La chimie est l'étude de la matière, de ses propriétés, comment et pourquoi les substances se combinent ou se séparent pour former d'autres substances, et comment les substances interagissent avec l'énergie. Beaucoup de gens pensent que les chimistes sont des scientifiques à la blouse blanche mélangeant des liquides étranges dans un laboratoire, mais la vérité est que nous sommes tous des chimistes. Comprendre les concepts de base de la chimie est important pour presque toutes les professions. La chimie fait partie de tout dans nos vies.
Chaque matériau existant est constitué de matière - même notre propre corps. La chimie est impliquée dans tout ce que nous faisons, de la culture et de la cuisson des aliments au nettoyage de nos maisons et de notre corps en passant par le lancement d'une navette spatiale. La chimie est l'une des sciences physiques qui nous aident à décrire et à expliquer notre monde.
Cinq branches
Il existe cinq branches principales de la chimie, chacune ayant de nombreux domaines d'étude.
Chimie analytique utilise l'observation qualitative et quantitative pour identifier et mesurer les propriétés physiques et chimiques des substances. Dans un sens, toute la chimie est analytique.
Chimie physique combine la chimie avec la physique. Les physiciens chimistes étudient comment la matière et l'énergie interagissent. La thermodynamique et la mécanique quantique sont deux des branches importantes de la chimie physique.
Chimie organique étudie spécifiquement les composés qui contiennent l'élément carbone. Le carbone possède de nombreuses propriétés uniques qui lui permettent de former des liaisons chimiques complexes et de très grosses molécules. La chimie organique est connue comme la «chimie de la vie» car toutes les molécules qui composent les tissus vivants ont du carbone dans leur composition.
Chimie inorganique étudie des matériaux tels que les métaux et les gaz qui n'ont pas de carbone dans leur composition.
Biochimie est l'étude des processus chimiques qui se produisent dans les organismes vivants.
Domaines d'études
Au sein de ces grandes catégories se trouvent d'innombrables domaines d'études, dont beaucoup ont des effets importants sur notre vie quotidienne. Les chimistes améliorent de nombreux produits, depuis la nourriture que nous mangeons et les vêtements que nous portons jusqu'aux matériaux avec lesquels nous construisons nos maisons. La chimie contribue à protéger notre environnement et recherche de nouvelles sources d'énergie.
Chimie alimentaire
La science alimentaire traite des trois composants biologiques des aliments - les glucides, les lipides et les protéines. Les glucides sont des sucres et des amidons, les carburants chimiques nécessaires au fonctionnement de nos cellules. Les lipides sont des graisses et des huiles et sont des parties essentielles des membranes cellulaires et pour lubrifier et amortir les organes dans le corps. Parce que les graisses ont 2,25 fois plus d'énergie par gramme que les glucides ou les protéines, de nombreuses personnes essaient de limiter leur apport pour éviter de devenir en surpoids. Les protéines sont des molécules complexes composées de 100 à 500 acides aminés ou plus qui sont enchaînées ensemble et repliées en formes tridimensionnelles nécessaires à la structure et au fonctionnement de chaque cellule. Notre corps peut synthétiser certains des acides aminés; cependant, huit d'entre eux, les acides aminés essentiels, doivent être absorbés dans le cadre de notre alimentation. Les scientifiques de l'alimentation s'intéressent également aux composants inorganiques des aliments tels que leur teneur en eau, leurs minéraux, leurs vitamines et leurs enzymes.
Les chimistes alimentaires améliorent la qualité, la sécurité, le stockage et le goût de nos aliments. Les chimistes alimentaires peuvent travailler pour l'industrie privée pour développer de nouveaux produits ou améliorer la transformation. Ils peuvent également travailler pour des organismes gouvernementaux tels que la Food and Drug Administration pour inspecter les produits alimentaires et les manipulateurs afin de nous protéger de la contamination ou des pratiques nocives. Les chimistes alimentaires testent les produits pour fournir les informations utilisées pour les étiquettes nutritionnelles ou pour déterminer comment l'emballage et le stockage affectent la sécurité et la qualité des aliments. Les aromaticiens travaillent avec des produits chimiques pour changer le goût des aliments. Les chimistes peuvent également travailler sur d'autres façons d'améliorer l'attrait sensoriel, comme l'amélioration de la couleur, de l'odeur ou de la texture.
Chimie environnementale
Les chimistes de l'environnement étudient comment les produits chimiques interagissent avec l'environnement naturel. La chimie environnementale est une étude interdisciplinaire qui implique à la fois la chimie analytique et une compréhension des sciences de l'environnement. Les chimistes de l'environnement doivent d'abord comprendre les produits chimiques et les réactions chimiques présentes dans les processus naturels dans l'eau et l'air du sol. L'échantillonnage et l'analyse peuvent alors déterminer si les activités humaines ont contaminé l'environnement ou provoqué des réactions nocives qui l'ont affecté.
La qualité de l'eau est un domaine important de la chimie environnementale. L'eau «pure» n'existe pas dans la nature; il contient toujours des minéraux ou d'autres substances dissous. Les chimistes de la qualité de l'eau testent les rivières, les lacs et l'eau de mer pour des caractéristiques telles que l'oxygène dissous, la salinité, la turbidité, les sédiments en suspension et le pH. L'eau destinée à la consommation humaine doit être exempte de contaminants nocifs et peut être traitée avec des additifs comme le fluorure et le chlore pour accroître sa sécurité.
