sottoclasse di | Scienze fisiche ( in ) |
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Praticato da | Chimico |
Campi |
Chimica organica chimica fisica chimica inorganica chimica digitale chimica teorica biochimica chimica analitica chimica alimentare chimica ambientale |
oggetti |
Composto chimico gruppo di sostanze chimiche ( d ) elemento chimico sostanza chimica |
Storia | Storia della chimica |
La chimica è una scienza naturale che studia la materia e le sue trasformazioni , nello specifico:
La dimensione delle entità chimiche varia da semplici atomi o molecole nanometriche a strutture molecolari di diverse decine di migliaia di atomi in macromolecole , DNA o proteine della materia vivente ( infra ) micrometrica , fino a dimensioni talvolta macroscopiche dei cristalli . Compreso l' elettrone libero (che è coinvolto nelle reazioni radicaliche ), le dimensioni dei principali campi di applicazione sono generalmente comprese tra il femtometro (10 −15 m ) ed il micrometro (10 −6 m ).
Lo studio del mondo su scala molecolare paradossalmente soggetto a leggi singolari, come dimostrano i recenti sviluppi nanotecnologici , ci permette di comprendere meglio i dettagli del nostro mondo macroscopico. La chimica è definita una "scienza centrale" per lo stretto rapporto che ha con la biologia e la fisica . E ha ovviamente rapporti con vari campi di applicazione, come la medicina , la farmacia , l' informatica e la scienza dei materiali , senza dimenticare aree applicate come l' ingegneria di processo e tutte le attività di formulazione.
La fisica, e in particolare la sua strumentazione , divenne egemonica dopo il 1950 nel campo delle scienze naturali. I progressi della fisica hanno soprattutto rifondato in parte la chimica fisica e la chimica inorganica . La chimica organica , attraverso la biochimica , condivideva una valorizzante ricerca biologica. Ma la chimica conserva nondimeno un posto essenziale e legittimo nel campo delle scienze naturali: conduce a nuovi prodotti , nuovi composti, scopre o inventa strutture molecolari semplici o complesse che avvantaggiano in modo straordinario la società, ricerca fisica o biologica. Infine l'eredità coerente che chimici difensori marginali strutture atomiche lasciato in eredità agli attori della rivoluzione progetta fisici agli inizi del XX ° non deve essere sottovalutata secolo.
Vengono spesso citate tre etimologie, ma queste ipotesi possono essere collegate:
Appunti
L'arte di utilizzare o selezionare, preparare, purificare, trasformare le sostanze essiccate messe sotto forma di polveri, siano esse provenienti dal deserto o da valli aride, ha dato vita a codificazioni accademiche. Inizialmente principalmente minerale. Ma le piante effimere e gli alberi perenni del deserto, e i loro estratti gommosi o liquidi necessari per gli unguenti , furono loro assimilati molto rapidamente, riconoscendo l'influenza della terra e delle rocce .
Oltre alla conoscenza del ciclo dell'acqua e del trasporto dei sedimenti, alla progressiva padronanza dei metalli e delle terre, gli antichi egizi ne sanno molte. Tra questi, gesso , vetro , potassa , vernici , carta ( papiro indurito con amido), incenso , una vasta gamma di colori o pigmenti minerali , rimedi e cosmetici , ecc. Ancor più che oli per ungere o acque rilassanti o curative o bagni di fango, la chimica è presentata come una conoscenza sacra che permette la sopravvivenza. Ad esempio mediante la sofisticata arte dell'imbalsamazione o deponendo i corpi dei più umili in un luogo asciutto.
L' arte della terra d'Egitto è stata insegnata conservando una concezione unitaria. I templi e le amministrazioni religiose hanno conservato e talvolta congelato il meglio della conoscenza. Il potere politico sovrano si basava sulle misurazioni fisiche, rilievi e altezza idraulica delle piene, forse sulla densità del limo in sospensione, per determinare l'imposta e sui materiali che consentivano gli spostamenti o la mobilità degli eserciti. Il vitalismo o culti agrari e animali, aree applicate di kemia sono state conservate nei templi, come di Amon , fertilizzanti azotati conservatorio e chimica antica dell'ammoniaca.
Gli studiosi musulmani presumevano che tutti i metalli provenissero dalla stessa specie. Credevano nella possibilità della trasmutazione e in questa prospettiva cercavano invano di ottenere "al-iksir" che prolungasse la vita.
