Kimyanın alt dalları

Bir hastanenin laboratuvarında bir teknisyen kan örneğindeki şeker miktarını ölçüyor. Birkaç kilometre ötede bir fabrikada mühendisler, tonlarca gübreyi güvenli ve ucuz biçimde üretmenin yolunu hesaplıyor. Bir üniversitede bir araştırmacı, vücuttaki bir enzimin bir tepkimeyi nasıl binlerce kat hızlandırdığını anlamaya çalışıyor; yan odada bir başkası daha dayanıklı bir plastik tasarlıyor. Dördü de kimyacıdır, ama dördünün günlük işi birbirinden çok farklıdır. Kimya, maddenin yapısını, özelliklerini ve dönüşümlerini inceleyen bir bilim olarak öyle geniş bir alanı kapsar ki zamanla uzmanlık dallarına ayrılmıştır. Bir önceki derste kimyanın simyadan nasıl doğduğunu gördük. Bu ders, bugünkü kimyanın hangi dallara ayrıldığını, her dalın ne sorduğunu, ve kimyanın gündelik hayatta hangi uğraş alanlarına ve mesleklere dönüştüğünü anlatıyor.

• Kimyanın yedi alt dalını ve her birinin inceleme konusunu tanımlarsın.
• Gündelik bir çalışmanın ya da ürünün hangi alt dala ait olduğunu belirlersin.
• Nitel ve nicel analiz arasındaki farkı örneklerle açıklarsın.
• Kimyanın başlıca uğraş alanlarını ve kimyayla ilgili meslekleri eşleştirirsin.

Yedi alt dal

Analitik kimya, bir maddenin hangi bileşenlerden oluştuğunu ve bu bileşenlerin ne miktarda bulunduğunu belirler. Kan tahlili, içme suyu analizi, bir gıdanın besin değerinin ölçülmesi analitik kimyanın işidir.

Organik kimya, karbon bileşiklerini inceler. Canlıların yapısındaki maddelerin çoğu, plastikler, yakıtlar, boyaların ve ilaçların büyük kısmı organik bileşiklerdir. Bazı basit karbon bileşikleri, örneğin karbon monoksit, karbon dioksit ve karbonatlar, gelenek olarak organik kimyanın değil anorganik kimyanın konusu sayılır.

Anorganik kimya, organik kimyanın dışında kalan maddeleri inceler: metaller, mineraller, tuzlar, asitlerin ve bazların çoğu, cam ve seramik gibi malzemeler.

Biyokimya, canlılarda gerçekleşen kimyasal olayları inceler. Sindirimde besinlerin parçalanması, enzimlerin çalışması, DNA'nın yapısı ve kopyalanması, hücrede enerjinin üretilmesi biyokimyanın konularıdır.

Fizikokimya, kimyasal olayların arkasındaki fiziksel ilkeleri araştırır. Bir tepkimenin ne kadar enerji açığa çıkardığı, ne kadar hızlı ilerlediği ve hangi koşullarda dengeye ulaştığı fizikokimyanın sorularıdır. AYT kimyasındaki tepkime enerjisi, hız ve denge üniteleri bu dala dayanır.

Polimer kimyası, küçük moleküllerin, yani monomerlerin, birbirine bağlanarak uzun zincirler oluşturmasını ve bu zincirlerden oluşan maddeleri inceler. Plastikler, naylon, sentetik kauçuk ve birçok yapıştırıcı polimerdir.

Endüstriyel kimya, kimyasal süreçlerin büyük ölçekte, güvenli ve ekonomik biçimde uygulanmasıyla ilgilenir. Laboratuvarda birkaç gramla yapılan bir tepkimenin fabrikada tonlarca ürüne dönüşmesi, bu dalın uzmanlık alanıdır; gübre, çimento, cam, sabun ve deterjan üretimi bunun örnekleridir.

