Содержание
Вы можете думать о химии только в контексте лабораторных тестов, пищевых добавок или опасных веществ, но область химии включает в себя все, что нас окружает.
«Все, что вы слышите, видите, запах, вкус и прикосновение, связано с химией и химическими веществами (материей)», — согласно химическому обществу, некоммерческой научной организации по развитию химии, учрежденной. «А слух, видение, дегустация и прикосновение — все это связано с запутанной серией химических реакций и взаимодействий в вашем теле».
Итак, даже если вы не работаете химиком, вы занимаетесь химией или чем-то, что связано с химией, практически всем, чем вы занимаетесь. В повседневной жизни вы занимаетесь химией, когда готовите, когда используете чистящие средства, чтобы вытереть стол, когда принимаете лекарства или разбавляете концентрированный сок, чтобы вкус не был таким интенсивным.
Химия — это изучение материи, определяемой как все, что имеет массу и занимает пространство, а также изменения, которые материя может претерпеть, когда она находится в различных средах и условиях. Химия стремится понять не только свойства материи, такие как масса или состав химического элемента, но также то, как и почему материя претерпевает определенные изменения — преобразовалось ли что-то из-за того, что оно соединилось с другим веществом, замерзло, потому что оно было оставлено на две недели в морозильник или изменил цвет из-за слишком большого количества солнечного света.
Химия
Причина, по которой химия затрагивает все, что мы делаем, заключается в том, что почти все, что существует, можно разбить на химические строительные блоки.
Основными строительными блоками в химии являются химические элементы , представляющие собой вещества, состоящие из одного атома . Каждое химическое вещество уникально, состоит из определенного количества протонов, нейтронов и электронов и идентифицируется по названию и химическому символу, например «C» для углерода. Элементы, которые ученые открыли до сих пор, перечислены в периодической таблице элементов и включают как элементы, встречающиеся в природе, такие как углерод , водород и кислород , так и созданные человеком, например Лоуренсий .
Химические элементы могут связываться вместе, образуя химические соединения, которые представляют собой вещества, состоящие из нескольких элементов, таких как диоксид углерода (который состоит из одного атома углерода, соединенного с двумя атомами кислорода), или нескольких атомов одного элемента, например газообразного кислорода (который состоит из двух атомов кислорода, соединенных вместе). Эти химические соединения могут затем связываться с другими соединениями или элементами, образуя бесчисленное множество других веществ и материалов.
Химия — это физическая наука
Химия обычно считается физической наукой, как это определено в Британской энциклопедии , потому что изучение химии не связано с живыми существами. Большая часть химии, связанной с исследованиями и разработками, такими как создание новых продуктов и материалов для клиентов, относится к этой сфере.
Но, по мнению Биохимического общества, различие как физическая наука становится немного размытым в случае биохимии, которая исследует химию живых существ . Химические вещества и химические процессы, изучаемые биохимиками, технически не считаются «живыми», но их понимание важно для понимания того, как устроена жизнь.
Пять основных разделов химии
Согласно онлайн-учебнику химии, химия традиционно делится на пять основных направлений . Существуют также более специализированные области, такие как пищевая химия, химия окружающей среды и ядерная химия, но в этом разделе основное внимание уделяется пяти основным субдисциплинам химии.
Аналитическая химия включает в себя анализ химикатов и включает качественные методы, такие как изучение изменения цвета, а также количественные методы, такие как изучение точной длины волны света, поглощенного химическим веществом, что приводит к изменению цвета.
Эти методы позволяют ученым охарактеризовать множество различных свойств химических веществ и могут принести пользу обществу разными способами. Например, аналитическая химия помогает пищевым компаниям делать замороженные обеды вкуснее, обнаруживая, как химические вещества в продуктах питания меняются с течением времени. Аналитическая химия также используется для мониторинга состояния окружающей среды, например, путем измерения химических веществ в воде или почве.
Биохимия , как упоминалось выше, использует химические методы, чтобы понять, как биологические системы работают на химическом уровне. Благодаря биохимии исследователи смогли составить карту генома человека, понять, что различные белки делают в организме, и разработать лекарства от многих болезней.
Неорганическая химия изучает химические соединения в неорганических или неживых объектах, таких как минералы и металлы. Традиционно в неорганической химии рассматриваются соединения, не содержащие углерода (которые охватываются органической химией), но это определение не совсем точное, согласно ACS .
