Химията е изследване на материята, нейните свойства, как и защо веществата се комбинират или отделят, за да образуват други вещества, и как веществата взаимодействат с енергия. Много хора мислят за химиците като за учени с бяло покритие, които смесват странни течности в лаборатория, но истината е, че всички сме химици. Разбирането на основни понятия за химия е важно за почти всяка професия. Химията е част от всичко в нашия живот.
Всеки съществуващ материал е изграден от материя - дори собствените ни тела. Химията участва във всичко, което правим - от отглеждането и готвенето на храна до почистването на домовете и телата до пускането на космическа совалка. Химията е една от физическите науки, които ни помагат да опишем и обясним нашия свят.
Пет клона
Има пет основни клона на химията, всеки от които има много области на изучаване.
Аналитична химия използва качествено и количествено наблюдение за идентифициране и измерване на физичните и химичните свойства на веществата. В известен смисъл цялата химия е аналитична.
Физическа химия съчетава химията с физиката. Физическите химици изучават как взаимодействат материята и енергията. Термодинамиката и квантовата механика са две от важните клонове на физическата химия.
Органична химия специално проучва съединения, които съдържат елемента въглерод. Въглеродът има много уникални свойства, които му позволяват да образува сложни химически връзки и много големи молекули. Органичната химия е известна като "Химия на живота", тъй като всички молекули, които съставят жива тъкан, имат въглерод като част от грима им.
Неорганична химия изучава материали като метали и газове, които нямат въглерод като част от грима им.
биохимия е изследването на химичните процеси, които протичат в живите организми.
Области на изследване
В рамките на тези широки категории има безброй области на изучаване, много от които имат важно влияние върху ежедневието ни. Химиците подобряват много продукти, от храната, която ядем и дрехите, които носим, до материалите, с които изграждаме домовете си. Химията помага за опазване на околната среда и търсене на нови източници на енергия.
Химия на храните
Науката за храните се занимава с трите биологични компонента на храната - въглехидрати, липиди и протеини. Въглехидратите са захари и нишесте, химическите горива, необходими за функционирането на нашите клетки. Липидите са мазнини и масла и са основни части от клетъчните мембрани и за смазване и подплащане на органи в тялото. Тъй като мазнините имат 2,25 пъти повече енергия на грам, отколкото въглехидратите или протеините, много хора се опитват да ограничат приема си, за да избегнат наднорменото тегло. Протеините са сложни молекули, съставени от 100 до 500 или повече аминокиселини, които са свързани във верига и сгънати в триизмерни форми, необходими за структурата и функцията на всяка клетка. Телата ни могат да синтезират част от аминокиселините; въпреки това осем от тях, основните аминокиселини, трябва да се приемат като част от храната ни. Учените по храните също се занимават с неорганичните компоненти на храната, като нейното водно съдържание, минерали, витамини и ензими.
Хранителните химици подобряват качеството, безопасността, съхранението и вкуса на нашата храна. Химиците по храните могат да работят за частната индустрия за разработване на нови продукти или подобряване на обработката. Те могат също да работят за правителствени агенции като Администрацията по храните и лекарствата, за да инспектират хранителни продукти и манипулатори, за да ни предпазят от замърсяване или вредни практики. Химиците на храните изпитват продуктите, за да предоставят информация, използвана за етикетите на хранителните стойности или да определят как опаковането и съхранението влияят върху безопасността и качеството на храната. Ароматистите работят с химикали, за да променят вкуса на храната. Химиците могат да работят и по други начини за подобряване на сетивната привлекателност, като подобряване на цвета, миризмата или текстурата.
Химия на околната среда
Химиците по околната среда изучават как химикалите взаимодействат с естествената среда. Химията в околната среда е интердисциплинарно проучване, което включва както аналитична химия, така и разбиране на науката за околната среда. Химиците по околната среда първо трябва да разберат химикалите и химичните реакции, присъстващи в естествените процеси в почвената вода и въздуха. Вземането на проби и анализ могат след това да определят дали човешките дейности са замърсили околната среда или са причинили вредни реакции да я засегнат.
Качеството на водата е важна област на химията на околната среда. „Чистата“ вода не съществува в природата; в него винаги са разтворени някакви минерали или друго вещество. Химиците за качество на водата тестват реки, езера и океанска вода за характеристики като разтворен кислород, соленост, мътност, суспендирани седименти и рН. Водата, предназначена за консумация от човека, не трябва да съдържа вредни замърсители и може да бъде обработена с добавки като флуор и хлор, за да се повиши нейната безопасност.