Nitel ve nicel analiz

Analitik kimya iki temel soru sorar. Nitel analiz, bir maddede neyin bulunduğunu belirler: bir su örneğinde kurşun var mı, bir toprak örneği hangi mineralleri içeriyor? Nicel analiz ise bir bileşenin ne kadar bulunduğunu ölçer: bir litre suda kaç miligram kurşun var, bir meyve suyunda kaç gram şeker bulunuyor? Birçok çalışmada iki soru art arda sorulur: önce bir maddenin varlığı belirlenir, sonra miktarı ölçülür. Sınav sorularında "hangi madde", "var mı" sözcükleri nitel, "ne kadar", "kaç gram", "yüzde kaç" sözcükleri nicel analizi işaret eder.

Dallar arasındaki sınırlar

Alt dallar keskin duvarlarla ayrılmaz; gerçek bir araştırma çoğu zaman birden fazla dala dokunur. Bir enzimin vücut sıcaklığında bir tepkimeyi nasıl hızlandırdığını inceleyen araştırma hem biyokimyanın hem fizikokimyanın konusudur. Yeni bir plastik ambalajın fabrikada üretilmesi polimer kimyası ile endüstriyel kimyayı birleştirir. Bir ilacın saflığının ölçülmesi ise organik kimyanın ürettiği bir maddeyi analitik kimyanın yöntemleriyle denetlemektir. Sınavda bir çalışmanın hangi dala ait olduğu sorulduğunda, çalışmanın ana sorusuna bakılır: soru "ne kadar" ise analitik, "canlıda nasıl" ise biyokimya, "hangi hızla ve hangi enerjiyle" ise fizikokimya öne çıkar.

Bir ilacın yolculuğu

Dalların birlikte nasıl çalıştığını tek bir ürünün yolculuğu gösterir. Yeni bir ağrı kesicinin etken maddesi önce organik kimyacıların laboratuvarında tasarlanıp sentezlenir. Biyokimyacılar bu maddenin vücutta hangi molekülle etkileştiğini ve nasıl parçalandığını araştırır. Fizikokimyacılar maddenin hangi sıcaklıkta ne kadar süre bozulmadan kalabildiğini inceler. Endüstriyel kimyacılar ve kimya mühendisleri birkaç gramlık sentezi fabrikada tonlarca üretime taşır. Her üretim partisinden alınan örnekte, etken maddenin doğru miktarda bulunup bulunmadığını analitik kimyacılar ölçer. Tablet, eczacının elinden hastaya ulaştığında arkasında en az beş dalın emeği vardır.

Kimyanın uğraş alanları

Kimyanın bilgisi, gündelik hayatta birçok sanayi ve hizmet alanına dönüşür:

• İlaç: etken maddelerin tasarlanması, üretilmesi ve saflığının denetlenmesi.
• Gübre: bitkilerin ihtiyaç duyduğu azot, fosfor ve potasyum gibi elementleri içeren maddelerin üretimi.
• Petrokimya: ham petrol ve doğal gazdan yakıtların ve plastik hammaddelerinin elde edilmesi.
• Arıtım: içme suyunun hazırlanması ve atık suyun doğaya zarar vermeyecek hâle getirilmesi.
• Boya ve tekstil: liflerin, boyaların ve kumaş işleme maddelerinin üretimi.

Bunlara gıda, temizlik ürünleri, kozmetik, metal ve cam üretimi gibi alanlar da eklenebilir. Hemen her sanayi kolunda bir yerde kimyanın bilgisine ihtiyaç duyulur.

Kimyayla ilgili meslekler

Kimya bilgisinin doğrudan iş hâline geldiği başlıca meslekler şunlardır:

• Kimyager: laboratuvarda analiz yapar, yeni maddeler sentezler ve süreçleri denetler.
• Kimya mühendisi: laboratuvarda geliştirilen bir süreci güvenli ve ekonomik biçimde büyük ölçekli üretime taşır.
• Eczacı: ilaçların hazırlanması, saklanması ve doğru kullanılması konusunda uzmandır.
• Metalurji ve malzeme mühendisi: cevherlerden metal elde eder, alaşımlar ve yeni malzemeler geliştirir.
• Kimya öğretmeni: kimyanın dilini ve yöntemini öğrencilere aktarır.

