Χημεία - Μια επιστήμη έρευνας και εφαρμογών

Από Βικιεπιστήμιο
Πήδηση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση

Γενικές έννοιες[επεξεργασία]

Όλα τα σώματα (αντικείμενα) που βρίσκονται γύρω μας (φυσικά και εμείς οι ίδιοι οι άνθρωποι) ονομάζονται υλικά σώματα, γιατί αποτελούνται από ύλη (κάποιο υλικό) και έχουν τη δική τους μάζα (ποσότητα ύλης) και το δικό τους όγκο (ο χώρος που καταλαμβάνουν).

Η μάζα είναι γενικά ορισμένη και σταθερή (εκτός αν συμβαίνουν φαινόμενα (παρατηρούμενες αλλαγές) πολύ υψηλής ενέργειας.

Φυσικές Καταστάσεις της Ύλης[επεξεργασία]

Οι (κύριες) καταστάσεις της ύλης είναι οι ακόλουθες 3: στερεή, υγρή και αέρια.

Υπάρχουν και μερικές ασυνήθιστες καταστάσεις της ύλης που σχηματίζονται κάτω από ακραίες συνθήκες, που όμως δεν αποτελούν μέρος αυτού του επιπέδου, όπως η κατάσταση πλάσματος

Ποιά είναι τα χαρακτηριστικά τους;

ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ
Στερεή (s: από το solid = στερεό) Υγρή (l: από το l iquid = υγρό) Αέρια (g: από το gas = αέριο)
Όγκος ορισμένος ορισμένος μεταβαλλόμενος
Σχήμα ορισμένο μεταβαλλόμενο μεταβαλλόμενο


Τι παρατηρούμε;

Ένα σώμα στερεό ή υγρό έχει έναν συγκεκριμένο όγκο. Όπου και να μπει ή κινηθεί αυτό το σώμα ο όγκος του παραμένει ίδιος. Σε ένα υγρό ή σε ένα αέριο όμως αλλάζει το σχήμα, παίρνοντας συνήθως το σχήμα του δοχείου που βρίσκεται.

Π.χ. αν βάλουμε την ίδια ποδότητα νερού σε δυο διαφορετικά δοχεία, το μόνο που αλλάζει είναι το σχήμα που παίρνει.

Αν όμως πάρουμε ένα στερεό, όπου και να το βάλουμε, και το σχήμα παραμένει το ίδιο.

Τα υγρά και τα αέρια συχνά ονομάζονται μαζί ρευστά, επειδή μπορούν να ρέουν, δηλαδή να κυλούν.

Παράγοντες που επηρεάζουν τη φυσική κατάσταση ενός σώματος[επεξεργασία]

Υπάρχουν δύο σημαντικότατοι παράγοντες οι οποίοι καθορίζουν τη φυσική κατάσταση ενός σώματος: η θερμοκρασία και η πίεση.

Ας αναφέρουμε ορισμένα παραδείγματα για καλύτερη κατανόηση:

  1. Όταν βάζουμε νερό σε μία παγοθήκη και το καταψύχουμε (δηλαδή το βάλουμε στην κατάψυξη), τότε το πήζουμε (δηλαδή το παγώνουμε), μεταβάλοντάς το από υγρό σε στερεό. Αυτό το πετύχαμε μειώνοντας τη θερμοκρασία του (ψύξη).
  2. Αν βγάλουμε τον πάγο από την κατάψυξη, τότε έχουμε το αντίστροφο φαινόμενο, την τήξη (λιώσιμο δηλαδή), μεταβάλλοντας το στερεό σε υγρό. Αυτό το πετύχαμε αυξάνοντας τη θερμοκρασία του (θέρμανση).
  3. Αν τώρα θερμάνουμε το νερό αρκετά, αυτό αρχίζει να βράζει, δηλαδή να μεταβάλλεται από νερό (υγρό) σε ατμό (αέριο).
  4. Αν τοποθετήσουμε ένα ψυχρό αντικείμενο μέσα στους ατμούς του νερού που βράζει, θα σχηματιστούν ξανά σταγονίδια υγρού νερού. Στην περίπτωση αυτή έχουμε συμπύκνωση, δηλαδή μετατροπή αερίου σε υγρό.
  5. Τέλος, κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις, είναι δυνατή η απευθείας μετατροπή στερεού σε αέριο (εξάχνωση), όπως και το αντίστροφο. Παράδειγμα εξάχνωσης δίνει η ναφθαλίνη, που με ελαφρά θέρμανση μυρίζει χαρακτηριστικά, αφού μέρος της μετατρέπεται από στερεή σε αέρια. Η οσμή (μυρωδιά) που φθάνει στη μύτη μας προέρχεται ακριβώς από τους ατμούς ναφθαλίνης. Μόνο τα αέρια είναι αισθητά με την όσφρηση.

