Kimyasal dünya haritası
"Fizik Haritası" ve "Matematik Haritası" nı takiben, Dominic Walliman bir "Kimya Haritası" daha yaptı. Harita dizisi tüm konuları kapsamlı bir şekilde kapsamamasına ve en basit tanımlamayla sınırlı olmasına rağmen, amacı okuyuculara her disiplinin ana dallarını kabaca anlamaktır. Bu makalenin açıklaması da bu resimde yer alan içeriğe kilitlenecektir.
Kimya haritası. (Resim kaynağı: Dominic Walliman, yazarın izniyle kullanılmıştır)
Evrenin başlangıcında sıcaklık, nötr atomlar (hatta çekirdek) üretemeyecek kadar yüksekti çünkü çarpışmalarda anında ezileceklerdi. Ancak zaman geçtikçe, evren gittikçe daha fazla genişler ve sıcaklık, kararlı bir çekirdek üretmek için yavaş yavaş soğutulur, ~% 75 hidrojen, ~% 25 helyum ve% 0,0000001, başka hiçbir şey haricinde alacaksınız. Elementler. Daha sonra yıldızlar doğmaya başladığında her şey değişti.
Evrenin doğumundan yaklaşık 13,8 milyar yıl sonra, mavi bir gezegende, ileri bilgeliğe sahip bir grup medeniyet yıldızların neden parladığının sırrını öğrendi. Yıldızın çekirdeğinde, hidrojen ve helyumun sürekli füzyonu, sabit bir enerji akışı sağlar. Bu enerji kaynaklarının tükeneceği bir gün olacak ve yıldız sonunda parlak bir patlamayla ömrünü sonlandıracak. Yıldız doğum-ölüm-doğum ... Bu döngüsel süreçte, bugün bildiğimiz tüm unsurlar üretilir. Bu kimyanın kaynağıdır.
Bu elementler, çeşitli farklı molekül formları oluşturmak için bir araya gelecekler, bu moleküller beklenmedik bir şekilde çeşitli karmaşık şekillerde birleştirilecek. Ve kimya, bu maddelerin doğasını, bileşimini, yapısını, değişim yasasını ve etkileşimini inceleyen temel bir doğa bilimidir. Basit atomlardan karmaşık biyolojik moleküllere kadar hepsi kimyanın konularıdır.
Menşei
Kimyagerlerden bahsettiğimizde aklımızdan geçen görüntüler hep laboratuvarda rengarenk garip sıvılarla çalışan beyaz önlüklü bir grup insandı. Ama aslında, her birimiz bir kimyageriz. İnsanoğlunun kimyaya çok erken yaşta büyük bir ilgisi vardır. Nereden Yangının kimyasal reaksiyonu Başından beri, insanlar bunu diğer kimyasal teknolojileri geliştirmek için kullanıyorlar. bir şeyler pişir , Metal imalatı ile bardak ve daha fazlası. Bundan sonra, medeniyetin gelişimi aslında kimyanın ilerlemesine dayanmaktadır, örneğin metal işleme , Gübre üretimi , Yeni malzemeler yapın ile ilaç Bekle.
Kimya hayatın bir parçası, ne yazık ki çoğu insan bunun farkında değil. Bu haritanın amacı herkesi kimyayı ve hayattaki her şeyle nasıl yakından ilişkili olduğunu anlamaya yönlendirmektir. Kimya alanına girmeden önce, bazı temel kimyasal kurallara hakim olmamız gerekiyor.
Kimyasal Kurallar
Madde
Atom ve elementlerin periyodik tablosu.
Kimya, konuyu inceleyen bir konu olduğu için, önce maddeyi neyin oluşturduğunu bilmeliyiz. Hayatımızda temas ettiğimiz her şey atom Oluşturulmuş. Son 100 yılda bilim adamları yavaş yavaş atomun gerçek yüzünü keşfettiler. Bir atomun çekirdeği, protonlar ve nötronlardan oluşan (daha küçük kuarklardan oluşan) ve elektronlar çekirdeğin etrafında dönen çekirdektir. Kimyasal reaksiyonlar için elektronların sayısı ve davranışı önemlidir. Periyodik tablo Yukarıdaki her bir kimyasal element farklı bir atomu temsil eder ve aynı kolondaki elementler benzer kimyasal özelliklere sahiptir.
