Inimesi on aegade algusest peale huvitanud kõige ümbritseva koostis, struktuur ja koostoime. Need teadmised on ühendatud üheks teaduseks – keemiaks. Artiklis käsitleme, mis see on, keemia sektsioone ja vajadust seda uurida.
Mis on keemia ja miks seda õppida?
Keemia on üks mitmest loodusteaduse, aineteaduse valdkonnast. Ta õpib:
- ainete struktuur ja koostis;
- maailma elementide omadused;
- ainete muundumised, mis sõltuvad nende omadustest;
- aine koostise muutumine keemilise reaktsiooni käigus;
- ainete muutumise seadused ja mustrid.
Keemia arvestab kõiki elemente aatomi- ja molekulaarkoostise seisukohast. See on tihed alt seotud bioloogia ja füüsikaga. Samuti on palju teadusvaldkondi, mis on piiripealsed ehk neid uurib näiteks nii keemia kui ka füüsika. Nende hulka kuuluvad: biokeemia, kvantkeemia, keemiline füüsika, geokeemia, füüsikaline keemia ja teised.
Peamised keemiaharud kirjanduses on:
- Orgaaniline keemia.
- Anorgaanilinekeemia.
- Biokeemia.
- Füüsikaline keemia.
- Analüütiline keemia.
Orgaaniline keemia
Keemia võib klassifitseerida uuritud ainete järgi:
- anorgaaniline;
- orgaaniline.
Esimest õppevaldkonda käsitletakse järgmises lõigus. Miks toodi orgaaniline keemia eraldi sektsioonina välja? Kuna see tegeleb süsinikuühendite ja ainete uurimisega, milles see sisaldub. Tänapäeval on teada umbes 8 miljonit sellist ühendit.
Süsinik võib kombineerida enamiku elementidega, kuid suhtleb kõige sagedamini:
- hapnik;
- süsinik;
- lämmastik;
- hall;
- mangaan;
- kaalium.
Samuti eristab elementi võime moodustada pikki ahelaid. Sellised sidemed pakuvad mitmesuguseid orgaanilisi ühendeid, mis on elusorganismi eksisteerimiseks olulised.
Eesmärgid ja meetodid, millele järgneb orgaanilise keemia aine:
- individuaalsete ja eriliste ainete eraldamine taimedest ja elusorganismidest, samuti fossiilsetest toorainetest.
- ainete ühendite puhastamine ja süntees;
- aine struktuuri määramine looduses;
- keemilise reaktsiooni kulgemise, selle mehhanismide, tunnuste ja tulemuste uurimine;
- orgaanilise aine struktuuri ja selle omaduste vaheliste seoste ja sõltuvuste määramine.
Orgaanilise keemia teemad on järgmised:
- Polümeeride keemia ehk makromolekulaarsete ühendite keemia. Teadusvaldkond, mistegeleb polümeeride keemiliste ja füüsikalis-keemiliste omaduste ning nende saamiseks kasutatud lähtereaktiivide uurimisega.
- Farmakoloogia. Teadusharu, mis uurib raviaineid ja nende mõju inimorganismile.
Anorgaaniline keemia
Anorgaanilise keemia sektsioon tegeleb kõigi süsinikku mittesisaldavate ainete koostise, struktuuri ja vastastikmõjude uurimisega. Tänapäeval on anorgaanilisi aineid üle 400 tuhande. Tänu sellele teadusharule on tagatud materjalide loomine kaasaegse tehnoloogia jaoks.
Anorgaanilise keemia ainete uurimine ja uurimine põhineb perioodilisuse seadusel, samuti D. I. Mendelejevi perioodilisel süsteemil. Teadusõpingud:
- lihtained (metallid ja mittemetallid);
- keerulised ained (oksiidid, soolad, happed, nitritid, hüdriidid ja teised).
Teaduse probleemid:
- võimaluste otsimine ja arendamine uute materjalide loomiseks, millel on vajalikud omadused;
- muude elementidega reageerimise võime struktuuri vahelise seose uurimine;
- segude puhastamise tehnoloogiate arendamine ja täiustamine;
- otsige uusi meetodeid elementide sünteesimiseks.
Füüsikaline keemia
Füüsikaline keemia on keemia kõige ulatuslikum haru. Ta tegeleb ainete struktuuri, struktuuri ja teisenduste üldiste seaduste uurimisega, kasutades füüsika meetodeid. Selleks on teoreetilised jaeksperimentaalsed.
Füüsikaline keemia hõlmab teadmisi:
- molekulide struktuur;
- keemiline termodünaamika;
- keemiline kineetika;
- katalüüs.
Füüsikalise keemia osad on järgmised:
- Elektrokeemia – juhtides toimuvate protsesside uurimine.
- Fotokeemia on valguse mõjul toimuvate keemiliste muundumiste uurimine.
- Pinnanähtuste füüsikaline keemia.
- Kiirguskeemia – ioniseeriva kiirguse toimel tekkivate protsesside uurimine;
- Koloidkeemia – liideses esinevate süsteemide ja nähtuste uurimine.
- Kvantkeemia on ainete struktuuri, omaduste ja reaktsioonide uurimine kvantmehaanikal.
