Kimika

Kimika laborategia

Kimika (egiptoerako kēme («lurra») hitzetik eratorria) materiaren konposizioa, egitura eta propietateak aztertzen dituen zientzia naturala da, bai elementu, espezie, konposatu, nahasketa edo beste substantzia batzuen formari dagokionez, bai horiek erreakzioetan zehar izaten dituzten aldaketei eta energia kimikoarekin duten erlazioari dagokienez. Linus Paulingek honela definitu zuen: substantziak aztertzen dituen zientzia, haien egitura (atomoak egokitzeko motak eta moduak), propietateak eta horiek beste substantzia batzuetan eraldatzen dituzten erreakzioak, denboraren arabera. Kimika, kimika supramolekularra izenaz ezagutzen den bere adarretako baten bidez, nagusiki elkartze supratomikoez arduratzen da, hala nola gasak, molekulak, kristalak eta metalak, hauen konposizioa, propietate estatistikoak, transformazioak eta erreakzioak aztertuz, nahiz eta kimika orokorrak materiaren propietateak eta elkarreraginak eskala atomikoan ulertzea ere barne hartzen duen.

Kimikari "zientzia zentrala" deitzen zaio askotan, beste natur zientzietan duen lotura-paperagatik, fisikarekin osatzen duen fisiko-kimika, biologiarekin osatzen duen biokimika, astronomia eta geologiarekin astrokimika, besteak beste. Fisikaren eta biologiaren artean erdiko eremu bat betetzen duela esaten da. Prozesu kimiko gehienak zuzenean ikas daitezke laborategian, askotan ondo ezarritako teknikak erabiliz, bai materialak manipulatzeko, bai azpiko prozesuak ulertzeko. Modelatze molekularreko teknikek ematen duten hurbilketa alternatiboa da, eredu konputazionaletatik ondorioak ateratzen baitituzte.

Kimika modernoa alkimian oinarrituta garatu zen. Praktika protozientifiko esoterikoa zen, baina baita esperimentala ere, kimikako, fisikako, biologiako, metalurgiako eta farmaziako elementuak konbinatzen zituena, besteak beste. Fase hau iraultza kimikoarekin amaitzen da, Robert Boylek gasak aurkitzearekin, materia kontserbatzeko legearekin eta oxigeno bidezko errekuntzaren teoriarekin, Antoine Lavoisier zientzialari frantziarrak proposatuak. Sistematizazioa elementuen taula periodikoaren sorrerarekin eta teoria atomikoaren sarrerarekin nabarmendu zen, ikertzaileek materiaren egoeraren, ioien, lotura kimikoen eta erreakzio kimikoen oinarrizko ulermena garatu zutenean. XIX. mendearen lehen erdialdetik, kimikaren garapenak berekin dakar egungo ekonomian eta bizi-kalitatean garrantzi handia duen industria kimikoaren agerpena eta hedapena.

Kimikaren diziplinak aztertutako materia-motaren edo egindako azterketa-motaren arabera multzokatzen dira. Horien artean daude kimika inorganikoa, materia inorganikoa aztertzen duena; kimika organikoa, materia organikoa aztertzen duena; biokimika, organismo biologikoetan dauden substantziak aztertzen dituena; fisikokimika, eskala makroskopikoan, molekularrean eta atomikoan dauden sistema kimikoen egiturazko eta energiako alderdiak biltzen dituena; eta kimika analitikoa, materiaren laginak aztertzen dituena eta haren osaera eta egitura hainbat azterketa eta erreakzioren bidez ulertzen saiatzen dena.

Printzipioak

Egitura atomikoaren egungo eredua eredu mekanika kuantikoa da. Kimika tradizionalaren abiapuntua oinarrizko partikulak, atomoak, molekulak, substantziak, metalak, kristalak eta materiaren beste agregatu batzuk aztertzea da. Materia egoera solidoan, likidoan, gaseosoan eta plasmatikoan azter daiteke, modu isolatuan edo konbinatuan. Kimikan aztertzen diren elkarreraginak, erreakzioak eta transformazioak atomoen arteko interakzioen emaitza izan ohi dira, atomoei lotuta mantentzen dituzten lotura kimikoen berrantolaketetara eramaten dituztenak. Portaera horiek kimikako laborategi batean aztertzen dira.

Kimikako laborategiak estereotipoz erabiltzen ditu beirazko hainbat material mota. Hala ere, beirateria ez da funtsezkoa kimikarako, eta kimika esperimentalaren zati handi bat (kimika aplikatua edo industriala bezala) beirazko matrazerik gabe egiten da.

Substantzien disoluzioak erreaktibo-flaskoetan, amonio-hidroxidoa eta azido nitrikoa barne, hainbat koloretan argiztatuta.

Erreakzio kimiko bat substantzia batzuk substantzia desberdin batean edo batzuetan eraldatzea da. Eraldaketa kimiko horren oinarria atomoen arteko lotura kimikoetan elektroiak berrantolatzea da. Sinbolikoki ekuazio kimiko baten bidez adieraz daiteke, non atomoek subjektu gisa esku hartu ohi duten. Eraldaketa kimiko baten ekuazioan, ezkerreko eta eskuineko atomoen kopurua berdina da. (Bi aldeetan atomo kopurua desberdina denean, transformazioari erreakzio nuklearra edo desintegrazio erradioaktiboa esaten zaio). Substantzia batek jasan ditzakeen erreakzio kimiko motak eta substantzia horrekin batera gerta daitezkeen energia-aldaketak oinarrizko arau batzuek mugatzen dituzte, lege kimiko gisa ezagutzen direnak.