Bileşik
Su, karbondioksit vb. Bileşiklerdir.
Farklı atomlar, farklı oluşturmak için sabit bir kütle oranıyla birleşecek moleküler Örneğin, bir karbon atomu, karbondioksit oluşturmak için iki oksijen atomuyla birleşir. Farklı molekül türlerine bileşikler denir.
Bileşiklerin özellikleri, yanıcı oksijen ve yanıcı hidrojenden oluşan su gibi, yanmayan ve yanmayı desteklemeyen genellikle onları oluşturan elementlerden çok farklıdır. Bileşikler yalnızca tek moleküllerden oluşmaz, birçok katı (metaller veya tuzlar gibi) Kristaller Yapı, adı verilen tekrarlanan atomlardan oluşur. Birim kafes . Birçok farklı madde bir araya gelirse oluşur karışım Etrafınızdaki hava veya bir pasta gibi.
anahtar
Delta bağı, kovalent bağları, iyonik bağları, hidrojen bağlarını ve van der Waals bağlarını içerir.
Ama soru şu ki, atomlar nasıl birbirine uyuyor? Bu bilmek gerektirir anahtar kavramı. Atomlar farklı şekillerde birbirine bağlanır Bağlanma enerjisini azaltmak için elektronları çalar veya paylaşırlar veya onları farklı yapılara yeniden düzenlerler. Bilimde genel bir kural, her şeyin her zaman enerjisini en aza indirmeye çalışması ve bağların atomların bunu başarmasının bir yoludur.
Enerji
Odun ile oksijen arasındaki reaksiyon da enerjiyi açıklamanın bir örneğidir. Sağda katalizörün rolü var.
anlayış enerji Kimyasalların nasıl yayılacağı, bir reaksiyonun olup olmayacağını anlamanın anahtarıdır. Örneğin kırmızı fosfor yanar, kırmızı fosfor bazen havada yanar.Kırmızı fosfor ile oksijenin enerji açığa çıkması reaksiyonudur Gördüğümüz alev (orman yangını) enerjinin tezahürüdür. Enerjinin önemini gösteren başka bir örnek daha var. katalizör , İki bileşik reaksiyonu hızlandırabilir. Örneğin, hidrojen peroksit genel olarak yavaş yavaş su ve oksijene ayrışacaktır, ancak bozunma hızı son derece yavaştır, potasyum iyodür (katalizör) eklenirse, reaksiyon hızı hızlanacaktır.
Evre
Katı faz, sıvı faz ve gaz fazı.
Enerji ayrıca bileşiğin şeklini de belirler, örneğin Katı hal , Sıvı veya Gazlı . Görünüşleri, maruz kaldıkları sıcaklık ve basınca bağlıdır. Bu üç durumu ve sıcaklık ve basıncın önemini göstermek için suyu örnek alıyoruz. Hayatta suyun 0 derecede yoğunlaşıp 100 derecede kaynadığında su buharına dönüştüğünü göreceğiz. Buz, su ve su buharı, sırasıyla suyun katı, sıvı ve gaz fazlarıdır. Yaylada hava basıncı normalden düşüktür ve su 70 derecenin üzerinde kaynayabilir.Bu, suyun buhara faz geçiş sıcaklığını değiştiren basınçtır.
Bir başka çok ilginç madde biçimine plazma . Bu durumda, gazdaki atomlar normalden daha fazla veya daha az elektrona sahiptir ve anyon veya katyon oluşturur. Hayatta yaygın olan neon ışıkların ışığı, iç plazmadan gelir.
Kimyasal reaksiyon
Sentez, ayrışma ve yer değiştirme reaksiyonları gibi birçok reaksiyon türü vardır. Termodinamik, reaksiyonun meydana gelip gelmeyeceğini belirler ve kinetik, reaksiyonun hızını belirler.
Kimya reaksiyon Kimyanın özü budur: hangi bileşikler birbirleriyle reaksiyona girecekler, neden reaksiyona girecekler ve reaksiyondan sonra ne kalacak. Farklı şekillerde sınıflandırılabilecek birçok farklı yanıt verme yöntemi vardır. Tüm bu reaksiyonlar bir dizi temel kurala (yani kimya yasalarına) tabidir. En temel kural Kütle ve enerjinin korunumu , Yani kimyasal bir reaksiyonda hiçbir madde veya enerji üretilemez veya yok edilemez, sadece farklı formlara dönüşürler.
dinamikler İncelenen şey, reaksiyonun ne kadar hızlı gerçekleştiği ve reaksiyon hızını belirlediğidir. Bir reaksiyonda, elektronların bir reaktanttan diğerine geçiş sürecine denir Redoks reaksiyonları . Oksidasyon, bir elektron kaybetmek anlamına gelir ve indirgeme, bir elektron kazanmak anlamına gelir ve bunların birlikte olması gerekir.
