Kimyanın Alt Dalları Nelerdir? Temel Alanlar ve Farkları
Kimya, maddenin bileşimini, özelliklerini ve etkileşimlerini inceler. Bu geniş çalışma alanı; farklı maddelere, sorulara ve araştırma yöntemlerine odaklanan alt dallara ayrılır. Organik, anorganik, analitik, fizikokimya ve biyokimya arasındaki temel farklar örneklerle açıklanır.
Bu yazıda (7)
Kimyanın alt dalları, maddenin farklı yönlerini daha düzenli ve ayrıntılı incelemeyi sağlayan çalışma alanlarıdır. Bir alt dal belirli bir madde grubuna, bir kimyasal olaya ya da “Bir örnekte hangi maddeler var ve ne kadar bulunuyor?” gibi belirli bir araştırma sorusuna odaklanır.
Kimyanın alt dallara ayrılma amacı
Kimya; atomlardan ve moleküllerden günlük yaşamda kullanılan maddelere kadar çok geniş bir alanı kapsar. Bu alanın alt dallara ayrılması, kimyasal olayların farklı yönlerine odaklanmayı kolaylaştırır. Bir araştırmacı maddenin yapısını ve tepkimelerini incelerken başka bir araştırmacı aynı maddenin miktarını ölçebilir, açığa çıkardığı enerjiyi hesaplayabilir veya canlıdaki görevini araştırabilir.
Bu iş bölümü, alt dalların birbirinden tamamen kopuk olduğu anlamına gelmez. Her alt dal kimyanın ortak temelinden, yani maddenin bileşimi, özellikleri ve etkileşimlerinden yararlanır; ancak farklı bir soru sorar. Örneğin bir ilaç maddesi organik kimyanın, vücutta nasıl değiştiği biyokimyanın, örnekte ne kadar bulunduğu analitik kimyanın, tepkimesinin ne kadar hızlı gerçekleştiği ise fizikokimyanın konusu olabilir. Kimyanın biyoloji, tıp, malzeme bilimi ve çevre bilimiyle kesişmesi de bu alanlar arasındaki iş birliğini güçlendirir.
Organik kimya
Organik kimya, başta karbon içeren bileşiklerin yapısını, özelliklerini, tepkimelerini ve kullanım alanlarını inceleyen alt daldır. Karbon atomunun farklı atomlarla ve kendi türüyle bağlar kurabilmesi, çok sayıda farklı molekülün oluşmasına imkân verir. Bu nedenle organik kimya; yakıtlar, ilaçlar, besinlerdeki birçok madde, boyalar ve plastiklerin yapısını anlamada kullanılır.
Organik kimyada bir bileşiğin hangi atomlardan oluştuğu kadar atomların nasıl bağlandığı da önemlidir. Molekülün yapısı değiştiğinde kaynama noktası, çözünürlük, tepkimeye girme eğilimi veya canlıdaki etkisi de değişebilir. Araştırmacılar bu ilişkileri molekül modelleri, gözlemler ve deneylerle inceler; elde edilen sonuçlarla bir bileşiğin özellikleri ile yapısı arasında bağlantı kurar. Örneğin etanol, karbon içeren bir bileşiktir ve yapısındaki atomların düzenlenişi onun suyla karışabilmesi ve belirli koşullarda yanabilmesi gibi özelliklerini etkiler. Organik kimyanın ayrıntılı konuları ve tepkime sınıfları ayrı bir inceleme alanıdır.
Anorganik kimya
Anorganik kimya; metaller, mineraller, tuzlar, asitler, bazlar ve karbon temelli olmayan pek çok bileşiğin yapısını, özelliklerini ve tepkimelerini inceler. Organik kimyanın odağında karbon bileşikleri bulunurken anorganik kimya, elementlerin ve bileşiklerin çok daha geniş bir bölümünü ele alır. Bununla birlikte iki alan arasında kesin ve değişmez bir sınır yoktur; bazı karbon içeren bileşikler anorganik kimyanın konusu olabilir.
