Kemi er studiet af stof, dets egenskaber, hvordan og hvorfor stoffer kombineres eller adskilles for at danne andre stoffer, og hvordan stoffer interagerer med energi. Mange mennesker tænker på kemikere som hvidbelagte forskere, der blander mærkelig væske i et laboratorium, men sandheden er, at vi alle er kemikere. At forstå grundlæggende kemi-begreber er vigtigt for næsten ethvert erhverv. Kemi er en del af alt i vores liv.
Ethvert materiale, der findes, består af stof - også vores egne kroppe. Kemi er involveret i alt, hvad vi gør, fra dyrkning og madlavning af mad til rengøring af vores hjem og kroppe til lancering af en rumfærgen. Kemi er en af de fysiske videnskaber, der hjælper os med at beskrive og forklare vores verden.
Fem grene
Der er fem hovedgrene inden for kemi, som hver har mange studieregler.
Analytisk kemi bruger kvalitativ og kvantitativ observation til at identificere og måle de fysiske og kemiske egenskaber ved stoffer. På en måde er al kemi analytisk.
Fysisk kemi kombinerer kemi med fysik. Fysiske kemikere studerer, hvordan stof og energi interagerer. Termodynamik og kvantemekanik er to af de vigtige grene inden for fysisk kemi.
Organisk kemi undersøger specifikt forbindelser, der indeholder elementet carbon. Carbon har mange unikke egenskaber, der tillader det at danne komplekse kemiske bindinger og meget store molekyler. Organisk kemi er kendt som ”Livets kemi”, fordi alle molekyler, der udgør levende væv, har kulstof som en del af deres makeup.
Uorganisk kemi studerer materialer som metaller og gasser, der ikke har kulstof som en del af deres makeup.
Biokemi er studiet af kemiske processer, der forekommer i levende organismer.
Studieområde
Inden for disse brede kategorier er utallige studieretninger, hvoraf mange har vigtige effekter på vores daglige liv. Kemikere forbedrer mange produkter, fra den mad, vi spiser, og det tøj, vi bærer, til de materialer, som vi bygger vores hjem med. Kemi hjælper med at beskytte vores miljø og søger efter nye energikilder.
Madkemi
Fødevarevidenskab omhandler de tre biologiske komponenter i fødevarer - kulhydrater, lipider og proteiner. Kulhydrater er sukker og stivelse, det kemiske brændstof, der kræves for, at vores celler kan fungere. Lipider er fedt og olier og er essentielle dele af cellemembraner og til at smøre og dæmpe organer i kroppen. Da fedtstoffer har 2,25 gange energien pr. Gram end enten kulhydrater eller proteiner, prøver mange mennesker at begrænse deres indtag for at undgå at blive overvægtige. Proteiner er komplekse molekyler sammensat af fra 100 til 500 eller flere aminosyrer, der er sammenkædede og foldet i tredimensionelle former, der er nødvendige for strukturen og funktionen af hver celle. Vores kroppe kan syntetisere nogle af aminosyrerne; dog skal otte af dem, de essentielle aminosyrer, indtages som en del af vores mad. Fødevareforskere er også bekymrede for de uorganiske bestanddele i fødevarer såsom dets vandindhold, mineraler, vitaminer og enzymer.
Madkemikere forbedrer kvaliteten, sikkerheden, opbevaringen og smagen af vores mad. Madkemikere kan arbejde for den private industri for at udvikle nye produkter eller forbedre forarbejdningen. De kan også arbejde for regeringsorganer som Food and Drug Administration for at inspicere fødevarer og håndterere for at beskytte os mod forurening eller skadelig praksis. Madkemikere tester produkter for at levere oplysninger, der bruges til ernæringsmærkerne eller for at bestemme, hvordan emballering og opbevaring påvirker fødevaresikkerhed og kvalitet. Aromaer arbejder med kemikalier for at ændre smagen på mad. Kemikere kan også arbejde på andre måder at forbedre sensorisk appel, såsom at forbedre farve, lugt eller tekstur.
Miljøkemi
Miljøkemikere undersøger, hvordan kemikalier interagerer med det naturlige miljø. Miljøkemi er en tværfaglig undersøgelse, der involverer både analytisk kemi og en forståelse af miljøvidenskab. Miljøkemikere skal først forstå kemikalier og kemiske reaktioner, der findes i naturlige processer i jordvandet og luften. Prøveudtagning og analyse kan derefter bestemme, om menneskelige aktiviteter har forurenet miljøet eller forårsaget skadelige reaktioner på det.
Vandkvalitet er et vigtigt område inden for miljøkemi. "Rent" vand findes ikke i naturen; det har altid nogle mineraler eller andet stof opløst i det. Kemikere i vandkvalitet tester floder, søer og havvand for egenskaber som opløst ilt, saltholdighed, uklarhed, suspenderede sedimenter og pH. Vand bestemt til konsum skal være fri for skadelige forurenende stoffer og kan behandles med tilsætningsstoffer som fluor og klor for at øge dets sikkerhed.
