit osallistuvat prosessitehtaiden suunnitteluun ja käyttöön, kehittävät turvallisuusmenetelmiä vaarallisten materiaalien käsittelemiseksi ja valvovat melkein jokaisen käyttämämme tuotteen valmistusta. Kemian insinöörit kehittävät uusia tuotteita ja prosesseja kaikilla aloilla lääkkeistä polttoaineisiin ja tietokonekomponentteihin.
geokemia
Geokemiat yhdistävät kemiaa ja geologiaa tutkiakseen maapallossa olevien aineiden rakennetta ja vuorovaikutusta. Geokemiat voivat viettää enemmän aikaa kenttätutkimuksissa kuin muun tyyppiset kemistit. Monet työskentelevät Yhdysvaltain geologian tutkimuskeskuksessa tai ympäristönsuojeluvirastossa määrittäessään, kuinka kaivostoiminta ja jätteet voivat vaikuttaa veden laatuun ja ympäristöön. He voivat matkustaa hylätyihin etäkaivoksiin keräämään näytteitä ja suorittamaan karkeita kenttäarviointeja, ja seuraavat sitten virtausta vesistöalueensa läpi arvioidakseen, kuinka epäpuhtaudet liikkuvat järjestelmän läpi. Öljy- ja kaasualan yritykset palkkaavat öljygeokemistejä auttaakseen löytämään uusia energiavarastoja. Ne voivat myös työskennellä putkistoissa ja öljyporauslautoissa kemiallisten reaktioiden estämiseksi, jotka voivat aiheuttaa räjähdyksiä tai vuotoja.
Oikeuslääketiede
Oikeuslääketieteelliset kemistit kaappaavat ja analysoivat rikospaikalta jäljelle jääneitä fyysisiä todisteita auttaakseen selvittämään mukana olevien ihmisten henkilöllisyyttä ja vastaamaan muihin elintärkeisiin kysymyksiin siitä, miten ja miksi rikokset toteutettiin. Oikeuslääketieteelliset kemistit käyttävät monenlaisia analyysimenetelmiä, kuten kromatografiaa, spektrometriaa ja spektroskopiaa.
Louisiana State Universityn (LSU) kemian laitoksen tutkijat pyrkivät uudessa tutkimuksessa, joka ilmestyi American Society of Mass Spectrometry -lehdessä, soveltamaan laserteknologiaa oikeuslääketieteen alaan.
He kehittivät järjestelmän, joka menee sormenjäljen tunnistamisen lisäksi. Tekniikka voi vangita sormenmerkissä olevat molekyylit, mukaan lukien lipidit, proteiinit, geneettinen aine tai jopa vähäiset määrät räjähteitä, joita voidaan edelleen analysoida. Uusi työkalu poistaa olennaisilta osin sormenmerkkien kemiallisen koostumuksen tunnistamisen rikospaikoissa.
Työkalu tarkentaa laserin - peilien ja optisten kuitujen avulla - pinnalle, joka sisältää sormenmerkin. Tämän jälkeen laser lämmittää kaiken pinnan vettä tai kosteutta, mikä laukaisee vedessä olevat kemialliset sidokset venyttääkseen ja värisevän, sanoo LSU College of Science Blog. Kaikki tämä keskittynyt energia saa veden räjähtimään, muuttamalla siitä kaasun ja erottaen biomolekyylit kuten DNA: n. Tätä prosessia kutsutaan laserablaatioksi.
Seuraavaksi pieni tyhjiöpumppujärjestelmä vetää veden ja molekyylit pieneen suodattimeen, joka vangitsee kaiken, mitä ihmisen sormi jättää. Oikeuslääketieteelliset tutkijat voivat sitten laittaa sisällön analyysilaitteeseen, kuten massaspektrometriin tai kaasukromatografia-massaspektrometriin.
Tärkeää on, että tämä laser-ablaatiotekniikka pystyy helposti sieppaamaan sormenjäljet huokoisilla pinnoilla, kuten pahvilla (joissa perinteiset oikeuslääketieteelliset menetelmät eivät ole olleet kovin onnistuneita).
Uuden tekniikan testaamiseksi tutkijat sijoittivat sormenjäljet monille erityyppisille pintatyypeille, mukaan lukien lasi, muovi, alumiini ja pahvi. Nämä sormenmerkit kiinnitettiin LSU: n tiedeblogin mukaan niin monimuotoisilla aineilla kuin kofeiini, antiseptiset voiteet, kondomivoiteluaineet ja TNT. Jokaisen sormenjäljen ottamisen jälkeen kemikot pystyivät tunnistamaan nämä aineet massaspektrometrialla.