“ Allo stesso tempo, guidati da preoccupazioni più pratiche, si sono impegnati in esperimenti sistematici con i corpi nei loro laboratori. Avendo tabelle che indicano i pesi specifici, potrebbero pesarli, distinguerli, riconoscerli con analisi sommarie e, talvolta, anche ricostituirli per sintesi. […] Trovarono coloranti per colorare tessuti, mosaici e dipinti, così perfetti da mantenere la loro freschezza millenaria. " “ Gli arabi stavano per introdurre il mondo all'uso dei profumi, imparando a estrarre i profumi dai fiori. A Chapur, tutte le essenze venivano distillate con tecniche zoroastriane: narciso, lillà, viola, gelsomino... Gur era famoso per le sue acque profumate e produceva fiori d'arancio e acque di rose a base di rosa di Isfahan. Samarcanda era famosa per il suo profumo di basilico, Sikr per la sua ambra. Il muschio tibetano, la ninfea albanese, la rosa persiana rimangono profumi tanto prestigiosi quanto leggendari. " “ Mescolando la soda (Al-qali) con il sego o l'olio, gli arabi fecero i primi saponi e crearono una delle più magnifiche industrie di Baghdad, che si sarebbe diffusa rapidamente in Egitto, Siria, Tunisia e Spagna musulmana. L'Islam aveva fatto così bene che il gusto per il benessere ha conquistato tutte le classi della società e della produzione non era più sufficiente per il consumo. La necessità di inventare l'industria dei surrogati o del surrogato si sentiva in quel momento""I nostri punti di riferimento per il pensiero tassonomico sono profondamente influenzati dalle civiltà greche e poi ellenistiche, appassionate di teorizzazione, che pian piano hanno abbozzato in modo sommario ciò che inquadra la chimica, la fisica e la biologia agli occhi dei profani. Hanno lasciato tecniche volgari al mondo del lavoro e della schiavitù . L'emergere di spiritualità popolari, annettendo l'utile a culti ermetici, ha promosso e mescolato i suoi brandelli di sapere disperso. Senza dubbio, i primi testi datato alla fine del I ° secolo e II ° secolo dopo Cristo l'esempio di dell'alchimia medievale tipico esoterica , parte mistico e una parte operativa. La religiosità ellenistica ha così lasciato in eredità sia il bagnomaria , di Maria ebrea, sia l'astruso patronato di Ermete Trismegisto, divinità che pretendeva di spiegare sia il movimento che la stabilità di tutte le cose umane, terrestri o celesti.
Nel corso dei secoli, questa conoscenza empirica oscilla tra l'arte sacra e la pratica profana. Si è conservata, come attesta il termine chemia degli scolastici nel 1356, ma la conoscenza e il saper fare sono spesso segmentati all'estremo. A volte è migliorata nel mondo contadino, artigiano e minerario, prima di diventare una scienza sperimentale, la chimica, nel corso del terzo e quarto decennio del XVII ° secolo . Come la fisica, la prodigiosa ascesa del pensiero meccanicistico e dei modelli ha dato vita alla chimica sotto forma di scienza sperimentale e descrittiva. Ricca di promesse, la chimica rimane essenzialmente qualitativa e si scontra con il ritorno incessante di credenze rifiutate.
Gli alchimisti sopravvissero fino al 1850. Furono accettati dalle credenze comuni, perseguendo la ricerca della Pietra Filosofale e continuando l'alchimia in forma esoterica . La rottura tra chimica e alchimia appare tuttavia nettamente nel 1722 , quando Étienne Geoffroy l'Aîné , medico e naturalista francese, affermò l'impossibilità della trasmutazione. La chimica sperimentale e l'alchimia differiscono già radicalmente; diventa quindi necessario saper distinguere questi due termini rimasti nella lingua.
La chimica fece enormi progressi con Antoine Lavoisier che la promosse al rango di scienza esatta . Resti Lavoisier nella storia come colui che ha scoperto di combustione da ossigeno molecolare ( 1775 ). Per il filosofo Thomas Samuel Kuhn , si tratta di una grande rivoluzione scientifica , che ha dato vita alla chimica moderna.
Le biografie di scienziati francesi e stranieri si possono trovare negli articoli elencati nella Categoria: Chimico o nell'Elenco dei chimici .
Lo studio della materia portò naturalmente i primi chimici degli anni 1620-1650 a modellarne la composizione, attingendo liberamente, ma non senza sospetto, da una ricca tradizione antica. Seguendo Van Helmont , questi adepti meccanicistici della contingenza padroneggiavano già la nozione di gas, tengono conto del fattore temperatura e riescono a spiegare brevemente la tensione di vapore di un corpo e le miscele miscibili di fluidi. John Dalton , perseverante sperimentatore, continuatore della prima linea meccanicistica parzialmente abbandonata, fu il primo a tentare di dare una definizione moderna della nozione di atomo . L'atomo è una particella fondamentale o una combinazione di più di esse. Nel 1811 , Amedeo Avogadro afferma che il volume dei gas a temperatura e pressione costanti contiene lo stesso numero di particelle, che chiama molecole integrali o costituenti.
La caparbietà di molti chimici spesso fraintesi, come Berzelius , un pioniere dell'elettrovalenza nel 1812, servì a riaffermare la possibilità di modellazione sia meccanicistica che geometrica attraverso l'architettura atomica. Auguste Laurent , proponendo per serie omologhe di molecole organiche lo stesso scheletro formato da atomi, fu crudelmente denigrato dai maestri dei laboratori. Ma nonostante la supremazia e l'influenza politica degli equivalenti, la svolta è in atto. Quest'ultimo è guidato dal riconoscimento dei vecchi successi dell'elettrochimica preparativa a partire da Humphry Davy e Michael Faraday e dal desiderio di correlare quantitativamente il numero di specie chimiche e la massa di un corpo puro .
Il Congresso di Karlsruhe organizzato nel 1860 dagli amici di Friedrich August Kékulé von Stradonitz e Charles Adolphe Wurtz aprì la strada alle convenzioni atomiche. La sua influenza risveglia un'intensa ricerca per la classificazione degli elementi che porta in particolare alle classificazioni periodiche di Mendeleïev e Meyer . Porta a un rinnovato interesse per le molecole. Kékulé e Kolbe in chimica organica, Le Bel e van 't Hoff in chimica generale e più tardi Alfred Werner in chimica minerale hanno stabilito le basi della rappresentazione nelle strutture molecolari.
