KEMI

ALLT ÄR KEMI! Titta dig omkring – vad du än ser är det kemi! Maten, kläderna, materialen i möbler och hus, din SmartPhone, växter, djur och luft. Vi människor har utnyttjat kunskaper i kemi under lång tid, för att till exempel framställa koppar, tvål, vinäger eller baka bröd. Kunskaperna har hela tiden ökat, så idag jobbar kemister inom så vitt skilda områden som livsmedel, kosmetika, plast, läkemedel, färg och miljöanalyser. Kemin finns alltså överallt och bildar en brygga mellan biologi och fysik.

Indelningen här följer inte någon kursbok eller Skolverkets uppdelning i Kemi 1 och Kemi 2, men innehållet täcker det som normalt ingår i gymnasiets kemiundervisning, plus lite till. Text, bilder och uppgifter är framförallt skapade för dig som läser på gymnasiets Naturvetenskapliga och Tekniska program, men kan givetsvis även användas av intresserade elever på högstadiet, som en repetition inför högskolestudier eller som stöd under ett tekniskt-naturvetenskapligt basår. Och givetvis för alla andra intresserade!

Centralt innehåll och betygskriterier för Kemi 1 och Kemi 2 hittar du på Skolverkets hemsida.

Kemi är ett praktiskt ämne. För att verkligen förstå teorin behöver du utföra egna experiment under kontrollerade former. Det är då teorin sjunker in och blir verklig och inte abstrakt. För att kunna arbeta i labbet krävs det en del kunskaper och färdigheter, som du bara kan tillägna dig genom att öva.

Laborationerna är därför en mycket viktig del i din kemiutbildning och läser du det centrala innehållet för både Kemi 1 och Kemi 2 ser du att det inte går att få ett godkänt betyg utan att ha genomfört kursens laborationer och redovisat dessa enligt anvisningar.

Vad är kemi?

Kemi är studien av materia, dess egenskaper, hur och varför ämnen kombineras eller separeras för att bilda andra ämnen och hur ämnen interagerar med energi. Många tänker på kemister som forskare i vita rockar som blandar konstiga färgglada vätskor i ett laboratorium, men sanningen är att vi alla är kemister. Att förstå grundläggande kemiska koncept är viktigt för nästan varje yrke. Kemi är en del av allt i våra liv. Allt består av består ju av materia – även våra egna kroppar. Kemi är involverat i allt vi gör, från att odla och laga mat till rengöring av våra hem och kroppar till att bygga en mobiltelefon. Kemi är alltså en av de viktigaste naturvetenskapliga disciplinerna som hjälper oss att beskriva och förklara vår värld.

Det finns fem huvudsakliga grenar av kemi. Inom dessa breda kategorier finns otaliga studieområden, där de flesta är viktiga för vår vardag. Kemister förbättrar många produkter, från maten vi äter och kläderna vi bär till de material som vi bygger våra hem med. Kemister hjälper till att skydda vår miljö och söker efter nya energikällor.

Analytisk kemi

En av kemisternas uppgifter är att använda sina kunskaper om grundämnenas och de kemiska föreningarnas egenskaper för att lista ut beståndsdelarna i ett okänt ämne. Denna process kallas analys. Analyslaboratorier är ofta specialiserade mot ett visst område, till exempel medicinska analyser, miljöanalyser, drogtester eller kriminaltekniska analyser. Analys är ett av de viktigaste arbetsområdena
för kemister.

Analysen kan vara kvalitativ (vad som finns) eller kvantitativ (hur mycket som finns).

Fysikalisk kemi

Fysikalisk kemi kombinerar kemi med fysik. Fysikaliska kemister studerar hur materia och energi interagerar. Termodynamik och kvantmekanik är två av de viktiga grenarna inom fysisk kemi. Till skillnad från andra grenar inom kemin handlar det om de av fysikens principer som ligger till grund för alla kemiska interaktioner för att mäta och förklara de kvantitativa aspekterna av reaktioner. Kvantmekanik har förtydligat mycket för fysikalisk kemi genom att modellera de minsta partiklarna som vanligtvis behandlas i fältet, atomer och molekyler, vilket gör det möjligt för teoretiska kemister att använda datorer och sofistikerade matematiska tekniker för att förstå materiens beteende. 

Oorganisk kemi

Oorganisk kemi handlar om framställning, reaktioner, struktur och bindning hos oorganiska föreningar. Detta fält täcker alla kemiska föreningar utom de många organiska föreningarna (kolbaserade föreningar, vanligtvis innehållande C-H-bindningar), som är ämnen för organisk kemi (se nedan). Skillnaden mellan de två disciplinerna är långt ifrån absolut, eftersom det finns en del överlappningar. Dessa kunskaper är nödvändiga för tillämpningar inom en rad olika områden. Forskningen inom oorganisk kemi spelar en nyckelroll för t. ex. katalys, energiomvandling och energilagring, ren och effektiv processteknologi, sensorer, korrosion, mediciner, medicinska implantat, biologiska processer, elektronik, informations- och kommunikationsteknologi och nanoteknologi.

