დასაწყისიდან ადამიანები აინტერესებდათ ყველაფრის შემადგენლობით, სტრუქტურითა და ურთიერთქმედებით, რაც მათ ირგვლივ. ეს ცოდნა გაერთიანებულია ერთ მეცნიერებაში - ქიმიაში. სტატიაში განვიხილავთ რა არის ეს, ქიმიის სექციები და მისი შესწავლის საჭიროება.
რა არის ქიმია და რატომ ვსწავლობთ მას?
ქიმია არის საბუნებისმეტყველო მეცნიერების რამდენიმე მიმართულებიდან, ნივთიერებების მეცნიერება. ის სწავლობს:
- ნივთიერებების სტრუქტურა და შემადგენლობა;
- სამყაროს ელემენტების თვისებები;
- ნივთიერებების ტრანსფორმაციები, რომლებიც დამოკიდებულია მათ თვისებებზე;
- ცვლილება ნივთიერების შემადგენლობაში ქიმიური რეაქციის დროს;
- კანონები და ნივთიერებების ცვლილებების ნიმუშები.
ქიმია განიხილავს ყველა ელემენტს ატომური და მოლეკულური შემადგენლობის თვალსაზრისით. ის მჭიდრო კავშირშია ბიოლოგიასა და ფიზიკასთან. ასევე არსებობს მეცნიერების მრავალი სფერო, რომლებიც მოსაზღვრეა, ანუ მათ სწავლობს, მაგალითად, როგორც ქიმია, ასევე ფიზიკა. ესენია: ბიოქიმია, კვანტური ქიმია, ქიმიური ფიზიკა, გეოქიმია, ფიზიკური ქიმია და სხვა.
ქიმიის ძირითადი დარგები ლიტერატურაში არის:
- ორგანული ქიმია.
- არაორგანულიქიმია.
- ბიოქიმია.
- ფიზიკური ქიმია.
- ანალიზური ქიმია.
ორგანული ქიმია
ქიმია შეიძლება დაიყოს შესწავლილი ნივთიერებების მიხედვით:
- არაორგანული;
- ორგანული.
შესწავლის პირველი სფერო განიხილება შემდეგ აბზაცში. რატომ გამოიყო ორგანული ქიმია ცალკე განყოფილებად? რადგან ის დაკავებულია ნახშირბადის ნაერთებისა და ნივთიერებების შესწავლით, რომლებშიც ის შედის. დღეს დაახლოებით 8 მილიონი ასეთი ნაერთია ცნობილი.
ნახშირბადი შეიძლება გაერთიანდეს უმეტეს ელემენტებთან, მაგრამ ყველაზე ხშირად ურთიერთქმედებს:
- ჟანგბადი;
- ნახშირბადი;
- აზოტი;
- ნაცრისფერი;
- მანგანუმი;
- კალიუმი.
ასევე, ელემენტი გამოირჩევა გრძელი ჯაჭვების ფორმირების უნარით. ასეთი ობლიგაციები იძლევა მრავალფეროვან ორგანულ ნაერთებს, რომლებიც მნიშვნელოვანია ცოცხალი ორგანიზმის არსებობისთვის.
მიზნები და მეთოდები ორგანული ქიმიის საგანი:
- ცალკეული ინდივიდუალური და სპეციალური ნივთიერებების იზოლაცია მცენარეთა და ცოცხალი ორგანიზმებისგან, აგრეთვე წიაღისეული ნედლეულისგან.
- ნივთიერებების ნაერთების გაწმენდა და სინთეზი;
- ბუნებაში მატერიის სტრუქტურის განსაზღვრა;
- ქიმიური რეაქციის მიმდინარეობის, მისი მექანიზმების, მახასიათებლებისა და შედეგების შესწავლა;
- ურთიერთობების და დამოკიდებულების განსაზღვრა ორგანული ნივთიერებების სტრუქტურასა და მის თვისებებს შორის.
ორგანული ქიმიის თემები მოიცავს:
- პოლიმერების ქიმია, ან მაკრომოლეკულური ნაერთების ქიმია. მეცნიერების სფერო რომეხება პოლიმერების ქიმიურ და ფიზიკურ-ქიმიურ თვისებებს და მათ მისაღებად გამოყენებული საწყისი რეაგენტების შესწავლას.
- ფარმაკოლოგია. მეცნიერების ფილიალი, რომელიც სწავლობს სამკურნალო ნივთიერებებს და მათ გავლენას ადამიანის სხეულზე.
არაორგანული ქიმია
არაორგანული ქიმიის განყოფილება ეხება ყველა იმ ნივთიერების შემადგენლობის, სტრუქტურისა და ურთიერთქმედების შესწავლას, რომლებიც არ შეიცავს ნახშირბადს. დღესდღეობით 400 ათასზე მეტი არაორგანული ნივთიერებაა. მეცნიერების ამ მონაკვეთის წყალობით უზრუნველყოფილია მასალების შექმნა თანამედროვე ტექნოლოგიებისთვის.
