Wat is chemie?

Je denkt misschien alleen aan chemie in de context van laboratoriumtests, voedseladditieven of gevaarlijke stoffen, maar het vakgebied chemie omvat alles om ons heen. 

"Alles wat je hoort, ziet, ruikt, proeft en aanraakt, heeft te maken met chemie en chemicaliën (materie)", aldus de American Chemical Society (ACS), een non-profit wetenschappelijke organisatie voor de vooruitgang van de chemie, gecharterd door het Amerikaanse Congres. "En horen, zien, proeven en aanraken omvat allemaal ingewikkelde reeksen chemische reacties en interacties in je lichaam."

Dus zelfs als je niet als chemicus werkt, doe je scheikunde, of iets dat met scheikunde te maken heeft, met vrijwel alles wat je doet. In het dagelijks leven doe je aan scheikunde als je kookt, als je schoonmaakmiddelen gebruikt om je aanrecht af te vegen, als je medicijnen gebruikt of als je geconcentreerd sap verdunt zodat de smaak niet zo intens is.

Verwant: Whoa! Enorme 'suikerspin'-explosie in het chemielab voor kinderen

Volgens de ACS is chemie de studie van materie, gedefinieerd als alles dat massa heeft en ruimte inneemt, en de veranderingen die materie kan ondergaan wanneer het onderhevig is aan verschillende omgevingen en omstandigheden. Chemie probeert niet alleen de eigenschappen van materie te begrijpen, zoals de massa of samenstelling van een chemisch element, maar ook hoe en waarom materie bepaalde veranderingen ondergaat - of iets getransformeerd is omdat het zich combineerde met een andere substantie, bevroor omdat het twee weken in een vriezer, of veranderde van kleur omdat het aan te veel zonlicht werd blootgesteld.

Chemie basics

De reden waarom chemie alles raakt wat we doen, is omdat bijna alles wat bestaat, kan worden opgesplitst in chemische bouwstenen.

De belangrijkste bouwstenen in de chemie zijn chemische elementen, dit zijn stoffen die uit een enkel atoom zijn gemaakt. Elke chemische stof is uniek, samengesteld uit een vast aantal protonen, neutronen en elektronen, en wordt aangeduid met een naam en een chemisch symbool, zoals "C" voor koolstof. De elementen die wetenschappers tot nu toe hebben ontdekt, staan ​​vermeld in het periodiek systeem der elementen en omvatten zowel elementen die in de natuur voorkomen, zoals koolstof, waterstof en zuurstof, als elementen die door de mens zijn gemaakt, zoals Lawrencium.

Verwant: Hoe worden elementen gegroepeerd in het periodiek systeem??

Chemische elementen kunnen aan elkaar binden om chemische verbindingen te vormen, dit zijn stoffen die uit meerdere elementen bestaan, zoals koolstofdioxide (dat is gemaakt van één koolstofatoom dat is verbonden met twee zuurstofatomen), of meerdere atomen van een enkel element, zoals zuurstofgas is gemaakt van twee zuurstofatomen die met elkaar zijn verbonden). Deze chemische verbindingen kunnen zich vervolgens binden met andere verbindingen of elementen om talloze andere stoffen en materialen te vormen. 

Chemie is een natuurwetenschap

Chemie wordt doorgaans beschouwd als een fysische wetenschap, zoals gedefinieerd door de Encyclopedia Britannica, omdat de studie van chemie geen betrekking heeft op levende wezens. De meeste chemie die betrokken is bij onderzoek en ontwikkeling, zoals het maken van nieuwe producten en materialen voor klanten, valt binnen deze bevoegdheid.

Maar het onderscheid als fysische wetenschap wordt een beetje wazig in het geval van biochemie, die de chemie van levende wezens onderzoekt, volgens de Biochemical Society. De chemicaliën en chemische processen die door biochemici worden bestudeerd, worden technisch niet als 'levend' beschouwd, maar het begrijpen ervan is belangrijk om te begrijpen hoe het leven werkt..