Energia- eta entropia-kontsiderazioak beti dira garrantzitsuak ia azterketa kimiko guztietan. Substantzia kimikoak egituraren, fasearen eta konposizio kimikoaren arabera sailkatzen dira. Analisi kimikoaren tresnak erabiliz azter daitezke, hala nola espektroskopia eta kromatografia. Ikerketa kimikoan aritzen diren zientzialariei kimikari deitzen zaie. Kimikari gehienak azpi-diziplina batean edo batzuetan espezializatzen dira. Zenbait kontzeptu funtsezkoak dira kimika aztertzeko; hona hemen kontzeptu horietako batzuk:

Materia

Sakontzeko, irakurri: «Materia»

Kimikan, materia masa atsedenean eta bolumena (espazioa okupatzen du) eta partikulez osatuta dago duen oro da. Materia osatzen duten partikulek ere masa dute atsedenean; partikula guztiek ez dute masa atsedenean, fotoiak bezala. Materia substantzia kimiko hutsa edo substantzien nahasketa izan daiteke.

Atomoak

Sakontzeko, irakurri: «Atomo»

Hidrogenoaren hiru isotopoen eskema.

Atomoa (grezieratik: ἄτομος, atomos, «zatiezina») protoi eta neutroi nukleo batez osatutako partikula bat da, elektroi hodei batez inguratua. Atomoa elementu kimikoen oinarrizko partikula da, eta elementu kimikoak euren atomoetan dagoen protoi kopuruaren arabera bereizten dira. Adibidez, 11 protoi dituen edozein atomo sodioa da, eta 29 protoi dituen edozein atomo kobrea da. Neutroi kopuruak elementuaren isotopoa definitzen du.

Atomoak oso txikiak dira, 100 bat pikometroko diametrokoak normalean. Giza ile batek milioi bat karbono atomo inguru neurtzen ditu. Hau txikiagoa da ikusten den argiaren uhin luzerarik laburrena baino, eta horrek esan nahi du gizakiek ezin dituztela atomoak mikroskopio konbentzionalekin ikusi. Atomoak hain dira txikiak, ezen ezin baita zehatz aurreikusi haien portaera fisika klasikoa erabiliz, efektu kuantikoak direla eta.

Atomo baten masaren % 99,94 baino gehiago nukleoan dago. Protoiek karga elektriko positiboa dute, elektroiek karga elektriko negatiboa eta neutroiek ez dute karga elektrikorik. Protoi eta elektroi kopurua berdina bada, atomoa elektrikoki neutroa da. Atomo batek protoiak baino elektroi gehiago edo gutxiago baditu, orduan karga negatiboa edo positiboa du, hurrenez hurren, atomo horiei ioi deitzen zaie.

Atomo baten elektroiak indar elektromagnetikoak erakartzen ditu nukleo atomikoaren protoiek. Nukleoaren protoiak eta neutroiak indar nuklearrak erakartzen ditu. Indar hau indar elektromagnetikoa baino indartsuagoa izaten da, elkarren artean positiboki kargatutako protoiak uxatzen dituena. Egoera jakin batzuetan, aldaratzeko indar elektromagnetikoa indar nuklearra baino handiagoa da. Kasu honetan, nukleoa zatitu egiten da eta atzean hainbat elementu uzten ditu. Desintegrazio nuklearreko modu bat da.

Atomoak atomo batekin edo batzuekin batu daitezke lotura kimikoen bidez, molekulak edo kristalak bezalako konposatu kimikoak sortzeko. Atomoek elkartzeko eta bereizteko duten gaitasuna da naturan ikusitako aldaketa fisiko gehienen erantzulea.

Elementuak

Elementu kimikoen taula periodikoa

Atomo-mota bakar batez osaturiko substantziari deritzo elementu kimiko. Elementu bat osatzen duten atomoek Z zenbaki atomiko bera, hau da, protoi-kopuru bera, dute. Gaur egun, 118 elementu ezagunak dira, eta, multzo horretan, elementu oso ezagunak, karbonoa, burdina eta zilarra adibidez, eta beste ezohikoago batzuk, esaterako lutezioa edo tulioa, daude. Elementu horietako 90ek jatorri naturala dute; beste guztiak, aldiz, partikula-azeleratzaileen bidez lortzen dira. Elementu guztiak taula periodikoan biltzen dira, zenbaki atomikoaren arabera ordenatuta. Elementu bakoitzari izen bat eta letra batez edo biz osaturiko ikur bat dagozkio. Aspalditik ezagunak diren elementuei latinetik datorkie ikurra, hala nola Fe (ferrum), Pb (plumbum), Na (natrium).

Kimika klasikoan, elementu deitzen zitzaion substanzia sinpleagoetan deskonposatu ezin zen substantzia orori, eta esanahi hau oraindik ere erabiltzen da.