Landbrugskemi
Landbrugskemi beskæftiger sig med de stoffer og kemiske reaktioner, der er involveret i produktion, beskyttelse og anvendelse af afgrøder og husdyr. Det er et meget tværfagligt felt, der er afhængig af bånd til mange andre videnskaber. Landbrugskemikere kan arbejde sammen med Landbrugsafdelingen, Miljøstyrelsen, Fødevarer og Drug Administration eller med privat industri. Landbrugskemikere udvikler gødning, insekticider og herbicider, der er nødvendige til storskala afgrødeproduktion. De skal også overvåge, hvordan disse produkter bruges, og deres indvirkning på miljøet. Ernæringstilskud er udviklet for at øge produktiviteten af kød- og mejerihud.
Landbrugsbioteknologi er et hurtigt voksende fokus for mange landbrugskemikere. Genmanipulering af afgrøder for at være modstandsdygtig over for de herbicider, der bruges til at bekæmpe ukrudt i markerne, kræver detaljeret forståelse af både planterne og kemikalierne på molekylært niveau. Biokemikere skal forstå genetik, kemi og forretningsbehov for at udvikle afgrøder, der er lettere at transportere eller har en længere holdbarhed.
Kemiteknik
Kemiske ingeniører forsker og udvikler nye materialer eller processer, der involverer kemiske reaktioner. Kemiteknik kombinerer en baggrund inden for kemi med ingeniør- og økonomikoncepter for at løse teknologiske problemer. Kemiteknikjob falder i to hovedgrupper: industrielle applikationer og udvikling af nye produkter.
Industrier kræver kemiske ingeniører at udtænke nye måder at gøre fremstilling af deres produkter lettere og mere omkostningseffektive. Kemiske ingeniører er involveret i design og drift af forarbejdningsanlæg, udvikler sikkerhedsprocedurer til håndtering af farlige materialer og overvåger fremstillingen af næsten hvert produkt, vi bruger. Kemiske ingeniører arbejder med at udvikle nye produkter og processer inden for alle områder fra farmaceutiske produkter til brændstoffer og computerkomponenter.
geokemi
Geokemikere kombinerer kemi og geologi for at studere sammensætning og interaktion mellem stoffer, der findes i Jorden. Geochemists tilbringer måske mere tid i feltundersøgelser end andre typer kemister. Mange arbejder for U.S. Geological Survey eller Environmental Protection Agency for at bestemme, hvordan minedrift og affald kan påvirke vandkvaliteten og miljøet. De rejser muligvis til fjerntliggende forladte miner for at samle prøver og udføre grove feltvurderinger og derefter følge en strøm gennem dets vandskifte for at evaluere, hvordan forurenende stoffer bevæger sig gennem systemet. Petroleumgeokemikere er ansat af olie- og gasselskaber til at hjælpe med at finde nye energireserver. De kan også arbejde på rørledninger og olierigge for at forhindre kemiske reaktioner, der kan forårsage eksplosioner eller spild.
Retsmedicinsk kemi
Retsmedicinske kemikere fanger og analyserer de fysiske beviser, der er efterladt på en kriminalscene for at hjælpe med at bestemme identiteten af de involverede mennesker samt til at besvare andre vitale spørgsmål om, hvordan og hvorfor forbrydelsen blev udført. Retsmedicinske kemikere bruger en lang række analyseringsmetoder, såsom kromatografi, spektrometri og spektroskopi.
I ny forskning, der fremkom i Journal of the American Society of Mass Spectrometry, forsøgte videnskabsmænd fra afdelingen for kemi ved Louisiana State University (LSU) at anvende laserteknologi inden for retsmedicinsk videnskab.
De udviklede et system, der går ud over identifikationen af et fingeraftryk. Teknikken kan fange molekyler indeholdt i et fingermærke, inklusive lipider, proteiner, genetisk materiale eller endda spormængder eksplosiver, som kan analyseres yderligere. Det nye værktøj tager i det væsentlige mysteriet ud af at identificere den kemiske sammensætning af fingermærker ved forbrydelsesscener.
Værktøjet fokuserer en laser - ved hjælp af spejle og optiske fibre - på en overflade, der indeholder et fingermærke. Laseren varmer derefter op vand og fugt på overfladen og udløser kemiske bindinger i vandet til at strække sig og vibrere, ifølge LSU College of Science Blog. Al denne fokuserede energi får vandet til at "eksplodere" og omdanne det til en gas og adskille biomolekyler som DNA. Denne proces kaldes laserablation.
Dernæst trækker et lille vakuumpumpesystem vand og molekyler ind i et lille filter, der fanger alt, der efterlades af en persons finger. Retsmedicinske forskere kan derefter placere indholdet i en analyseenhed, såsom et massespektrometer eller et gaskromatografimassespektrometer.
Vigtigere er, at denne laserablastationsteknik let kan fange fingermærker på porøse overflader, såsom pap (som traditionelle retsmedicinske metoder ikke har været særlig succesrige).
For at teste deres nye teknik placerede forskerne fingermærker på mange forskellige overfladetyper, herunder glas, plast, aluminium og pap. Disse fingermærker blev snøret med stoffer, der var så forskellige som koffein, antiseptisk creme, kondomsmøremidler og TNT, ifølge LSU College of Science Blog. Efter hver fingermarkoptagelse var kemikerne i stand til at identificere disse stoffer ved hjælp af massespektrometri.