De vijf belangrijkste takken van chemie

Traditioneel wordt chemie opgedeeld in vijf hoofdtakken, volgens het online chemiehandboek gepubliceerd door LibreText. Er zijn ook meer gespecialiseerde gebieden, zoals voedselchemie, milieuchemie en nucleaire chemie, maar deze sectie richt zich op de vijf belangrijkste subdisciplines van de chemie.

Analytische scheikunde omvat de analyse van chemicaliën, en omvat kwalitatieve methoden zoals kijken naar kleurveranderingen, evenals kwantitatieve methoden zoals het onderzoeken van de exacte golflengte (n) van licht die een chemische stof heeft geabsorbeerd om die kleurverandering tot gevolg te hebben. 

Deze methoden stellen wetenschappers in staat om veel verschillende eigenschappen van chemicaliën te karakteriseren, en kunnen de samenleving op een aantal manieren ten goede komen. Zo helpt analytische chemie voedingsbedrijven om lekkerere diepvriesmaaltijden te maken door te detecteren hoe chemicaliën in voedsel veranderen wanneer ze na verloop van tijd worden ingevroren. Analytische chemie wordt ook gebruikt om de gezondheid van het milieu te monitoren door bijvoorbeeld chemicaliën in water of bodem te meten.

Biochemie, zoals hierboven vermeld, gebruikt scheikundige technieken om te begrijpen hoe biologische systemen op chemisch niveau werken. Dankzij biochemie zijn onderzoekers in staat geweest om het menselijk genoom in kaart te brengen, te begrijpen wat verschillende eiwitten in het lichaam doen en geneeswijzen voor vele ziekten te ontwikkelen.

Verwant: Het menselijk genoom ontrafelen: 6 moleculaire mijlpalen

Anorganische scheikunde bestudeert de chemische verbindingen in anorganische of niet-levende wezens zoals mineralen en metalen. Traditioneel beschouwt anorganische chemie verbindingen die dat wel doen niet bevatten koolstof (die onder de organische chemie vallen), maar deze definitie is volgens de ACS niet helemaal juist. 

Sommige verbindingen die in de anorganische chemie zijn bestudeerd, zoals "organometaalverbindingen", bevatten metalen, dit zijn metalen die aan koolstof zijn gehecht - het belangrijkste element dat in de organische chemie wordt bestudeerd. Als zodanig worden verbindingen zoals deze beschouwd als onderdeel van beide velden. 

Anorganische chemie wordt gebruikt om een ​​verscheidenheid aan producten te maken, waaronder verven, meststoffen en zonnebrandmiddelen. 

Organische chemie behandelt chemische verbindingen die koolstof bevatten, een element dat als essentieel wordt beschouwd voor het leven. Organische chemici bestuderen de samenstelling, structuur, eigenschappen en reacties van dergelijke verbindingen, die samen met koolstof andere niet-koolstofelementen bevatten, zoals waterstof, zwavel en silicium. Organische chemie wordt in veel toepassingen gebruikt, zoals beschreven door de ACS, zoals biotechnologie, de petroleumindustrie, farmaceutica en kunststoffen.

Fysische chemie gebruikt concepten uit de natuurkunde om te begrijpen hoe scheikunde werkt. Bijvoorbeeld uitzoeken hoe atomen bewegen en met elkaar omgaan, of waarom sommige vloeistoffen, waaronder water, bij hoge temperaturen in damp veranderen. Fysisch chemici proberen deze verschijnselen op zeer kleine schaal te begrijpen - op het niveau van atomen en moleculen - om conclusies te trekken over hoe chemische reacties werken en wat specifieke materialen hun eigen unieke eigenschappen geeft..

Dit type onderzoek helpt andere takken van de chemie te informeren en is volgens de ACS belangrijk voor productontwikkeling. Fysisch chemici kunnen bijvoorbeeld bestuderen hoe bepaalde materialen, zoals plastic, kunnen reageren met chemicaliën waarmee het materiaal in contact komt.. 

Wat doen chemici?