Bu alt dalda bir maddenin özellikleri, içerdiği elementlerin türü ve atomların düzenlenişi üzerinden açıklanır. Metallerin elektrik iletmesi, minerallerin kristal yapıları veya tuzların suda iyonlarına ayrılması gibi davranışlar, taneciklerin yapısı ve birbirleriyle etkileşimi incelenerek anlaşılır. Örneğin sofra tuzu olan sodyum klorür, sodyum ve klor iyonlarından oluşan bir bileşiktir. Katı hâlde düzenli bir yapı gösterirken suda çözündüğünde iyonları hareket edebilir; bu değişim, maddenin çözeltide elektrik iletebilmesini açıklar. Metallerin alaşımlarda ve günlük araç gereçlerde kullanılması da anorganik kimyanın madde özelliklerini anlamaya dayalı uygulamalarındandır.
Analitik kimya
Analitik kimya, bir örneğin hangi bileşenleri içerdiğini ve bu bileşenlerin ne miktarda bulunduğunu belirleyen alt daldır. Bu nedenle analitik kimyanın temel soruları “Örnekte hangi madde var?” ve “Bu maddeden ne kadar var?” biçiminde özetlenebilir. İlk soru bileşenin kimliğini, ikinci soru ise miktarını ortaya çıkarmaya yöneliktir.
Analitik kimyada araştırmacı önce incelenecek örneği uygun biçimde hazırlar, ardından ölçülebilen bir özellikten yararlanır. Renk değişimi, kütle, elektriksel davranış veya başka bir ölçüm sonucu, örneğin içeriği hakkında bilgi verebilir. Sonuçların güvenilir olması için ölçüm, uygun karşılaştırmalar ve tekrarlanabilir deneylerle değerlendirilir. Örneğin bir su örneğinde çözünmüş bir tuzun bulunup bulunmadığı ve miktarının ne olduğu analitik kimyanın sorusudur. Burada amaç tuzun nasıl üretildiğini ayrıntılı biçimde açıklamak değil, örneğin bileşimini ve miktarını ortaya koymaktır. Analitik kimyada nitel ve nicel analiz yöntemleri daha ayrıntılı bir konudur.
Fizikokimya
Fizikokimya, kimyasal maddelerin ve olayların fiziksel ilkeler kullanılarak açıklanmasını sağlayan alt daldır. Kimyasal tepkimelerde enerji değişimini, tepkimenin gerçekleşme hızını, taneciklerin davranışını ve sistemlerin denge durumunu inceler. Böylece yalnızca “Hangi maddeler oluştu?” sorusuna değil, “Tepkime neden bu yönde ilerliyor, ne kadar hızlı gerçekleşiyor ve enerji nasıl değişiyor?” sorularına da yanıt arar.
Fizikokimyanın çalışma biçiminde gözlem ve ölçüm önemli yer tutar. Sıcaklık, basınç, derişim, enerji veya zaman gibi değişkenler takip edilerek kimyasal olayın davranışı açıklanmaya çalışılır. Örneğin bir gazın sıcaklığı artırıldığında taneciklerin hareketi ve sistemin ölçülebilen özellikleri değişebilir. Bir tepkimenin hızının sıcaklıkla değişmesi de taneciklerin daha sık ve daha enerjik çarpışmasıyla ilişkilendirilebilir. Bu yaklaşım, kimyasal olayları yalnızca maddelerin adlarıyla değil, ölçülebilen fiziksel büyüklüklerle anlamayı sağlar. Fizikokimyada termodinamik, kinetik ve denge hesaplamaları ayrı bir konudur.
Biyokimya
Biyokimya, canlılarda bulunan kimyasal maddeleri ve canlılık sırasında gerçekleşen kimyasal süreçleri inceler. Proteinler, karbonhidratlar, yağlar ve nükleik asitler gibi moleküllerin yapısı ile bu moleküllerin hücrelerdeki görevleri biyokimyanın ilgi alanına girer. Bu alt dal, kimya ile biyolojinin kesiştiği noktada yer alır.
