Kemi är studien av materia, dess egenskaper, hur och varför ämnen kombineras eller separeras för att bilda andra ämnen och hur ämnen interagerar med energi. Många tänker på kemister som vitbelagda forskare som blandar konstiga vätskor i ett laboratorium, men sanningen är att vi alla är kemister. Att förstå grundläggande kemikoncept är viktigt för nästan varje yrke. Kemi är en del av allt i våra liv.
Varje materiellt existens består av materia - även våra egna kroppar. Kemi är involverat i allt vi gör, från att odla och laga mat till städning av våra hem och kroppar till att starta en rymdfärja. Kemi är en av de fysiska vetenskaperna som hjälper oss att beskriva och förklara vår värld.
Fem grenar
Det finns fem huvudsakliga grenar inom kemi, som var och en har många studieregler.
Analytisk kemi använder kvalitativ och kvantitativ observation för att identifiera och mäta ämnets fysikaliska och kemiska egenskaper. På ett sätt är all kemi analytisk.
Fysisk kemi kombinerar kemi med fysik. Fysikaliska kemister studerar hur materie och energi interagerar. Termodynamik och kvantmekanik är två av de viktiga grenarna inom fysisk kemi.
Organisk kemi studerar specifikt föreningar som innehåller elementet kol. Kol har många unika egenskaper som gör det möjligt att bilda komplexa kemiska bindningar och mycket stora molekyler. Organisk kemi är känd som "Livets kemi" eftersom alla molekyler som utgör levande vävnad har kol som en del av deras smink.
Oorganisk kemi studerar material som metaller och gaser som inte har kol som en del av deras smink.
Biokemi är studien av kemiska processer som förekommer i levande organismer.
Studiefält
Inom dessa breda kategorier finns otaliga studierområden, av vilka många har viktiga effekter på vårt dagliga liv. Kemister förbättrar många produkter, från maten vi äter och kläderna vi bär till de material som vi bygger våra hem med. Kemi hjälper till att skydda vår miljö och söker efter nya energikällor.
Matkemi
Livsmedelsvetenskap behandlar de tre biologiska komponenterna i livsmedel - kolhydrater, lipider och proteiner. Kolhydrater är socker och stärkelse, det kemiska bränslet som behövs för att våra celler ska fungera. Lipider är fetter och oljor och är viktiga delar av cellmembranen och för att smörja och dämpa organ i kroppen. Eftersom fetter har 2,25 gånger energin per gram än antingen kolhydrater eller proteiner försöker många att begränsa sitt intag för att undvika att bli överviktiga. Proteiner är komplexa molekyler bestående av från 100 till 500 eller fler aminosyror som är kedjade samman och vikta i tredimensionella former som är nödvändiga för strukturen och funktionen hos varje cell. Våra kroppar kan syntetisera några av aminosyrorna; men åtta av dem, de essentiella aminosyrorna, måste tas in som en del av vår mat. Livsmedelsforskare är också upptagna med de oorganiska komponenterna i livsmedel såsom vatteninnehåll, mineraler, vitaminer och enzymer.
Matkemister förbättrar kvaliteten, säkerheten, lagringen och smaken på maten. Matkemister kan arbeta för den privata industrin för att utveckla nya produkter eller förbättra bearbetningen. De kan också arbeta för myndigheter som Food and Drug Administration för att inspektera livsmedelsprodukter och hanterare för att skydda oss från kontaminering eller skadliga metoder. Matkemister testar produkter för att tillhandahålla information som används för näringsetiketter eller för att avgöra hur förpackning och lagring påverkar livsmedlets säkerhet och kvalitet. Flavorists arbetar med kemikalier för att förändra smaken på mat. Kemister kan också arbeta med andra sätt att förbättra sensoriskt tilltalande, som att förbättra färg, lukt eller konsistens.
Miljökemi
Miljökemister studerar hur kemikalier interagerar med den naturliga miljön. Miljökemi är en tvärvetenskaplig studie som involverar både analytisk kemi och en förståelse av miljövetenskap. Miljökemister måste först förstå de kemikalier och kemiska reaktioner som finns i naturliga processer i markvattnet och luften. Provtagning och analys kan sedan avgöra om mänskliga aktiviteter har förorenat miljön eller orsakat skadliga reaktioner påverkat den.
Vattenkvalitet är ett viktigt område inom miljökemi. "Rent" vatten finns inte i naturen; det har alltid några mineraler eller annat ämne löst i sig. Kemister i vattenkvalitet testar floder, sjöar och havsvatten för egenskaper såsom upplöst syre, salthalt, grumlighet, suspenderade sediment och pH. Vatten som är avsett att användas som livsmedel måste vara fritt från skadliga föroreningar och kan behandlas med tillsatser som fluor och klor för att öka dess säkerhet.
