Хемија је проучавање материје, њених својстава, како и зашто се материје комбинују или раздвајају да би формирале друге супстанце и како супстанце утичу на енергију. Многи људи сматрају хемикаре као научнике са белим слојем који мешају чудне течности у лабораторији, али истина је да смо сви хемичари. Разумевање основних концепата хемије важно је за готово сваку професију. Хемија је дио свега у нашем животу.
Сваки постојећи материјал састоји се од материје - чак и наших тела. Хемија је укључена у све што радимо, од узгоја и кухања хране до чишћења домова и тијела до покретања свемирског шатла. Хемија је једна од физичких наука која нам помаже да опишемо и објаснимо наш свет.
Пет грана
Постоји пет главних грана хемије, од којих свака има многа подручја проучавања.
Аналитичка хемија користи квалитативна и квантитативна проматрања за идентификацију и мјерење физичких и хемијских својстава твари. У одређеном смислу, сва хемија је аналитичка.
Физичка хемија комбинује хемију и физику. Физички хемичари проучавају интеракцију материје и енергије. Термодинамика и квантна механика две су важне гране физичке хемије.
Органска хемија посебно проучава једињења која садрже елемент угљеник. Угљен има многа јединствена својства која му омогућавају да формира сложене хемијске везе и веома велике молекуле. Органска хемија је позната као "Хемија живота", јер сви молекули који чине живо ткиво имају угљеник као део своје шминке.
Неорганска хемија проучава материјале као што су метали и гасови који немају угљеник као део њихове шминке.
Биохемија је проучавање хемијских процеса који се одвијају унутар живих организама.
Поља студирања
Унутар ових широких категорија налази се безброј области проучавања, од којих многа имају важне ефекте на наш свакодневни живот. Хемичари побољшавају многе производе, од хране коју једемо и одјеће коју носимо до материјала са којим градимо своје домове. Хемија помаже у заштити наше животне средине и тражи нове изворе енергије.
Хемија хране
Наука о храни бави се три биолошке компоненте хране - угљеним хидратима, липидима и протеинима. Угљикохидрати су шећери и скроб, хемијска горива која су потребна да би наше ћелије функционисале. Липиди су масти и уља и они су неопходни делови ћелијских мембрана и за подмазивање и јастучење органа у телу. С обзиром да масти имају 2,25 пута више енергије од грама него угљени хидрати или протеини, многи покушавају да ограниче унос како не би постали прекомерни килограми. Протеини су сложени молекули састављени од 100 до 500 или више аминокиселина који су везани заједно и пресавијени у тродимензионалне облике неопходне за структуру и функцију сваке ћелије. Наша тела могу да синтетишу неке од аминокиселина; међутим, њих осам, есенцијалне аминокиселине, морамо да уносимо као део наше хране. Научници који се баве храном такође су забринути за неорганске компоненте хране као што су њен садржај у води, минерали, витамини и ензими.
Хемичари побољшавају квалитет, сигурност, складиштење и укус наше хране. Хемичари могу радити у приватној индустрији на развоју нових производа или побољшању прераде. Такође могу радити са владиним агенцијама као што је Управа за храну и лекове како би прегледале прехрамбене производе и руковатеље како би нас заштитили од контаминације или штетних пракси. Хемичари тестирају производе да дају информације које се користе за налепнице храњивих вредности или да утврде како паковање и складиштење утичу на безбедност и квалитет хране. Аромантичари раде са хемикалијама да би променили укус хране. Хемичари могу да раде и на друге начине да побољшају сензорну привлачност, попут побољшања боје, мириса или текстуре.
Хемија животне средине
Хемичари заштите животне средине проучавају како хемикалије утичу на природно окружење. Хемија животне средине је интердисциплинарна студија која укључује и аналитичку хемију и разумевање науке о животној средини. Хемичари заштите животне средине прво морају да разумеју хемикалије и хемијске реакције присутне у природним процесима у земљи и води. Узорковањем и анализом тада се може утврдити да ли су људске активности контаминирале животну средину или су проузроковале штетне реакције на њу.
Квалитет воде је важно подручје хемије животне средине. „Чиста“ вода не постоји у природи; у њему су увек растворени неки минерали или друга супстанца. Хемичари за квалитет воде тестирају реке, језера и океанску воду ради карактеристика као што су растворени кисеоник, сланост, мутноћа, суспендовани седименти и пХ. Вода намијењена за људску употребу мора бити без штетних контаминаната и може се третирати додацима попут флуорида и хлора како би се повећала њена сигурност.