Υπάρχουν υλικά σώματα που αποτελούνται από μια χημική ουσία και άλλα από περισσότερες.

Παραδείγματα υλικών σωμάτων που αποτελούνται από μια μόνο χημική ουσία:

  1. Ένα καρφί κανονικά αποτελείται μόνο από σίδηρο.
  2. Ένα κομμάτι μάρμαρο αποτελείται από ανθρακικό ασβέστιο.
  3. Το βαμβάκι αποτελείται από κυτταρίνη.

Παραδείγματα υλικών σωμάτων που αποτελούνται από δυο χημικές ουσίες:

  1. Ένα καλώδιο αποτελείται από χαλκό (το σύρμα) και πλαστικό (το μονωτικό περίβλημα).
  2. Το ζαχαρόνερο αποτελείται από νερό και ζάχαρη.

Παράδειγμα υλικού σώματος που αποτελείται από 3 χημικές ουσίες:

  1. Το γυαλί αποτελείται από τις ουσίες: διοξείδιο του πυριτίου (άμμος), ανθρακικό ασβέστιο (ασβεστόλιθος) και ανθρακικό νάτριο.

Παράδειγμα υλικού σώματος που αποτελείται από πολλές χημικές ουσίες:

  1. Ο ατμοσφαιρικός αέρας αποτελείται από άζωτο, οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα, νερό (υδρατμούς), ευγενή αέρια, μεθάνιο, διάφορες σκόνες και καυσαέρια (ιδιαίτερα πάνω από τις πόλεις).

Όλα τα παραπάνω φαινόμενα συμβαίνουν κάτω από συνδυασμούς θερμοκρασίας και πίεσης χαρακτηριστικούς για κάθε χημική ουσία.

Εκτός από την κατάσταση ενός σώματος, ο όγκος του επίσης μεταβάλλεται με τη μεταβολή της πίεσης και της θερμοκρασίας. Οι μεγαλύτερες αλλαγές παρατηρούνται στα αέρια, όμως μετρήσιμες αλλαγές συμβαίνουν και στα υγρά και στα στερεά.

Τι είναι η Χημεία; - Εισαγωγή στη Χημεία[επεξεργασία]

Οι διάφορες μεταβολές (αλλαγές) που συμβαίνουν στη φύση ονομάζονται φαινόμενα. Τα φαινόμενα που αφορούν φυσικά σώματα χωρίζονται βασικά σε δυο μεγάλες κατηγορίες: στα φυσικά φαινόμενα και στα χημικά φαινόμενα}.


Φυσικά φαινόμενα ονομάζονται εκείνα κατά τα οποία δεν μεταβάλλεται η χημική σύσταση των ουσιών από τις οποίες αποτελούνται τα φυσικά σώματα που μετέχουν σ' αυτά.


Παραδείγματα φυσικών φαινομένων είναι τα ακόλουθα:

  1. Οι παραπάνω μεταβολές κατάστασης της ύλης (πήξη, τήξη, κτλ.).
  2. Οι κινήσεις των υλικών σωμάτων.
  3. Η παραμόρφωση (αλλαγή σχήματος) των στερεών υλικών σωμάτων: τέντωμα, σπάσιμο, κτλ..
  4. Η μεταβολή του όγκου των υλικών σωμάτων: (Θερμική διαστολή και συστολή).
  5. Η διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από ένα σύστημα με μη ηλεκτρολυτικούς αγωγούς (δηλαδή όχι διαλύματα ή τήγματα χημικών ουσιών που λέγονται ηλεκτρολύτες).
  6. Η εκπομπή θερμότητας ή φωτός από ηλεκτρικές θερμάστρες ή και λάμπες.
  7. Η μαγνητική έλξη.
Χημικά φαινόμενα ή χημικές αντιδράσεις ονομάζονται εκείνα κατά τα οποία μεταβάλλεται η χημική σύσταση των ουσιών από τις οποίες αποτελούνται τα φυσικά σώματα που μετέχουν σ' αυτά.

Παραδείγματα φυσικών φαινομένων είναι τα ακόλουθα:

  1. Η καύση του άνθρακα: Ο άνθρακας ενώνεται με το w:οξυγόπνο του [[w:ατμοασφαιρικός αέρας}ατμοσφαιρικού αέρα]] και παράγεται μια άλλη ουσία, το διοξείδιο του άνθρακα ή το μονοξείδιο του άνθρακα, ανάλογα με την αναλογία άνθρακα και οξυγόνου.
  2. Η ζύμωση του μούστου σε κρασί. Η γλυκόζη που περιέχει ο μούστος μετατρέπεται ενζυμικά σε αιθανόλη που περιέχεται στο κρασί.
  3. H ζύμωση του κρασιού σε ξύδι. Η αιθανόλη που περιέχει το κρασί μετατρέπεται ενζυμικά σε αιθανικό οξύ που περιέχεται στο ξύδι.
  4. Η ηλεκτρόλυση του νερού: Το νερό διασπάται στα συστατικά του w:υφρογόνο και οξύγόνο'.
  5. Η διάβρωση του ψευδαργύρου από θειικό οξύ. Ο ψευδάργυρος διαβρώνεται (αντιδρά και το προϊόν διαλύεται) από το θειικό οξύ, παράγοντας υδρογόνο και θειικό ψευδάργυρο.
  6. H εξουδετέρωση υδροχλωρικού οξέως από υδροξείδιο του καλίου. Το υδροχλωρικό οξύ αντιδρά με το υδροξείδιο του καλίου και σχηματίζει νερό και χλωριούχο κάλιο.

