เคมีส่งผลกระทบต่อชีวิตของเราในทุกด้าน เคยสงสัยไหมว่าทำไมหัวหอมถึงทำให้คุณร้องไห้หรือน้ำแข็งลอยอยู่บนน้ำ? หัวหอมทำให้คุณร้องไห้เพราะหัวหอมผลิตสารเคมีที่ระคายเคืองซึ่งกระตุ้นต่อมน้ำตาในดวงตาเพื่อให้น้ำตาหลั่งออกมา น้ำแข็งลอยอยู่บนน้ำเพราะมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ คำถามเหล่านี้มีคำตอบโดยวิทยาศาสตร์เคมี
ในบทเรียนนี้เราจะพูดถึง
เคมี เป็นสาขาหนึ่งของวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาว่าทุกสิ่งทำมาจากอะไรและทำงานอย่างไร เป็นการศึกษาเกี่ยวกับวัสดุที่ประกอบขึ้นเป็นร่างกายของเราและทุกสิ่งในโลกรอบตัวเรา นักวิทยาศาสตร์ที่เชี่ยวชาญด้านเคมีเรียกว่า นักเคมี
เคมีส่งผลกระทบต่อเกือบทุกอย่างที่เรามองเห็นและทุกการกระทำของเรา เคมีอธิบายว่าทำไมเค้กจึงลอยขึ้นในเตาอบ วิธีที่เราย่อยอาหารและเปลี่ยนเป็นพลังงาน น้ำมันเบนซินทำให้เครื่องยนต์ทำงานอย่างไร ดอกไม้ไฟสร้างสีสันได้อย่างไร ฯลฯ เคมีสัมผัสทุกด้านในชีวิตของเรา ตั้งแต่เสื้อผ้าที่เราสวมใส่ อาหารที่เรากิน ยาที่เราใช้ และผลิตภัณฑ์ที่เราใช้ที่บ้าน ทุกอย่างเป็นผลผลิตจากเคมี
เคมีมองโลกในสองระดับ คือ มองด้วยตาเปล่า และ มองด้วยกล้องจุลทรรศน์
ในภาพประกอบด้านบน ในระดับมหภาค เราจะเห็นน้ำในมหาสมุทร ภูเขาน้ำแข็ง และอากาศ มีอยู่ 3 รูปแบบ คือ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ในระดับจุลภาค นักเคมีจะศึกษาว่าเหตุใดน้ำจึงมีอยู่ในรูปแบบที่แตกต่างกันสามรูปแบบนี้ แต่ละรูปแบบมีคุณสมบัติอย่างไร และรูปแบบหนึ่งแตกต่างจากรูปแบบอื่นๆ อย่างไร นักเคมี สังเกตและทำการทดลองในระดับมหภาคก่อน แล้วจึงให้คำอธิบายในลักษณะจุลภาค
ตัวอย่างเช่น เมื่อเราเห็นส่วนที่เป็นสนิมของจักรยานหรือเสาเหล็ก เราจะเห็นการเปลี่ยนแปลงทางกาย นี่คือระดับมหภาค เมื่อเราค้นหาว่าเกิดอะไรขึ้นภายในที่ทำให้เหล็กกลายเป็นสนิมเมื่อสัมผัสกับออกซิเจนและน้ำในอากาศ เราจะศึกษาข้อมูลระดับจุลภาคเกี่ยวกับการเกิดสนิม
การศึกษาเคมีสมัยใหม่มีหลายสาขา แต่สามารถแบ่งออกได้เป็นห้าสาขาวิชาหลัก เหล่านี้จะกล่าวถึงด้านล่าง
สาขาวิชาเคมีเกี่ยวข้องกับความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติทางกายภาพของสารกับองค์ประกอบทางเคมีและการเปลี่ยนแปลงของสาร โดยมุ่งเน้นที่การวิเคราะห์วัสดุ การพัฒนาวิธีการทดสอบและกำหนดลักษณะคุณสมบัติของวัสดุ การพัฒนาทฤษฎีเกี่ยวกับคุณสมบัติเหล่านี้ และการค้นหาศักยภาพในการใช้ประโยชน์ของวัสดุ ศึกษาสิ่งต่างๆ เช่น อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี การถ่ายโอนพลังงานที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยา หรือโครงสร้างทางกายภาพของวัสดุในระดับโมเลกุล
