Química é o estudo da matéria, suas propriedades, como e por que as substâncias se combinam ou se separam para formar outras substâncias e como as substâncias interagem com a energia. Muitas pessoas pensam nos químicos como cientistas revestidos de branco, misturando líquidos estranhos em um laboratório, mas a verdade é que somos todos químicos. Compreender os conceitos básicos de química é importante para quase todas as profissões. A química faz parte de tudo em nossas vidas.
Todo material existente é composto de matéria - até nossos próprios corpos. A química está envolvida em tudo o que fazemos, desde o cultivo e a culinária dos alimentos, passando pela limpeza de nossas casas e corpos até o lançamento de um ônibus espacial. A química é uma das ciências físicas que nos ajudam a descrever e explicar nosso mundo.
Cinco ramos
Existem cinco ramos principais da química, cada um dos quais com muitas áreas de estudo.
Química Analítica usa observação qualitativa e quantitativa para identificar e medir as propriedades físicas e químicas das substâncias. Em certo sentido, toda a química é analítica.
Química Física combina química com física. Os químicos estudam como a matéria e a energia interagem. Termodinâmica e mecânica quântica são dois dos ramos importantes da físico-química.
Química orgânica estuda especificamente compostos que contêm o elemento carbono. O carbono tem muitas propriedades únicas que lhe permitem formar ligações químicas complexas e moléculas muito grandes. A química orgânica é conhecida como "Química da Vida" porque todas as moléculas que compõem os tecidos vivos têm carbono como parte de sua composição.
Química Inorgânica estuda materiais como metais e gases que não possuem carbono como parte de sua composição.
Bioquímica é o estudo de processos químicos que ocorrem dentro de organismos vivos.
Campos de estudo
Dentro dessas categorias amplas existem inúmeros campos de estudo, muitos dos quais têm efeitos importantes em nossa vida diária. Os químicos melhoram muitos produtos, desde os alimentos que ingerimos e as roupas que vestimos até os materiais com os quais construímos nossas casas. A química ajuda a proteger nosso meio ambiente e busca novas fontes de energia.
Química de Alimentos
A ciência de alimentos lida com os três componentes biológicos dos alimentos - carboidratos, lipídios e proteínas. Os carboidratos são açúcares e amidos, os combustíveis químicos necessários para o funcionamento de nossas células. Os lipídios são gorduras e óleos e são partes essenciais das membranas celulares e para lubrificar e amortecer os órgãos dentro do corpo. Como as gorduras têm 2,25 vezes a energia por grama do que carboidratos ou proteínas, muitas pessoas tentam limitar sua ingestão para evitar o excesso de peso. As proteínas são moléculas complexas compostas de 100 a 500 ou mais aminoácidos que são encadeados e dobrados em formas tridimensionais necessárias para a estrutura e função de cada célula. Nossos corpos podem sintetizar alguns dos aminoácidos; no entanto, oito deles, os aminoácidos essenciais, devem ser ingeridos como parte de nossos alimentos. Os cientistas de alimentos também estão preocupados com os componentes inorgânicos dos alimentos, como seu conteúdo de água, minerais, vitaminas e enzimas.
Os químicos de alimentos melhoram a qualidade, segurança, armazenamento e sabor de nossos alimentos. Os químicos de alimentos podem trabalhar para a indústria privada desenvolver novos produtos ou melhorar o processamento. Eles também podem trabalhar para agências governamentais, como a Food and Drug Administration, para inspecionar produtos alimentícios e manipuladores para nos proteger da contaminação ou práticas prejudiciais. Os químicos de alimentos testam os produtos para fornecer informações usadas para os rótulos nutricionais ou para determinar como a embalagem e o armazenamento afetam a segurança e a qualidade dos alimentos. Os aromatizantes trabalham com produtos químicos para alterar o sabor dos alimentos. Os químicos também podem trabalhar em outras maneiras de melhorar o apelo sensorial, como melhorar a cor, odor ou textura.
Química ambiental
Químicos ambientais estudam como os produtos químicos interagem com o ambiente natural. A química ambiental é um estudo interdisciplinar que envolve tanto a química analítica quanto a compreensão da ciência ambiental. Os químicos ambientais devem primeiro entender os produtos químicos e reações químicas presentes nos processos naturais da água e do ar do solo. A amostragem e a análise podem determinar se as atividades humanas contaminaram o meio ambiente ou causaram reações prejudiciais ao afetá-lo.
A qualidade da água é uma área importante da química ambiental. Água "pura" não existe na natureza; sempre tem alguns minerais ou outras substâncias dissolvidas. Os químicos da qualidade da água testam rios, lagos e água do oceano em busca de características como oxigênio dissolvido, salinidade, turbidez, sedimentos em suspensão e pH. A água destinada ao consumo humano deve estar livre de contaminantes nocivos e pode ser tratada com aditivos como flúor e cloro para aumentar sua segurança.