Chemici werken op verschillende gebieden, waaronder onderzoek en ontwikkeling, kwaliteitscontrole, fabricage, milieubescherming, advies en wetgeving. Ze kunnen volgens de ACS aan de slag bij universiteiten, bij de overheid of in het bedrijfsleven.

Hier zijn enkele voorbeelden van wat chemici doen:

Onderzoek en ontwikkeling

In de academische wereld streven scheikundigen die onderzoek uitvoeren naar meer kennis over een bepaald onderwerp en hebben ze niet noodzakelijk een specifieke toepassing in gedachten. Hun resultaten kunnen echter nog steeds worden toegepast op relevante producten en toepassingen.

In de industrie gebruiken chemici in onderzoek en ontwikkeling wetenschappelijke kennis om een ​​specifiek product of proces te ontwikkelen of te verbeteren. Levensmiddelenchemici verbeteren bijvoorbeeld de kwaliteit, veiligheid, opslag en smaak van voedsel; farmaceutische chemici ontwikkelen en analyseren de kwaliteit van geneesmiddelen en andere medische formuleringen; en landbouwchemici ontwikkelen meststoffen, insecticiden en herbiciden die nodig zijn voor grootschalige gewasproductie.

Soms houdt onderzoek en ontwikkeling niet in dat het product zelf wordt verbeterd, maar eerder het productieproces dat nodig is om dat product te maken. Chemische ingenieurs en procesingenieurs bedenken nieuwe manieren om de fabricage van hun producten eenvoudiger en kosteneffectiever te maken, zoals het verhogen van de snelheid en / of opbrengst van een product voor een bepaald budget.

Milieubescherming

Milieuchemici bestuderen hoe chemicaliën interageren met de natuurlijke omgeving en karakteriseren de chemicaliën en chemische reacties die aanwezig zijn in natuurlijke processen in de bodem, het water en de lucht. Wetenschappers kunnen bijvoorbeeld bodem, water of lucht van een interessante plaats verzamelen en deze in een laboratorium analyseren om te bepalen of menselijke activiteiten het milieu hebben besmet of zullen verontreinigen of op andere manieren zullen beïnvloeden. Sommige milieuchemici kunnen volgens het Amerikaanse Bureau of Labor Statistics ook helpen bij het saneren of verwijderen van verontreinigingen uit de bodem.

Verwant: Waarom kunstmest gevaarlijk is (infografiek)

Wetenschappers met een achtergrond in milieuchemie kunnen ook als adviseur werken voor verschillende organisaties, zoals chemische bedrijven of adviesbureaus, om advies te geven over hoe praktijken en procedures kunnen worden uitgevoerd in overeenstemming met milieuregels.

Wet

Chemici kunnen hun academische achtergrond gebruiken om advies te geven over of te pleiten voor wetenschappelijke kwesties. Chemici kunnen bijvoorbeeld werken in intellectueel eigendom, waar ze hun wetenschappelijke achtergrond kunnen toepassen op auteursrechtkwesties in de wetenschappen, of in milieuwetgeving, waar ze speciale belangengroepen kunnen vertegenwoordigen en goedkeuring kunnen aanvragen bij regelgevende instanties voordat bepaalde activiteiten plaatsvinden..

Chemici kunnen ook analyses uitvoeren die de rechtshandhaving helpen. Forensisch chemici vangen en analyseren het fysieke bewijs dat is achtergelaten op een plaats delict om de identiteit van de betrokken mensen te helpen bepalen, en om andere essentiële vragen te beantwoorden over hoe en waarom het misdrijf werd gepleegd. Forensisch chemici gebruiken een breed scala aan analysemethoden, zoals chromatografie en spectrometrie, die helpen bij het identificeren en kwantificeren van chemicaliën.

Aanvullende bronnen: 

• Vind meer specifieke antwoorden op al uw vragen over chemie op de website van de American Chemical Society. 
• Bekijk deze handige Inleiding tot Chemie-video van de Khan Academy. 
• Interesse om chemicus te worden? Ontdek carrièremogelijkheden voor chemici op de website van de American Chemical Society.