Пољопривредна хемија
Пољопривредна хемија се бави супстанцама и хемијским реакцијама које су повезане са производњом, заштитом и употребом усева и стоке. То је високо интердисциплинарно поље које се ослања на везе са многим другим наукама. Пољопривредни хемичари могу радити са Министарством пољопривреде, Агенцијом за заштиту животне средине, Управа за храну и лекове или за приватну индустрију. Пољопривредни хемичари развијају ђубриво, инсектициде и хербициде неопходне за велику производњу усјева. Такође морају да прате начин употребе ових производа и њихов утицај на животну средину. Прехрамбени додаци су развијени да повећају продуктивност меса и стада.
Пољопривредна биотехнологија је брзи фокус за многе пољопривредне хемичаре. Генетска манипулација усјевима отпорним на хербициде који се користе за сузбијање корова на пољима захтева детаљно разумевање и биљака и хемикалија на молекуларном нивоу. Биохемичари морају разумјети генетику, хемију и пословне потребе за развијањем култура које се лакше превозе или имају дужи рок трајања.
Хемијско инжењерство
Хемијски инжењери истражују и развијају нове материјале или процесе који укључују хемијске реакције. Хемијско инжењерство комбинује позадину хемије са инжењерским и економским концептима за решавање технолошких проблема. Послови у хемијском инжењерству дијеле се на двије главне групе: индустријска примјена и развој нових производа.
Индустрије захтевају да инжењери хемијске индустрије осмисле нове начине да олакшају производњу својих производа лакшим и исплативијим. Хемијски инжењери су укључени у пројектовање и руковање постројењима за прераду, развијају сигурносне поступке за руковање опасним материјалима и надгледају производњу скоро сваког производа који користимо. Хемијски инжењери раде на развоју нових производа и процеса у свим областима, од лекова до горива и рачунарских компоненти.
Геохемија
Геохемичари комбинују хемију и геологију да би проучили састав и интеракцију супстанци које се налазе у Земљи. Геохемичари могу провести више времена у теренским студијама него други типови хемичара. Многи раде за амерички Геолошки завод или Агенцију за заштиту животне средине у утврђивању на који начин рударске операције и отпад могу утицати на квалитет воде и животну средину. Они могу путовати у удаљене напуштене мине како би прикупили узорке и извршили грубе процене поља, а затим пратили поток кроз њен слив да би проценили како се контаминанти крећу кроз систем. Нафтни геохемичари су запослени у нафтним и гасним компанијама како би им помогли да пронађу нове резерве енергије. Такође могу да раде на нафтоводима и нафтним постројењима како би спречили хемијске реакције које би могле проузроковати експлозије или просипање.
Форензичка хемија
Форензички хемичари снимају и анализирају физичке доказе који су заостали на месту злочина, како би помогли да се утврди идентитет људи који су умешани као и да одговоре на друга витална питања у вези са тим и зашто је злочин извршен. Форензички хемичари користе широки спектар метода анализе, као што су хроматографија, спектрометрија и спектроскопија.
У новим истраживањима која су се појавила у часопису Америчког друштва за масовну спектрометрију, научници са хемијског одељења на Универзитету Лоуисиана Стате (ЛСУ) намеравали су да примењују ласерску технологију у пољу судске медицине.
Они су развили систем који превазилази идентификацију отиска прста. Техника може ухватити молекуле садржане у отиску прста, укључујући липиде, протеине, генетски материјал или чак трагове количине експлозива, које се даље могу анализирати. Нови алат у основи уклања тајну идентификовања хемијског састава отисака на месту злочина.
Алат фокусира ласер - помоћу огледала и оптичких влакана - на површину која садржи отисак прста. Ласер затим загрева сваку воду или влагу на површини, покрећући хемијске везе у води да се истежу и вибрирају, наводи ЛСУ Цоллеге оф Сциенце Блог. Сва ова фокусирана енергија узрокује да вода „експлодира“, претварајући је у гас и одвајајући биомолекуле попут ДНК. Овај процес се назива ласерска аблација.
Затим мали систем вакуумских пумпи увлачи воду и молекуле у малени филтер који снима све што је заостало прстом човека. Тада форензичари могу садржај ставити у уређај за анализу, попут масеног спектрометра или гасне хроматографије-масеног спектрометра.
Оно што је посебно важно, ова техника ласерске аблације може лако ухватити отиске прстију на порозним површинама, попут картона (на чему традиционалне форензичке методе нису биле успешно).
Како би тестирали своју нову технику, истраживачи су поставили отиске прстију на различитим типовима површина, укључујући стакло, пластику, алуминијум и картон. Ови отисци прстију били су размазани разноликим супстанцама попут кофеина, антисептичке креме, мазива за кондом и ТНТ, према ЛСУ Цоллеге Блог оф Сциенце Блог. Након сваког хватања отисака прстију, хемичари су могли да идентификују ове материје помоћу масене спектрометрије.