Maddenin bir diğer önemli özelliği PH değeri , Asitlik derecesini temsil eder (pH = 0 olan hidroklorik asit, pH = 7 olan saf su, pH = 14 olan sodyum hidroksit gibi). Bunları düşünmenin bir yolu, kimyasal bir reaksiyonda asidik maddelerin bir hidrojen iyonu bırakması, alkali maddelerin ise bir hidrojen iyonunu kabul etmesidir.
Aynı şartlar altında hem ileri hem de geri yönde ilerleyebilen kimyasal reaksiyona Tersinir reaksiyon . Kapalı bir sistemde bu, iki maddenin ileri geri değişebileceği anlamına gelir. İleri reaksiyonun hızı ve ters reaksiyonun hızı dengeye ulaştığında, tersine çevrilebilir reaksiyon kimyasal bir dengeye ulaşacaktır.
Yukarıda belirtilenler kimyanın temelidir. Kimyasal araştırma bu kuralları farklı kimyasal sistemlere uygular. Sonra farklı kimya alanlarına gireceğiz. (Bu alanların kendi geniş alt disiplinleri ve uygulamalı kimya alanları vardır.)
Kimyasal Alan
Teorik Kimya
Teorik kimya, atomların ve moleküllerin yapısını açıklamaya ve nasıl etkileştiklerini açıklamak için matematiksel yöntemler kullanmaya odaklanır. Takip eder Teorik fizik ile Kuantum Kimyası Yakın bağları var ve sık sık Hesaplamalı Kimya Atomları, molekülleri ve reaksiyonları simüle etmek. Bununla birlikte, tek bir hidrojen atomundan daha karmaşık olan bir sistemin kuantum davranışını simüle etmek çok zordur. Bu nedenle, bilgisayar bilimindeki en gelişmiş tekniklerin çoğu, molekülleri ve bunların nasıl etkileştiklerini simüle etmek için kullanılır. Aslında bu, gelecekte kuantum bilgisayarların en çok beklenen uygulamalarından biridir, çünkü kuantum bilgisayarlar kimyasal sistemleri doğrudan simüle edebilir ve yeni malzemeleri ve ilaçları vb. Keşfetmeye yardımcı olabilir.
Fiziksel kimya
Fiziksel kimya, kimyasal sistemleri fizik perspektifinden inceler. enerji , güç , zaman , hareket , Termodinamik , Kuantum özellikleri Ve bunun gibi, modern kimya prensiplerinin temeli olduğu söylenebilir. Elektronik özelliklerin incelenmesi gibi birçok fiziksel kimya alt alanı vardır. Elektrokimya Bu, daha iyi pil veya malzeme bilimi araştırmak için önemlidir. malzeme Bilimi Nihai güç, dayanıklılık veya kendi kendine onarım gibi yeni özelliklere sahip malzemeler geliştirmeye çalışın. Aynı zamanda, yeni malzemelerin geliştirilmesi de nükleer füzyon reaktörlerinin üretimine katkıda bulunmaktadır.
analitik Kimya
Analitik kimya, dedektiflik çalışması gibidir.Bir madde elde ettiğinizde, maddenin bileşimini belirlemek ve maddedeki her bir bileşenin içeriğini belirlemek için kalitatif ve kantitatif analiz kullanmanız gerekir. Kimyagerler, farklı malzemelerin farklı özelliklerini keşfetmek ve ölçmek için farklı yöntemler geliştirdiler. Geleneksel yöntem şunları içerir: Islak kimyasal yöntem Örneğin farklı sıcaklıklara göre, Damıtma Farklı bileşikler ayrılacaktır. Gibi birçok modern teknik de vardır. Kromatografi , Farklı bileşikler çözeltiden farklı hızlarda geçer ve bu nedenle ayrıdır. Veya birçok farklı tür Spektroskopi , Materyal ışık ışınlayarak tespit edilebilir; veya Kütle spektrometrisi , Malzeme elektrik veya manyetik alandan geçtiğinde farklı kalitesinden dolayı ayrılacaktır.