Química agrícola
A química agrícola está preocupada com as substâncias e reações químicas envolvidas na produção, proteção e uso de culturas e animais. É um campo altamente interdisciplinar que depende de vínculos com muitas outras ciências. Os químicos agrícolas podem trabalhar com o Departamento de Agricultura, a Agência de Proteção Ambiental, a Administração de Alimentos e Medicamentos ou com a indústria privada. Os químicos agrícolas desenvolvem fertilizantes, inseticidas e herbicidas necessários para a produção agrícola em larga escala. Eles também devem monitorar como esses produtos são usados e seus impactos no meio ambiente. Os suplementos nutricionais são desenvolvidos para aumentar a produtividade dos rebanhos de carne e laticínios.
A biotecnologia agrícola é um foco de rápido crescimento para muitos químicos agrícolas. A manipulação genética das culturas para ser resistente aos herbicidas usados no controle de ervas daninhas nos campos exige um entendimento detalhado das plantas e dos produtos químicos no nível molecular. Os bioquímicos devem entender as necessidades de genética, química e negócios para desenvolver culturas que sejam mais fáceis de transportar ou que tenham uma vida útil mais longa.
Engenheiro químico
Os engenheiros químicos pesquisam e desenvolvem novos materiais ou processos que envolvem reações químicas. A engenharia química combina formação em química com conceitos de engenharia e economia para resolver problemas tecnológicos. Os trabalhos de engenharia química se enquadram em dois grupos principais: aplicações industriais e desenvolvimento de novos produtos.
As indústrias exigem que os engenheiros químicos criem novas maneiras de tornar a fabricação de seus produtos mais fácil e econômica. Os engenheiros químicos estão envolvidos no projeto e operação de plantas de processamento, desenvolvem procedimentos de segurança para lidar com materiais perigosos e supervisionam a fabricação de quase todos os produtos que usamos. Os engenheiros químicos trabalham para desenvolver novos produtos e processos em todos os campos, de produtos farmacêuticos a combustíveis e componentes de computadores.
Geoquímica
Os geoquímicos combinam química e geologia para estudar a composição e a interação entre as substâncias encontradas na Terra. Os geoquímicos podem passar mais tempo em estudos de campo do que outros tipos de químicos. Muitos trabalham para o US Geological Survey ou a Environmental Protection Agency para determinar como as operações de mineração e os resíduos podem afetar a qualidade da água e o meio ambiente. Eles podem viajar para minas abandonadas remotas para coletar amostras e realizar avaliações aproximadas de campo e, em seguida, seguir um fluxo através de sua bacia hidrográfica para avaliar como os contaminantes estão se movendo pelo sistema. Os geoquímicos do petróleo são empregados por empresas de petróleo e gás para ajudar a encontrar novas reservas de energia. Eles também podem trabalhar em oleodutos e plataformas de petróleo para evitar reações químicas que podem causar explosões ou derramamentos.
Química Forense
Os químicos forenses capturam e analisam as evidências físicas deixadas na cena do crime para ajudar a determinar as identidades das pessoas envolvidas, bem como para responder a outras perguntas vitais sobre como e por que o crime foi praticado. Os químicos forenses usam uma ampla variedade de métodos de análise, como cromatografia, espectrometria e espectroscopia.
Em uma nova pesquisa publicada no Journal of the American Society of Mass Spectrometry, cientistas do departamento de química da Louisiana State University (LSU) decidiram aplicar a tecnologia laser no campo da ciência forense.
Eles desenvolveram um sistema que vai além da identificação de uma impressão digital. A técnica pode capturar moléculas contidas em uma marca de dedo, incluindo lipídios, proteínas, material genético ou até rastrear quantidades de explosivos, que podem ser analisados posteriormente. A nova ferramenta essencialmente elimina o mistério de identificar a composição química das marcas de dedos nas cenas de crime.
A ferramenta focaliza um laser - usando espelhos e fibras ópticas - em uma superfície que contém uma marca de dedo. O laser então aquece a água ou a umidade da superfície, provocando ligações químicas na água para se esticar e vibrar, de acordo com o LSU College of Science Blog. Toda essa energia focada faz com que a água "exploda", transformando-a em gás e separando biomoléculas como o DNA. Esse processo é chamado de ablação a laser.
Em seguida, um pequeno sistema de bomba de vácuo puxa a água e as moléculas para um pequeno filtro que captura tudo o que foi deixado pelo dedo de uma pessoa. Os cientistas forenses podem então colocar o conteúdo em um dispositivo de análise, como um espectrômetro de massa ou um espectrômetro de massa para cromatografia em fase gasosa.
É importante ressaltar que essa técnica de ablação a laser pode capturar facilmente marcas de dedos em superfícies porosas, como papelão (nas quais os métodos forenses tradicionais não tiveram muito sucesso).
Para testar sua nova técnica, os pesquisadores colocaram marcas de dedos em diferentes tipos de superfície, incluindo vidro, plástico, alumínio e papelão. Essas marcas de dedos foram atadas com substâncias tão diversas como cafeína, creme anti-séptico, lubrificantes de preservativos e TNT, de acordo com o LSU College of Science Blog. Após cada captura de marca de dedo, os químicos foram capazes de identificar essas substâncias usando espectrometria de massa.
