Kjemi er studiet av stoff, dets egenskaper, hvordan og hvorfor stoffer kombineres eller skilles ut for å danne andre stoffer, og hvordan stoffer interagerer med energi. Mange tenker på kjemikere som hvitbelagte forskere som blander merkelige væsker på et laboratorium, men sannheten er at vi alle er kjemikere. Å forstå grunnleggende kjemikonsepter er viktig for nesten alle yrker. Kjemi er en del av alt i livene våre.
Hvert materiale som eksisterer består av materie - til og med våre egne kropper. Kjemi er involvert i alt vi gjør, fra dyrking og tilberedning av mat til rengjøring av hjem og kropper til lansering av romferge. Kjemi er et av de fysiske vitenskapene som hjelper oss med å beskrive og forklare vår verden.
Fem grener
Det er fem hovedgrener av kjemi, som hver har mange studieretninger.
Analytisk kjemi bruker kvalitativ og kvantitativ observasjon for å identifisere og måle de fysiske og kjemiske egenskapene til stoffer. På en måte er all kjemi analytisk.
Fysisk kjemi kombinerer kjemi med fysikk. Fysiske kjemikere studerer hvordan stoff og energi samhandler. Termodynamikk og kvantemekanikk er to av de viktige grenene i fysisk kjemi.
Organisk kjemi studerer spesielt forbindelser som inneholder elementet karbon. Karbon har mange unike egenskaper som gjør det mulig å danne komplekse kjemiske bindinger og veldig store molekyler. Organisk kjemi er kjent som "Livets kjemi" fordi alle molekylene som utgjør levende vev har karbon som en del av sminken.
Uorganisk kjemi studerer materialer som metaller og gasser som ikke har karbon som en del av sminken.
biokjemi er studiet av kjemiske prosesser som forekommer i levende organismer.
Studiefelt
Innenfor disse brede kategoriene er det utallige studieretninger, hvorav mange har viktige effekter på vårt daglige liv. Kjemikere forbedrer mange produkter, fra maten vi spiser og klærne vi bruker til materialene vi bygger hjemmene våre med. Kjemi hjelper til med å beskytte miljøet vårt og søker etter nye energikilder.
Matkjemi
Matvitenskap omhandler de tre biologiske komponentene i mat - karbohydrater, lipider og proteiner. Karbohydrater er sukker og stivelse, det kjemiske drivstoffet som trengs for at cellene våre skal fungere. Lipider er fett og oljer og er essensielle deler av cellemembranene og for å smøre og dempe organer i kroppen. Fordi fett har 2,25 ganger energien per gram enn enten karbohydrater eller proteiner, prøver mange å begrense inntaket for å unngå å bli overvektige. Proteiner er komplekse molekyler sammensatt av fra 100 til 500 eller flere aminosyrer som er lenket sammen og brettet til tredimensjonale former som er nødvendige for strukturen og funksjonen til hver celle. Kroppene våre kan syntetisere noen av aminosyrene; Imidlertid må åtte av dem, de essensielle aminosyrene, tas inn som en del av maten vår. Matforskere er også opptatt av de uorganiske komponentene i mat som vanninnhold, mineraler, vitaminer og enzymer.
Matkjemikere forbedrer kvaliteten, sikkerheten, lagringen og smaken på maten vår. Matkjemikere kan jobbe for privat industri for å utvikle nye produkter eller forbedre behandlingen. De kan også jobbe for offentlige etater som Food and Drug Administration for å inspisere matvarer og håndtere for å beskytte oss mot forurensning eller skadelig praksis. Matkjemikere tester produkter for å levere informasjon som brukes til ernæringsetikettene eller for å bestemme hvordan emballasje og lagring påvirker matens sikkerhet og kvalitet. Aromaer jobber med kjemikalier for å endre smaken på mat. Kjemikere kan også jobbe med andre måter å forbedre sensorisk appell, for eksempel å styrke farge, lukt eller tekstur.
Miljøkjemi
Miljøkjemikere studerer hvordan kjemikalier interagerer med det naturlige miljøet. Miljøkjemi er en tverrfaglig studie som involverer både analytisk kjemi og forståelse av miljøvitenskap. Miljøkjemikere må først forstå kjemikaliene og kjemiske reaksjonene som er til stede i naturlige prosesser i jordvannet og luften. Prøvetaking og analyse kan deretter avgjøre om menneskelige aktiviteter har forurenset miljøet eller forårsaket skadelige reaksjoner.
Vannkvalitet er et viktig område i miljøkjemi. "Rent" vann eksisterer ikke i naturen; det har alltid noen mineraler eller annet stoff oppløst i seg. Kjemikere i vannkvalitet tester elver, innsjøer og havvann for egenskaper som oppløst oksygen, saltholdighet, turbiditet, suspenderte sedimenter og pH. Vann bestemt til konsum må være fritt for skadelige forurensninger og kan behandles med tilsetningsstoffer som fluor og klor for å øke sikkerheten.