- Kristallokeemia – kristallstruktuuride teadus;
- Termokeemia on keemia haru, mis uurib termoreaktsioone, füüsikalis-keemiliste parameetrite seost.
- Aatomi ehituse õpetus.
- Õpetus metallide korrosiooni (oksüdatsiooni) kohta.
- Keemiline kineetika – välistingimustest sõltuvate keemiliste reaktsioonide uurimine.
- Lahenduste õpetus.
- Tuumakeemia - tegeleb tuumareaktsioonide ja neis toimuvate protsesside uurimisega.
- Helikeemia uurib mõjusid, mis tekivad kokkupuutel võimsate akustiliste lainetega.
Analüütiline keemia
Analüütiline keemia on keemia haru, mis arendab keemilise analüüsi teoreetilisi aluseid. Teadus arendab meetodeid tuvastamiseks, eraldamiseks, tuvastamiseksja keemiliste ühendite määramine ja materjalide keemilise koostise määramine.
Analüütilise keemia võib olenev alt lahendatavatest ülesannetest liigitada:
- Kvalitatiivne analüüs – määrab, millised ained on proovis, nende vorm ja olemus.
- Kvantitatiivne analüüs – määrab komponentide sisalduse (kontsentratsiooni) uuritavas proovis.
Kui soovite analüüsida tundmatut proovi, rakendatakse esm alt kvalitatiivset ja seejärel kvantitatiivset analüüsi. Need viiakse läbi keemiliste, instrumentaalsete ja bioloogiliste meetoditega.
Biokeemia
Biokeemia on keemia haru, mis uurib elusrakkude ja organismide keemilist koostist ning nende elutegevuse põhilisi keemilisi protsesse. Teadus on üsna noor ning bioloogia ja keemia ristumiskohas.
Biokeemia tegeleb selliste ühendite uurimisega:
- süsivesikud;
- lipiidid;
- valgud;
- nukleiinhapped.
Biokeemia sektsioonid:
- Staatiline biokeemia – uurib organismide keemilist koostist ja nende molekulide struktuuri (valgud, aminohapped, nukleiinhapped, lipiidid, vitamiinid ja muud).
- Funktsionaalne biokeemia – uurib põhilisi keemilisi reaktsioone, mis toimuvad keha organite ja süsteemide talitluses.
- Dünaamiline biokeemia uurib ainevahetuse käigus toimuvaid keemilisi reaktsioone.
Keemiatehnoloogia
Keemilinetehnoloogia on keemia haru, mis uurib säästlikke ja keskkonnasõbralikke meetodeid looduslike materjalide töötlemiseks nende tarbimiseks ja tootmiseks kasutamiseks.
Teadus jaguneb:
- Orgaaniline keemiatehnoloogia, mis tegeleb fossiilkütuste töötlemise, sünteetiliste polümeeride, ravimite ja muude ainete tootmisega.
- Anorgaaniline keemiatehnoloogia, mis tegeleb mineraalsete toorainete (v.a metallimaagi) töötlemisega, hapete, mineraalväetiste ja leeliste tootmisega.
Keemiatehnikas on palju protsesse (partii- või pidev). Need on jagatud põhirühmadesse:
- hüdromehaaniline:
- keemiline;
- mehaaniline;
- massiülekanne;
- termiline.
Huvitav teada keemiat (faktid)
Teatud keemiliste protsesside kulg ja teatud ainete omadused pakuvad inimestele ebatavalist huvi.
Siin on mõned neist:
- Gallium. See on huvitav materjal, mis kipub toatemperatuuril sulama. Näeb välja nagu alumiinium. Kui galliumlusikas kastetakse vedelikku, mille temperatuur on üle 28 kraadi Celsiuse järgi, siis see sulab ja kaotab oma kuju.
- Molübdeen. See materjal avastati Esimese maailmasõja ajal. Selle omaduste uuringud on näidanud aine suurt tugevust. Hiljem valmistati sellest legendaarne Big Bertha kahur. Tema tünn ei deformeerunud tulistamise ajal ülekuumenemisest,mis muutis relva kasutamise lihtsamaks.
- Vesi. Teadaolev alt puhast vett H2O looduses ei esine. Oma omaduste tõttu imab see endasse kõike, mis teele satub. Seetõttu saab tõeliselt puhast vedelikku saada ainult laboris.
- Samuti on teada veel üks vee eriline omadus – tema reaktsioon ümbritseva maailma muutustele. Uuringud on näidanud, et ühest allikast pärit vesi erinevatel mõjudel (magnetiline, sisselülitatud muusikaga, inimeste kõrval) muudab oma struktuuri.
- Merkaptan. See on magusa, mõru ja hapu maitse kombinatsioon, mis avastati pärast greibi uurimist. On kindlaks tehtud, et inimene märkab seda maitset kontsentratsioonil 0,02 ng / l. See tähendab, et 100 tuhande tonnise veekoguse jaoks piisab 2 mg merkaptaani lisamisest.
Võib öelda, et keemia on inimkonna teaduslike teadmiste lahutamatu osa. Ta on huvitav ja mitmekülgne. Just tänu keemiale on inimestel võimalus kasutada paljusid kaasaegse maailma objekte.