Konposatuak

Sakontzeko, irakurri: «Konposatu kimiko»

Konposatu bat elementu batek baino gehiagok osatzen duten substantzia kimiko hutsa da. Konposatu baten propietateek bere elementuenekin antz gutxi dute. Kimika Puru eta Aplikatuaren Nazioarteko Batasunak (IUPAC) ezartzen du konposatuen nomenklatura estandarra. Konposatu organikoei nomenklatura organikoaren sistemaren arabera deitzen zaie. Konposatu inorganikoen izenak nomenklatura inorganikoaren sistemaren arabera sortzen dira. Konposatu batek osagai bat baino gehiago dituenean, bi motatan banatzen dira: osagai elektropositiboak eta osagai elektronegatiboak. Gainera, Chemical Abstracts Servicek substantzia kimikoak indexatzeko metodo bat asmatu du. Sistema horretan, substantzia kimiko bakoitza CAS erregistro-zenbaki baten bidez identifikatzen da.

Molekulak

Sakontzeko, irakurri: «Molekula»

Kafeina molekularen errepresentazioa.

Molekula substantzia kimiko puru baten parte zatiezin txikiena da, propietate kimikoen multzo bakarra duena, hau da, beste substantzia batzuekiko erreakzio kimikoen multzo jakin bat izateko potentziala duena. Hala ere, definizio honek molekulez osatutako substantzietarako bakarrik balio du, eta hori ez da gertatzen substantzia askorekin (ikus aurrerago). Molekulak lotura kobalenteen bidez lotutako atomo multzo bat izaten dira, eta egitura elektrikoki neutroa izaten da, eta balentziako elektroi guztiak beste elektroi batzuekin parekatuta egoten dira, bai loturetan, bai pare bakartietan.

Beraz, molekulak elektrikoki neutroak diren unitate gisa existitzen dira, ioiak ez bezala. Erregela hori hausten denean, "molekulari" karga bat emanez, emaitzari ioi molekularra edo ioi poliatomikoa esaten zaio batzuetan. Hala ere, molekula-kontzeptuaren izaera diskretu eta bereiziak, ioi molekularrak ongi bereizirik egotea eskatzen du, masa-espektrometro baten hutsean zuzendutako sorta bat bezala. Solidoetan bizi diren multzo poliatomiko kargatuak (adibidez, ioi sulfatoak edo nitrato arruntak) ez dira "molekulatzat" hartzen kimikan. Molekula batzuek aparkatu gabeko elektroi bat edo gehiago dituzte, erradikalak sortuz. Erradikal gehienak erreaktiboak dira konparatiboki, baina batzuk, oxido nitrikoa (NO) adibidez, egonkorrak izan daitezke.

Elementu "geldoak" edo gas nobleak (helioa, neona, argona, kriptona, xenona eta radona) atomo bakartiz osatuta daude, unitate diskretu txikiago gisa, baina gainerako elementu kimiko isolatuak molekulez edo atomo-sarez osatuta daude, nolabait elkarri lotuta. Molekula identifikagarriek familiako substantziak osatzen dituzte, hala nola ura, airea eta konposatu organiko asko, hala nola alkohola, azukrea, gasolina eta produktu farmazeutikoak.

Hala ere, substantzia edo konposatu kimiko guztiak ez daude molekula diskretuz osatuta, eta, hain zuzen ere, Lurraren azala, mantua eta nukleoa osatzen duten substantzia solido gehienak molekularik gabeko konposatu kimikoak dira. Beste substantzia mota horiek, hala nola konposatu ionikoak eta sareko solidoak, per se identifika daitezkeen molekularik ez izateko moduan antolatuta daude. Horren ordez, substantzia horiek formula-unitateen edo gelaxka unitarioen arabera aztertzen dira, substantziaren barruko egitura errepikakor txikiena bezala. Substantzia horien adibide dira gatz mineralak (mahaiko gatza, esaterako), karbonoa eta diamantea bezalako solidoak, metalak eta silikato gisa ezagutzen diren mineralak, kuartzoa eta granitoa, esaterako.

Molekula baten ezaugarri nagusietako bat geometria da, askotan egitura esaten zaiona. Molekula diatomiko, triatomiko edo tetraatomikoen egitura tribiala izan daitekeen bitartean (lineala, piramidal angeluarra, etab.), molekula poliatomikoen egitura, sei atomoz baino gehiagoz osatuak (hainbat elementuz osatuak), erabakigarria izan daiteke beren izaera kimikorako.

Molak eta substantzia kantitatea

Mola substantzia kantitate bat adierazten duen unitate bat da (kantitate kimikoa ere esaten zaio). Mol batek zehazki 6,02214076 × 10²³ partikula ditu (atomoak, molekulak, ioiak edo elektroiak), eta mol bakoitzeko partikula kopuruari Avogadroren konstantea deritzo. Kontzentrazio molarra disoluzio-bolumen bakoitzeko substantzia jakin baten kantitatea da, eta mol/dm³-tan adierazi ohi da.

Faseak

Sakontzeko, irakurri: «Fase (termodinamika)»

Esperimentu honetan ikus daiteke nola lurruntze tenperatura presioaren eraginez ere aldatu daitekeen, eta ez soilik tenperatura aldaketagatik.

Sailkapen kimikoak bereizten dituzten propietate kimiko espezifikoez gain, substantzia kimikoak hainbat fasetan egon daitezke. Kasu gehienetan, sailkapen kimikoek ez dute loturarik faseen sailkapen horiekin; hala ere, fase exotikoago batzuk bateraezinak dira propietate kimiko jakin batzuekin. Fase bat sistema kimiko baten egoera-multzo bat da, egitura-propietate antzekoak dituena zenbait baldintzatan, hala nola presioan edo tenperaturan.

