Was ist Chemie?

Sie mögen an Chemie nur im Zusammenhang mit Labortests, Lebensmittelzusatzstoffen oder gefährlichen Substanzen denken, aber das Gebiet der Chemie umfasst alles um uns herum. 

"Alles, was Sie hören, sehen, riechen, schmecken und berühren, beinhaltet Chemie und Chemikalien (Materie)", so die American Chemical Society (ACS), eine gemeinnützige Wissenschaftsorganisation zur Förderung der Chemie, die vom US-Kongress gegründet wurde. "Und das Hören, Sehen, Schmecken und Berühren beinhaltet eine komplizierte Reihe chemischer Reaktionen und Wechselwirkungen in Ihrem Körper."

Selbst wenn Sie nicht als Chemiker arbeiten, machen Sie Chemie oder etwas, das Chemie beinhaltet, mit so ziemlich allem, was Sie tun. Im Alltag machen Sie Chemie, wenn Sie kochen, wenn Sie Reinigungsmittel verwenden, um Ihre Theke abzuwischen, wenn Sie Medikamente einnehmen oder wenn Sie konzentrierten Saft verdünnen, damit der Geschmack nicht so intensiv ist.

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Nach dem ACS ist Chemie das Studium von Materie, definiert als alles, was Masse hat und Raum einnimmt, und die Veränderungen, die Materie erfahren kann, wenn sie unterschiedlichen Umgebungen und Bedingungen ausgesetzt ist. Die Chemie versucht nicht nur die Eigenschaften der Materie zu verstehen, wie die Masse oder Zusammensetzung eines chemischen Elements, sondern auch, wie und warum die Materie bestimmte Veränderungen erfährt - ob etwas, das sich verändert hat, weil es sich mit einer anderen Substanz verbindet, gefroren ist, weil es zwei Wochen lang belassen wurde ein Gefrierschrank oder veränderte Farben, weil es zu viel Sonnenlicht ausgesetzt war.

Grundlagen der Chemie

Der Grund, warum die Chemie alles berührt, was wir tun, ist, dass fast alles, was existiert, in chemische Bausteine ​​zerlegt werden kann.

Die Hauptbausteine ​​in der Chemie sind chemische Elemente, die aus einem einzigen Atom bestehen. Jede Chemikalie ist einzigartig, besteht aus einer festgelegten Anzahl von Protonen, Neutronen und Elektronen und wird durch einen Namen und ein chemisches Symbol wie "C" für Kohlenstoff identifiziert. Die Elemente, die Wissenschaftler bisher entdeckt haben, sind im Periodensystem der Elemente aufgeführt und umfassen sowohl Elemente, die in der Natur vorkommen, wie Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, als auch solche, die vom Menschen hergestellt wurden, wie Lawrencium.

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Chemische Elemente können sich zu chemischen Verbindungen verbinden, bei denen es sich um Substanzen handelt, die aus mehreren Elementen bestehen, wie Kohlendioxid (das aus einem Kohlenstoffatom besteht, das mit zwei Sauerstoffatomen verbunden ist), oder um mehrere Atome eines einzelnen Elements, wie Sauerstoffgas (welches besteht aus zwei miteinander verbundenen Sauerstoffatomen). Diese chemischen Verbindungen können sich dann mit anderen Verbindungen oder Elementen verbinden, um unzählige andere Substanzen und Materialien zu bilden. 

Chemie ist eine physikalische Wissenschaft

Chemie wird typischerweise als physikalische Wissenschaft im Sinne der Encyclopedia Britannica angesehen, da das Studium der Chemie keine Lebewesen umfasst. Der größte Teil der Chemie in Forschung und Entwicklung, beispielsweise bei der Herstellung neuer Produkte und Materialien für Kunden, fällt in diesen Bereich.

Die Unterscheidung als physikalische Wissenschaft wird jedoch im Fall der Biochemie, die die Chemie der Lebewesen erforscht, nach Angaben der Biochemical Society etwas verschwommen. Die von Biochemikern untersuchten Chemikalien und chemischen Prozesse werden technisch nicht als "lebendig" angesehen, aber es ist wichtig, sie zu verstehen, um zu verstehen, wie das Leben funktioniert.