Tıp, diş hekimliği, gıda mühendisliği, çevre mühendisliği ve adli bilimler gibi alanlar da kimya bilgisini yoğun biçimde kullanır. YKS'de sayısal puan türüyle girilen bu bölümlerin çoğu, AYT kimyasını da gerektirir.

Neden alt dalları bilmeliyiz?

Alt dalları tanımak yalnız bir sınav sorusunun cevabı değildir. Kimya akademisindeki modüller de bu dallara göre şekillenir: atom ve bağlar anorganik ve fizikokimyanın temelini, mol ve tepkimeler analitik kimyanın hesaplarını, karbon kimyası ve organik bileşikler organik kimyayı, tepkime hızı ve denge fizikokimyayı kapsar. Bir konunun hangi dala ait olduğunu bilmek, o konunun hangi soruyu sorduğunu ve sonraki hangi konulara bağlandığını görmeyi kolaylaştırır.

Örnek 1 — Dalı bulmak

Soru: Bir besin denetim laboratuvarı, bir paket cipsteki tuz miktarının gram cinsinden etikette yazılanla uyuşup uyuşmadığını ölçüyor. Bu çalışma hangi alt dala aittir?

• A) Polimer kimyası
• B) Biyokimya
• C) Endüstriyel kimya
• D) Analitik kimya
• E) Fizikokimya

Çözüm: Çalışmanın ana sorusu "ne kadar" sorusudur; bir bileşenin miktarını ölçmek analitik kimyanın, daha doğrusu nicel analizin işidir. Cevap: D.

Örnek 2 — Organik mi, anorganik mi?

Soru: Aşağıdaki maddelerden hangisi organik kimyanın inceleme alanına girer?

• A) Metan (CH₄)
• B) Sodyum klorür (NaCl)
• C) Karbon dioksit (CO₂)
• D) Kalsiyum karbonat (CaCO₃)
• E) Demir (Fe)

Çözüm: Metan bir karbon bileşiğidir ve organik sayılır. Karbon dioksit ve karbonatlar karbon içerse de gelenek olarak anorganik kimyaya bırakılır. Cevap: A.

Örnek 3 — Meslek

Soru: Laboratuvarda geliştirilmiş bir boya üretim sürecini, fabrikada güvenli ve ekonomik biçimde büyük ölçekte uygulanabilir hâle getirmek hangi meslek grubunun temel işidir?

• A) Eczacı
• B) Kimya öğretmeni
• C) Kimya mühendisi
• D) Metalurji mühendisi
• E) Diş hekimi

Çözüm: Bir süreci laboratuvardan sanayi ölçeğine taşımak kimya mühendisliğinin uzmanlık alanıdır. Cevap: C.

Örnek 4 — İki dalın kesişimi

Soru: Kandaki bir enzimin, vücut sıcaklığında bir tepkimeyi ne kadar hızlandırdığını ölçen bir araştırma en çok hangi iki dalı birlikte ilgilendirir?

• A) Analitik ve endüstriyel kimya
• B) Biyokimya ve fizikokimya
• C) Polimer ve anorganik kimya
• D) Organik ve endüstriyel kimya
• E) Anorganik ve analitik kimya

Çözüm: Enzim canlıdaki bir olayın parçasıdır (biyokimya); tepkime hızı ise fizikokimyanın konusudur. Cevap: B.

• Her karbon içeren maddeyi organik saymak. CO, CO₂ ve karbonatlar gelenek olarak anorganik kimyada incelenir.
• Nitel ile niceli karıştırmak. "Var mı, hangisi" nitel; "ne kadar" nicel analizdir.
• Dalları birbirinden kesin ayrılmış sanmak. Birçok çalışma iki ya da daha fazla dala dokunur; ana soruya bakılır.
• Kimyageri kimya mühendisiyle aynı saymak. Kimyager çoğunlukla laboratuvarda, mühendis büyük ölçekli üretimde çalışır.
• Endüstriyel kimyayı yalnız fabrikada çalışmak sanmak. Bu dalın asıl işi, bir süreci güvenli ve ekonomik biçimde büyütmektir.