Biyokimya, canlı bir sistemde maddelerin nasıl dönüştüğünü ve bu dönüşümlerin yaşamı nasıl sürdürdüğünü anlamaya çalışır. Bir besin molekülünün hücrede parçalanması, elde edilen yapı taşlarının yeni maddelerin yapımında kullanılması veya bir enzimin belirli bir tepkimeyi kolaylaştırması bu bakış açısıyla incelenebilir. Örneğin sindirim sırasında büyük besin molekülleri daha küçük moleküllere ayrılır; bu küçük moleküller daha sonra enerji elde edilmesi ya da vücut yapılarının oluşturulması için kullanılabilir. Bu olayların anlaşılması, canlıdaki kimyasal yapı ve dönüşümlerin birlikte değerlendirilmesini gerektirir.
Alt dalların birbiriyle ilişkisi
Bir kimyasal problem çoğu zaman yalnızca tek bir alt dalın bilgisiyle çözülmez. Organik kimya bir molekülün yapısını ve tepkimeye girme eğilimini açıklarken fizikokimya bu tepkimenin enerji ve hız yönünü inceleyebilir. Analitik kimya örnekte hangi maddelerin bulunduğunu ve miktarlarını belirler; biyokimya ise bu maddelerin canlıdaki görevlerini araştırabilir. Anorganik kimya da metaller, mineraller ve iyonik bileşiklerle ilgili sorulara katkı sağlar.
Örneğin bir ilacın geliştirilmesinde organik kimya uygun molekül yapısının incelenmesine, analitik kimya ürünün bileşiminin kontrol edilmesine, fizikokimya çözünme veya tepkime davranışının anlaşılmasına, biyokimya ise molekülün canlı sistemindeki etkisinin araştırılmasına yardımcı olabilir. Gerçek araştırmalarda kimya; fizik, biyoloji, matematik, mühendislik ve çevre bilimleriyle birlikte çalışır. Polimer kimyası, büyük moleküllerden oluşan polimerleri inceler. Nükleer kimya, atom çekirdeğindeki değişimlerle ilişkili kimyasal olaylara odaklanır. Çevre kimyası ise hava, su ve topraktaki kimyasal maddeleri ve bunların çevreyle etkileşimlerini ele alır.
Günlük yaşamda aynı nesne birden fazla alt dalın konusu olabilir: Bir plastik ambalajın yapısı organik kimya ve polimer kimyasıyla, içindeki ürünün bileşiminin kontrolü analitik kimyayla, gıdanın vücutta parçalanması ise biyokimyayla ilişkilidir. Musluk suyunda bulunan maddelerin belirlenmesi de analitik kimyanın doğrudan bir uygulamasıdır.
Bir alt dalı ayırt ederken incelediği madde veya sorduğu temel soruya bakılmalıdır: karbon bileşikleri organik kimyayı, metaller ve tuzlar anorganik kimyayı, içerik ve miktar belirleme analitik kimyayı, enerji-hız-denge ilişkileri fizikokimyayı, canlılardaki kimyasal süreçler ise biyokimyayı işaret eder.
Sık sorulan sorular
Kimyanın alt dallara ayrılmasının temel nedeni nedir?
Kimya çok geniş bir alan olduğu için farklı maddeleri, olayları ve araştırma sorularını daha düzenli ve ayrıntılı incelemek amacıyla alt dallara ayrılır.
Organik kimya ile anorganik kimya arasındaki temel fark nedir?
Organik kimya başta karbon içeren bileşiklere odaklanır. Anorganik kimya ise metaller, mineraller, tuzlar ve karbon temelli olmayan birçok bileşiği inceler; iki alan arasında bazı örtüşmeler bulunabilir.
Analitik kimya neyi belirler?
Bir örnekte hangi bileşenlerin bulunduğunu ve bu bileşenlerin ne miktarda olduğunu belirler.
Fizikokimya hangi sorulara yanıt arar?
Kimyasal olaylarda enerjinin nasıl değiştiğini, tepkimelerin ne kadar hızlı gerçekleştiğini ve sistemlerin denge davranışını açıklamaya çalışır.
Biyokimya yalnızca biyoloji midir?
Hayır. Biyokimya, canlılardaki maddeleri ve süreçleri kimyasal yapı ve dönüşümler açısından inceleyen; kimya ile biyolojinin kesiştiği bir alandır.
- •Chemistry — Chemistry in Context / Chemistry: The Central Scienceopenstax.org
- •openstax.orgopenstax.org