Die fünf Hauptzweige der Chemie

Laut dem von LibreText veröffentlichten Online-Lehrbuch für Chemie wird die Chemie traditionell in fünf Hauptzweige unterteilt. Es gibt auch spezialisiertere Bereiche wie Lebensmittelchemie, Umweltchemie und Kernchemie, aber dieser Abschnitt konzentriert sich auf die fünf Hauptunterdisziplinen der Chemie.

Analytische Chemie umfasst die Analyse von Chemikalien und umfasst qualitative Methoden wie das Betrachten von Farbänderungen sowie quantitative Methoden wie das Untersuchen der genauen Wellenlänge (n) von Licht, die eine Chemikalie absorbiert, um zu dieser Farbänderung zu führen. 

Diese Methoden ermöglichen es Wissenschaftlern, viele verschiedene Eigenschaften von Chemikalien zu charakterisieren, und können der Gesellschaft auf verschiedene Weise zugute kommen. Beispielsweise hilft die analytische Chemie Lebensmittelunternehmen dabei, schmackhaftere Tiefkühlgerichte zuzubereiten, indem sie erkennt, wie sich Chemikalien in Lebensmitteln ändern, wenn sie im Laufe der Zeit gefroren werden. Die analytische Chemie wird auch verwendet, um die Gesundheit der Umwelt zu überwachen, indem beispielsweise Chemikalien in Wasser oder Boden gemessen werden.

Biochemie, Wie oben erwähnt, werden chemische Techniken verwendet, um zu verstehen, wie biologische Systeme auf chemischer Ebene funktionieren. Dank der Biochemie konnten Forscher das menschliche Genom kartieren, verstehen, was verschiedene Proteine ​​im Körper tun, und Heilmittel für viele Krankheiten entwickeln.

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Anorganische Chemie untersucht die chemischen Verbindungen in anorganischen oder nicht lebenden Dingen wie Mineralien und Metallen. Traditionell berücksichtigt die anorganische Chemie Verbindungen, die dies tun nicht enthalten Kohlenstoff (der von der organischen Chemie abgedeckt wird), aber diese Definition ist laut ACS nicht vollständig korrekt. 

Einige in der anorganischen Chemie untersuchte Verbindungen, wie "metallorganische Verbindungen", enthalten Metalle, bei denen es sich um Metalle handelt, die an Kohlenstoff gebunden sind - das Hauptelement, das in der organischen Chemie untersucht wird. Als solche werden Verbindungen wie diese als Teil beider Bereiche angesehen. 

Anorganische Chemie wird verwendet, um eine Vielzahl von Produkten herzustellen, einschließlich Farben, Düngemitteln und Sonnenschutzmitteln. 

Organische Chemie befasst sich mit chemischen Verbindungen, die Kohlenstoff enthalten, ein Element, das als lebenswichtig angesehen wird. Organische Chemiker untersuchen die Zusammensetzung, Struktur, Eigenschaften und Reaktionen solcher Verbindungen, die neben Kohlenstoff auch andere Nicht-Kohlenstoff-Elemente wie Wasserstoff, Schwefel und Silizium enthalten. Die organische Chemie wird in vielen vom ACS beschriebenen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise in der Biotechnologie, der Erdölindustrie, Pharmazeutika und Kunststoffen.

Physikalische Chemie verwendet Konzepte aus der Physik, um zu verstehen, wie Chemie funktioniert. Zum Beispiel, um herauszufinden, wie sich Atome bewegen und miteinander interagieren oder warum einige Flüssigkeiten, einschließlich Wasser, bei hohen Temperaturen in Dampf umgewandelt werden. Physikalische Chemiker versuchen, diese Phänomene in sehr kleinem Maßstab - auf der Ebene von Atomen und Molekülen - zu verstehen, um Schlussfolgerungen darüber zu ziehen, wie chemische Reaktionen funktionieren und was bestimmten Materialien ihre eigenen einzigartigen Eigenschaften verleiht.

Diese Art der Forschung hilft, andere Bereiche der Chemie zu informieren, und ist laut ACS für die Produktentwicklung wichtig. Beispielsweise können physikalische Chemiker untersuchen, wie bestimmte Materialien wie Kunststoff mit Chemikalien reagieren können, mit denen das Material in Kontakt kommen soll. 

Was machen Chemiker??

Chemiker arbeiten in einer Vielzahl von Bereichen, darunter Forschung und Entwicklung, Qualitätskontrolle, Herstellung, Umweltschutz, Beratung und Recht. Sie können laut ACS an Universitäten, für die Regierung oder in der Privatwirtschaft arbeiten.