Jordbrukskemi
Jordbrukskemi handlar om ämnen och kemiska reaktioner som är involverade i produktion, skydd och användning av grödor och boskap. Det är ett mycket tvärvetenskapligt område som bygger på banden till många andra vetenskaper. Jordbrukskemister kan arbeta med avdelningen för jordbruk, miljöskyddsbyrån, livsmedels- och drogadministrationen eller för privat industri. Jordbrukskemister utvecklar gödselmedel, insektsmedel och herbicider som är nödvändiga för storskalig grödproduktion. De måste också övervaka hur dessa produkter används och deras påverkan på miljön. Näringstillskott utvecklas för att öka produktiviteten hos kött- och mejerihårdar.
Jordbruksbioteknik är ett snabbt växande fokus för många jordbrukskemiker. Genetiskt manipulera grödor för att vara resistenta mot de herbicider som används för att kontrollera ogräs i åkrarna kräver detaljerad förståelse för både växterna och kemikalierna på molekylnivå. Biokemister måste förstå genetik, kemi och affärsbehov för att utveckla grödor som är lättare att transportera eller som har en längre hållbarhet.
Kemiteknik
Kemiska ingenjörer forskar och utvecklar nya material eller processer som involverar kemiska reaktioner. Kemiteknik kombinerar en bakgrund inom kemi med teknik- och ekonomikoncept för att lösa tekniska problem. Kemiteknik jobb ingår i två huvudgrupper: industriella applikationer och utveckling av nya produkter.
Industrier kräver kemiska ingenjörer att ta fram nya sätt att göra tillverkningen av sina produkter enklare och mer kostnadseffektiv. Kemiska ingenjörer är involverade i design och drift av bearbetningsanläggningar, utvecklar säkerhetsförfaranden för hantering av farliga material och övervakar tillverkningen av nästan varje produkt vi använder. Kemiska ingenjörer arbetar med att utveckla nya produkter och processer inom alla områden, från läkemedel till bränslen och datorkomponenter.
Geokemi
Geokemister kombinerar kemi och geologi för att studera smink och interaktion mellan ämnen som finns i jorden. Geokemister kan tillbringa mer tid i fältstudier än andra typer av kemister. Många arbetar för U.S. Geological Survey eller Environmental Protection Agency för att bestämma hur gruvdrift och avfall kan påverka vattenkvaliteten och miljön. De kan resa till avlägsna övergivna gruvor för att samla in prover och göra grovfältutvärderingar och sedan följa en ström genom dess vattendel för att utvärdera hur föroreningar rör sig genom systemet. Petroleumgeokemister anställs av olje- och gasföretag för att hjälpa till att hitta nya energireserver. De kan också arbeta på rörledningar och oljeriggar för att förhindra kemiska reaktioner som kan orsaka explosioner eller spill.
Rättsmedicinsk kemi
Rättsmedicinska kemister fångar och analyserar de fysiska bevis som lämnats kvar på en brottsplats för att fastställa identiteten på de inblandade personerna samt för att svara på andra viktiga frågor om hur och varför brottet genomfördes. Rättsmedicinska kemister använder en mängd olika analysmetoder, såsom kromatografi, spektrometri och spektroskopi.
I ny forskning som presenteras i Journal of the American Society of Mass Spectrometry, forskare från avdelningen för kemi vid Louisiana State University (LSU) som avser att tillämpa laserteknik inom området för kriminalteknisk vetenskap.
De utvecklade ett system som går utöver identifieringen av ett fingeravtryck. Tekniken kan fånga molekyler som finns i ett fingermärke, inklusive lipider, proteiner, genetiskt material eller till och med spårmängder av explosiva ämnen, som kan analyseras ytterligare. Det nya verktyget tar i huvudsak mysteriet ur att identifiera den kemiska sammansättningen av fingermärken vid brottsplatser.
Verktyget fokuserar en laser - med speglar och optiska fibrer - på en yta som innehåller ett fingermärke. Lasern värmer sedan upp vatten eller fukt på ytan och utlöser kemiska bindningar i vattnet för att sträcka och vibrera, enligt LSU College of Science Blog. All denna fokuserade energi gör att vattnet "exploderar", förvandlar det till en gas och separerar biomolekyler som DNA. Denna process kallas laserablation.
Därefter drar ett litet vakuumpumpssystem vatten och molekyler i ett litet filter som fångar allt som finns kvar av en persons finger. Rättsmedicinska forskare kan sedan lägga innehållet i en analysanordning såsom en masspektrometer eller en gaskromatografimasspektrometer.
Det är viktigt att denna laserablationsteknik enkelt kan fånga fingermärken på porösa ytor, såsom kartong (på vilka traditionella kriminaltekniska metoder inte har varit särskilt framgångsrika).
För att testa sin nya teknik placerade forskarna fingermärken på många olika yttyper, inklusive glas, plast, aluminium och kartong. Dessa fingermärken snördes med ämnen som var så olika som koffein, antiseptisk kräm, smörjmedel för kondom och TNT, enligt LSU College of Science Blog. Efter varje fingermarkupptagning kunde kemisterna identifiera dessa ämnen med hjälp av masspektrometri.