Organisk kemi

Organisk kemi är studien av strukturen, egenskaperna, sammansättningen, reaktionerna och beredningen av kemiska  föreningar som till största delen innehåller kol och väte, men som också kan innehålla andra grundämnen, inklusive kväve, syre, halogener, fosfor, kisel och svavel. Denna gren inom kemin var ursprungligen begränsad till föreningar producerade av levande organismer men har breddats till att omfatta tillverkade ämnen som plast. Användningsområdet för organiska föreningar är enormt och det första man tänker på är den petrokemiska industrin, där man omvandlar råolja i raffinaderier till allt från asfalt till bensin och plast. Organiska kemister arbetar också med att ta fram läkemedel, livsmedel, sprängämnen, färger och kosmetika.

Biokemi

Biokemi är studien av kemiska processer som förekommer i levande organismer. Mycket av kemin idag närmar sig biologin för att lösa livets gåtor. Tittar man tillräckligt djupt in i levande celler blir allt kemi, så för att verkligen förstå områden som genetik och cellbiologi måste det finnas med biokemister i forskningsprojekten. En stor del av detta är grundforskning, men biokemister behövs också för att förstå sjukdomar eller för att utveckla läkemedel. Och inte minst för utveckling inom livsmedelsindustrin. Matkemister förbättrar kvaliteten, säkerheten, lagringen och smaken på maten, och testar produkter för att tillhandahålla information som används för näringsetiketter eller för att avgöra hur förpackning och lagring påverkar livsmedlets säkerhet och kvalitet.

Risker med kemi

Tyvärr finns det även risker med kemi. Kemikalier kan vara gifta både för individer men kemikalieutsläpp kan även förstöra för stora naturområden.

Kemikalier som kan vara giftiga för individer är läkemedel i stora doser eller vanliga hushållskemikalier som man råkar svälja, till exempel maskindiskmedel, lösningsmedel eller propplösare.

I bland sker det olyckor i kemiska fabriker. Utsläppen kan skada människor, djur och natur över stora områden. Den senaste riktigt svåra olyckan var 1984 i indiska Bhopal, där giftiga gaser av misstag släpptes ut kan ha dödat upp till 20 000 människor. Flera hundra tusen människor fick olika typer av skador.

Utsläpp kan också ge skador på global nivå. Ett sådant exempel är utsläpp av freoner som skadar jordens ozonskikt som skyddar oss mot den skadliga ultravioletta strålningen. Många små utsläpp kan också ge stora skador som vi har svårt att bedöma i dag. Det är därför man aldrig skall kasta eller spola ner gamla mediciner, utan de skall lämnas tillbaka till apoteket.

Tyvärr används kemi som argument även i ovetenskpliga sammanhang. Kemi är en mycket strikt naturvetenskap som bygger systematiska undersökningar, vetenskaplig dokumentation och ständig utmaning av hypoteser. Kemi som vetenskap har mycket hög trovärdighet och det är väl detta som gör att kemi även används i mindre seriösa sammanhang för ge större tyngd åt ofta helt felaktiga påståenden. Kunskap om kemi är därför viktigt för alla för att kunna genomskåda bluffartiklar och felaktig reklam.

Några berömda kemister

Under de senaste två tusen åren har vi kommit långt inom vetenskapen. Vi tror inte längre att jorden är platt eller att jorden är universums centrum. Länge trodde man att all materia byggdes upp av de fyra elemnten – jord, eld vatten och luft, men idag vet vi att allt består av grundämnen i olika kombinationer. Det är många personer som bidragit till vår kunskap om kemi, så det är ingen lätt uppgift att välja ut några stycken som gjort mer än andra. Speciellt med tanke på att skiljelinjerna mellan kemi, fysik och biologi inte alltid är helt klara, särskilt under början avden vetenskapliga revolutionen. Ingen är därför glömd – alla är hedrade som hjältar i den fantastiska process som vi kallar naturvetenskapliga framsteg.

Robert Boyle
(1627-1691)

Robert Boyle anses som den moderna kemins fader. Född på Irland och som de flesta av dåtidens vetenskapsmän var han av nobelt ursprung. Sin mest aktiva period hade han i Oxford, där han lade de grunderna till mycket av de moderna vetenskaperna fysik och kemi. I boken The Sceptical Chymist, utkommen 1661, ger Boyle den första moderna definitionen på vad som menas med ett grundämne och kemiska föreningar. Det skulle dock dröja ända tills i början av 1800-talet innan atomteorierna togs upp igen. Det är otacksamt att vara 150 år före sin tid!