Il lavoro di Joseph John Thomson , scopritore dell'elettrone nel 1897, dimostra che l'atomo è costituito da particelle cariche elettricamente. Ernest Rutherford dimostra con il suo famoso esperimento nel 1909 che l'atomo è composto principalmente da vuoto, il suo nucleo , massiccio, molto piccolo e positivo, essendo circondato da una nuvola elettronica . Niels Bohr , precursore della modellistica atomica, afferma nel 1913 che gli elettroni circolano in "orbita" . Quando James Chadwick scoprì i neutroni , la teoria quantistica fondata all'inizio del periodo tra le due guerre sul modello rivale di Erwin Schrödinger rinforzato dai complementi di matrice di Werner Heisenberg , il perfezionamento teorico di Wolfgang Pauli era già decollato. E questo, nonostante le sfide applicate e sistematiche di Albert Einstein . Dal 1930 al nostro XXI ° secolo, la meccanica quantistica spiega il comportamento degli atomi e delle molecole.
Nel XX ° secolo, lo sviluppo di misure fisiche facilitato chimici caratterizzazione di composti con cui lavorano. In precedenza, la reazione chimica e un numero limitato di tecniche fisico-chimiche erano necessarie come ultima risorsa per rilevare o caratterizzare una molecola. Ora ci sono vari metodi di misurazione. Tra questi, cromatografia , spettrometria elettromagnetica (infrarossi, luce visibile o UV), massa , risonanza magnetica nucleare . Senza dimenticare di includere anche microscopi elettroniche e altre analisi per diffrazione di raggi X o per diffusione di particelle e, nei casi di osservazione controllata su una superficie piana, microscopia a campo di forza . Tutte queste possibilità hanno reso più facile l'identificazione. Spesso offrono la possibilità di risalire alla struttura geometrica delle molecole e dei loro assemblaggi e di conoscerne la composizione isotopica . A volte anche per “vedere” la molecola attraverso il moltiplicatore strumentale, per (spostarla) o per seguire in tempo reale reazioni chimiche (fotografiche) sempre più brevi. Questi progressi fisico-chimici hanno consentito grandi progressi, in particolare nella biochimica, dove gli edifici studiati rimangono complessi e le reazioni variano.
La chimica è divisa in diverse specialità sperimentali e teoriche come la fisica e la biologia , con le quali a volte condivide aree di indagine comuni o simili. La ricerca e l'insegnamento in chimica sono organizzati in discipline che possono condividere aree comuni:
Elenco di altre aree specializzate o di interfaccia:
Queste interfacce mobili non facilitano la delimitazione della chimica.
L'evoluzione della chimica, sia nel suo insegnamento che nei campi di ricerca, è in definitiva influenzata dalle potenti direzioni di ricerca americane. In particolare di recente, concentrandosi principalmente sui settori della salute e della cura dell'uomo e degli animali .
La lingua della ricerca in chimica è prevalentemente l' inglese . Dal 1880 alla Grande Guerra, tedesco , inglese e francese costituirono tuttavia lingue veicolari necessarie per gli scienziati. Ma l'eclissi del francese avviene nel periodo tra le due guerre. Poi il tedesco, che era riuscito a preservare alcune ultime riviste importanti o scritti scientifici di riferimento, ha lasciato il posto all'inglese negli anni '90.
Un elemento è un'entità immateriale priva di proprietà fisiche o chimiche. Costituisce una coppia formata da un simbolo e da un numero atomico (numero seriale nella tavola periodica degli elementi) che caratterizza gli atomi, le molecole, gli ioni, i nuclidi isotopici di una data specie chimica. Sono elencati 92 elementi naturali e 17 elementi creati artificialmente. Un elemento chimico designa astrattamente l'insieme di atomi con un dato numero di protoni nel loro nucleo. Questo numero è chiamato numero atomico . Ad esempio, tutti gli atomi con sei protoni nei loro nuclei costituiscono atomi dell'elemento carbonio C. Questi elementi sono raccolti e ordinati nella tavola periodica degli elementi .
AtomoL'atomo ( greco antico ἄτομος [atomos], “indivisibile”) di una specie chimica rappresenta un'entità materiale. L'atomo è formato da un nucleo atomico contenente nucleoni , in particolare un numero Z di carica elettrica elementare positiva del nucleo che mantiene attorno a sé un numero di elettroni, una carica negativa che bilancia la carica positiva del nucleo. Ha un raggio, una struttura geometrica, nonché proprietà chimiche e fisico-chimiche specifiche relative a questa processione elettronica.
Un atomo è la parte più piccola di un corpo semplice che può combinarsi chimicamente con un altro. Costituito solitamente da un nucleo formato da protoni e neutroni attorno al quale orbitano gli elettroni, la sua dimensione caratteristica si misura in decimi di nanometro (nm), ovvero 10 -10 m.
La teoria atomista, che sostiene l'idea di una materia composta da "grani" indivisibili (contro l'idea di una materia indefinitamente divisibile), è nota fin dall'antichità, ed è stata difesa in particolare da Democrito, filosofo dell'Antichità Grecia. E 'stato contestato fino alla fine del XIX ° secolo; oggi questo non è oggetto di alcuna controversia. Le moderne scienze dei materiali si basano in particolare su questa nozione di atomo. L'atomo è però non è più considerato un grano infrangibile della materia, da esperimenti di fisica nucleare con struttura aggiornata agli inizi del XX ° secolo.
In chimica, gli atomi rappresentano i mattoni. Costituiscono materia e formano molecole condividendo elettroni. Gli atomi rimangono grosso modo indivisibili durante una reazione chimica (accettando le piccole eccezioni dello scambio di elettroni periferici).
Tuttavia, sin dall'inizio del XX ° secolo, esperimenti di fisica nucleare hanno rivelato l'esistenza di una complessa struttura del nucleo atomico. I costituenti dell'atomo costituiscono particelle elementari.
