Hóa học là nghiên cứu về vật chất, tính chất của nó, làm thế nào và tại sao các chất kết hợp hoặc tách ra để tạo thành các chất khác và cách các chất tương tác với năng lượng. Nhiều người nghĩ về các nhà hóa học như là các nhà khoa học phủ trắng trộn các chất lỏng lạ trong phòng thí nghiệm, nhưng sự thật là tất cả chúng ta đều là các nhà hóa học. Hiểu các khái niệm hóa học cơ bản là quan trọng đối với hầu hết mọi ngành nghề. Hóa học là một phần của mọi thứ trong cuộc sống của chúng ta.
Mọi vật chất trong sự tồn tại đều được tạo thành từ vật chất - ngay cả cơ thể của chính chúng ta. Hóa học liên quan đến tất cả mọi thứ chúng ta làm, từ trồng và nấu thức ăn đến dọn dẹp nhà cửa và cơ thể cho đến khi đưa ra một tàu con thoi. Hóa học là một trong những ngành khoa học vật lý giúp chúng ta mô tả và giải thích thế giới của chúng ta.
Năm nhánh
Có năm ngành chính của hóa học, mỗi ngành có nhiều lĩnh vực nghiên cứu.
Hóa phân tích sử dụng quan sát định tính và định lượng để xác định và đo lường các tính chất vật lý và hóa học của các chất. Theo một nghĩa nào đó, tất cả hóa học là phân tích.
Hóa lý kết hợp hóa học với vật lý. Các nhà hóa học vật lý nghiên cứu cách vật chất và năng lượng tương tác. Nhiệt động lực học và cơ học lượng tử là hai trong số các ngành quan trọng của hóa học vật lý.
Hóa học hữu cơ đặc biệt nghiên cứu các hợp chất có chứa nguyên tố carbon. Carbon có nhiều tính chất độc đáo cho phép nó hình thành các liên kết hóa học phức tạp và các phân tử rất lớn. Hóa học hữu cơ được gọi là Hóa học của Life Cuộc sống vì tất cả các phân tử tạo nên mô sống có carbon như là một phần của trang điểm của họ.
Hóa học vô cơ nghiên cứu các vật liệu như kim loại và khí không có carbon như là một phần của trang điểm của họ.
Hóa sinh là nghiên cứu về các quá trình hóa học xảy ra trong các sinh vật sống.
Lĩnh vực học tập
Trong các phạm trù rộng lớn này là vô số lĩnh vực nghiên cứu, nhiều trong số đó có ảnh hưởng quan trọng đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Các nhà hóa học cải tiến nhiều sản phẩm, từ thực phẩm chúng ta ăn và quần áo chúng ta mặc đến các vật liệu mà chúng ta xây dựng nhà của chúng ta. Hóa học giúp bảo vệ môi trường của chúng ta và tìm kiếm các nguồn năng lượng mới.
Hóa học thực phẩm
Khoa học thực phẩm liên quan đến ba thành phần sinh học của thực phẩm - carbohydrate, lipid và protein. Carbonhydrate là đường và tinh bột, nhiên liệu hóa học cần thiết cho các tế bào của chúng ta hoạt động. Lipid là chất béo và dầu và là bộ phận thiết yếu của màng tế bào và để bôi trơn và đệm các cơ quan trong cơ thể. Vì chất béo có năng lượng gấp 2,25 lần so với carbohydrate hoặc protein, nên nhiều người cố gắng hạn chế ăn để tránh bị thừa cân. Protein là các phân tử phức tạp bao gồm từ 100 đến 500 axit amin trở lên được nối lại với nhau và gấp lại thành hình dạng ba chiều cần thiết cho cấu trúc và chức năng của mọi tế bào. Cơ thể chúng ta có thể tổng hợp một số axit amin; tuy nhiên tám trong số chúng, các axit amin thiết yếu, phải được đưa vào như một phần của thực phẩm của chúng ta. Các nhà khoa học thực phẩm cũng quan tâm đến các thành phần vô cơ của thực phẩm như hàm lượng nước, khoáng chất, vitamin và enzyme.
