Úvodní chemie – 1. kanadské vydání

Chemie je vědní obor. Ačkoli vědu jako takovou je obtížné přesně definovat, následující definice může posloužit jako východisko. Věda je proces poznávání přírodního vesmíru prostřednictvím pozorování a experimentů. Věda není jediným procesem poznávání (např. staří Řekové prostě seděli a přemýšleli), ale za více než 350 let se vyvinula v nejlepší proces, který lidstvo dosud vymyslelo, aby se dozvědělo o vesmíru kolem nás.

Proces vědy se obvykle uvádí jako vědecká metoda, která se poněkud naivně popisuje následovně: (1) stanovení hypotézy, (2) ověření hypotézy a (3) upřesnění hypotézy. Ve skutečnosti však tento proces není tak jednoduchý. (Například já nechodím každý den do své laboratoře a nevykřikuji: „Dnes vyslovím hypotézu a celý den ji budu testovat!“). Proces není tak jednoduchý, protože věda a vědci mají k dispozici soubor poznatků, které již byly identifikovány jako pocházející z nejvyšší úrovně poznání, a většina vědců z tohoto souboru poznatků vychází.

Vzdělaný odhad o tom, jak funguje přírodní vesmír, se nazývá hypotéza. Vědec, který je obeznámen s tím, jak část přírodního vesmíru funguje – řekněme chemik – má zájem na prohloubení těchto znalostí. Tento člověk vysloví odůvodněný odhad – hypotézu, jejímž cílem je zjistit, zda vesmír funguje i novým způsobem. Zde je příklad hypotézy: „Pokud smíchám jeden díl vodíku s jedním dílem kyslíku, mohu vyrobit látku, která obsahuje oba prvky.“

Většina dobrých hypotéz je založena na dříve pochopených znalostech a představuje testovatelné rozšíření těchto znalostí. Vědec pak vymýšlí způsoby, jak otestovat, zda tento odhad je či není správný. To znamená, že vědec plánuje experimenty. Experimenty jsou testy přirozeného vesmíru, jejichž cílem je zjistit, zda je odhad (hypotéza) správný. Experimentem k ověření naší předchozí hypotézy by bylo skutečné smíchání vodíku a kyslíku a zjištění, co se stane. Většina experimentů zahrnuje pozorování malých, přesně vymezených částí přírodního vesmíru, jejichž cílem je zjistit výsledky experimentů.

Proč musíme provádět experimenty? Proč musíme provádět pokusy? Protože přirozený vesmír není vždy tak zřejmý, jsou experimenty nezbytné. Například je poměrně zřejmé, že když upustíte nějaký předmět z výšky, spadne. Před několika sty lety (shodou okolností v době blízké vzniku moderní vědy) byl tento test vysvětlen konceptem gravitace. Je však zřejmé, že celý přírodní vesmír se skládá pouze z asi 115 základních chemických stavebních prvků zvaných prvky? Nezdálo by se to být pravda, kdybyste se podívali na svět kolem sebe a viděli všechny různé podoby, kterých může hmota nabývat. Ve skutečnosti je pojem prvek starý jen asi 200 let a poslední přirozeně se vyskytující prvek byl identifikován asi před 80 lety. Trvalo desítky let testů a miliony pokusů, než se zjistilo, co to vlastně prvky jsou. To jsou jen dva příklady; takových příkladů existuje v chemii a ve vědě obecně nespočet.“

Když je shromážděn dostatek důkazů pro stanovení obecného principu fungování přírodního vesmíru, jsou tyto důkazy shrnuty do teorie. Teorie je obecné tvrzení, které vysvětluje velké množství pozorování. „Veškerá hmota se skládá z atomů“ je obecné tvrzení, teorie, která vysvětluje mnoho pozorování v chemii. Teorie je ve vědě velmi silným tvrzením. Ve vědě existuje mnoho tvrzení označovaných jako „teorie _______“ nebo „teorie ______“ (kde prázdná místa představují slovo nebo pojem). Jsou-li teorie takto zapsány, naznačují, že věda má ohromné množství důkazů o jejich správnosti. V průběhu tohoto textu se seznámíme s několika teoriemi.

Konkrétní tvrzení, o němž se předpokládá, že nebude nikdy porušeno celým přírodním vesmírem, se nazývá zákon. Vědecký zákon je nejvyšším pochopením přírodního vesmíru, které má věda k dispozici, a je považován za neporušitelný. Jedním z takových zákonů je například skutečnost, že veškerá hmota přitahuje veškerou jinou hmotu – gravitační zákon. Všimněte si, že termíny teorie a zákon používané ve vědě mají poněkud odlišný význam od těch, které se běžně používají; teorie se často používá ve významu hypotézy („Mám teorii…“), zatímco zákon je libovolné omezení, které může být porušeno, ale s možnými důsledky (například omezení rychlosti). I zde platí, že věda používá tyto termíny odlišně, a je důležité používat jejich správné definice, když tato slova používáte ve vědě.