Kemija je proučavanje materije, njenih svojstava, kako i zašto se tvari kombiniraju ili razdvajaju kako bi tvorile druge tvari i kako tvari međusobno djeluju s energijom. Mnogi ljudi smatraju kemičare kao znanstvenike s bijelim slojem koji miješaju neobične tekućine u laboratoriju, ali istina je da smo svi kemičari. Razumijevanje osnovnih pojmova kemije važno je za gotovo svaku profesiju. Kemija je dio svega u našem životu.
Svaki postojeći materijal sastoji se od materije - čak i naših tijela. Kemija je uključena u sve što radimo, od uzgoja i kuhanja hrane do čišćenja domova i tijela do pokretanja svemirskog šatla. Kemija je jedna od fizičkih znanosti koja nam pomažu da opišemo i objasnimo svoj svijet.
Pet grana
Postoji pet glavnih grana kemije, od kojih svaka ima mnoga područja proučavanja.
Analitička kemija koristi kvalitativna i kvantitativna promatranja za identificiranje i mjerenje fizičkih i kemijskih svojstava tvari. U određenom smislu, sva je kemija analitička.
Fizička kemija kombinira kemiju s fizikom. Fizikalni kemičari proučavaju interakciju materije i energije. Termodinamika i kvantna mehanika dvije su važne grane fizičke kemije.
Organska kemija posebno proučava spojeve koji sadrže element ugljik. Ugljik ima mnoga jedinstvena svojstva koja mu omogućuju stvaranje složenih kemijskih veza i vrlo velikih molekula. Organska kemija poznata je kao "Kemija života", jer sve molekule koje čine živo tkivo imaju ugljik kao dio svoje šminke.
Neorganska kemija proučava materijale poput metala i plinova koji nemaju ugljik kao dio svoje šminke.
Biokemija je proučavanje kemijskih procesa koji se odvijaju unutar živih organizama.
Područja proučavanja
Unutar ovih širokih kategorija nalazi se bezbroj područja učenja od kojih mnoga imaju važne učinke na naš svakodnevni život. Kemičari poboljšavaju mnoge proizvode, od hrane koju jedemo i odjeće koju nosimo, do materijala s kojima gradimo svoje domove. Kemija pomaže zaštititi naše okruženje i traži nove izvore energije.
Kemija hrane
Znanost o hrani bavi se trima biološkim komponentama hrane - ugljikohidratima, lipidima i proteinima. Ugljikohidrati su šećeri i škrob, kemijska goriva potrebna za naše stanice. Lipidi su masti i ulja i oni su ključni dijelovi staničnih membrana i za podmazivanje i jastučenje organa unutar tijela. Kako masti imaju 2,25 puta više energije po gramu, bilo ugljikohidrati ili proteini, mnogi pokušavaju ograničiti unos kako bi izbjegli prekomjernu težinu. Proteini su složene molekule sastavljene od 100 do 500 ili više aminokiselina koje su vezane zajedno i presavijene u trodimenzionalne oblike potrebne za strukturu i funkciju svake stanice. Naša tijela mogu sintetizirati neke od aminokiselina; međutim, njih osam, esencijalne aminokiseline, moramo ih uzimati kao dio naše hrane. Znanstvenici iz hrane također se bave anorganskim komponentama hrane kao što su njezin sadržaj vode, minerali, vitamini i enzimi.
Kemičari hrane poboljšavaju kvalitetu, sigurnost, skladištenje i okus naše hrane. Ljekari mogu raditi na privatnoj industriji na razvoju novih proizvoda ili poboljšanju prerade. Oni također mogu raditi za vladine agencije poput Uprave za hranu i lijekove kako bi pregledale prehrambene proizvode i rukovatelje kako bi nas zaštitili od kontaminacije ili štetne prakse. Kemičari testiraju proizvode za dobivanje informacija koje se koriste za oznake hranjivih tvari ili kako bi utvrdili kako pakiranje i skladištenje utječu na sigurnost i kvalitetu hrane. Aromatičari rade s kemikalijama kako bi promijenili okus hrane. Kemičari mogu raditi i na druge načine poboljšanja osjetljivosti, poput poboljšanja boje, mirisa ili teksture.
Kemija okoliša
Kemičari zaštite okoliša proučavaju interakciju kemikalija s prirodnim okolišem. Kemija okoliša interdisciplinarna je studija koja uključuje i analitičku kemiju i razumijevanje znanosti o okolišu. Kemičari zaštite okoliša prvo moraju razumjeti kemikalije i kemijske reakcije prisutne u prirodnim procesima u zemlji i vodi. Uzorkom i analizom tada se može utvrditi jesu li ljudske aktivnosti zagađivale okoliš ili uzrokovale štetne reakcije na njega.
Kvaliteta vode važno je područje kemije okoliša. „Čista“ voda ne postoji u prirodi; u njemu su uvijek otopljeni neki minerali ili druga tvar. Kemičari za kvalitetu vode testiraju rijeke, jezera i oceansku vodu na karakteristike poput otopljenog kisika, slanosti, mutnoće, suspendiranih sedimenata i pH. Voda namijenjena prehrani ljudi ne smije sadržavati štetna onečišćenja i može se tretirati dodacima poput fluorida i klora kako bi se povećala njezina sigurnost.
