A kémia az anyag, annak tulajdonságainak vizsgálata, hogy az anyagok hogyan és miért egyesülnek vagy szétválódnak más anyagok kialakulásához, és hogyan hatnak az anyagok az energiára. Sokan úgy gondolják, hogy a vegyészek fehér bevonatú tudósok, amelyek laboratóriumban furcsa folyadékokat kevernek, de az igazság az, hogy valamennyien vegyészek vagyunk. A kémia alapvető fogalmainak megértése szinte minden szakma számára fontos. A kémia az életünk minden részét képezi.
Minden létező anyag anyagból áll - még a saját testünkből is. A kémia mindenben részt vesz, amit csinálunk, az ételek termesztésétől és főzésétől kezdve az otthonaink és testünk tisztításáig az űrrepülőgép indításáig. A kémia az egyik fizikai tudomány, amely segít leírni és magyarázni világunkat.
Öt ág
A kémia öt fő ága van, amelyek mindegyikének számos tanulmányi területe van.
Analitikai kémia kvalitatív és mennyiségi megfigyelést alkalmaz az anyagok fizikai és kémiai tulajdonságainak azonosítására és mérésére. Bizonyos értelemben az összes kémia analitikus.
Fizikai kémia egyesíti a kémiát a fizikával. A fizikai vegyészek tanulmányozzák az anyag és az energia kölcsönhatásait. A termodinamika és a kvantummechanika a fizikai kémia két fontos ága.
Szerves kémia kifejezetten azokat a vegyületeket vizsgálja, amelyek tartalmazzák a szén elemet. A szénnek számos egyedi tulajdonsága van, amelyek lehetővé teszik komplex kémiai kötések és nagyon nagy molekulák kialakulását. A szerves kémia az „élet kémiája” néven ismert, mert az élő szövetet alkotó összes molekula szénatomot tartalmaz a sminkben.
Szervetlen kémia olyan anyagokat tanulmányoz, mint a fémek és a gázok, amelyek sminkükben nem tartalmaznak szént.
Biokémia az élő szervezetekben zajló kémiai folyamatok vizsgálata.
Szakirányok
Ezen széles kategórián belül számtalan tanulmányi terület van, amelyek közül sok jelentős hatással van mindennapi életünkre. A vegyészek sok terméket fejlesztenek, az ételtől és az általunk viselt ruházattól kezdve az anyagokig, amelyekkel otthonunkat építjük. A kémia hozzájárul a környezet védelméhez, és új energiaforrásokat keres.
Élelmiszerkémia
Az élelmezéstudomány az élelmiszer három biológiai összetevőjével - a szénhidrátokkal, a lipidekkel és a fehérjékkel - foglalkozik. A szénhidrátok cukrok és keményítők, a kémiai üzemanyagok, amelyek sejtjeink működéséhez szükségesek. A lipidek zsírok és olajok, és a sejtmembránok alapvető részei, valamint a testben lévő szervek kenésére és párnázására. Mivel a zsírok energiája grammonként 2,25-szeres, mint akár a szénhidrátoknál, akár a fehérjéknél, sok ember megpróbálja korlátozni bevitelét a túlsúly elkerülése érdekében. A fehérjék összetett molekulák, amelyek 100-500 vagy több aminosavból állnak, össze vannak láncolva és háromdimenziós alakba hajtogatva, amely minden sejt szerkezetéhez és működéséhez szükséges. Testünk szintetizálhat bizonyos aminosavakat; ezek közül nyolcot, az esszenciális aminosavakat, táplálékunk részeként kell bevenni. Az élelmiszer-tudósok az élelmiszer szervetlen alkotóelemeivel is foglalkoznak, például víztartalmával, ásványi anyagokkal, vitaminokkal és enzimekkel.
