משחר הזמן, אנשים התעניינו בהרכב, במבנה ובאינטראקציה של כל מה שמקיף אותם. ידע זה משולב למדע אחד - כימיה. במאמר, נשקול מה זה, חלקים בכימיה והצורך ללמוד אותו.
מהי כימיה ולמה ללמוד אותה?
כימיה היא אחד מכמה תחומים של מדעי הטבע, מדע החומרים. היא לומדת:
- מבנה והרכב של חומרים;
- מאפיינים של יסודות העולם;
- טרנספורמציות של חומרים התלויים בתכונותיהם;
- שינויים בהרכב של חומר במהלך תגובה כימית;
- חוקים ודפוסים של שינויים בחומרים.
כימיה מחשיבה את כל היסודות במונחים של הרכב אטומי ומולקולרי. זה קשור קשר הדוק לביולוגיה ופיזיקה. ישנם גם תחומי מדע רבים שהם גבוליים, כלומר, הם נלמדים, למשל, על ידי כימיה ופיזיקה כאחד. אלה כוללים: ביוכימיה, כימיה קוונטית, פיזיקה כימית, גיאוכימיה, כימיה פיזיקלית ועוד.
הענפים העיקריים של הכימיה בספרות הם:
- כימיה אורגנית.
- אי-אורגניכימיה.
- ביוכימיה.
- כימיה פיזיקלית.
- כימיה אנליטית.
כימיה אורגנית
ניתן לסווג כימיה לפי החומרים שנחקרו ל:
- anorganic;
- אורגני.
תחום הלימוד הראשון ייחשב בפסקה הבאה. מדוע הוגדרה כימיה אורגנית כחלק נפרד? כי הוא עוסק בחקר תרכובות פחמן וחומרים שבהם הוא כלול. כיום ידועות כ-8 מיליון תרכובות כאלה.
Carbon יכול לשלב עם רוב האלמנטים, אך מקיים אינטראקציה לרוב עם:
- oxygen;
- carbon;
- חנקן;
- grey;
- manganese;
- פוטסיום.
כמו כן, האלמנט מובחן ביכולתו ליצור שרשראות ארוכות. קשרים כאלה מספקים מגוון תרכובות אורגניות החשובות לקיומו של אורגניזם חי.
יעדים ושיטות ואחריהם הנושא של כימיה אורגנית:
- בידוד של חומרים בודדים ומיוחדים מצמחים ומאורגניזמים חיים, כמו גם מחומרי גלם מאובנים.
- טיהור וסינתזה של תרכובות של חומרים;
- קביעת מבנה החומר בטבע;
- המחקר של מהלך תגובה כימית, מנגנוניה, תכונותיה ותוצאותיה;
- קביעת יחסים ותלות בין מבנה החומר האורגני ותכונותיו.
נושאים של כימיה אורגנית כוללים:
- כימיה של פולימרים, או כימיה של תרכובות מקרומולקולריות. תחום המדע כיעוסק בחקר התכונות הכימיות והפיזיקליות-כימיות של פולימרים והריאגנטים ההתחלתיים המשמשים להשגתם.
- פרמקולוגיה. ענף מדע החוקר חומרים רפואיים והשפעתם על גוף האדם.
כימיה אי-אורגנית
המדור של כימיה אנאורגנית עוסק בחקר ההרכב, המבנה והאינטראקציות של כל החומרים שאינם מכילים פחמן. כיום יש יותר מ-400 אלף חומרים אנאורגניים. הודות למדור המדע הזה, מובטחת יצירת חומרים לטכנולוגיה מודרנית.
מחקר ומחקר של חומרים של כימיה אי-אורגנית מבוססים על החוק המחזורי, כמו גם על המערכת המחזורית של D. I. Mendeleev. לימודי מדעים:
- חומרים פשוטים (מתכות ולא-מתכות);
- חומרים מורכבים (תחמוצות, מלחים, חומצות, ניטריטים, הידרידים ואחרים).
בעיות של מדע:
- חיפוש ופיתוח של דרכים ליצירת חומרים חדשים שיהיו בעלי המאפיינים הדרושים;
- מחקר של הקשר בין מבנה היכולת להגיב עם אלמנטים אחרים;
- פיתוח ושיפור טכנולוגיות לטיהור תערובות;
- חפש שיטות חדשות לסינתזה של אלמנטים.
כימיה פיזיקלית
כימיה פיזיקלית היא הענף הנרחב ביותר בכימיה. היא עוסקת בחקר החוקים הכלליים של המבנה, המבנה והטרנספורמציות של חומרים באמצעות שיטות הפיזיקה. בשביל זה, תיאורטי וניסויים.
כימיה פיזיקלית כוללת ידע על:
- מבנה של מולקולות;
- תרמודינמיקה כימית;
- קינטיקה כימית;
- catalysis.
הקטעים של הכימיה הפיזיקלית הם כדלקמן:
- אלקטרוכימיה - חקר תהליכים במוליכים.
- פוטוכימיה היא חקר טרנספורמציות כימיות תחת השפעת האור.
- כימיה פיזיקלית של תופעות פני השטח.
- כימיה של קרינה - חקר תהליכים הנגרמים מפעולת הקרינה המייננת;
- כימיה קולואידית - חקר מערכות ותופעות המתרחשות בממשק.
- כימיה קוונטית היא חקר המבנה, התכונות, התגובות של חומרים המבוססים על מכניקת הקוונטים.