Propietate fisikoek, hala nola dentsitateak eta errefrakzio-indizeak, fasearen balio bereizgarrietan kokatzeko joera dute. Materiaren fasea fase-trantsizioak definitzen du. Trantsizio hori sortzen da sisteman sartzen edo sistematik ateratzen den energia sistemaren egitura berrantolatzeko erabiltzen denean, baldintza orokorrak aldatu beharrean.

Batzuetan, faseen arteko bereizketa etengabea izan daiteke, muga diskretu bat izan beharrean. Kasu honetan materia egoera superkritikoan dagoela esaten da. Hiru egoera baldintzen arabera daudenean, puntu hirukoitza esaten zaio, eta, aldaezina denez, baldintza multzo bat definitzeko modu egokia da.

Faseen adibiderik ohikoenak solidoak, likidoak eta gasak dira. Substantzia askok fase solido ugari dituzte. Adibidez, burdina solidoaren hiru fase daude (alfa, gamma eta delta), tenperaturaren eta presioaren arabera aldatzen direnak. Fase solidoen arteko desberdintasun nagusietako bat atomoen egitura kristalinoa edo antolamendua da. Kimikaren azterketan aurkitu ohi den beste fase bat fase urtsua da, hau da, uretako disoluzio batean (hau da, uretan) disolbatutako substantzien egoera.

Hain ezagunak ez diren beste fase batzuk hauek dira: plasmak, Bose-Einsteinen kondentsatuak eta kondentsatu fermionikoak, bai eta material magnetikoen fase paramagnetikoak eta ferromagnetikoak ere. Ezagutzen diren fase gehienak sistema tridimentsionalei buruzkoak badira ere, sistema bidimentsionaletan analogoak defini daitezke, eta horrek arreta jaso du biologiako sistemetarako duten garrantziagatik.

Lotura kimikoak

Sakontzeko, irakurri: «Lotura kimiko»

Atomo eta molekulen artean gertatzen diren indarren bidez eratzen dira haien arteko loturak. Atomoak elkartu egiten dira molekulak sortzeko, lotura kimikoak eratuz. Lotura kimikoen energiak handiak dira (kasu gehienetan, 200-800 kJ/mol artekoak). Molekulen arteko indarrak edo Van der Waalsen indarrak askoz ahulagoak dira (1-10 kJ/mol artean aurkitu ohi dira), baina oso garrantzitsuak dira.

Lotura ioinikoaren osaketaren animazioa

Lotura kimikoak hainbat eratakoak dira: lotura kobalentean, atomoek elektroiak partekatzen dituzte molekulak osatzeko; lotura ionikoan, atomoen artean erabateko elektroi-transferentziak gertatzen dira, ioiak sortzen baitira, eta indar elektrostatikoen bidez lotzen baitira. Muturreko bi kasu horien artean tarteko loturak daude, ekarpen ioniko eta kobalenteak dituztenak. Solido metalikoen kasuan, lotura metalikoaz hitz egiten da. Solido horietan, atomoak ionizatuta daude, eta elektroiak modu nahiko librean mugitzen dira kristal-sarean. Loturaren ezaugarriak ongi ulertzeko, mekanika kuantikoaren legeetara jo behar da.

Energia

Sakontzeko, irakurri: «Energia»

Sistema fisiko baten energia sistema horrek lana egiteko duen gaitasun edo ahalmena da, kasurako, mugimendua eragitea, beroa ematea eta argia sortzea ahalbidetzen dituena; zer esanik ez, lan hitza mekanika klasikoan emaniko definizioaren zentzuan ulertu behar da esaldi horretan.

Energia hainbat eratan existi daiteke materian, hala nola energia zinetiko, potentzial, termiko, elektriko, kimiko, nuklear edo bestelako eratan, eta, halaber, kontuan eduki behar dira beroa eta lana, energia gorputz batetik bestera pasatzeko modutzat. Laburbilduz, zientziaren arloan erabiltzen den energia hitza gorputzetan aldakuntza fisikoak eragiteko ahalmenarekin dago lotuta.

Energia kimikoa molekulen eta konposatu kimikoen egituran metaturik dagoena da, barne-lotura kimikoen eraketaren kausaz. Energia hori erreakzio kimikoen bidez askatzen da.

Erreakzioak

Sakontzeko, irakurri: «Erreakzio kimiko»

Erreakzio kimiko batean modu askotako substantziak egon daitezke: elementu zein konposatu solidoak, likidoak gasak eta abar. Oro har, erreaktiboetako atomoak berrordenatu egiten dira; hau da, lotura kimikoak apurtu eta berriak sortzen dira.

Erreakzio kimiko bat ikurren bidez adierazi ahal izateko, ekuazio kimikoak erabiltzen dira. Ekuazioetan, zein sustantziak eta zein proportziotan parte hartzen duten adierazten da.

${\ce {2 H2(g) + O2(g)-> 2 H2O (g)}}$

Aurreko ekuazio kimikoan agertzen diren zenbakiek erreaktiboen eta produktuen arteko proportzioak adierazten dituzte, hau da, erlazio estekiometrikoak.

${\ce {aA(g) + bB(g)->cC(g) + dD(g)}}$

Erlazio horiek hauxe adierazten dute: A substantziaren a molekulak erreakzionatzeko, B substantziaren b molekula beharko dira, eta, ondoren, C substantziaren c molekula eta D substantziaren d molekula sortuko dira.

