Ķīmiskie izgudrojumi ir pavirzījuši cilvēces attīstību jaunā līmenī, ietekmējot ikdienu, medicīnu un tehnoloģijas. Piemēram, penicilīns cīņai ar infekcijām ir glābis miljoniem dzīvību, bet anestēzija padara operācijas nesāpīgas. Ķīmisko elementu atklāšana un laboratorijas tehnoloģijas ir pilnībā mainījušas mūsu uzturu, saziņu un slimību ārstēšanu. Pat mūsu ikdienas informācijas un izklaides patēriņš balstās uz ķīmijas inovācijām – piemēram, LCD ekrāni ir tieši ķīmiskie izgudrojumi, kas ļāvuši attīstīt modernās ierīces. Bez šiem un citiem ķīmiskajiem izgudrojumiem, mūsdienu pasaule būtu grūti atpazīstama.
Ķīmija rada ne tikai vielas, bet arī jaunas pasaules.
Marija Kirī
Slavenākie ķīmiskie izgudrojumi
| Plastmasa (Parkesine) | 1855 | Aleksandrs Parkess | Pirmā mākslīgā plastmasa |
| Bakelīts | 1907 | Leo Baekelands | Pirmā pilnībā sintētiskā plastmasa |
| Radioaktivitāte | 1896 | Anrī Bekerels, Marija Kirī | Radioaktīvo elementu atklāšana un izolācija |
| Periodiskā tabula | 1869 | Dmitrijs Mendeļevs | Ķīmisko elementu organizācija |
| Penicilīns | 1928 | Aleksandrs Flemings | Pirmais īstais antibiotikas preparāts |
| Haber-Boša process | 1909 | Frics Habers, Kārlis Bošs | Amonija sintēze mēslojuma ražošanai |
| LCD šķidrie kristāli (5CB) | 1974 | Džordžs Grejs | Izmanto LCD ekrānos |
Haber–Boša process: viens no nozīmīgākajiem ķīmiskajiem izgudrojumiem
Slāpeklis ir tik vitāli svarīgs elements, ka nav zināms neviens dzīvs organisms, kas spētu pastāvēt bez tā. Katrs augs un dzīvnieks ir izveidojis sarežģītas bioloģiskas sistēmas, lai iegūtu slāpekli no gaisa. Tomēr līdz 20. gadsimta sākumam cilvēce saskārās ar problēmu – kā iegūt pietiekami daudz slāpekļa lauksaimniecībai un arī militārām vajadzībām. Mazās saimniecībās par slāpekļa avotiem kalpoja kauli vai dzīvnieku mēsli, bet tie nebija pietiekami efektīvi rūpnieciskā mērogā.
Tieši šeit nāk talkā ķīmiskais izgudrojums, kas mainīja pasauli. Vācu ķīmiķi Frics Habers un Karls Bošs atrada veidu, kā pārraut slāpekļa spēcīgās trīskāršās saites un iegūt amonjaku. Šī sintēzes metode, kas pazīstama kā Haber–Boša process, ļāva ražot milzīgus apjomus mēslojuma un tādējādi nodrošināt cilvēci ar pārtiku. Vienlaikus tā atvēra iespējas arī sprāgstvielu ražošanai, parādot, cik divējādas sekas var būt ķīmijas atklājumiem.
1. Nodrošināja efektīvu amonjaka ieguvi rūpniecībā.
2. Radikāli palielināja pārtikas ražošanas iespējas pasaulē.
3. Atklāja, kā ar laboratorijas tehnoloģijām iespējams ietekmēt globālas sabiedrības vajadzības.
Haber–Boša process ir ķīmiskais izgudrojums, kas ļauj no gaisa slāpekļa rūpnieciski ražot amonjaku, radikāli mainot gan lauksaimniecību, gan rūpniecību. Tālāk redzamā tabulas parāda šī procesa būtību un nozīmi.
