Kimika

Ang kimika o kapnayan ay agham pangkalikasan na nakatuon sa pag-aaral ng mga katangian at kilos ng materya. Tungkol ito sa mga elemento at kompuwesto (compound) at kung ano ang gawain ng mga ito. Ito ang pag-aaral ng mga bagay na bumubuo sa ating katawan at ng mundong ating ginagalawan.  Tinatawag na kimiko o kemist ang taong nagpakadalubhasa sa kemika, bagaman tumuturing din ang sa kimiko mga sustansiyang kemikal.

Bilang isang agham, nagsimula ang makaagham na pag-aaral ng kimika noong ika-16 na siglo. Ito ay noong natuklasan ng mga kimiko ang mga simpleng sabstans na bumuo sa iba pang sabstans. Tinawag nilang mga elemento ang mga simpleng substansyang ito.

Ang kompuwesto naman ay isang substance na binubuo ng dalawa o higit pang mga elemento.

 Kasaysayan ng Kimika 

Ang kasaysayan ng kemika ay sinasabing nagsimula ng ito'y ihiniwalay sa alkimiya ni Robert Boyle sa kanyang kathang The Skeptical Chymist (1661).  Ngunit ito'y sinasabing tunay na sumilang nang matuklasan ni Antoine Lavoisier ang batas ng pagpapanatili ng bigat (law of conservation of mass) at gayun din sa kanyang hinuang phlogiston ng kombustyon noong 1783

 Ang debate sa bitalismo at kimika organika 

Nang mapagkasunduan ang likas ng kombustyon, isa na namang alitan ang lumitaw tungkol sa bitalismo (doktrina na lahat ng buhay ay may lakas ng buhay (kaluluwa) na nagpapakilos rito) at ang malinaw na pagkakaiba ng mga sustansiyang organika at inorganika na iminungkahi ni Friedrich Wöhler mula nang aksidenteng siyang makagawa ng urea mula sa mga sustansiyang inorganika noong 1828.  Noong panahong iyon, ang isang kompuestong organiko ay di kailanman malalalang mula sa inorganikong materyal.  Ito ay nagbukas ng bagong larangan ng pananaliksik sa kimika at nang bago matapos ang ika-19 na siglo, ang mga siyentipiko ay nakagawa ng daang-daang kompuesto kimika.  Isa sa pinakamahalaga rito ay ang mauve, magenta at iba pang tinang sintetiko gayun din ang gamot na aspirin.  Ang pagkakatuklas nito ang lubhang nakapagbigay sa hinua ng isomerismo.

 Mga alitan tungkol sa atomismo 

Sa buong ika-19 na siglo, ang kimika ay hinahati sa mga sumusunod sa hinuang atomiko ni John Dalton at di sumusonod dito tulad nina Wilhelm Ostwald at Ernst Mach.  Kahit man ang mga siyentipikong ayon dito tulad nina Amedeo Avogadro at Ludwig Boltzmann na nakagawa ng malalaking unlad sa pagpapaliwanag sa ugali ng gas, ang alitang ito ay di nalutas haggang sa maipaliwanag ni Jean Perrin sa kanyang imbestigasyong eksperimental tungkol sa kilos Brownian na iminungkahi ni Einstein noong unang dekada ng ika-20 siglo.

Bago man malutas ang alitan, si Svante Arrhenius ay nagsimulang saliksikin ang loob ng estruktura ng atomo sa pamamagitan ng kanyang hinua sa ionisasyon.   Ito ay ganap na pinalawig ni Ernest Rutherford, na nagtatag ng pag-aaral ng subestruktura ng atomo na naging larangan ng pisika.  Siya ay tumanggap ng Premyong Nobel sa kimika, hindi pisika, sa pananaliksik na ito.

 Talaang peryodiko 

Sa maraming dekada, ang listahan ng mga elementong kimikal na natutuklasan ay patuloy na dumarami.  Ang mahalagang pagkakatuklas ng katuturan ng humahabang listahan ng mga elemento ay nasumpungan ni Dmitri Mendeleev at Lothar Meyer sa pagsasaayos ng peryodikong talaan (kasama rito ang kalaunang pagkaunawa sa estruktura sa loob ng atomo).   Ginamit ito ni Mendeleev upang hulaan na mayroong germanium, gallium at scandium sa kalikasan ni tinawag niyang ekasilikon, ekaaluminium at ekaboron sa bawat nabanggit.  Kanya ring hinulaan ang mga katangian nito noong 1870.  Ang gallium ay natuklasan noong 1875 at ang tunay na mga katangian nito ay halos katulad ng hula ni Mendeleev.

