La química es el estudio de la materia, sus propiedades, cómo y por qué las sustancias se combinan o separan para formar otras sustancias, y cómo las sustancias interactúan con la energía. Muchas personas piensan que los químicos son científicos con bata blanca que mezclan líquidos extraños en un laboratorio, pero la verdad es que todos somos químicos. Comprender los conceptos básicos de química es importante para casi todas las profesiones. La química es parte de todo en nuestras vidas.
Todo material en existencia está hecho de materia, incluso nuestros propios cuerpos. La química está involucrada en todo lo que hacemos, desde cultivar y cocinar alimentos hasta limpiar nuestras casas y cuerpos hasta lanzar un transbordador espacial. La química es una de las ciencias físicas que nos ayuda a describir y explicar nuestro mundo.
Cinco ramas
Hay cinco ramas principales de la química, cada una de las cuales tiene muchas áreas de estudio.
Química analítica utiliza la observación cualitativa y cuantitativa para identificar y medir las propiedades físicas y químicas de las sustancias. En cierto sentido, toda la química es analítica.
Química Física combina química con física. Los químicos físicos estudian cómo interactúan la materia y la energía. La termodinámica y la mecánica cuántica son dos de las ramas importantes de la química física.
Química Orgánica estudia específicamente compuestos que contienen el elemento carbono. El carbono tiene muchas propiedades únicas que le permiten formar enlaces químicos complejos y moléculas muy grandes. La química orgánica se conoce como la "Química de la vida" porque todas las moléculas que forman el tejido vivo tienen carbono como parte de su composición.
Química Inorgánica estudia materiales como metales y gases que no tienen carbono como parte de su composición.
Bioquímica Es el estudio de los procesos químicos que ocurren dentro de los organismos vivos.
Campos de estudio
Dentro de estas amplias categorías hay innumerables campos de estudio, muchos de los cuales tienen efectos importantes en nuestra vida diaria. Los químicos mejoran muchos productos, desde los alimentos que comemos y la ropa que usamos hasta los materiales con los que construimos nuestros hogares. La química ayuda a proteger nuestro medio ambiente y busca nuevas fuentes de energía.
Química de Alimentos
La ciencia de los alimentos se ocupa de los tres componentes biológicos de los alimentos: carbohidratos, lípidos y proteínas. Los carbohidratos son azúcares y almidones, los combustibles químicos necesarios para que nuestras células funcionen. Los lípidos son grasas y aceites y son partes esenciales de las membranas celulares y para lubricar y amortiguar los órganos dentro del cuerpo. Debido a que las grasas tienen 2,25 veces la energía por gramo que los carbohidratos o las proteínas, muchas personas intentan limitar su consumo para evitar el sobrepeso. Las proteínas son moléculas complejas compuestas de 100 a 500 o más aminoácidos que están encadenados y plegados en formas tridimensionales necesarias para la estructura y función de cada célula. Nuestros cuerpos pueden sintetizar algunos de los aminoácidos; Sin embargo, ocho de ellos, los aminoácidos esenciales, deben tomarse como parte de nuestra comida. Los científicos de alimentos también se preocupan por los componentes inorgánicos de los alimentos, como su contenido de agua, minerales, vitaminas y enzimas.
Los químicos de alimentos mejoran la calidad, seguridad, almacenamiento y sabor de nuestros alimentos. Los químicos de alimentos pueden trabajar para la industria privada para desarrollar nuevos productos o mejorar el procesamiento. También pueden trabajar para agencias gubernamentales como la Administración de Drogas y Alimentos para inspeccionar productos alimenticios y manipuladores para protegernos de la contaminación o las prácticas nocivas. Los químicos de alimentos prueban los productos para proporcionar información utilizada para las etiquetas nutricionales o para determinar cómo el empaque y el almacenamiento afectan la seguridad y la calidad de los alimentos. Los saboristas trabajan con productos químicos para cambiar el sabor de los alimentos. Los químicos también pueden trabajar en otras formas de mejorar el atractivo sensorial, como mejorar el color, el olor o la textura.
Química ambiental
Los químicos ambientales estudian cómo los químicos interactúan con el ambiente natural. La química ambiental es un estudio interdisciplinario que involucra tanto la química analítica como la comprensión de la ciencia ambiental. Los químicos ambientales primero deben comprender los químicos y las reacciones químicas presentes en los procesos naturales en el agua y el aire del suelo. El muestreo y el análisis pueden determinar si las actividades humanas han contaminado el medio ambiente o han causado reacciones dañinas que lo afecten.
La calidad del agua es un área importante de la química ambiental. El agua "pura" no existe en la naturaleza; siempre tiene algunos minerales u otras sustancias disueltas en él. Los químicos de calidad del agua analizan ríos, lagos y aguas oceánicas en busca de características tales como oxígeno disuelto, salinidad, turbidez, sedimentos suspendidos y pH. El agua destinada al consumo humano debe estar libre de contaminantes nocivos y puede tratarse con aditivos como fluoruro y cloro para aumentar su seguridad.