Az élelmiszer-vegyészek javítják ételeink minőségét, biztonságát, tárolását és ízét. Az élelmiszer-vegyészek a magánipar számára dolgozhatnak új termékek kifejlesztésében vagy a feldolgozás javításában. Dolgozhatnak olyan kormányzati ügynökségeknél is, mint például az Élelmiszer- és Gyógyszerügynökség, hogy ellenőrizzék az élelmiszeripari termékeket és a kezelőket, hogy megvédjenek minket a szennyeződéstől vagy a káros gyakorlattól. Az élelmiszer-vegyészek tesztelik a termékeket a táplálkozási címkékhez felhasznált információk szolgáltatása céljából, vagy annak meghatározására, hogy a csomagolás és tárolás hogyan befolyásolja az élelmiszer biztonságát és minőségét. Az ízesítők vegyi anyagokkal dolgoznak az élelmiszer ízének megváltoztatására. A vegyészek az érzékszervi vonzerő javításának más módszerein is dolgozhatnak, például javíthatják a színt, a szagot vagy a textúrát.
Környezeti kémia
A környezetvédő vegyészek azt vizsgálják, hogy a vegyi anyagok hogyan hatnak a természetes környezetre. A környezeti kémia egy interdiszciplináris tanulmány, amely magában foglalja mind az analitikus kémiát, mind a környezettudomány megértését. A környezeti vegyészeknek először meg kell érteniük a talajvízben és a levegőben zajló természetes folyamatokban jelen lévő vegyi anyagokat és kémiai reakciókat. A mintavétel és az elemzés ezután meghatározhatja, hogy az emberi tevékenységek szennyezték-e a környezetet, vagy káros reakciókat okoztak-e.
A vízminőség a környezeti kémia fontos területe. A „tiszta” víz nem létezik a természetben; mindig tartalmaz néhány ásványi anyagot vagy más anyagot. A vízminőségi vegyészek a folyókat, tapokat és óceánvizet olyan tulajdonságokra tesztelik, mint például az oldott oxigén, a sótartalom, a zavarosság, a szuszpendált üledékek és a pH. Az emberi fogyasztásra szánt víznek mentesnek kell lennie káros szennyeződésektől, és biztonságának növelése érdekében adalékanyagokkal, például fluoriddal és klórral kezelhető.
Mezőgazdasági kémia
A mezőgazdasági kémia azokra az anyagokra és kémiai reakciókra vonatkozik, amelyek a növények és az állatállomány előállításához, védelméhez és felhasználásához kapcsolódnak. Ez egy erősen interdiszciplináris terület, amely sok más tudományhoz fűződik. A mezőgazdasági vegyészek együttműködhetnek a Mezőgazdasági Minisztériummal, a Környezetvédelmi Ügynökséggel, az Élelmiszer- és Gyógyszerügynökséggel, vagy a magánipar számára. A mezőgazdasági vegyészek műtrágyákat, rovarirtókat és herbicideket dolgoznak ki a nagy növénytermesztéshez. Figyelemmel kell kísérniük e termékek felhasználását és a környezetre gyakorolt hatásaikat is. Táplálékkiegészítőket fejlesztettek ki a hús- és tejcsorda termelékenységének fokozására.
A mezőgazdasági biotechnológia sok mezőgazdasági vegyész számára gyorsan növekvő figyelmet fordít. A szántóföldi növények gyomirtásának ellenálló herbicidekkel szembeni rezisztencia érdekében a növények genetikai manipulációja mind a növények, mind a vegyi anyagok molekuláris szintű ismerete szükséges. A biokémikusoknak meg kell érteniük a genetikát, a kémiát és az üzleti igényeket olyan növények kifejlesztése érdekében, amelyeket könnyebben lehet szállítani, vagy amelyek hosszabb eltarthatósági idejűek.
Vegyészmérnöki
Vegyészmérnökök kutatnak és fejlesztnek új anyagokat vagy folyamatokat, amelyek kémiai reakciókat tartalmaznak. A vegyipar egyesíti a kémia hátterét a mérnöki és közgazdasági koncepciókkal a technológiai problémák megoldása érdekében. A vegyészmérnöki munka két fő csoportba tartozik: ipari alkalmazások és új termékek fejlesztése.
Az iparágak megkövetelik a vegyészmérnököktől, hogy dolgozzanak ki új módszereket termékeik gyártásának megkönnyítésére és költséghatékonyságára. A vegyészmérnökök részt vesznek a feldolgozóüzemek tervezésében és üzemeltetésében, biztonsági eljárások kidolgozásában a veszélyes anyagok kezelésére, és szinte minden olyan termék gyártásának felügyeletére, amelyet használunk. A vegyészmérnökök új termékek és folyamatok kifejlesztésén dolgoznak minden területen, a gyógyszerektől az üzemanyagokig és a számítógépes alkatrészekig.