Erreakzio kimiko arruntetan, ekuazioaren bi aldeetako atomo-motak eta -kopuruak berdinak dira, eta horri erreakzioa doitua egotea esaten zaio.

Erreakzio batean zenbat erreaktibo gastatuko den eta zenbat produktu sortuko den jakiteko, ekuazioaren estekiometria erabiliko dugu; baina kontuan hartu behar da hasieran ipinitako kantitateak ez baldin badira estekiometriak agindutakoak proportzioan kantitate urrienean dagoen erreaktiboa izango dela erreakzioa mugatuko duena; eta horri erreaktibo mugatzailea esaten zaio.

Adibidez, burdina metalikoak airearen oxigenoarekin erreakzionatutakoan, burdina-oxidoa eratzen da.

${\ce {Fe(s) + 12O2(g) -> FeO(s)}}$ Adibide honetan, erreakzioa atmosfera zabalean eginez gero, erreaktibo mugatzailea burdina izango da, nahi adina oxigeno baitago atmosderan. Erreakzioak hainbat irizpideren arabera sailka daitezke, baina beharbada sinpleena erreakzioan parte hartzen duten substantzien arabera egitea da; horren arabera, erreakzio ez-organikoak eta erreakzio organikoak bereizten dira. Horien artean nagusiak hauexek dira: azido-base erreakzioak, erredox erreakzioak, errekuntza-erreakzioa eta hauspeatze-erreakzioak.

Ioiak eta gatzak

Sakontzeko, irakurri: «ioi» eta «gatz (kimika)»

Ioia elektroi bat edo gehiago galdu edo bereganatu dituen espezie kargatua da, atomo zein molekula. Atomo batek elektroi bat galtzen duenean eta, beraz, elektroiek baino protoi gehiago dituenean, atomoa karga positiboko ioia edo katioia da. Atomo batek elektroi bat irabazten duenean eta, beraz, protoiak baino elektroi gehiago dituenean, atomoa negatiboki kargatutako ioia edo anioia da.

Katioiek eta anioiek gatz neutroen kristal-sare bat osa dezakete; sodio kloruroa (NaCl) eratzen dute Na⁺ eta Cl^- ioiek.

Ioi poliatomikoen bi adibide: hidroxidoa (OH^-) eta fosfatoa (PO₄^3-).

Plasma erabat ionizatutako gas-materiaz osatuta dago, normalean tenperatura altuetan.

Azidoak eta baseak

Sakontzeko, irakurri: «Azido» eta «Base»

Ur-disoluzioan hidronio ioiaren (H₃O⁺) kontzentrazioa handitzen duen substantziari azido deritzo. Base, aldiz, hidronio ioiaren kontzentrazioa txikitzen duen espezieari deritzo; kontzentrazio-jaitsiera horrek, ezinbestez, hidroxilo ioien (OH^-) kontzentrazioa handitzea dakar.

Azidoen eta baseen lehen definizioa Arrheniusena da, 1887koa, zeinak azidoa disoziatzean protoiak askatzen dituen substantzia gisa definitu zuen. Brønstedek eta Lowryk azidoak protoi-emaile gisa eta baseak protoi-hartzaile modura definitu zituzten 1923an, eta, hala, azido eta base konjugatuak definitzen dira: azidoak protoia eman ostean gelditzen den molekulari azido horren base konjugatu deritzo, zeina protoi bat hartuz, dagokion azido konjugatu bihurtzen den. Adibidez, uretan dagoen azido azetikoak protoi bat gal dezake, bere base konjugatua den azetatoa emateko, eta, modu berean, azetatoak protoi bat har dezake bere azido konjugatua den azido azetikoa emateko. Hala, azido azetikoak (HA) eta azetatoak (A^-) azido-base bikotea eratzen dute.

1923an, halaber, Lewisek beste era batera definitu zituen azidoak eta baseak. Definizio horren arabera, azidoak elektroi-bikote bat onartzeko gai diren substantziak dira, eta baseak, berriz, elektroi-bikotea emateko gai diren substantziak. Lewis-en azido-base teoriak bere baitan hartzen du Brønsted eta Lowryrena.

Azidotasuna bi metodoren bidez neurtzen da eskuarki. Arrheniusen azidotasunaren definizioan oinarritutako neurri bat pH-a da, disoluzio batean hidronio ioien kontzentrazioaren neurri bat, eskala logaritmiko negatiboan adierazia. Hala, pH baxuko disoluzioek hidronio ioien kontzentrazio handia dute, eta azidoagoak direla esan daiteke. Beste neurketa, Brønsted–Lowryren definizioan oinarritua, azidoaren disoziazio-konstantea da (K_a), eta substantzia batek azido gisa jarduteko duen ahalmen erlatiboa neurtzen du azido baten Brønsted–Lowryren azidoaren definizioan. Hau da, K_a altuagoa duten substantziek joera handiagoa dute erreakzio kimikoetan hidrogeno-ioiak emateko K_a balio baxuagoak dituztenek baino.