| Nodrošināja lētu un efektīvu amonjaka ražošanu. | Process ir ļoti energoietilpīgs, patērē daudz dabasgāzes. |
| Ļāva ražot mākslīgo mēslojumu un nodrošināt strauju pārtikas ražošanas kāpumu. | Radīja pārmērīgu mēslojuma lietošanu, kas piesārņo augsni un ūdeņus. |
| Atbalstīja cilvēces iedzīvotāju skaita izaugsmi. | Atviegloja sprāgstvielu ražošanu karu laikā. |
| Demonstrēja, kā laboratorijas tehnoloģijas var mainīt pasauli. | Veicināja ekoloģiskās līdzsvara problēmas un klimata pārmaiņas. |
Penicilīns: ķīmiskais izgudrojums, kas glāba miljonus dzīvību
1928. gadā Skotu ārsts, farmakologs un bakteriologs Aleksandrs Flemings veica eksperimentus savā laboratorijā. Viņš devās atvaļinājumā, nenotīrot pat savus svarīgākos ķīmiskos instrumentus. Pēc dažām nedēļām, atgriežoties, viņš pamanīja, ka vienā no paraugiem parādījies pelējums.
Pētot to tuvāk, A. Flemings bija pārsteigts, konstatējot, ka pelējums nogalina baktērijas viņa eksperimentā. Viņš publicēja rakstu par savu atklājumu, taču sākotnēji tam pievērsās maz uzmanības – izņemot Hovardu Floriju un Ernstu Borisu Čeinu.
Šie divi bioķīmiķi pētīja Fleminga atklājumu un atrada praktisku pielietojumu. Trīs zinātnieki kopā saņēma Nobela prēmiju par savu darbu. Mūsdienās tiek lēsts, ka penicilīns ir glābis aptuveni divus simtus miljonu dzīvību.
Penicilīns bija pirmais efektīvais antibiotikas preparāts, kas spēja nogalināt baktērijas, glābjot aptuveni 200 miljonus dzīvību un padarot infekcijas ārstējamas.
Taxols: ķīmiskais izgudrojums cīņai ar vēzi
Varbūt jūs esat dzirdējis par Taxolu (Paclitaxel), vienu no efektīvākajiem vēža ārstēšanas līdzekļiem pasaulē. Taxols novērš šūnu dalīšanos, izraisot šūnas nāvi. Vēža gadījumā, kad šūnas dalās ļoti strauji, Taxols darbojas kā inde. Kad tiešsaistes ķīmijas skolotāji runā par Taxolu, viņi to dara ar sajūsmu un apbrīnu.
1960. gados medicīnas ķīmiķi Monroe Vols un Mansukh Vani ASV Nacionālā vēža institūta projektā savāca koku paraugus, meklējot jaunas vielas ar pretvēža īpašībām. Sākotnēji viņiem nebija ne jausmas, kuri augi saturēs pareizo ķīmiju. Plašā paraugu vākšanas procesā tika atklāta viela, kas ir toksiska šūnām. To nosauca par paklitakselu, kas iegūts no Klusā okeāna efejas koka (Pacific Yew Tree). Pēc vairāk nekā 25 gadiem pētījumu viela bija gatava izmēģinājumiem cilvēkiem. 1992. gadā Taxols saņēma apstiprinājumu kā vēža ārstēšanas līdzeklis cilvēkiem.
Šodien zinātnieki turpina meklēt jaunus bioloģiskos resursus šai vielai, ievērojot visus ķīmijas pamatus: vielai jābūt stabilai, pietiekami pieejamai, efektīvai un mērķtiecīgai. Gan cilvēces, gan koku labā – cerams, ka viņiem tas izdosies!
Anestēzija: ķīmiskie izgudrojumi sāpju mazināšanai
Pirms anestēzijas atklājumiem operācijas bija sāpju pilnas un riskantas – pacientiem bieži deva alkoholu vai citas vielas, cerot, ka sāpes būs paciešamas. Tikai 19. gadsimta vidū ķīmijas atklājumi ļāva veikt ķirurģiskas manipulācijas bez sāpēm.
Zobārsts un amatieris ķīmiķis Viljams Mortons ievēroja, ka dzīvnieki zaudē samaņu pēc sēra ētera ieelpošanas. 1846. gadā Mortons veica demonstratīvu zobu ekstrakciju, anestēzijā ievadot cilvēku pacientu – pasākumu klātienē vēroja plaukstoša publika. Pēc tam V. Mortons nepatiesi apgalvoja, ka anestēzija ir viņa atklājums. Patiesībā opijs un alkohols jau sen bija efektīvi sāpju mazinoši līdzekļi, un vēstures avoti liecina, ka ēteris tika lietots jau 1525. gadā.