inorganik kimya
İncelenen inorganik bileşiklerin çoğu İnsan yapımı Evet, ana motivasyonu kimya endüstrisi ve diğer alanlarda kullanılabilecek yeni özelliklere sahip kimyasal ürünler bulmaktan geliyor. Aslında kimyagerlerin bu alandaki çabalarının çoğu hayatta uygulanmaktadır. ilaç , tarım ,özel sıvı (Deterjan veya emülgatör), özel kaplama , pigment , boya Ve benzeri endüstriyel uygulamalarda kullanılır. Kimyasal üretimde katalizörler, diğer kimyasal reaksiyonları hızlandırdıkları için çok önemlidir.
Organik Kimya
Organik kimyada ana araştırma Yaşam molekülü Bu moleküllerin yapısı ve davranışı genellikle bir dizi farklı atomdan oluşur. karbon , hidrojen , oksijen ile azot Bekle. Organik kimyagerler ayrıca bazı yararlı organik bileşikler yaparlar. Organik moleküllerin tümü karbon içerir, Karbon hidrojen bağı Aynı zamanda organik kimyadaki en yaygın yapıdır. Organik kimyanın endüstride birçok uygulaması vardır: gübre , Böcek ilacı , Yağlayıcı , polimer ile plastik Bekle. Günlük hayatımızda kullanacağız parfüm , baharat ile koruyucu Ve ilaç endüstrisinde ilaç .
Organometalik Kimya
Organometalik bileşik: ferrosen.
Organik kimya ile inorganik kimya arasında mutlak bir fark yoktur. Aralarında birçok kesişim noktası vardır. Organometalik Kimya İkisi arasında geçen bir dal. Bağlı metal ve karbon atomları içeren organometalik kimya çalışması Organometalik bileşik Kimyasal reaksiyonu, sentezi ve diğer sorunları. Organometalik bileşikler aslında stokiyometrik reaksiyonlarda ve katalitik işlemlerde kullanılır.
Biyokimya
Bu alan, yüksek lisans öğrencileri konusunda kimyasal işlemlerin konusudur. Biyokimyasal araştırmanın bileşenleri, su veya mineraller gibi inorganik olabileceği gibi, aynı zamanda en büyük ve en karmaşık moleküller de olabilir. protein , şişman ile DNA .
Alanın diğer tarafında moleküler Biyoloji Yakın bir bağlantı var, hücrelerdeki kimyasal işlemlerden hayatın nasıl ortaya çıktığının ayrıntılarını araştırıyor. Biyokimyada, adı verilen dört ana molekül kategorisi vardır. Biyomoleküller :
-
Karbonhidratlar Enerjiyi yapılandırmak ve depolamak için kullanılır;
-
Lipidler Güzellik, gıda işleme ve nanoteknolojide kullanılan yağ asitlerinin ve alkollerin dehidrasyon yoğunlaşmasıyla oluşan ester ve türevlerinin genel adıdır;
-
protein Amino asitlerden oluşan büyük bir biyomoleküldür ve vücutta birçok farklı işlevi vardır;
-
Hem de Nükleik asit , Genetik bilgiyi iletmek için kullanılır.
Biyokimyasal araştırma ilaç Çok büyük bir etkiye sahiptir, bulaşıcı ve genetik hastalıkları anlamaya yardımcı olur, organ ve doku nakli tekniklerini geliştirir, vücudumuzun durumunu kontrol etmek için klinik tanı kullanır ve beslenmeyi anlamamıza yardımcı olur: vücudumuzdaki vitamin ve minerallerin işlevlerini incelemek. Aynı zamanda biyokimya tarım Toprak, gübre ve haşere kontrolünü incelemek de çok önemlidir. Ve diğer birçok uygulama.
Kimyasal dünya bununla ilgili:
Kimya eğitimi almanın en etkileyici yanı, böylesine karmaşık bir dünyanın bir dizi basit kimyasal reaksiyona dayanmasıdır. Kimya, en basit atomlardan yaşam için gerekli hücrelere kadar dünyayı daha iyi anlamamızı sağlar.
Daha fazla harita
"Fizik Haritası"
"Matematik Haritası"