Landbrukskemi
Landbrukskjemi er opptatt av stoffene og kjemiske reaksjoner som er involvert i produksjon, beskyttelse og bruk av avlinger og husdyr. Det er et svært tverrfaglig felt som er avhengig av bånd til mange andre vitenskaper. Landbrukskjemikere kan samarbeide med Department of Agriculture, Environmental Protection Agency, Food and Drug Administration eller for privat industri. Landbrukskjemikere utvikler gjødsel, insektmidler og ugressmidler som er nødvendige for storskala avlingsproduksjon. De må også overvåke hvordan disse produktene brukes og deres innvirkning på miljøet. Kosttilskudd er utviklet for å øke produktiviteten til kjøtt- og melkebesetninger.
Jordbrukets bioteknologi er et raskt voksende fokus for mange landbrukskjemikere. Genmanipulering av avlinger for å være motstandsdyktig mot ugressmidlene som brukes for å kontrollere ugras i åkrene, krever detaljert forståelse av både plantene og kjemikaliene på molekylært nivå. Biokjemikere må forstå genetikk, kjemi og forretningsbehov for å utvikle avlinger som er lettere å transportere eller har lengre holdbarhet.
Kjemiteknikk
Kjemiske ingeniører forsker og utvikler nye materialer eller prosesser som involverer kjemiske reaksjoner. Kjemiteknikk kombinerer en bakgrunn i kjemi med ingeniør- og økonomikonsepter for å løse teknologiske problemer. Kjemitekniske jobber faller inn i to hovedgrupper: industrielle applikasjoner og utvikling av nye produkter.
Industrier krever at kjemiske ingeniører utvikler nye måter å gjøre produksjonen av produktene enklere og mer kostnadseffektivt på. Kjemiske ingeniører er involvert i prosjektering og drift av prosessanlegg, utvikler sikkerhetsprosedyrer for håndtering av farlige materialer og fører tilsyn med produksjonen av nesten hvert eneste produkt vi bruker. Kjemiske ingeniører jobber med å utvikle nye produkter og prosesser innen alle felt fra legemidler til brensel og datamaskinkomponenter.
geokjemi
Geokjemister kombinerer kjemi og geologi for å studere sminke og interaksjon mellom stoffer som finnes i jorden. Geokjemikere kan tilbringe mer tid i feltstudier enn andre typer kjemikere. Mange jobber for U.S. Geological Survey eller Environmental Protection Agency for å bestemme hvordan gruvedrift og avfall kan påvirke vannkvaliteten og miljøet. De kan reise til avsidesliggende forlatte gruver for å samle prøver og utføre grovfeltvurderinger, og deretter følge en strøm gjennom vannskillet for å evaluere hvordan forurensninger beveger seg gjennom systemet. Petroleumgeokjemikere er ansatt i olje- og gasselskaper for å finne nye energireserver. De kan også arbeide på rørledninger og oljerigger for å forhindre kjemiske reaksjoner som kan forårsake eksplosjoner eller søl.
Rettsmedisinsk kjemi
Rettsmedisinske kjemikere fanger opp og analyserer de fysiske bevisene som ble etterlatt på et forbrytelsessted for å hjelpe med å bestemme identiteten til de involverte, samt for å svare på andre viktige spørsmål angående hvordan og hvorfor forbrytelsen ble utført. Rettsmedisinske kjemikere bruker et bredt utvalg av analyseringsmetoder, for eksempel kromatografi, spektrometri og spektroskopi.
I ny forskning som dukker opp i Journal of the American Society of Mass Spectrometry, forskere fra avdeling for kjemi ved Louisiana State University (LSU) siktet til å anvende laserteknologi til rettsmedisinske fagfelt.
De utviklet et system som går utover identifikasjonen av et fingeravtrykk. Teknikken kan fange opp molekyler som finnes i et fingermerke, inkludert lipider, proteiner, genetisk materiale eller til og med spormengder eksplosiver, som kan analyseres videre. Det nye verktøyet tar i det vesentlige mysteriet ut av å identifisere den kjemiske sammensetningen av fingermarks på kriminalscener.
Verktøyet fokuserer en laser - ved hjelp av speil og optiske fibre - på en overflate som inneholder et fingermerke. Laseren varmer deretter opp vann eller fuktighet på overflaten, og utløser kjemiske bindinger i vannet til å strekke seg og vibrere, ifølge LSU College of Science Blog. All denne fokuserte energien fører til at vannet "eksploderer", og gjør det til en gass og skiller ut biomolekyler som DNA. Denne prosessen kalles laserablasjon.
Neste et lite vakuumpumpesystem trekker vannet og molekylene inn i et bittelitt filter som fanger opp alt som er igjen av en persons finger. Rettsmedisinske forskere kan deretter legge innholdet i en analyseenhet som et massespektrometer eller et gasskromatografimassespektrometer.
Viktigere er at denne laserablasjonsteknikken lett kan fange opp fingermerker på porøse overflater, for eksempel papp (hvor tradisjonelle rettsmedisinske metoder ikke har vært særlig vellykkede).
For å teste sin nye teknikk plasserte forskerne fingermark på mange forskjellige overflatetyper, inkludert glass, plast, aluminium og papp. Disse fingermarkene ble snørt med stoffer som var så forskjellige som koffein, antiseptisk krem, kondomsmøremidler og TNT, ifølge LSU College of Science Blog. Etter hver fingermarkfangst var kjemikerne i stand til å identifisere disse stoffene ved å bruke massespektrometri.