Erredox erreakzioak

Sakontzeko, irakurri: «Erredox erreakzio»

Erredox erreakzioen kontzeptuan sartzen dira atomoek beren oxidazio-egoera aldatzen duten erreakzio kimiko guztiak, elektroiak irabaziz (erredukzioa) edo elektroiak galduz (oxidazioa). Beste substantzia batzuk oxidatzeko gaitasuna duten substantziei esaten da eta agente oxidatzaile edo oxidatzaile deitzen zaie. Oxidatzaile batek beste substantzia baten elektroiak erauzten ditu. Era berean, beste substantzia batzuk erreduzitzeko gaitasuna duten substantziak agente erreduktoreak edo erreduktoreak direla esaten da.

Erreduktore batek elektroiak transferitzen dizkio beste substantzia bati eta bere burua oxidatzen du. Eta elektroiak "ematen" dituenez, elektroi-emaile ere esaten zaio. Oxidazioa eta erredukzioa behar bezala adierazten dira oxidazio-zenbakiaren aldaketaren bidez —elektroien transferentzia erreala ezin da inoiz gertatu. Horrela, oxidazioa hobeto definitzen da oxidazio-zenbakia handitzea bezala eta erredukzioa oxidazio-zenbakia gutxitzea bezala.

Oreka kimikoa

Sakontzeko, irakurri: «Oreka kimiko»

Nahiz eta oreka kontzeptua asko erabiltzen den zientzian, kimikaren testuinguruan, konposizio kimikoaren zenbait egoera desberdin posible direnean sortzen da, hala nola, elkarren artean erreakziona dezaketen zenbait konposatu kimikoren nahasketa batean, edo substantzia bat fase-mota batean baino gehiagotan egon daitekeenean.

Orekan dagoen substantzia kimikoen sistema bat, aldatu ezin den konposizioa izan arren, ez da estatikoa izaten; substantzien molekulek elkarren artean erreakzionatzen segitzen dute, eta horrek oreka dinamikoa sortzen du. Hala, kontzeptuak deskribatzen du nola konposizio kimikoa bezalako parametroek denborarekin aldaketarik gabe irauten duten.

Lege kimikoak

Kimikaren baitan lege nagusiak hauek dira:

Joseph-Louis Gay-Lussac, kimikari okzitaniarra

• Avogadroren legea
• Boyle-ren legea (1662, bolumena eta presioa erlazionatzen ditu)
• Charles-en legea (1787, bolumena eta tenperatura erlazionatzen ditu)
• Fick-en difusioaren legea
• Gay-Lussac-en legea (1809, presioa eta tenperatura erlazionatzen)
• Le Chatelier-en printzipioa
• Henry-ren legea
• Hess-en legea
• Energiaren kontserbazioaren legea (oreka, termodinamika eta zinetika kontzeptuak biltzen ditu)
• Lavoisier-en legea edo masaren kontserbazioaren legea
• Proust-en legea edo proportzio konstanteen legea
• Dalton-en legea edo proportzio anizkoitzen legea
• Raoult-en legea

Historia

Sakontzeko, irakurri: «Kimikaren historia»

Antoine Lavoisier, kimika garaikidearen aitatzat jo izan dena

Sorrera

Kimikaren jaiotza suaren sorrerarekin batera izan zela esan daiteke, berau izan baitzen zalantzarik gabe, gizakiak, konturatu gabe izanik ere, erabili zuen lehenengo erreakzio kimikoa (errekuntza erreakzioa). Aurkitutako garai hartako tresneriek argi eta garbi uzten digute ordurako erabiltzen zela sua. Aurkitutako gauza gehienak metalezkoak, zeramikazkoak, beirazkoak dira; pigmentuak ere aurkitu izan dira, ehun tindatuak, eta abar.

Metalak lortzea, zeramikazko edo beirazko materialak egitea, pigmentuak landareetatik edo mineraletatik ateratzea, lurrinak eta kosmetikoak gertatzea, gorpuak momifikatzea, eta abar; horiexek dira hasierako gizakiak Kimikaz zituen lehenengo ezaguerak. Material horien artean gizakiak aurrena erabiltzen ikasi zituenak metalak izan ziren, zalantzarik gabe; material gogorrak ziren, iraunkorrak, forma ematen errazak eta gauzak egiteko aukera handiak ematen zituztenak. Hauen artean eta kronologiaren arabera, urrea, zilarra, brontzea eta burdina aipa daitezke. Dauden objekturik aspaldikoenak urrezkoak dira, K.a. 5000 urtearen ingurukoak. Oso arrazoi sendoa dago urrearen erabilpen hain goiztiarra izateko: izadian aske aurkitzen da. Bere koloreagatik, duen iraunkortasunagatik eta urria delako, betidanik izan da estimu handiko metala. Urrezko platerean jatea, txinatarrek uste zutenez, nahikoa zen gizakiaren bizitza luzatzeko; urrea xurgatzen bazen betiko bizitza lortuko zen eta gainera ahalmen berezia lortzen zen urreari esker: gizakia bat-batean mugi zitekeen leku batetik bestera. Sineskeriak baino ez, hainbat kasutan. Edozelan ere, urrea eta zilarra askotan elkarrekin nahastuta egoten dira izadian.

Biak bereiztea oso prozesu zaila zenez, aleazioa zen erabiltzen zena. Horrela bada, aleazio honen erabilera zabalduz joan zen eta elektroi izena ema zitzaion, eta urteetan beste metal bat zela uste izan zen. Urrearekin eta zilarrarekin batera kobrea ere hasi zen erabiltzen. Eta izan ere oso erabilia izan da, baina beste zeregin batzuetarako.