Atomi più grandi possono essere visti al microscopio elettronico a trasmissione
Storia dell'atomo
Il concetto di atomo è particolarmente ben accettato dal grande pubblico, tuttavia, paradossalmente, gli atomi non possono essere osservati con mezzi ottici e solo pochi rari fisici manipolano atomi isolati. L'atomo rappresenta quindi un modello essenzialmente teorico. Sebbene questo modello oggi non sia più messo in discussione, si è evoluto molto nel tempo per soddisfare le esigenze delle nuove teorie fisiche e corrispondere ai vari esperimenti effettuati.
Un isotopo di una specie atomica costituisce un'entità materiale caratterizzata da:
Un isotopo ha proprietà nucleari specifiche. Le proprietà chimiche dei vari isotopi non differiscono tra loro per atomi sufficientemente pesanti.
MolecolaUna molecola costituisce un preciso insieme di atomi, un dominio definito e strutturato nello spazio e nel tempo da forti legami chimici. Una molecola poliatomica si comporta essenzialmente come un'entità con proprietà proprie, un'individualità chimica radicalmente diversa dagli atomi che compongono la sua architettura. Mentre le molecole monoatomiche o le piccole molecole poliatomiche sono elettricamente neutre, le molecole più grandi o complesse non obbediscono sistematicamente a questo criterio.
Legame chimicoIl legame chimico che comporta la presenza di elettroni legati a uno o più nuclei spiega la realtà molecolare. Più precisamente, assicura la stabilità delle molecole e, nel caso di un assemblaggio complesso, la coesione legante di ciascun atomo tra di loro mettendo in gioco per scambio o condividendo uno o più elettroni nei legami covalenti . Ciò si ottiene mettendo in comune gli elettroni collettivi in una vasta rete di atomi nel legame metallico o avviando, mediante forti asimmetrie locali di cariche, forze elettrostatiche.
Corpo puroUn corpo puro incarna un corpo generalmente macroscopico costituito a livello molecolare da una singola specie chimica . La sua composizione chimica , la sua organizzazione sotto forma di reticoli gassosi, liquidi, solidi amorfi o cristallini, ecc. , e le sue proprietà fisiche, ad esempio le costanti fisiche corrispondenti alle transizioni del primo ordine come il punto di fusione, il punto di ebollizione, possono essere definite. In particolare, l'analisi chimica distingue i corpi semplici, la cui specie chimica è costituita da atomi degli stessi elementi, dai corpi composti, la cui specie chimica è costituita da atomi di elementi diversi.
Composto chimicoUn composto chimico si riferisce alla specie chimica di un corpo composto. Un corpo puro si caratterizza per la sua formula chimica , una scrittura simbolica più o meno complessa e dettagliata della sua composizione chimica. La massa molare di una sostanza pura corrisponde alla massa di un numero di Avogadro (6.022 × 10 23 ) di insiemi corrispondenti alla sua formula grezza . Ciò riguarda la molecola per i composti molecolari, gli ioni costituenti i solidi ionici , l' atomo nel caso dei gas rari così come in quello dei metalli e dei solidi covalenti .
ioneUno ione rappresenta un atomo che ha perso o guadagnato uno o più elettroni. È un semplice catione quando la sua processione elettronica è stata privata di uno o più elettroni, si carica positivamente. Costituisce un semplice anione quando la sua processione elettronica si trova in eccesso, viene quindi caricata negativamente. Gli anioni o cationi formati da molecole poliatomiche sono chiamati ioni complessi.
ComplessoI complessi sono edifici formati da un elemento centrale e leganti . L'elemento centrale, spesso uno ione metallico con un complesso che può essere caricato. Lo studio dei complessi metallici rientra nella chimica organometallica o nella chimica di coordinazione a seconda della natura dell'atomo legato al metallo (rispettivamente, un carbonio o un altro atomo). I complessi sono di grande importanza nella chimica delle soluzioni , nella catalisi e nella chimica bioinorganica .
Nelle normali condizioni di laboratorio , il numero di entità chimiche che partecipano a una reazione è molto alto: per una massa dell'ordine di dieci grammi di materiale, si avvicina a 10 23 .
I Chimici usano comunemente un'unità digitale, la talpa, che è rappresentata dalla " n " minuscola . La quantità associata alla talpa costituisce la quantità di materia . Una mole di una specifica entità chimica implica l'uguaglianza del numero delle sue particelle con il numero di Avogadro 6,02 × 10 23 . Quest'ultimo numero è definito per convenzione come il numero di atomi di carbonio presenti in 12 g di 12 C, cioè un atomo di carbonio contenente sei neutroni e sei protoni .
La massa molare M di un corpo molecolare puro corrisponde alla massa di una mole delle sue molecole ed è espressa in grammi per mole (g • mol -1 ). La conoscenza della formula chimica e delle masse molari atomiche consente il calcolo della massa molare molecolare.
Una mole di un gas ideale occupa 22,4 L nelle condizioni standard di temperatura e pressione ( 0 °C o 273 K , 101,3 kPa ).
L'aspetto sperimentale rimane centrale in chimica, sia da un punto di vista storico che per la pratica corrente di questa scienza oltre che del suo insegnamento. Le attività in chimica sperimentale possono essere riassunte essenzialmente in quattro funzioni, i cui contorni esatti dipendono dal contesto in cui vengono svolte (insegnamento, ricerca, industria in un determinato campo specifico della chimica):
Una reazione chimica è la trasformazione di una o più specie chimiche in altre specie chimiche. Implica la comparsa o la scomparsa di almeno un legame chimico o uno scambio di elettroni. La reazione che ha caratteristiche termiche richiede o dà luogo a diverse forme di energia legate all'energia del legame chimico.