 Pag-unlad ng industriya 

Sa dakong huli ng ika-19 na siglo nakita ang pagmimina ng petrokimika mula sa lupa matapos maubos ang langis mula sa panghuhuli ng mga balyena nang mga nakaraang siglo.   Ang sistamatikong produksiyon ng mga dinalisay na materyales mula rito ay nagdulot ng mga produkto upang matugunan ang pangangailangan sa enerhiya gayun din ang sintetikong materyales na kailangan sa paggawa ng damit, gamot, at mga kailangan sa pangaraw-araw ng ika-20 siglo. Sa puntong ito ay kinakailangan ng mga karagdagang pagsusuri sa loob ng mga laboratoryo at industriya upang mapanatili ang kalidad ng mga inihahatid na produkto na nakapailalim sa malalaking makinarya, pabrika o kumpanya.

 Kemikang pisikal 

Ang pag-aaral ni Rutherford ng loob na estruktura ng mga atomo, sistematikong pagpapaliwag ni Moseley sa kalakaran ng peryodikong talaan ng mga elemento at ang bagong hinua sa mekanika kwantika ay nagsanib upang makabuo ng lagom ng hinua sa pagitan ng pisika atomika at pisikal na subatomika sa isang dako, at ng kemika sa kabilang dako (ito ay hiwalay magpahaggang ngayon).  Isang batang kemikong Amerikano na nagngangalang Linus Pauling ang nangimbang bayan sa Europa upang mag-aral noong 1920s.  Ambisyon niyang ipaliwanag ang kawing molekular (molecular bonds) sa pagitan ng mga atomo sa loob ng mekanika kwantika.  Noong 1939, nagampan ito ni Pauling nang ilathala niya ang kanyang seminal na aklat-aralin na pinamagatang The Nature of the Molecular Bond(Ang Likas ng Kawing Molekular).  Sa kanyang pagkakabantog sa gawang ito, si Pauling ay ginawaran ng una sa dalawa niyang Premyong Nobel.

Sa ilalim ng pikisang atomika at gayun din sa pisikang subatomika, sina Marie at Pierre Currie naman ay nanaliksik sa hanggahan ng kimika at pisika sa paggamit ng teknikang kimika upang dalisayin ang elementong radium at mapag-aralan ang kanyang kakaibang katangiang pisikal.  Ang pananaliksik na ito ng mag-asawang Curie sa pagpapalit ng siglo at kasabay nang naunang gawa ni Max Planck sa fotón at unang lathala ni Albert Einstein ay nagdulot sa kalaunang unlad sa bagong pisikang subatomika katulad ng nangyari sa gawa ni Rutherford.

Sa pagdatal ng ika-20 siglo,  ang pagsasama ng pisika at kimika ay naging ganap sa pagpapaliwanag ng katangiang kemikal bunga ng estrukturang elektroniko; sa paggamit ng simulain ng mekanika kwatika upang malaman ang mga anggulo ng kawing (bond angles);  sa mga masasalimuot na molekula ay humantong sa paggawa ng modelo ng molekula ng DNA, na sinasabing diwa o lihim ng buhay ayon sa mga salita ni Francis Crick.  Si James Watson na kasamang tumuklas sa estruktura ng DNA ay binigyan ni Crick ng isang regalo na pagyayamanin niya na walang iba kundi ang aklat na isinulat ni Pauling.  Hinuling nina Watson at Crick ang estruktura ng DNA sa pamamagitan ng paggawa ng modelo nito.  Ang estrukturang helika ay kasabay na kinumpirma ni Rosalind Franklin sa pamamagitan ng kristalograpiyang x-ray sa laboratoryo ni William Bragg sa Cambridge.   Muntik nang matuklasan ni Pauling ang estruktura ng DNA.  Helikang triple ang kanyang palagay na estruktura nito at hindi ang tamang helikang doble ni Watson at Crick.  Sa taon ding iyon, ipinakita ni Miller-Urey sa kanyang eksperimento ang batayang sangkap ng proteina, ang mga asido amino (amino acids), ay mabubuo mula sa payak ng molekula sa paggaya sa mga sinaunang proseso sa paglalang nito sa Lupa.

 Proseso sa paggawa ng semikonduktor 

Sa kaligitnaan ng ika-20 siglo, ang tamang paggawa ng sirkwito ng isahang kristal (single-crystal circuits) ay nagampan dahil sa pagsupil ng estrukturang elektroniko ng mga materyales na semikonduktor.  Ang mga unlad sa teknolohiya ng pagproseso tulad nang mga ginagamit sa ibang industriya ng materyales kasama ang mga unlad sa mga simulain ng optiks at x-ray ay nagbunga sa pagpapaliit ng sirkwito ng koryente at sa paglalang sa sirkwitong pinagsama (integrated circuits) ng ika-20 siglo.   Kundi rito ang lohikang programa ng kompyuter ay di maisasakatuparan at magagamit sa pagtutuos and pagsupil ng mga modernong aparatong gumagamit nito.