Poljoprivredna kemija
Poljoprivredna se kemija bavi tvarima i kemijskim reakcijama koje su uključene u proizvodnju, zaštitu i uporabu usjeva i stoke. To je visoko interdisciplinarno polje koje se oslanja na mnoge druge znanosti. Poljoprivredni kemičari mogu raditi s Ministarstvom poljoprivrede, Agencijom za zaštitu okoliša, Uprava za hranu i lijekove ili privatnom industrijom. Poljoprivredni kemičari razvijaju gnojiva, insekticide i herbicide neophodne za veliku proizvodnju usjeva. Također moraju pratiti kako se ti proizvodi koriste i njihov utjecaj na okoliš. Prehrambeni dodaci razvijeni su za povećanje produktivnosti stada mesa i mlijeka.
Poljoprivredna biotehnologija brzo je rastuće usmjerenje mnogih poljoprivrednih kemičara. Genetska manipulacija usjevima otpornim na herbicide koji se koriste za suzbijanje korova na poljima zahtijeva detaljno razumijevanje i biljaka i kemikalija na molekularnoj razini. Biokemičari moraju razumjeti genetiku, kemiju i poslovne potrebe za razvijanjem kultura koje se lakše prevoze ili imaju duži rok trajanja.
Kemijsko inženjerstvo
Kemijski inženjeri istražuju i razvijaju nove materijale ili procese koji uključuju kemijske reakcije. Kemijsko inženjerstvo kombinira pozadinu kemije s inženjerskim i ekonomskim konceptima za rješavanje tehnoloških problema. Poslovi u kemijskom inženjerstvu dijele se u dvije glavne skupine: industrijska primjena i razvoj novih proizvoda.
Industrije zahtijevaju da inženjeri kemijske industrije osmisle nove načine kako olakšati proizvodnju svojih proizvoda jednostavnijim i isplativijim. Kemijski inženjeri uključeni su u projektiranje i rukovanje postrojenjima za preradu, razvijaju sigurnosne postupke za rukovanje opasnim materijalima i nadziru proizvodnju gotovo svakog proizvoda koji koristimo. Kemijski inženjeri rade na razvoju novih proizvoda i procesa u svim oblastima, od lijekova do goriva i računalnih komponenti.
Geokemija
Geokemičari kombiniraju kemiju i geologiju kako bi proučavali sastav i interakciju supstanci koje se nalaze u Zemlji. Geokemičari mogu provesti više vremena u terenskim studijama nego ostali tipovi kemičara. Mnogi rade za američki Geološki pregled ili Agenciju za zaštitu okoliša u određivanju na koji način rudarske operacije i otpad mogu utjecati na kvalitetu vode i okoliš. Oni mogu putovati u udaljene napuštene mine kako bi prikupili uzorke i izvršili grube procjene polja, a zatim slijedili potok kroz njen sliv da procijene kako se kontaminanti kreću kroz sustav. Naftni i geokemičari zaposleni su u naftnim i plinskim kompanijama kako bi pomogli u pronalaženju novih rezervi energije. Također mogu raditi na cjevovodima i uljnim instalacijama kako bi se spriječile kemijske reakcije koje bi mogle prouzrokovati eksplozije ili prosipanje.
Forenzička kemija
Forenzički kemičari bilježe i analiziraju fizičke dokaze koji su zaostali na mjestu zločina kako bi pomogli u utvrđivanju identiteta osoba koje su sudjelovale, kao i na odgovoru na druga vitalna pitanja u vezi s tim i zašto je zločin počinjen. Forenzički kemičari koriste široku paletu metoda analize, poput kromatografije, spektrometrije i spektroskopije.
U novim istraživanjima koja su se pojavila u časopisu Američkog društva za masovnu spektrometriju, znanstvenici s odjela za kemiju na Državnom sveučilištu Louisiana (LSU) namjeravali su primijeniti lasersku tehnologiju u području sudske medicine.
Razvili su sustav koji ide iznad i izvan identifikacije otiska prsta. Tehnika može uhvatiti molekule sadržane u otisku prsta, uključujući lipide, bjelančevine, genetski materijal ili čak tragove količine eksploziva, koja se može dalje analizirati. Novi alat u osnovi uklanja tajnu identificiranja kemijskog sastava otisaka prstiju na mjestima zločina.
Alat fokusira laser - pomoću ogledala i optičkih vlakana - na površinu koja sadrži otisak prsta. Laser tada zagrijava svaku vodu ili vlagu na površini, pokrećući kemijske veze u vodi da se istežu i vibriraju, navodi se na blogu College of Science LSU. Sva ova fokusirana energija uzrokuje da voda "eksplodira", pretvarajući je u plin i odvajajući biomolekule poput DNK. Taj se postupak naziva laserska ablacija.
Dalje mali sustav vakuumske pumpe povlači vodu i molekule u maleni filter koji bilježi sve što je čovjeku ostalo prstom. Tada forenzičari mogu sadržaj staviti u uređaj za analizu, poput masenog spektrometra ili plinske kromatografije-masenog spektrometra.
Važno je da ova tehnika laserske ablacije lako može otkriti otiske prstiju na poroznim površinama, poput kartona (na čemu tradicionalne forenzičke metode nisu bile vrlo uspješne).
Kako bi testirali svoju novu tehniku, istraživači su postavili otiske prstiju na različitim tipovima površina, uključujući staklo, plastiku, aluminij i karton. Ovi otisci prstiju oblijepljeni su raznolikim supstancama poput kofeina, antiseptičke kreme, maziva za kondome i TNT-a, navodi LSU College of Science Blog. Nakon svakog hvatanja otisaka prstiju, kemičari su mogli identificirati ove tvari pomoću masene spektrometrije.