Σε όλα τα φαινόμενα, φυσικά και χημικά υπάρχει μια οντότητα που πάντα υπεισέρχεται: Η ενέργεια. Αυτή εμφανίζεται σε πολλές αλληλομετατρεπόμενες μορφές.

Χημεία είναι η επιστήμη που ασχολείται με τα χημικά φαινόμενα και τις εφαρμογές τους.


Βασικοί στόχοι της Χημείας είναι οι ακόλουθοι:

  1. Η μελέτη των χημικών φαινομένων, δηλαδή το πώς και γιατί οι χημικές ουσίες μετατρέπονται σε άλλες.
  2. Η ανακάλυψη, ταξινόμιση και μελέτη των ιδιοτήτων των διαφόρων ψημικών ουσιών που υπα΄ρχουν στη φύση ή μπορούν να συνθεθούν τεχνητά από άλλες.
  3. Η βελτίωση των ιδιοτήτων ορισμένων χημικών ουσιών που αποτελούν προϊόντα χρήσης από την κοινωνία.
  4. Η παραγωγή χημιοκών ουσιών και προϊόντων που δεν υπάρχουν στη φύση, αλλά είναι χρήσιμα στους ανθρώπους.
  5. Η εύερση τρόπων εξουδέτωσης ανεπιθύμητων ή βλαβερών για το περιβάλλον ή και τους ανθρώπους χημικών ουσιών που δυστυχώς αποτελούν απόβλητα, δηλαδή ανεπιθύμητα παραπροϊόντα διαφόρων, χρήσιμων κατά τα άλλα, διεργασιών.

Η Χημεία είναι μια σχετικά καινούρια επιστήμη που αναπτύχθηκε κυρίως από το 18ο αιώνα. Είναι απόγονος της Μεσσαιωνικής αλχημείας.

Πολλοί νομίζουν ότι η Χημεία είναι μόνο τεράστια εργαστήρια με μεγάλους επιστήμονες που φορούν άσπρες ανθεκτικές στολές και πειραματίζονται με δοκιμαστικούς σωλήνες αναμιγνύοντας χρωματιστά υγρά.

Ας σκεφτούμε όμως πραγματικά πώς η Χημεία μάς έχει ωφελήσει στη ζωή μας: τα ρούχα μας, τα φάρμακα με τα οποία θεραπευόμαστε, τα CD, τα DVD, οι υπολογιστές, οι συσκευασίες τροφίμων και ποτών: πλαστικές και χάρτινες και γενικά σχεδόν όλη μας η ζωή είναι η Χημεία. Και η φύση όμως είναι Χημεία: η διάσπαση των τροφών και η φωτοσύνθεση είναι χημικά φαινόμενα.

Παρ' όλα αυτά η Χημεία δεν είναι πάντοτε ωφέλιμη. Όπως όλες τις Επιστήμες και (τα εργαλεία γενικά) το αποτέλεσμα εξαρτάται από τη σωστή ή όχι χρήση της. Σε μερικές περιπτώσεις μάλιστα τα αποτελέσματα έχουν δυο όψεις: Τα φάρμακα εκτός από το να μας θεραπεύουν, μας προκαλούν παρενέργειες. Επίσης τα φυτοφάρμακα μπορεί να τρέφουν τα φυτά, όμως μερικά από αυτά είναι επιβλαβή για την ανθρώπινη υγεία και τη φύση. Παρ' όλα αυτά, δεν ευθύνονται πάντα οι επιστήμονες για τη αωστή ή χρήση της Χημείας. Συχνά τον έλεγχο της χρήσης την έχουν άνθρωποι ανίδεοι, ανεύθυνοι ή αδιάφοροι για το αποτέλσμα, ιδίως όταν αυτό είναι αρνητικό κυρίως για άλλους και ωφέλιμο γοα τους ίδιους. Κάθε άνθρωπος έχει την αποκλειστική ευθύνη για της πράξεις του και τον τρόπο εφαρμογής των Επιστημών και των εργαλείων που παράγουν και όχι η επιστήμη.

Στοιχειώδεις γνώσεις Χημικής Ανάλυσης[επεξεργασία]