Indledende kemi – 1. canadiske udgave

Kemi er en gren af videnskaben. Selv om videnskab i sig selv er svær at definere præcist, kan følgende definition tjene som udgangspunkt. Videnskab er den proces, hvor man ved hjælp af observation og eksperimenter får viden om det naturlige univers. Videnskab er ikke den eneste vidensproces (f.eks. sad de gamle grækere blot og tænkte), men den har i løbet af mere end 350 år udviklet sig til den bedste proces, som menneskeheden til dato har udtænkt for at lære om universet omkring os.

Videnskabens proces angives normalt som den videnskabelige metode, der ret naivt beskrives på følgende måde: (1) opstille en hypotese, (2) afprøve hypotesen, og (3) forfine hypotesen. I virkeligheden er processen imidlertid ikke så enkel. (Jeg går f.eks. ikke ind i mit laboratorium hver dag og udbryder: “Jeg vil opstille en hypotese i dag og bruge hele dagen på at afprøve den!”) Processen er ikke så enkel, fordi videnskaben og videnskabsfolk har en viden, der allerede er blevet identificeret som værende fra det højeste forståelsesniveau, og de fleste videnskabsfolk bygger på denne viden.

Et kvalificeret gæt om, hvordan naturens univers fungerer, kaldes en hypotese. En videnskabsmand, der er bekendt med, hvordan en del af det naturlige univers fungerer – f.eks. en kemiker – er interesseret i at uddybe denne viden. Denne person laver et fornuftigt gæt – en hypotese – der har til formål at se, om universet også fungerer på en ny måde. Her er et eksempel på en hypotese: “Hvis jeg blander en del brint med en del ilt, kan jeg lave et stof, der indeholder begge grundstoffer.”

De fleste gode hypoteser er baseret på tidligere forstået viden og repræsenterer en testbar udvidelse af denne viden. Videnskabsmanden udtænker derefter måder at teste, om dette gæt er korrekt eller ej. Det vil sige, at videnskabsmanden planlægger eksperimenter. Eksperimenter er forsøg med det naturlige univers for at se, om et gæt (en hypotese) er korrekt. Et eksperiment til at afprøve vores tidligere hypotese ville være at blande brint og ilt og se, hvad der sker. De fleste eksperimenter omfatter observationer af små, veldefinerede dele af naturuniverset, der er designet til at se resultaterne af eksperimenterne.

Hvorfor skal vi lave eksperimenter? Hvorfor er vi nødt til at teste? Fordi det naturlige univers ikke altid er så indlysende, er det nødvendigt med eksperimenter. F.eks. er det ret indlysende, at hvis man lader en genstand falde ned fra en vis højde, vil den falde ned. For flere hundrede år siden (tilfældigvis i nærheden af den moderne videnskabs begyndelse) forklarede begrebet tyngdekraft denne test. Men er det indlysende, at hele det naturlige univers kun består af ca. 115 grundlæggende kemiske byggesten kaldet grundstoffer? Dette ville ikke synes sandt, hvis du kiggede på verden omkring dig og så alle de forskellige former, som materien kan antage. Faktisk er grundstofbegrebet kun ca. 200 år gammelt, og det sidste naturligt forekommende grundstof blev identificeret for ca. 80 år siden. Det tog årtier med forsøg og millioner af eksperimenter at fastslå, hvad grundstofferne egentlig er. Dette er blot to eksempler; der findes et utal af sådanne eksempler inden for kemi og videnskab i almindelighed.

Når der er indsamlet tilstrækkeligt med beviser til at fastslå et generelt princip for, hvordan det naturlige univers fungerer, sammenfattes beviserne i en teori. En teori er et generelt udsagn, der forklarer et stort antal observationer. “Alt stof består af atomer” er et generelt udsagn, en teori, der forklarer mange observationer inden for kemi. En teori er et meget stærkt udsagn inden for videnskaben. Der er mange udsagn, der omtales som “teorien om _______” eller “______ teorien” i videnskaben (hvor de tomme felter repræsenterer et ord eller et begreb). Når teorier skrives på denne måde, angiver de, at videnskaben har en overvældende mængde beviser for, at de er korrekte. Vi vil se flere teorier i løbet af denne tekst.

Et bestemt udsagn, som man mener aldrig bliver overtrådt af hele naturuniverset, kaldes en lov. En videnskabelig lov er den højeste forståelse af naturuniverset, som videnskaben har, og man mener, at den er ukrænkelig. For eksempel er den kendsgerning, at alt stof tiltrækker alt andet stof – gravitationsloven – en sådan lov. Bemærk, at begreberne teori og lov inden for videnskaben har lidt andre betydninger end dem, der anvendes i almindelig sprogbrug; teori bruges ofte i betydningen hypotese (“Jeg har en teori…”), mens en lov er en vilkårlig begrænsning, der kan overtrædes, men som har potentielle konsekvenser (f.eks. hastighedsgrænser). Også her bruger videnskaben disse udtryk forskelligt, og det er vigtigt at anvende deres korrekte definitioner, når man bruger disse ord i videnskaben.