არაორგანული ქიმიის ნივთიერებების კვლევა და შესწავლა ეფუძნება პერიოდულ კანონს, ასევე დ.ი.მენდელეევის პერიოდულ სისტემას. მეცნიერების კვლევები:
- მარტივი ნივთიერებები (ლითონები და არალითონები);
- რთული ნივთიერებები (ოქსიდები, მარილები, მჟავები, ნიტრიტები, ჰიდრიდები და სხვა).
მეცნიერების პრობლემები:
- მოძებნა და შეიმუშავა ახალი მასალების შექმნის გზები, რომლებსაც ექნებათ საჭირო თვისებები;
- სხვა ელემენტებთან რეაგირების უნარის სტრუქტურას შორის ურთიერთობის შესწავლა;
- ნარევების გამწმენდი ტექნოლოგიების შემუშავება და გაუმჯობესება;
- მოძებნეთ ელემენტების სინთეზირების ახალი მეთოდები.
ფიზიკური ქიმია
ფიზიკური ქიმია ქიმიის ყველაზე ფართო დარგია. იგი ეწევა ნივთიერებების სტრუქტურის, სტრუქტურისა და გარდაქმნების ზოგადი კანონების შესწავლას ფიზიკის მეთოდების გამოყენებით. ამისთვის თეორიული დაექსპერიმენტული.
ფიზიკური ქიმია მოიცავს ცოდნას:
- მოლეკულების სტრუქტურა;
- ქიმიური თერმოდინამიკა;
- ქიმიური კინეტიკა;
- კატალიზი.
ფიზიკური ქიმიის სექციები შემდეგია:
- ელექტროქიმია - პროცესების შესწავლა გამტარებში.
- ფოტოქიმია სწავლობს ქიმიურ გარდაქმნებს სინათლის გავლენის ქვეშ.
- ზედაპირის ფენომენების ფიზიკური ქიმია.
- რადიაციული ქიმია - მაიონებელი გამოსხივების მოქმედებით გამოწვეული პროცესების შესწავლა;
- კოლოიდური ქიმია - სისტემებისა და ფენომენების შესწავლა, რომლებიც ხდება ინტერფეისზე.
- კვანტური ქიმია არის ნივთიერებების სტრუქტურის, თვისებების, რეაქციების შესწავლა კვანტურ მექანიკაზე დაყრდნობით.
- კრისტალოქიმია - მეცნიერება კრისტალური სტრუქტურების შესახებ;
- თერმოქიმია არის ქიმიის ფილიალი, რომელიც სწავლობს თერმომოქმედებებს, ფიზიკურ-ქიმიურ პარამეტრთა ურთიერთობას.
- მოძღვრება ატომის სტრუქტურის შესახებ.
- სწავლება ლითონების კოროზიის (დაჟანგვის) შესახებ.
- ქიმიური კინეტიკა - ქიმიური რეაქციების შესწავლა გარე პირობებიდან გამომდინარე.
- მოძღვრება გადაწყვეტილებების შესახებ.
- ბირთვული ქიმია - ეხება ბირთვული რეაქციების და მათში მიმდინარე პროცესების შესწავლას.
- ხმის ქიმია არის იმ ეფექტების შესწავლა, რომელიც წარმოიქმნება ძლიერი აკუსტიკური ტალღების ზემოქმედების დროს.
ანალიზური ქიმია
ანალიტიკური ქიმია არის ქიმიის დარგი, რომელიც ავითარებს ქიმიური ანალიზის თეორიულ საფუძველს. მეცნიერება ავითარებს იდენტიფიკაციის, გამოყოფის, გამოვლენის მეთოდებსდა ქიმიური ნაერთების დადგენა და მასალების ქიმიური შემადგენლობის განსაზღვრა.
ანალიზური ქიმია შეიძლება დაიყოს ამოსახსნელი ამოცანების მიხედვით:
- ხარისხობრივი ანალიზი - ადგენს, თუ რა ნივთიერებებია ნიმუშში, მათი ფორმა და არსი.
- რაოდენობრივი ანალიზი - განსაზღვრავს კომპონენტების შემცველობას (კონცენტრაციას) ტესტის ნიმუშში.
თუ გსურთ უცნობი ნიმუშის გაანალიზება, მაშინ ჯერ ხარისხობრივი ანალიზი გამოიყენება, შემდეგ კი რაოდენობრივი. ისინი ტარდება ქიმიური, ინსტრუმენტული და ბიოლოგიური მეთოდებით.
ბიოქიმია
ბიოქიმია არის ქიმიის ფილიალი, რომელიც სწავლობს ცოცხალი უჯრედებისა და ორგანიზმების ქიმიურ შემადგენლობას, აგრეთვე მათი ცხოვრების ძირითად ქიმიურ პროცესებს. მეცნიერება საკმაოდ ახალგაზრდაა და ბიოლოგიისა და ქიმიის კვეთაზეა.