เป็นสาขาวิชาเคมีที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาคุณสมบัติ โครงสร้าง ปฏิกิริยา และองค์ประกอบของสารที่มีคาร์บอนและไฮโดรเจนหรือที่เรียกว่าสารประกอบอินทรีย์ คาร์บอนเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในโลก และสามารถสร้างสารเคมีจำนวนมหาศาลได้ สารประกอบอินทรีย์เป็นพื้นฐานของทุกชีวิตบนโลก มีสารประกอบอินทรีย์นับล้านที่สามารถพบเห็นได้ทุกวันในรูปของพลาสติก ปิโตรเลียม เส้นใย เสื้อผ้า อาหาร และยารักษาโรค
เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับเคมีอินทรีย์ เป็นการศึกษาการก่อตัว การสังเคราะห์ และคุณสมบัติของสารเคมีที่ไม่มีคาร์บอน สารเคมีอนินทรีย์มักพบในหินและแร่ ตัวอย่างของสารประกอบอนินทรีย์ ได้แก่ โซเดียมคลอไรด์ กรดซัลฟิวริก และซิลิกอนไดออกไซด์
เป็นการศึกษาองค์ประกอบของวัสดุ ใช้เครื่องมือที่ซับซ้อนในการแยก ระบุ และหาปริมาณส่วนประกอบที่ไม่รู้จักของสารเคมี ตัวอย่างเช่น การตรวจหาคอเลสเตอรอลหรือฮีโมโกลบินในเลือด
เป็นการศึกษาเกี่ยวกับสารเคมีและกระบวนการที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต เป็นการนำชีววิทยาและเคมีมารวมกัน มันเกี่ยวข้องกับเคมีของชีวิต คาร์โบไฮเดรต ลิพิด โปรตีน และกรดนิวคลีอิกเป็นสารชีวภาพประเภทหลักที่ศึกษาทางชีวเคมี ตัวอย่างเช่น การศึกษากระบวนการของเซลล์เพื่อทำความเข้าใจสถานะของโรคเพื่อให้สามารถพัฒนาการรักษาได้ดียิ่งขึ้น
การศึกษาเคมีสมัยใหม่สามารถแบ่งการวิจัยออกเป็นสองประเภท - แบบบริสุทธิ์และแบบประยุกต์
เคมีบริสุทธิ์ มุ่งเน้นไปที่การศึกษาบางอย่างเพื่อรับความรู้อย่างแท้จริง โดยจะตอบคำถามพื้นฐาน เช่น "ก๊าซมีพฤติกรรมอย่างไร" สิ่งนี้ทำขึ้นเพื่อพัฒนาความเข้าใจทางเคมีของมนุษยชาติ เช่นศึกษาคุณสมบัติของออกซิเจน โครงสร้างโมเลกุลของเส้นใยฝ้ายหรือไหม เป็นต้น
เคมีประยุกต์ มุ่งเน้นไปที่การใช้ความรู้ที่มีอยู่เกี่ยวกับหลักการและทฤษฎีเคมีเพื่อตอบคำถามเฉพาะหรือแก้ปัญหาในโลกแห่งความเป็นจริง ตัวอย่างเช่น การใช้ความรู้เรื่องน้ำมันและก๊าซธรรมชาติเพื่อหาวิธีเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงให้ดีขึ้น การสึกหรอน้อยลง และการปล่อยมลพิษน้อยลง
เคมีบริสุทธิ์ซึ่งดูที่ 'อย่างไร' 'อะไร' และ 'ทำไม' ของสิ่งต่าง ๆ สามารถแจ้งเคมีประยุกต์ซึ่งเป็นการประยุกต์ความรู้ทางเคมีของเรา ในความเป็นจริง หากปราศจากความรู้ที่ได้จากเคมีล้วน เราอาจไม่มีการพัฒนามากมายที่มาจากเคมีประยุกต์
