Chimie introductivă – ediția I canadiană

Chimia este o ramură a științei. Deși știința în sine este dificil de definit cu exactitate, următoarea definiție poate servi ca punct de plecare. Știința este procesul de cunoaștere a universului natural prin observare și experiment. Știința nu este singurul proces de cunoaștere (de exemplu, grecii antici pur și simplu stăteau și gândeau), dar a evoluat de-a lungul a peste 350 de ani în cel mai bun proces pe care omenirea l-a conceput până în prezent pentru a învăța despre universul care ne înconjoară.

Procesul științei este de obicei enunțat ca fiind metoda științifică, care este descrisă destul de naiv după cum urmează: (1) se enunță o ipoteză, (2) se testează ipoteza și (3) se rafinează ipoteza. De fapt, însă, procesul nu este atât de simplu. (De exemplu, eu nu intru în laboratorul meu în fiecare zi și exclam: „Astăzi voi enunța o ipoteză și îmi voi petrece ziua testând-o!”). Procesul nu este atât de simplu pentru că știința și oamenii de știință au un corp de cunoștințe care a fost deja identificat ca provenind de la cel mai înalt nivel de înțelegere, iar majoritatea oamenilor de știință construiesc pornind de la acel corp de cunoștințe.

O presupunere educată despre modul în care funcționează universul natural se numește ipoteză. Un om de știință care este familiarizat cu modul în care funcționează o parte a universului natural – de exemplu, un chimist – este interesat să aprofundeze aceste cunoștințe. Acea persoană face o presupunere rezonabilă – o ipoteză – care este concepută pentru a vedea dacă universul funcționează și într-un mod nou. Iată un exemplu de ipoteză: „dacă amestec o parte de hidrogen cu o parte de oxigen, pot obține o substanță care să conțină ambele elemente.”

Cele mai multe ipoteze bune se bazează pe cunoștințe cunoscute anterior și reprezintă o extindere testabilă a acestor cunoștințe. Omul de știință concepe apoi modalități de a testa dacă acea ipoteză este sau nu este corectă. Adică, omul de știință planifică experimente. Experimentele sunt teste ale universului natural pentru a vedea dacă o presupunere (ipoteză) este corectă. Un experiment pentru a testa ipoteza noastră anterioară ar fi să amestecăm hidrogenul și oxigenul și să vedem ce se întâmplă. Majoritatea experimentelor includ observații ale unor părți mici, bine definite ale universului natural, concepute pentru a vedea rezultatele experimentelor.

De ce trebuie să facem experimente? De ce trebuie să testăm? Deoarece universul natural nu este întotdeauna atât de evident, experimentele sunt necesare. De exemplu, este destul de evident că, dacă arunci un obiect de la o înălțime, acesta va cădea. Cu câteva sute de ani în urmă (întâmplător, aproape de începuturile științei moderne), conceptul de gravitație a explicat acest test. Cu toate acestea, este oare evident faptul că întregul univers natural este alcătuit din doar aproximativ 115 blocuri chimice fundamentale numite elemente? Acest lucru nu ar părea adevărat dacă te-ai uita la lumea din jurul tău și ai vedea toate formele diferite pe care le poate lua materia. De fapt, conceptul de element are doar aproximativ 200 de ani, iar ultimul element natural a fost identificat în urmă cu aproximativ 80 de ani. A fost nevoie de zeci de ani de teste și de milioane de experimente pentru a stabili ce sunt de fapt elementele. Acestea sunt doar două exemple; o multitudine de astfel de exemple există în chimie și în știință în general.

Când au fost adunate suficiente dovezi pentru a stabili un principiu general al modului în care funcționează universul natural, dovezile sunt rezumate într-o teorie. O teorie este o afirmație generală care explică un număr mare de observații. „Toată materia este compusă din atomi” este o afirmație generală, o teorie, care explică multe observații din chimie. O teorie este o afirmație foarte puternică în știință. Există multe afirmații la care se face referire ca „teoria _______” sau „teoria ______” în știință (unde spațiile libere reprezintă un cuvânt sau un concept). Atunci când sunt scrise în acest fel, teoriile indică faptul că știința dispune de o cantitate copleșitoare de dovezi ale corectitudinii sale. Vom vedea mai multe teorii pe parcursul acestui text.

O afirmație specifică despre care se crede că nu este niciodată încălcată de întregul univers natural se numește lege. O lege științifică este cea mai înaltă înțelegere a universului natural pe care o are știința și este considerată a fi inviolabilă. De exemplu, faptul că orice materie atrage orice altă materie – legea gravitației – este o astfel de lege. Rețineți că termenii „teorie” și „lege” utilizați în știință au semnificații ușor diferite de cele din uzul comun; teoria este adesea utilizată pentru a însemna ipoteză („Am o teorie…”), în timp ce o lege este o limitare arbitrară care poate fi încălcată, dar cu consecințe potențiale (cum ar fi limitele de viteză). Și în acest caz, știința folosește acești termeni în mod diferit și este important să aplicați definițiile lor corecte atunci când folosiți aceste cuvinte în știință.

.