Quimica agricola
La química agrícola se refiere a las sustancias y reacciones químicas que intervienen en la producción, protección y uso de cultivos y ganado. Es un campo altamente interdisciplinario que se basa en lazos con muchas otras ciencias. Los químicos agrícolas pueden trabajar con el Departamento de Agricultura, la Agencia de Protección Ambiental, la Administración de Drogas y Alimentos o para la industria privada. Los químicos agrícolas desarrollan fertilizantes, insecticidas y herbicidas necesarios para la producción de cultivos a gran escala. También deben controlar cómo se utilizan estos productos y sus impactos en el medio ambiente. Los suplementos nutricionales se desarrollan para aumentar la productividad de los rebaños de carne y lácteos.
La biotecnología agrícola es un foco de rápido crecimiento para muchos químicos agrícolas. La manipulación genética de los cultivos para que sean resistentes a los herbicidas utilizados para controlar las malas hierbas en los campos requiere una comprensión detallada de las plantas y los productos químicos a nivel molecular. Los bioquímicos deben comprender la genética, la química y las necesidades comerciales para desarrollar cultivos que sean más fáciles de transportar o que tengan una vida útil más larga.
Ingeniería Química
Los ingenieros químicos investigan y desarrollan nuevos materiales o procesos que implican reacciones químicas. La ingeniería química combina una formación en química con conceptos de ingeniería y economía para resolver problemas tecnológicos. Los trabajos de ingeniería química se dividen en dos grupos principales: aplicaciones industriales y desarrollo de nuevos productos.
Las industrias requieren que los ingenieros químicos diseñen nuevas formas de hacer que la fabricación de sus productos sea más fácil y rentable. Los ingenieros químicos participan en el diseño y operación de plantas de procesamiento, desarrollan procedimientos de seguridad para el manejo de materiales peligrosos y supervisan la fabricación de casi todos los productos que utilizamos. Los ingenieros químicos trabajan para desarrollar nuevos productos y procesos en todos los campos, desde productos farmacéuticos hasta combustibles y componentes informáticos.
Geoquímica
Los geoquímicos combinan química y geología para estudiar la composición y la interacción entre las sustancias que se encuentran en la Tierra. Los geoquímicos pueden pasar más tiempo en estudios de campo que otros tipos de químicos. Muchos trabajan para el Servicio Geológico de EE. UU. O la Agencia de Protección Ambiental para determinar cómo las operaciones mineras y los desechos pueden afectar la calidad del agua y el medio ambiente. Pueden viajar a minas abandonadas remotas para recolectar muestras y realizar evaluaciones de campo en bruto, y luego seguir una corriente a través de su cuenca para evaluar cómo se están moviendo los contaminantes a través del sistema. Los geoquímicos del petróleo son empleados por compañías de petróleo y gas para ayudar a encontrar nuevas reservas de energía. También pueden trabajar en tuberías y plataformas petroleras para evitar reacciones químicas que puedan causar explosiones o derrames.
Química forense
Los químicos forenses capturan y analizan la evidencia física dejada en la escena del crimen para ayudar a determinar las identidades de las personas involucradas, así como para responder otras preguntas vitales sobre cómo y por qué se llevó a cabo el crimen. Los químicos forenses utilizan una amplia variedad de métodos de análisis, como la cromatografía, la espectrometría y la espectroscopía.
En una nueva investigación que apareció en el Journal of the American Society of Mass Spectrometry, los científicos del departamento de química de la Louisiana State University (LSU) se propusieron aplicar la tecnología láser en el campo de la ciencia forense.
Desarrollaron un sistema que va más allá de la identificación de una huella digital. La técnica puede capturar moléculas contenidas dentro de una marca de dedo, incluidos lípidos, proteínas, material genético o incluso trazas de explosivos, que pueden analizarse más a fondo. La nueva herramienta esencialmente elimina el misterio de identificar la composición química de las huellas digitales en las escenas del crimen.
La herramienta enfoca un láser, usando espejos y fibras ópticas, en una superficie que contiene una marca de dedo. El láser luego calienta el agua o la humedad en la superficie, provocando que los enlaces químicos en el agua se estiren y vibren, según el Blog de la Facultad de Ciencias de LSU. Toda esta energía enfocada hace que el agua "explote", convirtiéndola en un gas y separando biomoléculas como el ADN. Este proceso se llama ablación láser.
A continuación, un pequeño sistema de bomba de vacío extrae el agua y las moléculas en un pequeño filtro que captura todo lo que deja el dedo de una persona. Los científicos forenses pueden luego poner los contenidos en un dispositivo de análisis como un espectrómetro de masas o un espectrómetro de masas de cromatografía de gases.
Es importante destacar que esta técnica de ablación por láser puede capturar fácilmente las huellas dactilares en superficies porosas, como el cartón (en el que los métodos forenses tradicionales no han tenido mucho éxito).
Para probar su nueva técnica, los investigadores colocaron marcas de dedos en muchos tipos diferentes de superficie, incluidos vidrio, plástico, aluminio y cartón. Estas marcas de dedos se mezclaron con sustancias tan diversas como cafeína, crema antiséptica, lubricantes para condones y TNT, según el Blog de la Facultad de Ciencias de LSU. Después de cada captura de huellas dactilares, los químicos pudieron identificar estas sustancias mediante espectrometría de masas.