Hier einige Beispiele dafür, was Chemiker tun:

Forschung und Entwicklung

Im akademischen Bereich zielen Chemiker, die Forschung betreiben, darauf ab, das Wissen über ein bestimmtes Thema zu erweitern, und haben möglicherweise nicht unbedingt eine bestimmte Anwendung im Auge. Ihre Ergebnisse können jedoch weiterhin auf relevante Produkte und Anwendungen angewendet werden.

In der Industrie nutzen Chemiker in Forschung und Entwicklung wissenschaftliche Erkenntnisse, um ein bestimmtes Produkt oder einen bestimmten Prozess zu entwickeln oder zu verbessern. Zum Beispiel verbessern Lebensmittelchemiker die Qualität, Sicherheit, Lagerung und den Geschmack von Lebensmitteln. Pharmazeutische Chemiker entwickeln und analysieren die Qualität von Arzneimitteln und anderen medizinischen Formulierungen. und Agrarchemiker entwickeln Düngemittel, Insektizide und Herbizide, die für die großflächige Pflanzenproduktion notwendig sind.

Manchmal geht es bei Forschung und Entwicklung möglicherweise nicht darum, das Produkt selbst zu verbessern, sondern um den Herstellungsprozess, der bei der Herstellung dieses Produkts erforderlich ist. Chemieingenieure und Verfahrenstechniker entwickeln neue Wege, um die Herstellung ihrer Produkte einfacher und kostengünstiger zu gestalten, z. B. die Geschwindigkeit und / oder den Ertrag eines Produkts für ein bestimmtes Budget zu erhöhen.

Umweltschutz

Umweltchemiker untersuchen, wie Chemikalien mit der natürlichen Umwelt interagieren, und charakterisieren die Chemikalien und chemischen Reaktionen, die in natürlichen Prozessen in Boden, Wasser und Luft vorhanden sind. Beispielsweise können Wissenschaftler Boden, Wasser oder Luft an einem interessierenden Ort sammeln und in einem Labor analysieren, um festzustellen, ob menschliche Aktivitäten die Umwelt kontaminiert haben oder kontaminieren oder auf andere Weise beeinflussen werden. Einige Umweltchemiker können laut dem US-amerikanischen Amt für Arbeitsstatistik auch dazu beitragen, Verunreinigungen aus dem Boden zu entfernen oder zu entfernen.

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Wissenschaftler mit einem Hintergrund in Umweltchemie können auch als Berater für verschiedene Organisationen wie Chemieunternehmen oder Beratungsunternehmen tätig sein und Anleitungen geben, wie Praktiken und Verfahren gemäß den Umweltvorschriften durchgeführt werden können.

Recht

Chemiker können ihren akademischen Hintergrund nutzen, um Ratschläge zu wissenschaftlichen Fragen zu erteilen oder sich für diese einzusetzen. Zum Beispiel können Chemiker im Bereich des geistigen Eigentums arbeiten, wo sie ihren wissenschaftlichen Hintergrund auf Urheberrechtsfragen in den Wissenschaften anwenden können, oder im Umweltrecht, wo sie spezielle Interessengruppen vertreten und die Genehmigung von Regulierungsbehörden beantragen können, bevor bestimmte Aktivitäten stattfinden.

Chemiker können auch Analysen durchführen, die die Strafverfolgung unterstützen. Forensische Chemiker erfassen und analysieren die an einem Tatort zurückgelassenen physischen Beweise, um die Identität der beteiligten Personen festzustellen und andere wichtige Fragen zu beantworten, wie und warum das Verbrechen begangen wurde. Forensische Chemiker verwenden eine Vielzahl von Analysemethoden wie Chromatographie und Spektrometrie, mit deren Hilfe Chemikalien identifiziert und quantifiziert werden können.

Zusätzliche Ressourcen: 

• Auf der Website der American Chemical Society finden Sie genauere Antworten auf alle Ihre Fragen zur Chemie. 
• Sehen Sie sich dieses hilfreiche Video zur Einführung in die Chemie der Khan Academy an. 
• Interessiert daran, Chemiker zu werden? Entdecken Sie Karrieremöglichkeiten für Chemiker auf der Website der American Chemical Society.