- Crystallochemistry - מדע מבני הגביש;
- Thermochemistry הוא ענף בכימיה החוקר תגובות תרמיות, הקשר בין פרמטרים פיזיקו-כימיים.
- תורת מבנה האטום.
- הוראה על קורוזיה (חמצון) של מתכות.
- קינטיקה כימית - חקר תגובות כימיות בהתאם לתנאים חיצוניים.
- תורת הפתרונות.
- כימיה גרעינית - עוסקת בחקר תגובות גרעיניות והתהליכים המתרחשים בהן.
- כימיה של סאונד היא חקר ההשפעות המתרחשות בעת חשיפה לגלים אקוסטיים רבי עוצמה.
כימיה אנליטית
כימיה אנליטית היא ענף בכימיה שמפתח את הבסיס התיאורטי של ניתוח כימי. המדע מפתח שיטות לזיהוי, הפרדה, גילויוקביעת תרכובות כימיות וקביעת ההרכב הכימי של חומרים.
ניתן לסווג כימיה אנליטית בהתאם למשימות שיש לפתור ל:
- ניתוח איכותי - קובע אילו חומרים נמצאים בדגימה, צורתם ומהותם.
- ניתוח כמותי - קובע את התוכן (ריכוז) הרכיבים במדגם הבדיקה.
אם ברצונך לנתח מדגם לא ידוע, ניתוח איכותני מיושם תחילה, ולאחר מכן כמותי. הם מבוצעים בשיטות כימיות, אינסטרומנטליות וביולוגיות.
ביוכימיה
ביוכימיה הוא ענף בכימיה החוקר את ההרכב הכימי של תאים ואורגניזמים חיים, כמו גם את התהליכים הכימיים הבסיסיים של חייהם. המדע די צעיר ונמצא בצומת של ביולוגיה וכימיה.
ביוכימיה עוסקת בחקר תרכובות כאלה:
- carbs;
- ליפידים;
- proteins;
- חומצות גרעין.
מדורי ביוכימיה:
- ביוכימיה סטטית - חוקרת את ההרכב הכימי של אורגניזמים ואת מבנה המולקולות שלהם (חלבונים, חומצות אמינו, חומצות גרעין, שומנים, ויטמינים ועוד).
- ביוכימיה פונקציונלית - חוקרת את התגובות הכימיות הבסיסיות המתרחשות במהלך תפקודם של איברים ומערכות בגוף.
- ביוכימיה דינמית חוקרת את התגובות הכימיות המתרחשות במהלך חילוף החומרים.
טכנולוגיה כימית
כימיקלטכנולוגיה היא ענף בכימיה החוקר את השיטות החסכוניות והסביבה של עיבוד חומרים טבעיים לצריכה ולשימוש שלהם בייצור.
המדע מחולק ל:
- טכנולוגיה כימית אורגנית, העוסקת בעיבוד דלקים מאובנים, ייצור פולימרים סינתטיים, תרופות וחומרים נוספים.
- טכנולוגיה כימית אי-אורגנית, העוסקת בעיבוד חומרי גלם מינרליים (למעט עפרות מתכת), ייצור חומצות, דשנים מינרליים ואלקליות.
בהנדסה כימית ישנם תהליכים רבים (אצווה או רציף). הם מחולקים לקבוצות עיקריות:
- הידרומכני:
- chemical;
- מכני;
- העברה המונית;
- תרמית.
מעניין לדעת כימיה (עובדות)
מהלך של תהליכים כימיים מסוימים והתכונות של חומרים מסוימים מעניינים אנשים בצורה בלתי רגילה.
הנה כמה מהם:
- גליום. זהו חומר מעניין שנוטה להמיס בטמפרטורת החדר. נראה כמו אלומיניום. אם טבלו כף גליום בנוזל בטמפרטורה של מעל 28 מעלות צלזיוס, היא תימס ותאבד את צורתה.
- מוליבדן. חומר זה התגלה במהלך מלחמת העולם הראשונה. מחקרים על תכונותיו הראו את החוזק הגבוה של החומר. מאוחר יותר נוצר ממנו תותח ברטה הגדול האגדי. הקנה שלה לא היה מעוות מהתחממות יתר בעת הירי,מה שהקל על השימוש באקדח.
- מים. ידוע כי מים טהורים H2O אינם מופיעים בטבע. בשל תכונותיו, הוא סופג את כל הנקרה בדרכו. לכן, נוזל טהור באמת ניתן להשיג רק במעבדה.
- כמו כן, ידוע עוד תכונה מיוחדת של מים - התגובה שלהם לשינויים בעולם הסובב. מחקרים הראו כי מים ממקור אחד תחת השפעות שונות (מגנטיות, עם מוזיקה מופעלת, ליד אנשים) משנים את המבנה שלהם.
- מרקפטן. זהו שילוב של טעמים מתוקים, מרירים וחמצמצים שהתגלה לאחר מחקר על האשכולית. הוכח שאדם מבחין בטעם זה בריכוז של 0.02 ננוגרם לליטר. כלומר, מספיק להוסיף 2 מ"ג מרקפטן לנפח מים של 100 אלף טון.
ניתן לומר שהכימיה היא חלק בלתי נפרד מהידע המדעי של האנושות. היא מעניינת ומגוונת. הודות לכימיה יש לאנשים את ההזדמנות להשתמש בחפצים רבים של העולם המודרני.
