Kemi
Från Rilpedia
- För andra betydelser, se Kemi (olika betydelser).
Kemi är vetenskapen om materiens uppbyggnad, egenskaper och omvandlingar, på materiens organisationsnivå över enskilda atomer. Ämnet kemi, som är en av naturvetenskaperna, är mycket brett och delas traditionellt in i organisk, oorganisk, analytisk och fysikalisk kemi samt biokemi, men på senare år har nya grenar som miljökemi och materialkemi tillkommit. Varje enskild gren överlappar ofta med delar av andra vetenskaper, till exempel fysik, biologi och geologi. Med kemins hjälp skapas bland annat nya material och läkemedel, och ges förståelse för hur livsprocesser fungerar.
Ursprunget till kemin finns i alkemin som bland annat strävade efter att förvandla olika oädla metaller till guld. Ordet kemi kommer från arabiska kimia, alkemi.
Kemi betyder ungefär: Ett ämne om ämnen.
Innehåll |
Historia
Kemins rötter kan spåras till upptäckten av elden. Eld förändrade ett ämne till ett annat under avgivande av stora mängder värme, och var därigenom av stort intresse för mänskligheten. Eld ledde till upptäckten av järn och glas.
Många grekiska filosofer hade funderingar om materiens uppbyggnad.
Thales av Miletos cirka 625- cirka 547 fvt ansåg att allt hade en gemensam ursubstans. Anaximenes cirka 570- cirka 526 fvt menade att luft var alltings urämne. Omkring 500 år fvt ansåg den grekiske filosofen Anaxagoras ca 500-428 att materien var oändligt delbar. En silverkula skulle till exempel kunna delas ett oändligt antal gånger.
Leukippos, som levde på 400-talet fvt, ansåg ca 480 fvt däremot att universum var uppbyggt av två beståndsdelar, dels odelbara atomer och dels tomrum. Han menade att atomer var för små för att synas, att de hade olika geometriska former och var i ständig rörelse.
Empedokles cirka 490- cirka 434 fvt lanserade idén om att allt består av jord, luft, eld och vatten. Platon och Aristoteles stödde Empedokles uppfattning.
Efter att guld hade upptäckts och börjat betraktas som värdefullt började många söka efter ett sätt att omvandla andra ämnen till guld. Detta ledde till utvecklingen av alkemin, som trots sina misslyckanden ligger bakom många processer som ligger till grund för dagens kemi. Kemin som vi känner den idag skapades av Antoine Lavoisier 1783 med sin lag om massans bevarande. Upptäckten av olika grundämnen kulminerade i skapandet av det periodiska systemet av Dmitrij Mendelejev. Nobelpriset i kemi, som började delas ut 1901 och delas ut varje år, lyfter fram de senaste 100 årens utveckling inom kemin.
Atomer, grundämnen och kemiska föreningar
Grunden för all kemi är uppbyggnaden av ett ämne, det vill säga vilka beståndsdelar ämnet har. Atomerna i ett ämne är en användbar inkörsport. En atom består av en positivt laddad kärna med ett antal positiva protoner och oftast även ett antal neutrala partiklar, neutroner. Runt kärnan kretsar lika många negativt laddade partiklar, elektroner, som det finns protoner i kärnan. Kemi handlar inte om kvarkar och andra mindre partiklar, och inte heller atomkärnans uppbyggnad brukar ha någon större betydelse ur kemiskt perspektiv i jämförelse med den centrala roll som elektronerna har. Atomens beståndsdelar studeras däremot ingående i atomfysik, kärnfysik och partikelfysik.
Vanligen indelar man ämnen i grundämnen och kemiska föreningar.
Ett grundämne, exempelvis väte, syre eller kol, innehåller bara atomer med samma antal protoner i atomkärnan, vilket för med sig den kemiskt viktiga egenskapen att alla atomerna har samma antal elektroner. Det finns 117 upptäckta grundämnen, och de sorteras in i det periodiska systemet efter sitt atomnummer.
En kemisk förening, exempelvis vatten, polyvinylklorid eller koksalt, är uppbyggd av flera olika grundämnen. Den minsta enheten som uppvisar en kemisk förenings alla egenskaper brukar kallas formelenhet. Om föreningen inte består av joner, motsvaras formelenheten rent fysiskt av en molekyl. Vattenmolekylen betcknas H2O och består av två väteatomer och en syreatom.
Det finns även ämnen som är sammansatta av flera kemiska föreningar eller grundämnen, exempelvis luft, granit, trä och champagne. I kemisammanhang kallas de blandningar.
Kemiska reaktioner
Omvandlingar mellan olika ämnen beskrivs i kemi som kemiska reaktioner, där ett eller flera kemiska ämnen bildar ett eller flera nya ämnen. För att en kemisk reaktion ska ske krävs oftast energi i någon form, oftast i form av värme, men det finns även reaktioner som drivs av ljus och av elektrisk energi. De delar av kemin som fokuserar på energiförändringarna under kemiska reaktioner är termokemi, fotokemi och elektrokemi. Fotosyntesen, som är växternas sätt att ta upp energi från solljus, är en serie fotokemiska reaktioner. Fosforescens är också en fotokemisk process.