Ez dakigu nola eta noiz isolatu edo bakartu zen lehenengo aldiz metal hau, baina historiako aurkikuntzarik handienetakoa izan zela esaten badugu, ez dugu uste gehiegi esaten ari garenik. Brontze Aroa K.a. 4000. urtearen inguruan koka daiteke. Egiptoko lehen dinastien garaian eta Homeroren garaiko Grezian brontzea erabiltzen zen, gaur egun burdina erabiliko litzatekeen lekuetan.

Ospe handia izan zuten feniziarrek brontze lanetan; oso bakezaleak izanik ere, beraiek egiten zituzten brontzezko armarik onenak. Brontzearen garaiaren ondoren Burdin Aroa etorri zen, K.a. XII. mendean. Burdina lortzea eta lantzea zaila eta neketsua zenez, hasieran gutxi erabili bazen ere, garrantzi handiko metala izango zen gero. Burdin Aroan ikasi zen altzairua egiten, garai honetan jakin zen bere gogortasuna tenplearekin hobetzen zela eta saio bat baino gehiago egin zen –arrakastaz askotan– herdoiltzetik babesteko.

Antzinaroko zibilizazioen artean egiptoarrak izan ziren kimikan aurreratuenak eta gaur egungo kimikatik hurbileneko kimika egin zutenak. Benetako maisu izan ziren beiraren eta esmalteen ekoizpenean eta bai metal nobleen edo errubiarenean era. Zafiro eta esmeraldaren imitazio ezin hobeak egiten zituzten. Artilearekin batera larrua, kotoia, lihoa, e.a. ere askotan erabiltzen zituzten. Iaiotasun handia azaldu zuten ehunak zuritzen eta tindatzen, eta indigoa eta purpura erabili zituzten tindatzailetzat. Lurrinak, baltsamoak, kosmetikoak, pozoiak, xaboiak eta sodio, potasio, kobre edo aluminio gatzak egiten bazekiten. Betuna ere erabiltzen zuten baltsamatzeko eta dekorazioan. Nolanahi ere, guztiz enpirikoak izan ziren aurkikuntza hauek eta ezin esan daiteke zientzia zenik, ezta hurrik eman ere.Greziarrak izan ziren zientzia honetan egiptoarren ondorengoak eta chemia izena eman zioten materia eraldatzeko arteari. Izen hau chem-etik omen dator, horrelaxe esaten ziotelako egiptoarrek bere herriari.

Antzinako doktrina kimikoak

Kristo aurreko 600. urtean Greziako filosofoek ondo bereizita zituzten teknika eta erlijioa, eta ordurako galdezka hasiak ziren unibertsoa zerez osatua ote zegoen. Aristoteles Estagirakoa izan zen filosoforik ezagunena garai horretan (384-322 K.a.); filosofo haren ustez lau substantzia ziren materia osatzen zutenak: lurra, airea, sua eta ura. Horiek elkartuz, substantzia guztiak sor zitezkeen baina horretarako beste lau hastapenen laguntza behar zen: beroa, hotza, hezetasuna eta lehortasuna. Aristoteles baino lehenagoko Demokrito Abderakoak (470-380 K.a) materiaren ez-jarraitasuna defendatu zuen lehenengo aldiz, eta materia atomoz osatuta zegoela esan zuen, materia zatiezinez, alegia.

Atomoak betikoak dira, zatiezinak eta denak izaera berekoak, nahiz eta atomoaren forma, kokapena eta ordena desberdinak diren materialaren arabera. Haren jarraitzaileek ez zuten ideia hori onartu, gaur egungo pentsamoldearekin bat badator ere.

Kristo aurreko 300. urtean Greziako zientzia Alexandriara joan zen eta 400. urtearen inguruan berriz, Erromara. Erromatarrak, gerlari porrokatuak eta eraikitzaile handiak, praktikoak eta estoikoak, ez ziren gai izan grekoek utzitakoari segitzeko.

Alkimia

Artikulu nagusia: «Alkimia»

Ekialdean chemia izenez ezagutzen zen zientzia hori arabiarrek ekarri zuten Europara, kimiya izenez. Gero, al artikulua jarrita, al kimiya bihurtu zen –alkimia, alegia–, eta kimika azkenean.

VII. mendean izan zuen alkimiak bere garairik oparoena. Metalak alkimistentzat hiru gairen hastapenen nahastea ziren: merkurioaren metalikotasuna eta hegazkortasuna, sufrearen errekortasuna, eta gatzaren disolbagarritasuna eta sendotasuna. Begi bistakoa zen, beraz, metalek hastapen berdinak zituztenez, urrea lor zitekeela metaletatik abiatuz.Alkimisten arabera, metalak urre bihurtzeko filosofia-harria behar zen. Filosofia-harria, beraz, alkimista guztien helburu bihurtu zen, harri hartaz edozein substantzia urre bihurtzeaz gainera, gizakiak betiko gaztetasuna eta edertasuna, eta hilezkortasuna ere lor baitzitzakeen, haren infusioa edanez gero. Ez da harritzekoa beraz, zaharrak, gaixoak eta elbarriak elixir horren bila ibili izana. Jainkoak aukeratuak omen ziren alkimistak, materiaren eraldatzearen sekretuak ezagutzeko, eta sinbolo eta ikur ezezagunen bidez idazten zituzten beren aurkikuntzak. Ez ziren, ordea, beren helburua lortzera iritsi, baina, hala ere, artean ezezagunak ziren produktu askoren berri eman zuten, beste produktu asko lortzeko bideak zabaldu zituzten, aparatu asko diseinatu zuten… Hori guztia oso lagungarria izan zen handik harako ikerkuntzan. Alkimisten artean aipagarriak dira Abu Musa Jabir ibn-Hayyan (Geber izenez ezaguna), Alberto Handia, Tomas Akinokoa, Ramon Llull eta Arnaldo Vilanova, besteak beste.