Soluzione ed emulsioneUna soluzione è presentata da una miscela omogenea formata da un solvente in proporzione maggioritaria e da uno o più soluti in fase omogenea. Le reazioni chimiche spesso avvengono in soluzione. La solubilità è la capacità di un corpo di andare in soluzione in un dato ambiente. Ad esempio, un sale cristallino come il cloruro di sodio NaCl o il sale da cucina ha un limite di solubilità in acqua: 357 g · kg -1 di acqua a 0 °C e 391 g · kg -1 a 100 °C . Ciò significa che da questo contenuto limite il sale precipita o si deposita in forma solida. C'è poi la separazione di fase.
La miscibilità è la capacità di un corpo di mescolarsi tra loro formando un'unica fase. Gas ammoniacale NH 3si miscela facilmente a temperatura ambiente con acqua liquida formando ammoniaca , 1 kg di acqua fredda satura di ammoniaca può contenere 899 g di NH 3. I principali gas dell'aria , ossigeno e azoto , sono anche solubili in determinate proporzioni in acqua liquida. 100 g di acqua liquida a 0 °C possono contenere al massimo 4,89 cm 3 del primo in soluzione e 2,3 cm 3 del secondo.
Un'emulsione è descritta come una dispersione di una fase liquida in forma di goccioline microscopiche o submicroscopici, in un'altra fase liquida immiscibile. Una sospensione costituisce una dispersione di una fase solida finemente suddivisa all'interno di un'altra fase liquida comprendente. La stabilità di una sospensione o di un'emulsione richiede che le goccioline fini oi grani in sospensione siano stabilizzati da molecole anfifiliche poste all'interfase. Pertanto, non persiste alcuna coalescenza delle goccioline o agglomerati di particelle solide. Come sottolinea il chimico e gastronomo molecolare, Hervé This, la stragrande maggioranza dei sistemi culinari non costituisce emulsioni, ma dispersioni colloidali più o meno complesse.
L'arte, spesso di origine empirica, di produrre dispersioni colloidali ha fornito applicazioni in campo farmaceutico come in cucina, ad esempio per la preparazione di cioccolatini e gelati, salse o maionese.
Ossidazione-riduzione ed elettrochimicaUna reazione di ossidoriduzione è uno scambio di elettroni tra diverse specie chimiche. La specie che capta gli elettroni è detta "ossidante"; ciò che li produce, "riduttore".
Acidi e basiAnche le reazioni acido - base in soluzione si basano su coppie di specie chimiche. L' acidità e la basicità possono essere calcolate o misurate dalla concentrazione di specie chimiche in soluzione, che assume una forma acida o basica. Svante Arrhenius dimostrò in soluzioni acquose lo scambio di protoni tra composti chimici , la concentrazione di ioni idronio (H 3 O +o esadecimale + ( acq )) indica l'acidità del mezzo come concentrazione di ione idrossido (OH -) basicità. Un'estensione del metodo di classificazione ad altri mezzi solventi è stata effettuata dal chimico americano Gilbert Newton Lewis .
Sintesi chimicaUna sintesi chimica è descritta come una serie di reazioni chimiche attuate su base volontaria da un chimico per ottenere uno o più prodotti, talvolta con isolamento di composti intermedi.
La sintesi di un composto chimico consente di ottenere questo composto da altri composti chimici attraverso reazioni chimiche. La pianificazione della sequenza delle reazioni al fine di massimizzare l'efficienza della sintesi (numero di passaggi, resa , semplicità delle reazioni, considerazioni tossicologiche e ambientali) è chiamata strategia di sintesi.
La chimica organica è innanzitutto una chimica sintetica , si parla di sintesi organica . Importanti aspetti sintetici si trovano anche nella chimica inorganica e nella chimica dei polimeri .
Chimica dei polimeriI polimeri sono grandi molecole o macromolecole , molte delle quali più comuni sono formate dalla reazione a catena di piccole molecole chiamate monomeri . Queste sintesi industriali di polimeri, la cui struttura si basa sulla ripetizione di un pattern organico, a volte lineare, ramificato o ad innesto, o reticolo compenetrante, ecc. Per quanto riguarda i polimeri formati per poliaddizione di monomeri organici il cui sito reattivo costituisce proprio il doppio legame carbonio-carbonio , influenza il grande scheletro più o meno flessibile formato da atomi di carbonio che è descritto dalle sue configurazioni e dalla lunghezza (s) della catena media (s) le proprietà osservate. Questi polimeri organici includono polietileni , polipropileni , polistireni , poliisopreni , polibutadieni , PVC e poliacrilici . Esistono altri tipi di reazioni di polimerizzazione, come le policondensazioni all'origine di poliesteri , poliammidi , policarbonati , poliuretani . Per non parlare anche dei polimeri con motivi minerali, come i siliconi oi polisolfuri .
L'esistenza di macromolecole o polimeri naturali era stata prevista dal pioniere Hermann Staudinger nel 1910. Possono essere a base di glucosio o zuccheri chimici come la cellulosa o l' amido , sulla base di amminoacidi come le proteine e il DNA . La chimica macromolecolare nata negli anni '30 è stata un campo continuamente innovativo, anche negli ultimi decenni.
La chimica, una scienza sperimentale e descrittiva, che ha avuto una notevole ascesa nell'era industriale, accettando modelli fisici e linguaggio matematico laddove sembravano rilevanti, ha scoperto o aperto la strada a molte leggi fisico-chimiche.