Некоторые соединения, изучаемые в неорганической химии, такие как «металлоорганические соединения», содержат металлы, которые связаны с углеродом — основным элементом, изучаемым в органической химии. Таким образом, такие соединения считаются частью обеих областей.
Неорганическая химия используется для создания множества продуктов, в том числе красок, удобрений и солнцезащитных кремов.
Органическая химия занимается химическими соединениями, содержащими углерод — элемент, который считается необходимым для жизни. Химики-органики изучают состав, структуру, свойства и реакции таких соединений, которые наряду с углеродом содержат другие неуглеродные элементы, такие как водород, сера и кремний. Органическая химия используется во многих областях, как описано в ACS , таких как биотехнология, нефтяная промышленность, фармацевтика и пластмассы.
Физическая химия использует концепции физики, чтобы понять, как работает химия. Например, выяснение того, как атомы движутся и взаимодействуют друг с другом, или почему некоторые жидкости, включая воду, превращаются в пар при высоких температурах. Физические химики пытаются понять эти явления в очень малом масштабе — на уровне атомов и молекул — чтобы сделать выводы о том, как работают химические реакции и что придает конкретным материалам их уникальные свойства.
Согласно ACS, этот тип исследований помогает информировать другие отрасли химии и важен для разработки продуктов . Например, физико-химики могут изучать, как определенные материалы, такие как пластик, могут реагировать с химическими веществами, для контакта с которыми этот материал предназначен.
Чем занимаются химики
Химики работают в различных областях, включая исследования и разработки, контроль качества, производство, защиту окружающей среды, консалтинг и право. Согласно ACS, они могут работать в университетах, в правительстве или в частном секторе .
Вот несколько примеров того, что делают химики:
Исследования и разработки:
В академических кругах химики, выполняющие исследования, стремятся получить дополнительные знания по определенной теме и не обязательно имеют в виду конкретное приложение. Однако их результаты все еще могут быть применены к соответствующим продуктам и приложениям.
В промышленности химики, занимающиеся исследованиями и разработками, используют научные знания для разработки или улучшения конкретного продукта или процесса. Например, пищевые химики улучшают качество, безопасность, хранение и вкус пищи; химики-фармацевты разрабатывают и анализируют качество лекарств и других лекарственных форм; а агрохимики разрабатывают удобрения, инсектициды и гербициды, необходимые для крупномасштабного растениеводства.
Иногда исследования и разработки могут включать не улучшение самого продукта, а скорее производственный процесс, связанный с его изготовлением. Инженеры-химики и инженеры-технологи придумывают новые способы упростить производство своей продукции и сделать ее более рентабельной, например, увеличить скорость и / или выход продукта при заданном бюджете.
Защита окружающей среды:
Химики-экологи изучают, как химические вещества взаимодействуют с окружающей средой, характеризуя химические вещества и химические реакции, присутствующие в естественных процессах в почве, воде и воздухе. Например, ученые могут собирать почву, воду или воздух в интересующем месте и анализировать их в лаборатории, чтобы определить, загрязнила ли деятельность человека окружающую среду или повлияет на нее иным образом. По данным Бюро статистики труда некоторые химики-экологи также могут помочь восстановить или удалить загрязняющие вещества из почвы .
Ученые, имеющие опыт работы в области химии окружающей среды, также могут работать консультантами в различных организациях, таких как химические компании или консалтинговые фирмы , предоставляя рекомендации по выполнению практик и процедур в соответствии с экологическими нормами.
Законы химии
Химики могут использовать свое академическое образование, чтобы давать советы или защищать научные вопросы. Например, химики могут работать в сфере интеллектуальной собственности, где они могут применять свои научные знания к вопросам авторского права в науке, или в области экологического права, где они могут представлять группы с особыми интересами и подавать заявки на одобрение регулирующих органов до того, как начнутся определенные действия.
Химики также могут выполнять анализы, которые помогают правоохранительным органам. Судебные химики собирают и анализируют вещественные доказательства, оставленные на месте преступления, чтобы помочь определить личности причастных к делу людей, а также ответить на другие жизненно важные вопросы о том, как и почему было совершено преступление. Судебные химики используют широкий спектр методов анализа, таких как хроматография и спектрометрия, которые помогают идентифицировать и количественно определять химические вещества.