Kemiska reaktioner ger upphov till förändringar i ämnenas egenskaper, och kan orsaka ganska spektakulära kemiska fenomen, till exempel eld. Kemister strävar efter att förklara alla kända kemiska fenomen, upptäcka nya och hitta samband mellan dem. Ämnen som reagerar med syre sägs till exempel genomgå oxidation, och när syror och baser reagerar sker neutralisation. Kemiska ämnen kan också brytas ned och byggas upp i olika processer.
Kemins grenar
I grundskolan är kemi ett av NO-ämnena. Kemi på naturvetenskapliga och tekniska högskole- och universitetsfakulteter delas ofta in i fem huvudgrenar och flera mindre fält.
- Analytisk kemi handlar om analys av prover för att ge förståelse för deras kemiska sammansättning och struktur. Analytisk kemi utvecklar också experimentella metoder som kan användas inom alla delar av kemin, utom rent teoretisk kemi.
- Biokemi studerar kemin i levande organismer. Biokemi har nära kopplingar till organisk kemi, bland annat inom läkemedelskemi.
- Oorganisk kemi studerar egenskaper och reaktioner hos oorganiska ämnen (icke kolbaserade ämnen). Gränsdragningen mot organisk kemi är inte fast och det finns stor överlappning, framför allt inom organometallisk kemi.
- Organisk kemi är studiet av struktur, egenskaper, sammansättning och reaktioner hos kolföreningar.
- Fysikalisk kemi studerar de fysikaliska grundvalarna till kemiska system och processer. Energitillstånd och förändringshastigheter är områden som studeras av fysikaliska kemister, inom bland annat kemisk termodynamik, reaktionskinetik, statistisk mekanik och spektroskopi. Fysikalisk kemi är den mest matematiktunga delen av kemin, och använder framför allt matematisk analys för att förklara och härleda ekvationer.
Teoretisk kemi studerar kemi från en rent teoretisk utgångspunkt, oftast från matematik eller fysik. En viktig del är kvantkemi, som är tillämpningen av kvantmekanik på kemi. Sedan andra världskriget har datorutvecklingen möjliggjort utvecklingen av beräkningskemi, som använder datorprogram för att lösa kemiska problem.
Andra fält inom eller med anknytning till kemi är astrokemi, atmosfärskemi, elektrokemi, farmakologi, geokemi, grön kemi, kemiteknik, kärnkemi, läkemedelskemi, materialvetenskap, miljökemi, molekylär bioteknik, molekylärbiologi, nanoteknik, petrokemi, polymerkemi, stökiometri, supramolekylär kemi och ytkemi.
Kemins tillämpning
Olika tillämpningar av kemin har förbättrat livskvaliteten och livslängden för ett stort antal människor, men också skapat nya problem som till exempel miljöförstöring. Mat består av kemiska ämnen, många datorskärmar består av flytande kristaller som tillverkats av kemikalier i flera steg och människors tankar och känslor styrs av kemiska signalämnen i hjärnan.
Garvare kan betraktas som ett av världens äldsta yrken. Framställningen av metaller som brons och järn var historiskt viktig för att den gjorde det möjligt att tillverka olika redskap.
Dricksvattnet från vattenverk förhindrar att människor insjuknar och dör i sjukdomar som till exempel kolera. Reningsverk gör att många slipper simma och fiska i vatten som är förorenat av avloppsvatten. Förr i tiden, när dricksvattnet inte hade den kvalitet som det har i västvärlden idag jäste man öl och vin och använde som måltidsdryck.
Haber-Boschmetoden fixerar kväve från luften i industriell skala och används för att tillverka gödningsmedel till jordbruket och förser indirekt en stor del av jordens befolkning med livsmedel. Olika bekämpningsmedel skyddar också grödorna från angrepp av skadedjur och ogräs. Problemet med dessa kemikalier är dock att de när de läcker ut från jordbruket ofta har oönskade konsekvenser i form av övergödning av vatten och toxiska egenskaper när de kommer in i ekosystemen.
Polymerteknologin förser oss med till exempel papper, hygienprodukter, konstruktionsmaterial, textilier, lim, lack och målarfärg. Ett problem som uppstår är dock att eftersom många av dessa material inte finns naturligt så kan de vara svåra för naturen att bryta ned. Dessutom kan många additiv läcka ut i naturen och vara giftiga.
Läkemedelsindustrin framställer läkemedel som behandlar olika sjukdomar. Antibiotika används för att bota sjukdomar som tidigare var dödliga. Preventivmedel ger människor möjligheten att njuta av sex utan att oroa sig för en eventuell graviditet. Läkemedel som läcker ut i miljön kan dock ge oväntade konsekvenser, därför är det viktigt att alltid lämna in oanvända läkemedel till apoteket för destruktion.
Se även
|
|||||||