Il laboratorio, spesso il luogo migliore per la formazione in questa scienza sperimentale, richiede mezzi costosi, una supervisione pesante e un'organizzazione spesso sproporzionata per un uso spesso banale.
La Chimica è introdotta dal Ciclo 3 primario (CE2, CM1, CM2) nell'ambito dell'insegnamento di Scienze e Tecnologie Sperimentali (BO 2011). Queste prime nozioni (ad esempio unità di misura, miscele, soluzioni, i diversi stati della materia e i cambiamenti di stato...) vengono introdotte nell'ambito di attività essenzialmente sperimentali e di risoluzione di problemi concreti, risultanti per la maggior parte delle quotidiane vita, in connessione con le altre materie della formazione (Scienze della Vita e della Terra, Fisica, Tecnologia, Informatica...). Qui l'obiettivo non è necessariamente l'accumulo di conoscenze, ma piuttosto l'iniziazione alla risoluzione dei problemi e il risveglio della curiosità dell'allievo, che generalmente si trova di fronte a una situazione concreta, in autonomia, da una varietà di media (manuali, esperimenti condotti in classe o a casa, documenti audio-video, software, animazioni interattive, ecc.). La scelta degli esperimenti effettuati è lasciata alla discrezione del docente, così come l'esatto contenuto delle sequenze.
La chimica viene poi insegnata all'università contemporaneamente alla fisica dal sesto anno al ritmo di un'ora e mezza in media, a settimana, e indipendentemente da altre materie scientifiche e tecniche (Scienze e tecnologie della vita e della terra).
Poi, al liceo, gli studenti iniziano con tre ore e mezza di fisica e chimica a settimana, inclusa un'ora e mezza di lavoro pratico al secondo. La prosecuzione dell'insegnamento di fisico-chimica dipende dalla scelta di orientamento degli alunni: per il corso generale : la scelta di una specializzazione fisico-chimica consente di ottenere un insegnamento di 4 ore settimanali comprensivo di 2 ore di esercitazioni, quindi , se lo studente continua la specialità, trascorrerà 6 ore di fisica-chimica a settimana di cui 2 ore di lavoro pratico. Inoltre, tutti gli studenti di prima e seconda seguono una formazione scientifica di 2 ore settimanali di cui 1 ora di esercitazione pratica che viene condivisa in due con da una parte la fisica-chimica e dall'altra la SVT (quindi 1 ora di didattica scientifica fisica chimica e 1 ora di insegnamento scientifico SVT a settimana). Per il settore tecnologico , gli studenti hanno una formazione chimica in STI2D, STD2A, STL, ST2S e STAV
Infine, la chimica può essere studiata dopo il diploma di maturità scientifica in CPGE , in particolare in PCSI per poi proseguire in PC, in UFR di chimica o scienze (università), in IUT di chimica (università) o nella scuola di chimica. Molte scuole di ingegneria nel campo della chimica sono raggruppate all'interno della federazione Gay-Lussac .
Nel 2009 in Quebec , i corsi di chimica e fisica sono opzioni che gli studenti di quinta secondaria possono prendere. Questo va oltre il corso di "scienze e tecnologia" che è stato obbligato a seguire negli ultimi anni del liceo. Di norma, per essere ammessi ai corsi di Chimica e Fisica della V scuola secondaria di primo grado, gli alunni devono aver completato con successo il corso di “Scienze e tecnologie ambientali” della IV scuola secondaria. Le opzioni di chimica e fisica sono utilizzate come criteri di ammissione in diversi programmi CEGEP come scienze pure e applicate, scienze naturali e scienze della salute.
Nel 2009 in Svizzera , la chimica è stata insegnata in palestra dal decimo anno di scuola. Le università di Basilea, Ginevra, Berna, Friburgo e Zurigo formano chimici e politecnici, come il Politecnico federale di Losanna , ingegneri chimici e chimici.
L' industria chimica si sviluppò continuamente alla fine dell'Illuminismo . Sebbene la metallurgia non sia stata dimenticata, i progressi possono essere visti ovunque. Lo stagno è un prodotto congiunto tra il 1770 e il 1780. Dopo il 1780, oltre ai metalli , mescola lavorazioni millenarie a recenti innovazioni. Questi manufatti sono gli acidi e la "soda" , l' ammoniaca , il cloro e cloruri sbiancanti, il fosforo e suoi derivati , i saponi e gli acidi grassi , il diidrogeno , l' "etere" , l' etilene , l' alcol del vino, l'acido acetico . A tutto questo si aggiungono soprattutto tanti sali e una moltitudine di derivati organici e minerali preparati o raccolti in un ambiente tradizionale.
Ci vuole un enorme boom nel XIX ° secolo e completamente partecipa a forti mutazioni rivoluzione industriale . Il gas di carbone prodotto dalla distillazione del carbone o carbone audace, lancia l'enorme boom della chimica del carbonio. La scoperta dei metalli, le loro preparazioni in laboratorio, poi allo stadio industriale, come l' alluminio e i metalli alcalini e alcalino terrosi , testimoniano il vigore di una scienza molto vicina all'industria.
Nel 1981, fabbriche e laboratori stavano già producendo più di 100.000 composti in tutto il mondo, eseguendo centinaia di reazioni chimiche tipiche. Ricercatori e istituzioni scientifiche descrivono e fanno riferimento a processi, reazioni e molecole. Nel 2011 sono state commercializzate 103.000 diverse sostanze a livello della Comunità Economica Europea , di cui 10.000 in quantità superiori a 10 t/anno e 20.000 in quantità comprese tra 1 e 10 t/anno . L'era industriale ha visto la produzione globale di prodotti chimici passare da un milione di tonnellate nel 1930 a 400 milioni di tonnellate nel 2009.