Chimie agricole
La chimie agricole s'intéresse aux substances et aux réactions chimiques impliquées dans la production, la protection et l'utilisation des cultures et du bétail. C'est un domaine hautement interdisciplinaire qui repose sur des liens avec de nombreuses autres sciences. Les chimistes agricoles peuvent travailler avec le ministère de l'Agriculture, l'Agence de protection de l'environnement, la Food and Drug Administration ou pour l'industrie privée. Les chimistes agricoles développent des engrais, des insecticides et des herbicides nécessaires à la production agricole à grande échelle. Ils doivent également surveiller l'utilisation de ces produits et leurs impacts sur l'environnement. Des suppléments nutritionnels sont développés pour augmenter la productivité des troupeaux de viande et laitiers.
La biotechnologie agricole est une préoccupation à croissance rapide pour de nombreux chimistes agricoles. La manipulation génétique des cultures pour être résistantes aux herbicides utilisés pour contrôler les mauvaises herbes dans les champs nécessite une compréhension détaillée des plantes et des produits chimiques au niveau moléculaire. Les biochimistes doivent comprendre la génétique, la chimie et les besoins commerciaux pour développer des cultures plus faciles à transporter ou qui ont une durée de conservation plus longue.
Ingénieur chimiste
Les ingénieurs chimistes recherchent et développent de nouveaux matériaux ou procédés impliquant des réactions chimiques. Le génie chimique combine une formation en chimie avec des concepts d'ingénierie et d'économie pour résoudre des problèmes technologiques. Les emplois en génie chimique se répartissent en deux grands groupes: les applications industrielles et le développement de nouveaux produits.
Les industries exigent que les ingénieurs chimistes conçoivent de nouvelles façons de rendre la fabrication de leurs produits plus facile et plus rentable. Les ingénieurs chimistes participent à la conception et à l'exploitation des usines de transformation, mettent au point des procédures de sécurité pour la manutention des matières dangereuses et supervisent la fabrication de presque tous les produits que nous utilisons. Les ingénieurs chimistes travaillent à développer de nouveaux produits et procédés dans tous les domaines, des produits pharmaceutiques aux carburants et composants informatiques.
Géochimie
Les géochimistes combinent la chimie et la géologie pour étudier la composition et l'interaction entre les substances trouvées dans la Terre. Les géochimistes peuvent consacrer plus de temps aux études sur le terrain que les autres types de chimistes. Beaucoup travaillent pour l'US Geological Survey ou l'Environmental Protection Agency pour déterminer comment les opérations minières et les déchets peuvent affecter la qualité de l'eau et l'environnement. Ils peuvent se rendre dans des mines abandonnées éloignées pour recueillir des échantillons et effectuer des évaluations sur le terrain, puis suivre un cours d'eau à travers son bassin versant pour évaluer la façon dont les contaminants se déplacent dans le système. Les géochimistes du pétrole sont employés par des sociétés pétrolières et gazières pour aider à trouver de nouvelles réserves d'énergie. Ils peuvent également travailler sur les pipelines et les plates-formes pétrolières pour empêcher les réactions chimiques qui pourraient provoquer des explosions ou des déversements.
Chimie médico-légale
Les chimistes légistes saisissent et analysent les preuves physiques laissées sur les lieux d'un crime pour aider à déterminer l'identité des personnes impliquées ainsi que pour répondre à d'autres questions vitales concernant comment et pourquoi le crime a été commis. Les chimistes légistes utilisent une grande variété de méthodes d'analyse, telles que la chromatographie, la spectrométrie et la spectroscopie.
Dans de nouvelles recherches publiées dans le Journal of the American Society of Mass Spectrometry, des scientifiques du département de chimie de la Louisiana State University (LSU) ont décidé d'appliquer la technologie laser au domaine de la médecine légale.
Ils ont développé un système qui va au-delà de l'identification d'une empreinte digitale. La technique peut capturer des molécules contenues dans un doigt, y compris des lipides, des protéines, du matériel génétique ou même des traces d'explosifs, qui peuvent être analysées plus en détail. Le nouvel outil élimine essentiellement le mystère de l'identification de la composition chimique des filigranes sur les scènes de crime.
L'outil concentre un laser - à l'aide de miroirs et de fibres optiques - sur une surface contenant un filigrane. Le laser réchauffe ensuite l'eau ou l'humidité à la surface, déclenchant des liaisons chimiques dans l'eau pour s'étirer et vibrer, selon le LSU College of Science Blog. Toute cette énergie focalisée fait «exploser» l'eau, la transformant en gaz et séparant des biomolécules comme l'ADN. Ce processus est appelé ablation au laser.
Ensuite, un petit système de pompe à vide tire l'eau et les molécules dans un minuscule filtre qui capture tout ce qui reste derrière le doigt d'une personne. Les médecins légistes peuvent ensuite placer le contenu dans un appareil d'analyse tel qu'un spectromètre de masse ou un spectromètre de chromatographie en phase gazeuse.
Surtout, cette technique d'ablation au laser peut facilement capturer des marques de doigt sur des surfaces poreuses, telles que le carton (sur lequel les méthodes médico-légales traditionnelles n'ont pas été très efficaces).
Pour tester leur nouvelle technique, les chercheurs ont placé des empreintes digitales sur de nombreux types de surfaces différents, y compris le verre, le plastique, l'aluminium et le carton. Selon le blog LSU College of Science, ces filigranes contiennent des substances aussi diverses que la caféine, la crème antiseptique, les lubrifiants pour préservatifs et le TNT. Après chaque capture de filigrane, les chimistes ont pu identifier ces substances en utilisant la spectrométrie de masse.