Antoine Lavoisier
(1743-1794)

Antoine-Laurent Lavoisier revolutionerade kemin. Han fastställde till exempel lagen om bevarande av massa, bestämde att förbränning och andning orsakas av kemiska reaktioner med vad han kallade ”syre” och hjälpte till att systematisera kemisk nomenklatur. Utmärkande för Lavoisiers kemi var hans systematiska bestämning av vikterna av reagenser och produkter som är involverade i kemiska reaktioner. För att sprida sina idéer publicerade han 1789 en lärobok, Traité élémentaire de chimie, som under lång tid var standard-verket för kemiutbildning.

Dmitrij Mendelejev
(1834-1907)

Det var under arbetet med boken Principles of Chemistry som Mendelejev ordnade de då kända grundämnena efter deras egeskaper och fann att det fanns tydlig logik i deras atomvikter. Han kallade sin upptäckt för det periodiska systemet för grundämnena. Mendelejevs arbete visades inte bara vad han hade inkluderat i det periodiska systemet, utan också det han hade utelämnat. Han antog att alla grundämnena inte var kända. Han påstod att det fanns oupptäckta grundämnen som fanns i luckorna och till och med förutspådde egenskaperna hos tre av dem. 

Francis Crick
(1916-2004)

James Watson
(1928-)

Watson och Crick arbetade tillsammans för att studera strukturen för DNA-molekylen. I april 1953 publicerade de nyheten om sin upptäckt, en molekylär DNA-struktur baserad på den dubbla spiralen. Deras modell tjänade till att förklara hur DNA replikeras och hur ärftlig information kodas. Detta skapade förutsättningar för de snabba framstegen inom molekylärbiologin och den genetiska forskningen – ett forskningsområde som revolutionerat allt från mat-produktion till systematik.

Stora svenska kemister

Under 1700-talet var Sverige ett av de viktgaste länderna i världen för kemins utveckling. Berggrunden här är rik på metaller och mineral, vilket gjort att svenska kemister upptäckt en fjärdedel av alla naturligt förekommande grundämn, 23 av 92 stycken.

Jöns Jakob Berzelius (1779-1848)

Berzelius genomförde banbrytande experiment inom elektrokemi och fastställde lagen med konstanta proportioner, som säger att grundämnena i oorganiska föreningar är bundna i bestämda viktproportioner. Han anses vara en av grundarna av modern kemi. Hans intresse för alla slags föreningar ledde till att han upptäckte ett antal nya grundämnen, inklusive cerium, selen och thorium. Studenter som arbetade i hans laboratorium upptäckte också litium, vanadin och flera sällsynta metaller. Med hjälp av sina experimentella resultat bestämde han atomvikterna för nästan alla element som sedan var kända. Att hantera  många grundämnen i så många föreningar motiverade hans  skapande av ett enkelt och logiskt symbolsystem - H, O, C, Ca, Cl osv. – som i princip är detsamma som vi använder idag.

Carl Wilhelm Scheele (1742-1786)
Scheele var utbildad apotekare, men var mest intresserad av kemisk grundforskning. Hans namn förekommer i tryck först 1770 i en artikel av Retzius om vinsyra, till vilken Scheele hade gett avgörande bidrag.  Scheele arbetade inom alla områden inom kemi. Bland hans många viktiga bidrag var studien av mineraloxider och effekten av ljus på silversalter. Han studerade eller isolerade för första gången många organiska syror och andra organiska ämnen som kasein, aldehyder och glycerol.  Scheele är dock mest känd för sin roll i upptäckten av syre, som beskrivs i hans enda bok, Chemische Abhandlung von der Luft und dem Feuer. Scheele gjorde upptäckten självständigt men samtidigt med den engelska forskaren Joseph Priestley. Hans liv kretsade runt kemiska experiment – han lämnade utvecklingen av teorin om kemi till andra – vilket många samtida svenska kemister drog stor nytta av.

Svante Arrhenius (1859-1927)

Arrhenius var en av de första forskarna som upptäckte växthuseffekten. Arrhenius började sina studier i Uppsala. De teorier som han utvecklade i sin avhandling möttes först med en sådan skepsis att han bara gick ut med lägsta möjliga betyg. Efter en tid utvärderades hans teorier igen och 1891 fick han en lärarplats vid Stockholms högskola (senare Stockholms universitet) där han därefter blev professor i fysik. År 1896 blev Svante Arrhenius den första forskaren som kvantifierade koldioxidens förmåga att låsa in värmestrålning, en process som sedan har blivit känd som växthuseffekten.  1903 blev Svante Arrhenius den första svensken som tilldelades ett Nobelpris. Han fick Nobelpriset för kemi för sin upptäckt att kemiska föreningar i lösning kan leda elektriska strömmar.