Селскостопанска химия
Селскостопанската химия се занимава с веществата и химичните реакции, свързани с производството, защитата и използването на култури и животни. Това е силно интердисциплинарно поле, което разчита на връзките с много други науки. Земеделските химици могат да работят с Министерството на земеделието, Агенцията за опазване на околната среда, Администрацията по храните и лекарствата или за частната индустрия. Селскостопанските химици разработват торове, инсектициди и хербициди, необходими за мащабното производство на култури. Те също трябва да следят как се използват тези продукти и тяхното въздействие върху околната среда. Хранителните добавки са разработени за повишаване на производителността на месо и млечни стада.
Селскостопанската биотехнология е бързо развиващ се фокус за много химици в селското стопанство. Генетичното манипулиране на културите да бъдат устойчиви на хербицидите, използвани за борба с плевелите в полетата, изисква подробно разбиране както на растенията, така и на химикалите на молекулно ниво. Биохимиците трябва да разбират генетиката, химията и бизнес нуждите, за да развият култури, които са по-лесни за транспортиране или които имат по-дълъг срок на годност.
Инженерна химия
Химическите инженери изследват и разработват нови материали или процеси, които включват химически реакции. Химическото инженерство комбинира основата на химията с инженерни и икономически концепции за решаване на технологични проблеми. Работите в областта на химичното инженерство попадат в две основни групи: индустриални приложения и разработване на нови продукти.
Промишлеността изисква химичните инженери да измислят нови начини да направят производството на своите продукти по-лесно и по-икономично. Химическите инженери участват в проектирането и експлоатацията на преработвателни предприятия, разработват процедури за безопасност при работа с опасни материали и контролират производството на почти всеки продукт, който използваме. Химическите инженери работят за разработването на нови продукти и процеси във всяка област от фармацевтични продукти до горива и компютърни компоненти.
геохимия
Геохимиците комбинират химията и геологията, за да изучават състава и взаимодействието между веществата, открити в Земята. Геохимиците могат да прекарат повече време в теренни проучвания, отколкото другите видове химици. Много от тях работят за американското геоложки проучване или за Агенцията за опазване на околната среда, за да определят как миннодобивните дейности и отпадъците могат да повлияят на качеството на водата и околната среда. Те могат да пътуват до отдалечени изоставени мини, за да събират проби и да извършват груби полеви оценки, а след това да последват поток през водопровода, за да преценят как се замърсяват замърсителите през системата. Петролните геохимици са наети от нефтени и газови компании, за да помогнат за намирането на нови енергийни резерви. Те могат също да работят върху тръбопроводи и нефтени платформи, за да предотвратят химически реакции, които могат да причинят експлозии или разливи.
Съдебна химия
Съдебните химици улавят и анализират физическите доказателства, останали на местопрестъплението, за да помогнат да се определи самоличността на хората, както и да отговорят на други жизненоважни въпроси относно това как и защо е извършено престъплението. Съдебните химици използват голямо разнообразие от методи за анализ, като хроматография, спектрометрия и спектроскопия.
В нови изследвания, появяващи се в Journal of the American Society of Mass Spectrometry, учени от катедрата по химия на Louisiana State University (LSU) се заеха да прилагат лазерни технологии в областта на криминалистиката.
Те разработиха система, която надхвърля и отвъд идентифицирането на пръстов отпечатък. Техниката може да улавя молекули, съдържащи се в един отпечатък, включително липиди, протеини, генетичен материал или дори следи от експлозиви, които могат да бъдат анализирани по-нататък. Новият инструмент по същество изважда мистерията от идентифицирането на химичния състав на отпечатъците на местопрестъпления.
Инструментът фокусира лазер - с помощта на огледала и оптични влакна - върху повърхност, съдържаща отпечатък. След това лазерът загрява всяка вода или влага на повърхността, задействайки химически връзки във водата, за да се разтягат и вибрират, според блога на LSU College of Science Blog. Цялата тази фокусирана енергия кара водата да "експлодира", превръщайки я в газ и отделяйки биомолекули като ДНК. Този процес се нарича лазерна аблация.
След това малка вакуумна помпа система дърпа водата и молекулите в мъничък филтър, който улавя всичко, останало от пръста на човек. След това криминалисти могат да поставят съдържанието в устройство за анализ, като масспектрометър или газова хроматография-мас спектрометър.
Важното е, че тази техника на лазерна аблация може лесно да улавя отпечатъци върху порести повърхности, като например картон (при който традиционните криминалистични методи не са били много успешни).
За да изпробват новата си техника, изследователите поставиха отпечатъци върху много различни видове повърхности, включително стъкло, пластмаса, алуминий и картон. Тези отпечатъци бяха обвити с различни от кофеина вещества, антисептичен крем, смазочни презервативи и TNT, според блога на LSU College of Science Blog. След всяко улавяне на пръстови отпечатъци химиците успяха да идентифицират тези вещества, използвайки масспектрометрия.