 Mga batas 

Ang batas ng pagpapanatili ng bigat (conservation of mass)   ay ang pinakapundamental na konsepto sa kimika. Sinasaad rito na walang mapapansing pagbabago sa kabuuang bigat sa mga karaniwang kimikang pagsasanib.  Sa makabagong pisika, iyong makikita na ang enerhiya ang talagang pinananatili (at hindi ang bigat) at ang enerhiya at bigat ay napagpapalit-palit.  Ang konseptong ito ay mahalaga sa kimikang nukleyar.  Ang pagpapanatili ng enerhiya naman ay nagdudulot sa mga mahahalagang konsepto tulad ng ekilibriyo, termodaynamiks at kinetiks.

Marami pang mga batas ang nagpapalawig sa batas ng pagpapanatili ng bigat.  Ang batas ng takdang komposisyon (definite composition) ni Joseph Proust ay nagsasabi ng ang dalisay na kimika ay binubuo ng mga elemento nang may itinakdang pormulasyon.  Alam natin na ang kaayusang estruktura ng mga elemento ay mahalaga rin.

Ang batas ng maramihang proporsyon (multiple proportion) ni Dalton ay nagpapakita na ang mga kimika na may proporsyon ay gumagamit ng maliit na buong bilang  (tulad ng  1:2 O:H sa tubig).  Sa mga biyomolekula at kimikang mineral ang mga ratio ay malimit  na gumagamit ng malalaking bilang.

Ang mga higit na modernong batas ng kimika ay nagtatakda sa relasyon sa pagitan ng enerhiya at ng transpormasyon.

 Sa ekilibriyo, umiinog ang mga naghahalong mga molekula na itinakda ng mga posibleng transpormasyon ayon sa tagal ng ekilibriyo, at sa ratio na itinakda ng angking enerhiya ng mga molekula – mas mababa ang anking enerhiya, mas marami ang molekula.

 Ang tranpormasyon ng isang estruktura ay nangangailangan ng karagdagang enerhiya upang matawid ang balakid na enerhiya (energy barrier).  Maaring manggaling ito sa angking enerhiya ng mga molekulang kasangkot o sa labas na kalimitan ay magpapabilis ng transpormasyon.  Mas mataas ang balakid na enerhiya, mas mabagal naman ang pagbabagong mangyayari.

 May isang hipotetikong intermedyo o estrukturang pangtransisyon na kaangkop sa estruktura sa rurok ng balakid na enerhiya. Sinasabi ng  Hammond-Leffler Postulate na ang estrukturang ito ay kahalintulad ng produkto o simulang materyal na may anking enerhiyang napakalapit sa balakid na enerhiya.  Ang isang paraan upang magampan ang katalisis ay patatagin ang hipotetikong intermedyong ito sa pamamagitan ang kimikang pagniniig nila.

 Nababaliktad ang lahat ng prosesong kimikal (ayon sa batas ng mikroskopyong pagbabaliktad [microscopic reversibility]) subalit may mga ilang proseso na may kiling sa enerhiya na sa dakong huli ay masasabing di-baliktarin.

 Mga pinag-aaralan sa kimika 

 Atomo
 Kompuwesto (Compound)
 Elemento
 Iono
 Isotopo(Isotope)
 Halo (Mixture)
 Molekula
 Partikula
 Plastik (Plastiko)
 Polimero (Polymer)
 Sustansiyang kimikal (Substance)
 Pagbabagong pisikal
 Pagbabagong kemikal
 Katangiang pisikal
 Katangiang kemikal
 Makaagham na pamamaraan o Siyentipikong metodolohiya
 SI base unit
 Hinuhang atomika (Atomic theory)
 Pormulang kimikal (Chemical formula)
 Kawing kimikal (Chemical bond)
 Ekwasyong kimikal (Chemical equation)
 Reaksiyong kimikal (Chemical reaction)
 Mga Karaniwang Hinuha Tungkol sa Asido-Base (Common Acid-Base Theories)

 Sanggunian 

 Tingnan din 

 Talaang Peryodiko (Periodic Table)
 Listahan ng mga karaniwang elemento
 Karaniwang aparatong pangkimika
 Paraang panlaboratoryo (Laboratory techniques)
 Paraang kimikal (Chemical techniques)
 Suriang kimika  (Analytical chemistry)
 Kasaysayan ng kemika
 Hinua sa estrukturang kimikal (Structural theory)

 Mga panlabas na kawing 
 Isang panimula sa kimika 
 Sentral sa kimika 

*
Kategorya:Agham