什么是化学
2020-04-28
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化学是研究物质，其性质，物质如何以及为何结合或分离以形成其他物质，以及物质如何与能量相互作用的研究。许多人认为化学家是在实验室中混合了奇怪液体的白色涂层科学家，但事实是我们都是化学家。了解基本化学概念对于几乎每个专业都很重要。化学是我们生活中一切的一部分。
存在的每种物质都是由物质组成的，甚至是我们自己的身体。化学涉及我们所做的一切，从种植和烹饪食物到清洁我们的房屋和身体，再到发射航天飞机。化学是帮助我们描述和解释我们世界的物理科学之一。
五个分支
化学有五个主要分支，每个分支都有许多研究领域。
分析化学使用定性和定量观察来识别和测量物质的物理和化学性质。从某种意义上说，所有化学反应都是分析性的。
物理化学将化学与物理结合在一起。物理化学家研究物质和能量如何相互作用。热力学和量子力学是物理化学的两个重要分支。
有机化学专门研究含有碳元素的化合物。碳具有许多独特的特性，使其能够形成复杂的化学键和非常大的分子。有机化学被称为“生命化学”，因为构成生命组织的所有分子都含有碳作为其组成的一部分。
无机化学研究诸如金属和气体之类的不含碳的材料。
生物化学是对生物体内发生的化学过程的研究。
研究领域
在这些广泛的类别中，有无数的研究领域，其中许多领域对我们的日常生活都有重要影响。化学家们改进了许多产品，从我们吃的食物和穿的衣服到建造房屋所用的材料。化学有助于保护我们的环境并寻找新的能源。
食品化学
食品科学涉及食品的三个生物成分-碳水化合物，脂质和蛋白质。碳水化合物是糖和淀粉，是我们细胞运作所需的化学燃料。脂质是油脂，是细胞膜的重要组成部分，可润滑和缓冲体内的器官。因为脂肪每克的能量比碳水化合物或蛋白质的能量高2.25倍，所以许多人试图限制其摄入量以避免超重。蛋白质是由100到500个或更多个氨基酸组成的复杂分子，这些分子被链接在一起并折叠成每个细胞的结构和功能所必需的三维形状。我们的身体可以合成某些氨基酸。但是，其中八种必需氨基酸必须作为我们食物的一部分。食品科学家还关注食品的无机成分，例如水分，矿物质，维生素和酶。
食品化学家可以改善我们食品的质量，安全性，储存性和口味。食品化学家可能会为私营企业工作，以开发新产品或改善加工过程。他们还可能为食品和药物管理局等政府机构工作， 以检查食品和处理人员，以保护我们免受污染或有害行为的侵害。食品化学家对产品进行测试，以提供用于营养标签的信息，或确定包装和存储如何影响食品的安全性和质量。调味品与化学物质共同作用，可改变食物的味道。化学家还可以尝试其他方法来改善感官吸引力，例如增强颜色，气味或质地。
环境化学
环境化学家研究化学物质如何与自然环境相互作用。环境化学是一项跨学科研究，涉及分析化学和对环境科学的理解。环境化学家必须首先了解土壤水和空气中自然过程中存在的化学物质和化学反应。然后，采样和分析可以确定人类活动是否污染了环境或引起了有害的反应以影响环境。
水质是环境化学的重要领域。自然界中不存在“纯”水；它总是有一些矿物质或其他物质溶解在其中。水质化学家测试河流，湖泊和海水中的溶解氧，盐度，浊度，悬浮沉积物和pH等特性。供人食用的水必须不含有害污染物，并且可以使用氟化物和氯等添加剂进行处理，以提高其安全性。
农业化学
农业化学涉及与农作物和牲畜的生产，保护和使用有关的物质和化学反应。这是一个高度跨学科的领域，它依赖于与许多其他科学的联系。农业化学家可以与 农业部，环境保护局，食品药品监督管理局或私营企业合作。农业化学家开发了大规模作物生产所需的肥料，杀虫剂和除草剂。他们还必须监视这些产品的使用方式及其对环境的影响。开发了营养补品以提高肉和奶牛群的生产力。
农业生物技术是许多农业化学家迅速关注的焦点。基因改造农作物以抵抗田间杂草的除草剂需要在分子水平上对植物和化学物质都有详细的了解。生物化学家必须了解遗传，化学和商业需求，以开发易于运输或具有较长保质期的农作物。
化学工程
化学工程师研究和开发涉及化学反应的新材料或新工艺。化学工程将化学背景与工程和经济学概念相结合，以解决技术问题。化学工程工作分为两大类：工业应用和新产品开发。
工业界需要化学工程师设计出新的方法，以使其产品的制造更容易且更具成本效益。化学工程师参与设计和操作加工厂，制定处理危险材料的安全程序，并监督几乎所有我们使用的产品的制造。化学工程师致力于在从药品到燃料和计算机组件的各个领域开发新产品和新工艺。
地球化学
地球化学家结合了化学和地质学，研究了地球上发现的物质之间的组成和相互作用。与其他类型的化学家相比，地球化学家在田野研究上可能花费更多的时间。美国地质调查局或环境保护署为确定采矿作业和废物如何影响水质和环境做出了许多工作。他们可能会前往偏远的废弃矿山，收集样本并进行野外评估，然后跟随水流流经其分水岭，以评估污染物如何在系统中移动。石油和天然气公司聘请石油地球化学家来帮助寻找新的能源储备。他们还可以在管道和石油钻井平台上工作，以防止可能引起爆炸或泄漏的化学反应。
法医化学
法医化学家会捕获并分析犯罪现场遗留的物理证据，以帮助确定涉案人员的身份，并回答有关如何以及为何实施犯罪的其他重要问题。法医化学家使用各种各样的分析方法，例如色谱法，光谱法和光谱法。
在《美国质谱学会杂志》上发表的新研究中，来自路易斯安那州立大学（LSU）化学系的科学家着手将激光技术应用于法医学领域。
他们开发了一个超越指纹识别的系统。该技术可以捕获指印中包含的分子，包括脂质，蛋白质，遗传物质，甚至是痕量炸药，可以对其进行进一步分析。新工具从本质上消除了在犯罪现场识别指印化学成分的奥秘。
该工具使用镜子和光纤将激光聚焦到包含指印的表面上。根据LSU科学学院博客，激光然后加热表面上的任何水或湿气，触发水中的化学键伸展和振动。所有这些聚集的能量导致水“爆炸”，将其变成气体并分离出生物分子，例如DNA。此过程称为激光烧蚀。
接下来，一个小型真空泵系统将水和分子吸入一个微小的过滤器中，该过滤器捕获了人的手指留下的所有东西。然后，法医科学家可以将内含物放入诸如质谱仪或气相色谱-质谱仪之类的分析设备中。
重要的是，这种激光烧蚀技术可以轻松捕获多孔表面（例如纸板）上的指印（传统的取证方法在其上并不十分成功）。
为了测试他们的新技术，研究人员在许多不同的表面类型（包括玻璃，塑料，铝和纸板）上放置了指印。根据LSU科学学院博客，这些指尖上掺有各种成分，例如咖啡因，防腐霜，避孕套润滑剂和TNT 。每次捕获指纹后，化学家便可以使用质谱法鉴定这些物质。