Geokémia
A geokémikusok a kémiát és a geológiát egyesítik a Földön található anyagok összetételének és kölcsönhatásának tanulmányozására. A geokémikusok több időt tölthetnek a terepi tanulmányokban, mint más típusú vegyészek. Sokan az USA Földtani Szolgálatánál vagy a Környezetvédelmi Ügynökségnél dolgoznak annak meghatározásában, hogy a bányászati tevékenységek és hulladékok hogyan befolyásolhatják a víz minőségét és a környezetet. A távoli elhagyott aknákba utazhatnak, hogy mintákat gyűjtsenek és durva terepi értékeléseket végezzenek, majd kövessenek egy patakot a vízgyűjtőn, hogy felmérjék, hogy a szennyezőanyagok hogyan mozognak a rendszeren. A kőolaj-geokémikusokat az olaj- és gázipari társaságok alkalmazzák, hogy segítsék az új energiatartalékok megtalálását. Dolgozhatnak csővezetéken és olajfúrótornyokon is, hogy megakadályozzák a kémiai reakciókat, amelyek robbanást vagy kiömlést okozhatnak.
Törvényszéki kémia
A kriminalisztikus kémikusok rögzítik és elemezik a bűncselekmény helyén hátrahagyott fizikai bizonyítékokat, hogy segítsék az érintettek személyazonosságának meghatározását, valamint hogy válaszolhassanak más alapvető kérdésekre a bűncselekmény végrehajtásának módjáról és módjáról. A kriminalisztikus vegyészek széles körű elemzési módszereket alkalmaznak, például kromatográfiát, spektrometriát és spektroszkópiát.
Az amerikai tömegspektrometriás társaság folyóiratában megjelenő új kutatás során a Louisiana Állami Egyetem (LSU) Kémia Tanszékének tudósai a lézertechnológiát alkalmazták a kriminalisztika területén.
Olyan rendszert fejlesztettek ki, amely túlmutat az ujjlenyomat azonosításán. Ez a módszer képes rögzíteni az ujjjelben található molekulákat, ideértve a lipideket, fehérjéket, genetikai anyagot, vagy akár nyomnyi mennyiségű robbanóanyagot, amelyeket tovább lehet elemezni. Az új eszköz lényegében kiküszöböli a rejtélyt az ujjlenyomatok kémiai összetételének azonosításában a bűncselekmények helyén.
A szerszám fókuszál egy lézert - tükrök és optikai szálak segítségével - az ujjjelet tartalmazó felületre. Ezután a lézer melegíti fel a felületen lévő vizet vagy nedvességet, és kémiai kötéseket vált ki a vízben, hogy nyújtsanak és rezegjenek, állítja az LSU Tudományos Főiskola Blogja. Mindez a fókuszált energia miatt a víz „felrobban”, gázzá alakulva és elválasztva a biomolekulákat, például a DNS-t. Ezt a folyamatot lézer-ablációnak nevezik.
Ezután egy kis vákuumszivattyúrendszer húzza a vizet és a molekulákat egy apró szűrőbe, amely mindent elfog az ember ujjával. A kriminalisztikus tudósok ezután elemzőkészülékbe, például tömegspektrométerbe vagy gázkromatográfiás tömeg-spektrométerbe tehetik.
Fontos szempont, hogy ez a lézeres ablációs technika könnyen ujjlenyomatokat rögzíthet porózus felületeken, például kartonon (amelyeken a hagyományos kriminalisztikai módszerek nem voltak nagyon sikeresek).
Új módszerük kipróbálására a kutatók ujjlenyomatokat helyeztek számos különféle felületre, beleértve az üveget, műanyagot, alumíniumot és kartont. Ezeket az ujjjeleket olyan sokféle anyaggal rögzítették, mint a koffein, antiszeptikus krém, óvszer-kenőanyagok és a TNT, az LSU Tudományos Főiskola Blogjának adatai szerint. Minden egyes ujjlenyomat-felvétel után a vegyészeknek tömegspektrometriával sikerült azonosítaniuk ezeket az anyagokat.