Các nhà hóa học thực phẩm cải thiện chất lượng, an toàn, lưu trữ và hương vị thực phẩm của chúng tôi. Các nhà hóa học thực phẩm có thể làm việc cho ngành công nghiệp tư nhân để phát triển các sản phẩm mới hoặc cải thiện chế biến. Họ cũng có thể làm việc cho các cơ quan chính phủ như Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm để kiểm tra các sản phẩm thực phẩm và người xử lý để bảo vệ chúng tôi khỏi ô nhiễm hoặc thực hành có hại. Các nhà hóa học thực phẩm kiểm tra các sản phẩm để cung cấp thông tin được sử dụng cho nhãn dinh dưỡng hoặc để xác định cách đóng gói và bảo quản ảnh hưởng đến sự an toàn và chất lượng của thực phẩm. Hương liệu làm việc với hóa chất để thay đổi hương vị của thực phẩm. Các nhà hóa học cũng có thể làm việc trên các cách khác để cải thiện sự hấp dẫn về giác quan, chẳng hạn như tăng cường màu sắc, mùi hoặc kết cấu.
Môi trường hoá học
Các nhà hóa học môi trường nghiên cứu cách hóa học tương tác với môi trường tự nhiên. Hóa học môi trường là một nghiên cứu liên ngành bao gồm cả hóa học phân tích và sự hiểu biết về khoa học môi trường. Các nhà hóa học môi trường trước tiên phải hiểu các hóa chất và phản ứng hóa học có trong các quá trình tự nhiên trong nước và không khí trong đất. Lấy mẫu và phân tích sau đó có thể xác định xem các hoạt động của con người có làm ô nhiễm môi trường hoặc gây ra các phản ứng có hại ảnh hưởng đến nó hay không.
Chất lượng nước là một lĩnh vực quan trọng của hóa học môi trường. Nước tinh khiết tinh khiết không tồn tại trong tự nhiên; nó luôn có một số khoáng chất hoặc chất khác hòa tan trong đó. Các nhà hóa học chất lượng nước kiểm tra sông, hồ và nước biển để tìm các đặc tính như oxy hòa tan, độ mặn, độ đục, trầm tích lơ lửng và pH. Nước dành cho tiêu dùng của con người phải không có các chất gây ô nhiễm có hại và có thể được xử lý bằng các chất phụ gia như florua và clo để tăng tính an toàn.
Hóa nông
Hóa học nông nghiệp liên quan đến các chất và phản ứng hóa học có liên quan đến sản xuất, bảo vệ và sử dụng cây trồng và vật nuôi. Đây là một lĩnh vực có tính liên ngành cao, dựa trên mối quan hệ với nhiều ngành khoa học khác. Các nhà hóa học nông nghiệp có thể làm việc với Bộ Nông nghiệp, Cơ quan Bảo vệ Môi trường, Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm hoặc cho ngành công nghiệp tư nhân. Các nhà hóa học nông nghiệp phát triển phân bón, thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ cần thiết cho sản xuất cây trồng quy mô lớn. Họ cũng phải theo dõi cách các sản phẩm này được sử dụng và tác động của chúng đến môi trường. Bổ sung dinh dưỡng được phát triển để tăng năng suất của thịt và đàn bò sữa.
Công nghệ sinh học nông nghiệp là một trọng tâm phát triển nhanh chóng cho nhiều nhà hóa học nông nghiệp. Cây trồng thao tác biến đổi gen để kháng thuốc diệt cỏ được sử dụng để kiểm soát cỏ dại trên các cánh đồng đòi hỏi sự hiểu biết chi tiết về cả cây trồng và hóa chất ở cấp độ phân tử. Các nhà hóa sinh phải hiểu về di truyền, hóa học và nhu cầu kinh doanh để phát triển các loại cây trồng dễ vận chuyển hơn hoặc có thời hạn sử dụng lâu hơn.
Kỹ thuật hóa học
Các kỹ sư hóa học nghiên cứu và phát triển các vật liệu hoặc quy trình mới liên quan đến các phản ứng hóa học. Kỹ thuật hóa học kết hợp một nền tảng trong hóa học với các khái niệm kỹ thuật và kinh tế để giải quyết các vấn đề công nghệ. Công việc kỹ thuật hóa học rơi vào hai nhóm chính: ứng dụng công nghiệp và phát triển sản phẩm mới.
Các ngành công nghiệp đòi hỏi các kỹ sư hóa học phải nghĩ ra những cách mới để làm cho việc sản xuất các sản phẩm của họ trở nên dễ dàng và tiết kiệm chi phí hơn. Các kỹ sư hóa học tham gia vào việc thiết kế và vận hành các nhà máy chế biến, xây dựng các quy trình an toàn để xử lý các vật liệu nguy hiểm và giám sát việc sản xuất gần như mọi sản phẩm chúng tôi sử dụng. Các kỹ sư hóa học làm việc để phát triển các sản phẩm và quy trình mới trong mọi lĩnh vực từ dược phẩm đến nhiên liệu và linh kiện máy tính.
