Chemija

Chemija ( – skystis) – mokslas, tiriantis cheminius elementus bei jų sudaromų vieninių ir sudėtinių medžiagų struktūrą, savybes ir kitimus, vykstančius cheminių reakcijų metu.

Pagrindinis chemijos uždavinys – suprasti medžiagos prigimtį. Pagrindinis būdas, taikomas šio uždavinio sprendimui – medžiagos skaidymas į paprastesnius komponentus ir naujų medžiagų sintezė. Taip buvo sukurta daug medžiagų, kurių negalima sutikti gamtoje.

Medžiagų sandara tiriama atominiame lygmenyje. Taip pat tiriamas dviejų materijos formų – medžiagos ir lauko – tarpusavio ryšys bei vienos formos virtimas kita, skirtingų cheminių elementų atomų sąveika tarpusavyje, susidarant molekulėms bei molekulių tarpusavio sąveika, susidarant viršmolekuliniams kompleksams.

Chemijos pagrindas yra atominė-molekulinė teorija. Pagal šią teoriją visa medžiaga susideda iš labai mažų vienetų, vadinamų atomais. Chemija glaudžiai siejasi su fizika, todėl tarp šių mokslų nėra griežtos ribos.

Fizikinių reiškinių metu vienos medžiagos nevirsta kitomis, o kinta tik jų fizikiniai parametrai (agregatinė būsena, kietumas, klampumas, tankis, elektrinis, šiluminis laidumas ir kt.).

Cheminių reiškinių metu vienos medžiagos virsta kitomis. Cheminiai reiškiniai paprastai vadinami cheminėmis reakcijomis. Pagrindiniai cheminės reakcijos požymiai yra:
 šilumos išsiskyrimas arba panaudojimas
 spalvos pakitimas
 dujų išsiskyrimas
 nuosėdų atsiradimas
 kvapo atsiradimas
 šviesos išsiskyrimas

Tokios reakcijos, kurių metu išsiskiria ir šviesa, ir šiluma, vadinamos degimo reakcijomis.

Chemikų tyrimai atsako į tokius klausimus kaip, pavyzdžiui: kodėl ir kaip geležis rūdija; kodėl druskos tirpalas praleidžia elektros srovę, o cukraus – ne; kodėl vieni cheminiai virsmai vyksta greitai, o kiti – ne ir pan.

Chemijos gamyklose nafta, anglis, rūda, vanduo, oras (deguonis, azotas) virsta skalbimo priemonėmis (muilas), dažais, plastikais, vaistais, trąšomis ir kt.

Chemijos šakos 
Pagrindinės chemijos disciplinos yra:
 Analizinė chemija – seniausia chemijos šaka, kurios tikslas suskaidyti medžiagas į sudėtines dalis ir jas analizuoti. Pastaruoju metu dažniau vartojamas terminas cheminė analizė – tai įvairūs fizikocheminiai būdai, leidžiantys ištirti medžiagos sandarą ar kelių medžiagų mišinio sudėtį (pvz., chromatografija, elektrocheminiai analizės metodai ir t. t.).
 Bendroji chemija – nagrinėja bendrus cheminių procesų dėsningumus.
 Fizikinė chemija – remiasi šiuolaikine fizika, aprašant įvairias chemines sistemas. Į šią discipliną įeina termochemija, elektrochemija, cheminė kinetika ir pusiausvyra.
 Neorganinė chemija – tiria įvairių cheminių elementų junginius, išskyrus tuos, kurie priskiriami organiniams junginiams.
 Organinė chemija – nagrinėja anglies ir vandenilio junginius, kurie gali sudaryti ilgas grandines (linijines ir išsišakojusias) ar žiedus bei prisijungti kitus atomus ar jų grupes. Tokių junginių yra milijonai. Šiuo metu žinoma daugiau kaip 12 mln. cheminių junginių, iš kurių neorganinių junginių yra tik daugiau nei 100 tūkstančių.
 Polimerų chemija – tyrinėja stambiamolekulinių junginių sandarą, savybes, kitimus bei panaudojimo sritis.
 Koloidų chemija – nagrinėja dispersinių sistemų fizikocheminius dėsningumus.
 Biochemija – tyrinėja sudėtingą gyvųjų organizmų sandarą bei funkcionavimą. Ji glaudžiai susijusi su biofizika bei yra molekulinės biologijos pagrindas.

Kitos chemijos disciplinos:
 Geochemija – tyrinėja cheminius procesus, vykstančius Žemės plutoje – mineralų, uolienų, naftos susidarymo procesus. Ji glaudžiai susijusi su organine chemija, biochemija, fizika, fizikine chemija.
 Radiochemija – nagrinėja spinduliavimo poveikį medžiagai bei radioaktyviuosius izotopus.
 Agrochemija – tyrinėja cheminius derlingumo pagerinimo būdus.
 Farmacinė chemija – tyrinėja vaistinių medžiagų sandarą bei kitimus.
 Imunochemija – tyrinėja imuninių reakcijų cheminius, molekulinius pagrindus.
 Kvantinė chemija – tyrinėja medžiagų sandarą, remdamasi kvantinės mechanikos principais.
 Cheminė technologija – tyrinėja cheminių procesų įdiegimą ir optimizavimą pramoniniams tikslams.
 Buitinė chemija – panaudoja įvairių chemijos disciplinų žinias kasdieninių žmogaus poreikių tenkinimui.