ბიოქიმია ეხება ასეთი ნაერთების შესწავლას:
- ნახშირწყლები;
- ლიპიდები;
- ცილები;
- ნუკლეინის მჟავები.
ბიოქიმიის სექციები:
- სტატიკური ბიოქიმია - სწავლობს ორგანიზმების ქიმიურ შემადგენლობას და მათი მოლეკულების აგებულებას (ცილები, ამინომჟავები, ნუკლეინის მჟავები, ლიპიდები, ვიტამინები და სხვა).
- ფუნქციური ბიოქიმია - სწავლობს ძირითად ქიმიურ რეაქციებს, რომლებიც წარმოიქმნება სხეულის ორგანოებისა და სისტემების ფუნქციონირებისას.
- დინამიური ბიოქიმია სწავლობს ქიმიურ რეაქციებს, რომლებიც ხდება მეტაბოლიზმის დროს.
ქიმიური ტექნოლოგია
ქიმიურიტექნოლოგია არის ქიმიის ფილიალი, რომელიც სწავლობს ბუნებრივი მასალების დამუშავების ეკონომიურ და ეკოლოგიურად უსაფრთხო მეთოდებს მათი მოხმარებისა და წარმოებაში გამოყენებისთვის.
მეცნიერება იყოფა:
- ორგანული ქიმიური ტექნოლოგია, რომელიც ეხება წიაღისეული საწვავის დამუშავებას, სინთეზური პოლიმერების, წამლებისა და სხვა ნივთიერებების წარმოებას.
- არაორგანული ქიმიური ტექნოლოგია, რომელიც ეწევა მინერალური ნედლეულის გადამუშავებას (გარდა ლითონის მადნის), მჟავების, მინერალური სასუქების და ტუტეების წარმოებაში.
ქიმიურ ინჟინერიაში ბევრი პროცესია (სამეფო ან უწყვეტი). ისინი იყოფა მთავარ ჯგუფებად:
- ჰიდრომექანიკური:
- ქიმიური;
- მექანიკური;
- მასობრივი გადაცემა;
- თერმული.
საინტერესოა ქიმიის ცოდნა (ფაქტები)
გარკვეული ქიმიური პროცესების მიმდინარეობა და გარკვეული ნივთიერებების თვისებები უჩვეულო ინტერესს იწვევს ადამიანებისთვის.
აქ არის რამდენიმე მათგანი:
- გალიუმი. ეს არის საინტერესო მასალა, რომელიც დნება ოთახის ტემპერატურაზე. ალუმინს ჰგავს. თუ გალიუმის კოვზს 28 გრადუს ცელსიუსზე მაღალ ტემპერატურაზე სითხეში ჩაყრიან, ის დნება და ფორმას დაკარგავს.
- მოლიბდენი. ეს მასალა აღმოაჩინეს პირველი მსოფლიო ომის დროს. მისი თვისებების შესწავლამ აჩვენა ნივთიერების მაღალი სიძლიერე. მოგვიანებით მისგან ლეგენდარული დიდი ბერტას ქვემეხი დამზადდა. მისი ლულა არ იყო დეფორმირებული სროლისას გადახურებისგან,რამაც გააადვილა იარაღის გამოყენება.
- წყალი. ცნობილია, რომ სუფთა წყალი H2O ბუნებაში არ გვხვდება. თავისი თვისებებიდან გამომდინარე, ის შთანთქავს ყველაფერს, რაც მის გზაზე მოდის. ამიტომ, ჭეშმარიტად სუფთა სითხის მიღება შესაძლებელია მხოლოდ ლაბორატორიაში.
- ასევე, ცნობილია წყლის კიდევ ერთი განსაკუთრებული თვისება - მისი რეაქცია გარემომცველი სამყაროს ცვლილებებზე. კვლევებმა აჩვენა, რომ წყალი ერთი წყაროდან სხვადასხვა გავლენის ქვეშ (მაგნიტური, ჩართული მუსიკით, ხალხის გვერდით) ცვლის თავის სტრუქტურას.
- მერკაპტანი. ეს არის ტკბილი, მწარე და მჟავე გემოს კომბინაცია, რომელიც აღმოაჩინეს გრეიფრუტის კვლევის შემდეგ. დადგენილია, რომ ადამიანი ამ გემოს ამჩნევს 0,02 ნგ/ლ კონცენტრაციით. ანუ 100 ათასი ტონა წყლის მოცულობისთვის საკმარისია 2 მგ მერკაპტანის დამატება.
შეიძლება ითქვას, რომ ქიმია კაცობრიობის მეცნიერული ცოდნის განუყოფელი ნაწილია. ის არის საინტერესო და მრავალმხრივი. ქიმიის წყალობით ადამიანებს აქვთ შესაძლებლობა გამოიყენონ თანამედროვე სამყაროს მრავალი ობიექტი.
