Induktionskemi – 1:a kanadensiska utgåvan

Kemi är en gren av vetenskapen. Även om vetenskapen i sig är svår att definiera exakt kan följande definition tjäna som utgångspunkt. Vetenskap är processen att genom observationer och experiment få kunskap om naturuniversumet. Vetenskapen är inte den enda kunskapsprocessen (de gamla grekerna satt t.ex. helt enkelt och tänkte), men den har under mer än 350 år utvecklats till den bästa process som mänskligheten hittills har utarbetat för att lära sig om universum runt omkring oss.

Vetenskapsprocessen brukar anges som den vetenskapliga metoden, som ganska naivt beskrivs på följande sätt: (1) Ställ en hypotes, (2) testa hypotesen och (3) förfina hypotesen. I själva verket är processen dock inte så enkel. (Jag går till exempel inte in i mitt labb varje dag och utropar: ”Jag ska ställa upp en hypotes i dag och tillbringa hela dagen med att testa den!”). Processen är inte så enkel eftersom vetenskapen och vetenskapsmännen har en kunskapsmassa som redan har identifierats som kommande från den högsta förståelsenivån, och de flesta vetenskapsmän bygger på den kunskapsmassan.

En kvalificerad gissning om hur det naturliga universum fungerar kallas för en hypotes. En vetenskapsman som är bekant med hur en del av det naturliga universum fungerar – till exempel en kemist – är intresserad av att fördjupa den kunskapen. Den personen gör en rimlig gissning – en hypotes – som är utformad för att se om universum också fungerar på ett nytt sätt. Här är ett exempel på en hypotes: ”Om jag blandar en del väte med en del syre kan jag göra ett ämne som innehåller båda grundämnena.”

De flesta bra hypoteser har sin grund i tidigare kunskap och utgör en testbar utvidgning av den kunskapen. Forskaren utarbetar sedan sätt att testa om denna gissning är korrekt eller inte. Det vill säga forskaren planerar experiment. Experiment är tester av naturuniversumet för att se om en gissning (hypotes) är korrekt. Ett experiment för att testa vår tidigare hypotes skulle vara att faktiskt blanda väte och syre och se vad som händer. De flesta experiment inkluderar observationer av små, väldefinierade delar av naturuniversumet som är utformade för att se resultaten av experimenten.

Varför måste vi göra experiment? Varför måste vi testa? Eftersom det naturliga universum inte alltid är så uppenbart är experiment nödvändiga. Det är till exempel ganska uppenbart att om man släpper ett föremål från en viss höjd kommer det att falla. För flera hundra år sedan (av en tillfällighet nära den moderna vetenskapens början) förklarade gravitationsbegreppet detta test. Men är det självklart att hela det naturliga universum består av endast cirka 115 grundläggande kemiska byggstenar som kallas grundämnen? Detta skulle inte tyckas vara sant om du tittade på världen omkring dig och såg alla de olika former som materien kan anta. Faktum är att begreppet grundämne bara är ungefär 200 år gammalt, och det sista naturligt förekommande grundämnet identifierades för ungefär 80 år sedan. Det krävdes årtionden av tester och miljontals experiment för att fastställa vad grundämnena faktiskt är. Detta är bara två exempel; det finns en myriad av sådana exempel inom kemin och vetenskapen i allmänhet.

När tillräckligt med bevis har samlats in för att fastställa en allmän princip för hur det naturliga universum fungerar, sammanfattas bevisen i en teori. En teori är ett allmänt uttalande som förklarar ett stort antal observationer. ”All materia består av atomer” är ett allmänt uttalande, en teori, som förklarar många observationer inom kemin. En teori är ett mycket kraftfullt påstående inom vetenskapen. Det finns många påståenden som kallas ”teorin om _______” eller ”______-teorin” inom vetenskapen (där blanketterna representerar ett ord eller begrepp). När teorier skrivs på detta sätt visar de att vetenskapen har en överväldigande mängd bevis för att de är korrekta. Vi kommer att se flera teorier under den här textens gång.

Ett specifikt påstående som man tror att hela naturuniversumet aldrig bryter mot kallas för en lag. En vetenskaplig lag är den högsta förståelse av naturuniversumet som vetenskapen har och anses vara okränkbar. Till exempel är det faktum att all materia drar till sig all annan materia – gravitationslagen – en sådan lag. Observera att termerna teori och lag som används inom vetenskapen har en något annorlunda betydelse än de som används i dagligt tal; teori används ofta i betydelsen hypotes (”Jag har en teori…”), medan en lag är en godtycklig begränsning som kan brytas men som kan få konsekvenser (t.ex. hastighetsbegränsningar). Även här använder vetenskapen dessa termer på olika sätt, och det är viktigt att tillämpa deras korrekta definitioner när man använder dessa ord inom vetenskapen.