Iatrokimika

Metalen transmutazioan sinesteak XIX. mendera arte iraun bazuen ere, Alkimia poliki-poliki bere izaera galtzen joan zen eta hitz-jario eta iruzur hutsa bihurtu zen; debekatu ere egin zuten zenbait erregek eta aita santuk. XV. mendean Paracelsusek (1493-1541) alkimiaren helburua gaitzak sendatzeko botikak sortzea izan behar zuela esan zuen. Garai honi –Alkimiaren eta kimikaren trantsiziotzat har daitekeena, bestalde– iatrokimikaren edo kimika medikuaren garaia esaten zaio.Berpizkundean izadiari eta gorputzen eraldaketari buruzko ideia berriak sortu ziren, eta pixkanaka alde batera utzi ziren alkimisten espekulazioak (filosofia harriarena barne). Kimikak ahaleginak egin zituen gertaerak eta teoria lotzen, kimikariak aurkikuntzak argitaratzen hasi ziren, eta lehenengo Zientzia Akademiak sortu ziren: Napolin (1556), Londresen (1606), Paris (1666), Bartzelona (1764)… Garai hartakoa zen Robert Boyle irlandar fisikaria eta kimikaria (1627-1691). The Sceptical Chymist liburuan (1661), elementu kimikoaren kontzeptua azaldu zuen, gaur egun ezagutzen den bezala azaldu ere, eta Demokritoren teoria atomikoaz baliatu zen erreakzio kimikoak esplikatzeko.

Lavoisier eta iraultza kimikoa

Aurkikuntza asko ekarri zituzten, zalantzarik gabe, Scheeleren, Priestleyren eta Cavendishen esperientziek, baina flogistoaren teoriaren bidez azalpena ematearekin ondorengo aurrerapena galarazi zuten.

Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) izan zen flogistoaren teoria deuseztatu zuena, eta errekuntzaren benetako izaera finkatu.

1789an argitaratuko bere Traité élémentaire de chimie liburuan gaur egungo kimikaren oinarriak jarri zituen. 30 urte zituela, ondo frogatuta utzi zuen —bere bizitza guztian erabili zuen balantzaren bitartez— errekuntza zer den: erretzen den substantziak airearen osagaietako batekin erreakzionatzearen ondorioa. Ontzi itxi batean eztainua kiskaliz, ontziaren pisua ez zela bat ere aldatu frogatu zuen; metalak pisua hartu bazuen ere, airearena hartu zuelako izan baitzen. Flogistoaren teoria azkenetan dago. Gorputz purua zer den zehaztu zuen, Boyleren elementu kontzeptua bereganatu zuen, uraren konposizioa aurkitu zuen eta hidrogeno hitza erabili zuen lehen aldiz, aurretik Cavendishek aire errekorra deitu zuen substantzia izendatzeko. Bere ikerkuntza guztietan materiaren iraunkortasunaren legea erabili zuen. Ez dago zehatz esaterik noiz hasi zen kimika zientzia gisa, baina bada ekintza bat, kimikaren abiagunetzat hartzen dena: materiaren iraunkortasunaren legea hain zuzen, Lavoisierrena. Esperimentuz lortu izana da meriturik handiena; lehenengo aldia zen kimika lege bat neurriak erabiliz lortzen zena. Ikerkuntza zientifikoa kimika alorrean orduan hasi zela esan daiteke.

Kimikaren praktika

• Kimika analitikoa: Lagin batean dauden substantzien azterketa kuantitatiboa eta kualitatiboa egiten du.
• Biokimika: Bizidunetan gertatzen diren erreakzio kimikoak ikertzen ditu.
• Kimika ez-organikoa: Karbonoa ez duten molekulez osatutako substantzien ikerketa eta sintesia ikertzen du.
• Kimika organikoa: Karbono katez osatutako molekulak ikertzen ditu.
• Kimika fisikoa: Erreakzio kimikoen oinarri fisikoak ikertzen ditu, bereziki ezaugarri dinamiko eta energetikoak.
• Kimika teorikoa: Erreakzio kimikoen eta atomoaren eredu teorikoak ikertzen ditu.

Diziplina artekotasuna

Diziplina arteko esparruen artean honako hauek daude: agrokimika, astrokimika (eta kosmokimika), kimika atmosferikoa, ingeniaritza kimikoa, biologia kimikoa, kimioinformatika, ingurumen-kimika, geokimika, kimika berdea, immunokimika, itsas kimika, materialen zientzia, mekanika-kimika, kimika medikoa, biologia molekularra, nanoteknologia, enologia, farmakologia, fitokimika, egoera solidoaren kimika, gainazalen zientzia, termokimika eta beste asko.

Ikus, gainera

• Taula periodikoa

Kanpo estekak

• (Ingelesez) Kimikaren inguruko informazioa ChemEurope.com webgunean

• Datuak: Q2329
• Multimedia: Chemistry / Q2329