Istorija 
Chemijos ištakas galima rasti viduramžių alchemikų veikloje.
XVII–XVIII a. Antuanas Lavuazjė paneigė klaidingą flagistono teoriją, įrodė, kad su degančiais kūnais jungiasi deguonis, susintetino vandenį. 1803 m. Džonas Daltonas suformulavo ir pagrindė atominę medžiagos sandaros teoriją. 1869 m. Dmitrijus Mendelejevas atrado periodinį cheminių elementų dėsnį ir sudarė periodinę elementų sistemą.

Pagrindinės sąvokos

Nomenklatūra 

Nomenklatūra apibūdina sistemą, pagal kurią pavadinami cheminiai junginiai. Organiniai junginiai vadinami pagal organinių junginių nomenklatūrą, neorganiniai – pagal neorganinių junginių nomenklatūrą.

Atomai 

Atomas tai mažiausia chemiškai nedaloma dalelė, susidaranti iš teigiamo krūvio branduolio, kurio sudedamosios dalys – protonai ir neutronai, bei iš elektronų – neigiamo krūvio dalelių. Branduolio ir elektronų suminis krūvis atome visada lygus 0.

Elementai 

Cheminis elementas yra atomų, turinčių tą patį branduolio protonų skaičių, klasė. Protonų skaičius vadinamas atomo numeriu (atominiu skaičiumi). Pavyzdžiui, visi atomai, turintys 6 protonus, yra anglies elemento atomai. Patogiausias elementų grupavimas yra pagal periodinę elementų lentelę, kurioje jie sugrupuoti pagal minėtus atominius skaičius, be to, grupėse (stulpeliuose) bei perioduose (eilėse) elementai arba turi panašias savybes, arba lygiuojasi pagal tam tikrų savybių kitimo tendencijas, pvz., atomo spindulys, elektroneigiamumas ir kt. Kai kurie elementai gali turėti kelis izotopus.

Jonai 

Jonas yra atomas arba molekulė, įgijusi arba atidavusi vieną ar daugiau elektronų, tokiu būdu susidarant teigiamam arba neigiamam bendram krūviui. Teigiamo krūvio jonai vadinami katijonais, neigiamo – anijonais. Susijungę jonai gali suformuoti neutralų krūvį turintį junginį, pvz., druskas.

Junginiai 

Cheminiu junginiu vadinama cheminė medžiaga, turinti pastovų jam būdingą jį sudarančių cheminių elementų santykį ir organizaciją (struktūrą). Pvz., vanduo yra junginys, kurį sudaro vandenilis ir deguonis, santykiu 2:1, išsidėstę taip, kad deguonies atomas yra tarp vandenilio atomų, susidarant 104,5° kampui. Junginiai susidaro arba paverčiami kitais junginiais cheminių reakcijų pagalba.

Molekulės 

Molekulė yra mažiausia nedaloma gryno cheminio junginio dalelė, pasižyminti junginiui būdingomis savybėmis.

Medžiaga 

Cheminė medžiaga gali būti cheminis elementas, cheminis junginys arba jų mišinys. Dauguma dalykų, su kuriais susiduriama kasdien, yra mišiniai, pvz., oras, lydiniai ir pan.

Cheminiai ryšiai 

Cheminis ryšys nusako santykį tarp kelių atomų, jų krūvių ir kitų požymių. Cheminį ryšį formuoja (laiko atomus, molekules ar kristalus kartu) skirtingų krūvių trauka, vienodų krūvių atstūmimas, energijos charakteristikos, išsidėstymas. Paprastų cheminių junginių ryšiams paaiškinti galima naudoti valentingumo teoriją ir kt. Klasikinės fizikos teoriją galima pritaikyti joninėms struktūroms. Sudėtingesniems junginiams, pvz., metalų kompleksams naudojamasi kvantinės chemijos principais, pvz., molekulinių orbitalių teorija (žr. diagramą).

Medžiagos savybės 
Fizikinės
 Spalva – metalinė, geltona, bespalvė;
 Agregatinė būsena – skysta, kieta, dujinė;
 Blizgesys – yra, nėra;
 Kietumas – nuo 1 iki 10 (Moso skalė);
 Magnetizmas – feromagnetikas, paramagnetikas, diamagnetikas;
 Elektrinis laidumas – mažas, didelis, nėra;
 Šilumos laidumas – mažas, didelis, nėra;
 Tirpumas vandenyje – tirpi, netirpi, tirpi tik aukštoje temperatūroje.

Biologinės
 Kvapas – aštrus, nemalonus;
 Skonis (jei galima ragauti) – aštrus, saldus;

Cheminės
 Degumas – mažas, didelis, nėra.

Šaltiniai

Nuorodos 

 Chemija – Vilniaus universitetas