L'industria chimica è una parte importante dell'attività economica nei principali paesi industriali XX ° secolo. Negli anni '70 interessava in senso lato metà del capitale industriale mondiale. La varietà di attrezzature e tecnologie utilizzate rimane incredibilmente ampia, come dimostra un tour in corso degli espositori durante le giornate dell'Achema di Francoforte .
Tra le applicazioni della chimica ci sono i seguenti settori:
Questo settore può essere suddiviso in due tipi principali:
La scala della produzione chimica caratterizza la “chimica pesante” o bulk chemistry con i suoi processi automatizzati e le sue enormi masse trattate o estratte. La chimica fine è limitata a piccole quantità di composti, spesso ad alto valore aggiunto per la farmacia , la profumeria e la cosmesi e in molti ambiti mirati dell'alta tecnologia e dei nanomateriali .
La chimica ha permesso di accedere a nuovi materiali, metalli, plastiche o ceramiche che trovano importanti applicazioni nella nostra vita più quotidiana. I progressi della chimica hanno reso possibile sintetizzare direttamente alcuni farmaci invece di estrarli dalle piante.
La chimica funziona ovunque in natura, corpi viventi, cose quotidiane senza che l'osservatore attento e con potenti moltiplicatori sensoriali sia in grado di immaginarla o modellarla correttamente. Il chimico rappresenta fin dall'inizio un esperto di bilanci materici ed energetici e sa intuitivamente di dover tenere conto di tutti gli ambienti e degli attori microbiologici, vegetali, animali e umani. Gli lasciamo i mezzi?
Citiamo alcune applicazioni. Prima la misurazione. L'analisi precisa di soluzioni diluite in un solvente, contenenti molecole solubili più o meno complesse, è il risultato di lunghi aggiustamenti analitici, ormai di rapida esecuzione e di uso comune, come nella chimica delle soluzioni acquose. Pensiamo alle analisi banalizzate dell'acqua di rubinetto riconosciuta potabile o dell'acqua minerale commerciale. I (bio)chimici dell'acqua svolgono un ruolo nel monitoraggio delle acque naturali e delle loro possibili qualità o tossicità. L'uso della disinfezione chimica dell'acqua del rubinetto prima del consumo potrebbe essere moderato facendo progressi sostanziali . A fine utilizzo, il controllo dei processi chimici e biologici consente il trattamento delle acque reflue negli impianti di depurazione.
Quindi utilizzare. La chimica più semplice può iniziare con la fabbricazione e l'uso del sale, necessario per il cibo e capitale per i vecchi processi di conservazione degli alimenti . Oggi i prodotti dell'industria alimentare utilizzano una gamma più varia di conservanti, conservanti o nutrienti , additivi alimentari come coloranti , aromi artificiali e dolcificanti .
Dal confezionamento degli alimenti alla conservazione delle colture, una conoscenza ragionata dei materiali e degli alimenti aiuta ad evitare sprechi e sprechi preservando le qualità e le proprietà nutrizionali dei futuri alimenti. A seconda dell'uso, alcuni imballaggi sono biodegradabili e, tramite una cernita selettiva dopo l'uso, vengono trasformati e rivalutati attraverso processi di riciclaggio chimico o combustione ultima che consente di non sprecare l'energia che contengono.
L' agricoltura ha subito una trasformazione tecnologica ed è diventata fortemente dipendente dagli input chimici. Certamente, l'uso su larga scala di fertilizzanti chimici, l'uso irragionevole di pesticidi e insetticidi in monocolture sempre più sensibili o fragili possono costituire una disastrosa impasse a lungo termine per i suoli. L'ecologia del territorio e la salute degli animali e delle persone che vi abitano o vi abiteranno, così come i fautori dell'agricoltura biologica lo postulano immediatamente. Se a un uomo viene dato un coltello, può affettare finemente un prosciutto in modo da condividerlo con i suoi amici, o addirittura massacrare selvaggiamente i suoi vicini percepiti come nemici. L'uso delle tecnologie chimiche nasconde potenziali benefici o terribili pericoli a seconda degli usi o degli obiettivi. Sfugge ai chimici tanto quanto sfugge all'uomo onesto della strada. Ad esempio, un chimico organico considera assurdo bruciare benzina in un motore a combustione. Per lui, questo materiale di prima scelta permette di produrre altre molecole chimiche per vari usi che, poi, solo al termine del loro utilizzo, potrebbero essere decomposte e bruciate. Il risparmio in tempi brevi di una famiglia di prodotti chimici, a volte poco sofisticati e di uso massiccio, permette di ottenere profitti evidenti. In questo modo si ottengono raccolti più abbondanti arricchendo i suoli poveri ed eliminando insetti dannosi, funghi parassiti, erbe infestanti e fauna associata. Ma cosa succede nel lungo periodo? Dopo aver causato l'eradicazione di molteplici specie di uccelli, l'indebolimento degli imenotteri foraggieri, diventa vitale la consapevolezza generale dei danni ambientali. Le aziende agrochimiche producono quindi prodotti nuovi, più efficienti o più mirati, che possono rispettare meglio l'ambiente o portare ad altri disastri, a volte più perniciosi, mentre la corsa al profitto immediato significa sminuire ogni informazione allarmistica.
La chimica spiega brevemente la formazione del legno e dei tessuti naturali o consente la sintesi di ampie gamme di materiali e tipologie di materiali . Tra questi ci sono fibre sintetiche (come nylon , lycra e fibra di PET per realizzare pile ), mobili in plastica , ecc.