Địa hóa học
Các nhà địa hóa học kết hợp hóa học và địa chất để nghiên cứu sự trang điểm và tương tác giữa các chất được tìm thấy trên Trái đất. Các nhà hóa học có thể dành nhiều thời gian cho nghiên cứu thực địa hơn các loại nhà hóa học khác. Nhiều công việc cho Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ hoặc Cơ quan Bảo vệ Môi trường trong việc xác định các hoạt động khai thác và chất thải có thể ảnh hưởng đến chất lượng nước và môi trường như thế nào. Họ có thể đi đến các mỏ bị bỏ hoang từ xa để thu thập các mẫu và thực hiện đánh giá trường thô, sau đó theo dòng chảy qua lưu vực để đánh giá các chất gây ô nhiễm đang di chuyển qua hệ thống. Các nhà địa hóa dầu khí được sử dụng bởi các công ty dầu khí để giúp tìm trữ lượng năng lượng mới. Họ cũng có thể làm việc trên các đường ống và giàn khoan dầu để ngăn chặn các phản ứng hóa học có thể gây nổ hoặc tràn.
Hóa học pháp y
Các nhà hóa học pháp y nắm bắt và phân tích các bằng chứng vật lý bị bỏ lại tại hiện trường vụ án để giúp xác định danh tính của những người liên quan cũng như để trả lời các câu hỏi quan trọng khác về cách thức và lý do tội phạm được thực hiện. Các nhà hóa học pháp y sử dụng nhiều phương pháp phân tích, như sắc ký, quang phổ và quang phổ.
Trong nghiên cứu mới xuất hiện trên Tạp chí của Hiệp hội Quang phổ học Hoa Kỳ, các nhà khoa học thuộc khoa hóa học tại Đại học bang Louisiana (LSU) đã đặt ra ứng dụng công nghệ laser vào lĩnh vực khoa học pháp y.
Họ đã phát triển một hệ thống vượt lên trên và vượt ra ngoài việc xác định dấu vân tay. Kỹ thuật này có thể thu được các phân tử có trong một ngón tay, bao gồm lipit, protein, vật liệu di truyền hoặc thậm chí là một lượng chất nổ, có thể được phân tích thêm. Công cụ mới về cơ bản lấy bí ẩn ra khỏi việc xác định thành phần hóa học của móng tay tại hiện trường vụ án.
Công cụ này tập trung tia laser - sử dụng gương và sợi quang - lên một bề mặt có chứa một ngón tay. Tia laser sau đó làm nóng bất kỳ nước hoặc hơi ẩm nào trên bề mặt, kích hoạt các liên kết hóa học trong nước kéo dài và rung, theo Blog Khoa học của Trường Đại học LSU. Tất cả năng lượng tập trung này làm cho nước phát nổ, đá biến nó thành khí và tách các phân tử sinh học như DNA. Quá trình này được gọi là cắt bỏ bằng laser.
Tiếp theo, một hệ thống bơm chân không nhỏ kéo nước và các phân tử vào một bộ lọc nhỏ thu giữ mọi thứ bị bỏ lại bởi ngón tay của một người. Các nhà khoa học pháp y sau đó có thể đưa nội dung vào một thiết bị phân tích như máy quang phổ khối hoặc máy quang phổ khối sắc ký khí.
Điều quan trọng, kỹ thuật cắt bỏ bằng laser này có thể dễ dàng bắt được các ngón tay trên bề mặt xốp, chẳng hạn như các tông (trên đó các phương pháp pháp y truyền thống đã không thành công lắm).
Để kiểm tra kỹ thuật mới của họ, các nhà nghiên cứu đã đặt các ngón tay lên nhiều loại bề mặt khác nhau, bao gồm thủy tinh, nhựa, nhôm và các tông. Những ngón tay này được tẩm với các chất đa dạng như caffeine, kem sát trùng, chất bôi trơn bao cao su và TNT, theo Blog Khoa học của Trường Đại học LSU. Sau mỗi lần chụp móng tay, các nhà hóa học đã có thể xác định các chất này bằng phương pháp quang phổ khối.
