De ce ar trebui să studiem chimia?

Alarma ceasului tău se oprește și, după ce ai apăsat „amânare” o dată sau de două ori, te ridici din pat. Îți prepari o cafea pentru a te ajuta să te trezești, apoi faci duș, te îmbraci, iei micul dejun și verifici telefonul pentru mesaje. În drum spre școală, te oprești pentru a umple rezervorul de benzină al mașinii tale, aproape făcându-te să întârzii la prima zi a cursului de chimie. Pe măsură ce găsești un loc în clasă, citești întrebarea proiectată pe ecran: „Bine ați venit la școală! De ce ar trebui să studiem chimia?”

Ai un răspuns? S-ar putea să studiezi chimia pentru că îndeplinește o cerință academică, dar dacă iei în considerare activitățile tale zilnice, s-ar putea să găsești chimia interesantă din alte motive. Majoritatea a tot ceea ce faci și întâlnești în timpul zilei implică chimie. Prepararea cafelei, gătitul ouălor și prăjirea pâinii implică chimie. Produsele pe care le utilizezi – cum ar fi săpunul și șamponul, țesăturile pe care le porți, electronicele care te țin conectat la lumea ta, benzina care îți propulsează mașina – toate acestea și multe altele implică substanțe și procese chimice. Indiferent dacă ești conștient sau nu, chimia face parte din lumea ta de zi cu zi.

De-a lungul istoriei omenirii, oamenii au încercat să transforme materia în forme mai utile. Strămoșii noștri din epoca de piatră au cioplit bucăți de silex în unelte utile și au sculptat din lemn statui și jucării. Aceste eforturi implicau schimbarea formei unei substanțe fără a schimba substanța în sine. Dar, pe măsură ce cunoștințele noastre au crescut, oamenii au început să schimbe și compoziția substanțelor – lutul a fost transformat în ceramică, pieile au fost tratate pentru a face haine, minereurile de cupru au fost transformate în unelte și arme, iar cerealele au fost transformate în pâine.

Oamenii au început să practice chimia când au învățat să controleze focul și să-l folosească pentru a găti, a face ceramică și a topi metale. Ulterior, au început să separe și să folosească componente specifice ale materiei. Din plante au fost izolate o varietate de medicamente, cum ar fi aloe, smirna și opiu. Coloranții, cum ar fi indigo și violetul de Tyrian, au fost extrași din materie vegetală și animală. Metalele au fost combinate pentru a forma aliaje – de exemplu, cuprul și staniul au fost amestecate împreună pentru a face bronz – și tehnicile de topire mai elaborate au produs fier. Alcalii au fost extrași din cenușă, iar săpunurile au fost preparate prin combinarea acestor alcaline cu grăsimi. Alcoolul a fost produs prin fermentare și purificat prin distilare.

Încercările de a înțelege comportamentul materiei se întind pe mai bine de 2500 de ani. Încă din secolul al VI-lea î.e.n., filozofii greci au discutat despre un sistem în care apa era baza tuturor lucrurilor. Poate că ați auzit de postulatul grecesc conform căruia materia constă din patru elemente: pământ, aer, foc și apă. Ulterior, o combinație de tehnologii chimice și speculații filozofice a fost răspândită din Egipt, China și estul Mediteranei de către alchimiști, care s-au străduit să transforme „metale de bază”, cum ar fi plumbul, în „metale nobile” precum aurul și să creeze elixiruri pentru a vindeca bolile. și prelungi durata de viață (Figura de mai jos).

a) Alchimist, b) Laborator — Credit a: Chemical Heritage Foundation; b: Biroul de istorie NIH)

(Această reprezentare arată atelierul unui alchimist în jurul anului 1580. Deși alchimia a adus unele contribuții utile la modul de manipulare a materiei, nu era științifică conform standardelor moderne. (b) În timp ce echipamentul folosit de Alma Levant Hayden în această imagine din 1952 ar putea să nu pară atât de elegantă pe cât ai putea găsi astăzi într-un laborator, abordarea ei a fost extrem de metodică și atent înregistrată. Un șef de departament la FDA, Hayden este cel mai faimos pentru că a expus un medicament anticancer comercializat agresiv ca nimic mai mult decât o soluție inutilă de substanțe comune.)

Din alchimie au apărut progresele istorice care au dus la chimia modernă: izolarea medicamentelor din surse naturale, precum plantele și animalele. Dar, în timp ce multe dintre substanțele extrase sau procesate din acele surse naturale au fost esențiale în tratamentul bolilor, multe au fost rare. De exemplu, progesteronul, care este esențial pentru sănătatea femeilor, a devenit disponibil ca medicament în 1935, dar sursele sale animale au produs cantități extrem de mici, limitându-i disponibilitatea și crescându-i cheltuielile. De asemenea, în anii 1940, cortizonul a intrat în uz pentru a trata artrita și alte tulburări și leziuni, dar a fost nevoie de un proces în 36 de pași pentru a-l sintetiza. Chimistul Percy Lavon Julian a apelat la o sursă mai abundentă: boabele de soia. Anterior, Julian a dezvoltat un laborator pentru a izola proteina din soia, care a fost folosită în stingerea incendiilor, printre alte aplicații. El s-a concentrat pe utilizarea sterolilor de soia – substanțe utilizate în principal în membranele plantelor – și a reușit să producă rapid progesteron și mai târziu testosteron și alți hormoni. Mai târziu, el a dezvoltat un proces pentru a face același lucru pentru cortizon și a pus bazele pentru designul modern al medicamentelor. Deoarece soia și sursele similare de plante erau extrem de abundente, medicamentele au devenit curând disponibile pe scară largă, salvând multe vieți.