Nel campo delle costruzioni la chimica si è molto evoluta, contribuendo anche alla fabbricazione di materiali, isolanti ad alte prestazioni, pitture o vernici , mastici , prodotti per la manutenzione e arredi. L'inconveniente causato dai prodotti delle prime generazioni è stato pian piano corretto, poi le generazioni successive portano altri inconvenienti.
Un gran numero di applicazioni chimiche ha trovato o trova ancora sbocchi e usi commerciali redditizi, mentre manca una conoscenza approfondita e precisa degli effetti dannosi del loro uso o uso improprio sia per gli utenti che per il pubblico. La chimica tossicologica è un parente povero. Mentre i grandi gruppi petrolchimici si vantavano negli anni '70 di fornire sicurezza ecologica, le 200.000 molecole che le loro attività hanno permesso di produrre sono realmente note al tossicologo solo all'1%. Il progresso, più visibile da molto tempo, rappresenta uno sconvolgimento, un guadagno spudorato per alcuni, una minaccia vitale per i meno privilegiati. Ma come cercare di controllare e arginare il pericolo senza fidarsi della collegialità dei diversi chimici, rinforzati se necessario da esperti team di matematici, fisici, biologi, ecc. , e la loro etica della verità scientifica?
Merito delle tecniche chimiche è anche la scoperta e la sintesi di farmaci che contribuiscono all'aumento dell'aspettativa di vita registrato dalla fine della rivoluzione industriale nei paesi sviluppati. Ma la massiccia medicalizzazione di una popolazione porta a problemi di inquinamento irriducibili , perché le molecole oi loro prodotti di degradazione sommaria si trovano nelle acque reflue.
Nel campo “ Ambiente-Salute ” la chimica è fonte di problemi per alcuni inquinanti che crea o contribuisce a diffondere nell'ambiente , in particolare sostanze chimiche tossiche o ecotossiche il cui CMR “ cancerogeni, mutageni e tossine riproduttive ”. Alcuni prodotti come farmaci , pesticidi , catalizzatori oi loro residui persi nell'ambiente o presenti negli alimenti possono quindi porre problemi ambientali o sanitari , in particolare con gli interferenti endocrini .
Le sostanze chimiche incarnerebbero “in prima fila tra gli imputati” la caduta della qualità degli spermatozoi (ridotta del 50% dal 1950) e le malattie legate all'apparato genitale attraverso gli interferenti endocrini. Il 25 novembre 2008, il governo francese (attraverso IReSP , struttura di ricerca creata da INSERM e 20 partner) e Afsset hanno organizzato una conferenza sul tema: "Ambiente chimico, riproduzione e sviluppo del bambino. . I principali materiali incriminati sono gli ftalati e il bisfenolo A , due additivi presenti nelle plastiche .
A livello internazionale, la Convenzione di Rotterdam , amministrata dall'ONU ( UNDP , FAO ) è stata adottata da 165 paesi nel 1998 per meglio garantire la salute delle persone e dell'ambiente contro i possibili danni causati dal commercio di prodotti chimici.
Molte leggi riguardano i prodotti chimici ei loro residui, che variano da paese a paese. Esistono quindi banche dati e guide sul rischio chimico in Francia.
Il chimico appare spesso come una caricatura della letteratura, del fumetto e soprattutto del cinema. Questi scienziati spettinati o dottori esilaranti, allo stesso tempo e confusamente biologi, chimici e fisici, costituiscono esseri sordi al mondo vero o perduti al di fuori del laboratorio e dello studio; a meno che non torni indietro nel tempo, vai in un altro mondo o sulla Luna, come il professor Calculus . Intervengono soprattutto a intermittenza, con la loro azione, a volte decisiva ea volte inquietante, perché orienta la finzione.
In un registro comico, che unisce chimica e amore in modo classico, citiamo il film Doctor Jerry e Mister Love con Jerry Lewis (1963), e Jean Lefebvre nel ruolo di Eugène Ballanchon in Le Fou du labo 4 di Jacques Besnard. (1967).
La rappresentazione letteraria del chimico in molte opere costituisce un grande diverso dalla realtà. È considerato uno studioso di altrove che vive al di fuori del tempo. Il chimico si presenta quindi come un mezzo mago , immagine dell'ex alchimista , che gioca con forze oscure che non controlla per competere con la natura. La chimica è spesso associata all'occulto mentre rappresenta una scienza riconosciuta.
Tuttavia, dobbiamo sottrarre da questa tabella Il sistema periodico di Primo Levi . Quest'opera letteraria italiana sul tema della chimica comprende ventuno capitoli che, ciascuno separatamente, illustrano un elemento della pittura di Mendeleev . Queste parti descrittive, progettate con il supporto spaziale della tavola periodica e l'arte del chimico, riguardano, se necessario, la vita professionale dello scrittore. Inoltre chimico, specialista in pittura e direttore del laboratorio di una piccola unità produttiva torinese, aneddoti o incontri autobiografici o brevi racconti complementari inventati, scelti con giudizio.
La chimica viene presentata, più o meno plausibilmente, in diverse serie televisive come uno scenario primaverile per disegnare il protagonista di situazioni difficili fabbricando gas tossici , batterie o bombe fatte in casa . Questo uso può essere improvvisato fai da te come in MacGyver o premeditato da un chimico esperto come in Breaking Bad .
8 ° ed. , Serie di ingegneria chimica , McGraw-Hill, 2007 ( ISBN 0-07-142294-3 )