Ja vēlaties, jautājiet savam ķīmijas skolotājam vai pasniedzējam par V. Mortonu un citiem nozīmīgiem anestēzijas atklājumiem.
Pasterizācija: ķīmiskie izgudrojumi pārtikas drošībai
Karstuma ietekme uz baktērijām jau sen ir bijusi pētījumu priekšmets – Ķīnā 12. gadsimtā, Japānā 16. gadsimtā un Itālijā 1700. gados tika novēroti līdzīgi procesi. Tomēr Luijs Pasters bija pirmais, kas skaidri sasaistīja siltumu ar baktēriju nāvi. Viņa vārds ir starp pasaules slavenākajiem ķīmiķiem, un viņam piedēvē miljonu dzīvību glābšanu ar šo vienkāršo procesu.
Mūsdienās zinām, ka, uzkarsējot pārtiku vai dzērienus, nogalinām tajos esošās baktērijas. Tomēr pasterizācija visvairāk asociējas ar pienu, kas ir bieži sastopams bīstamu baktēriju perēklis. Pateicoties L. Pasteram, mēs varam droši dzert pienu, neriskējot saslimt.
Ķīmiskie izgudrojumi: plastmasa kā pasauli mainījis atklājums
Vai jūs spētu iedomāties pasauli bez plastmasas? Šis ķīmiskais izgudrojums ir visur – mobilajos tālruņos, automašīnās, virtuvē, iepirkumu maisiņos, rotaļlietās un pat lielākajā daļā mūsu apģērba.
Pirmais cilvēks, kas radīja mākslīgo plastmasu, bija Aleksandrs Pārkss (Alexander Parkes), kurš 1855. gadā iepazīstināja ar pārkensīnu – pirmo cilvēka radīto plastmasu. Lai gan viņa uzņēmums bankrotēja, šis izgudrojums pavēra ceļu veselas industrijas attīstībai.
Nākamais nozīmīgais solis bija 1907. gadā, kad amerikāņu ķīmiķis Leo Bēkelends (Leo Baekeland) radīja bakelītu – pirmo pilnībā sintētisko plastmasu. Tā bija viegli veidojama un izturīga, tāpēc ātri atrada pielietojumu tehnikā un sadzīvē.
Tieši ar šo ķīmisko izgudrojumu sākās plastmasas laikmets, kura ietekme uz cilvēces attīstību ir milzīga – gan pozitīva, gan arī problemātiska, ņemot vērā vides izaicinājumus.
1. plastmasa (sintētiska): PVC, polietilēns, bakelīts;
2. dabiskie polimēri: gumija, celuloze, proteīni.
LCD ekrāni: ķīmiskie izgudrojumi laboratorijas tehnoloģijās
1960. gados zinātnieki jau bija apzinājušies šķidro kristālu potenciālu, taču, lai šis ķīmiskie izgudrojumi tiktu pielietoti praksē, tehnoloģijai bija jāsasniedz nepieciešamais līmenis. Toreiz inženieri un ķīmiķi uzskatīja, ka šķidrais kristāls var saglabāt savas īpašības tikai ļoti augstā temperatūrā.
Vēlāk ministrija uzdevumu pētīt šo parādību uzticēja ķīmiķim Džordžam Grejam (George Gray). Viņa pētījumi noveda pie molekulas atklāšanas, kas darbojās zemākā temperatūrā – 5CB molekula. Šis ķīmiskie izgudrojumi un sintēzes metodes kļuva par pamatu lielākajai daļai mūsdienu laboratorijas tehnoloģijas, tostarp LCD ekrāniem, kas izmainīja veidu, kā mēs mijiedarbojamies ar informāciju un elektroniku.
Molekula 5CB, kas darbojas šķidrajā kristālā zemākā temperatūrā, ļāva izveidot kompakti un energoefektīvi LCD ekrānus mobilajās ierīcēs un datoros.
Radioaktivitātes atklāšana: svarīgākie ķīmiskie izgudrojumi un laboratorijas tehnoloģijas
Henri Bekerels bija pirmais, kas uzdeva jautājumu par radioaktivitāti, pētot, kāpēc dažas vielas spīd tumsā. Viņš pamanīja, ka urāns maina gaismai jutīgo papīru krāsu, pat ja starp papīru un elementu bija papīra slānis.
Bekerels saprata, ka šī viela izstaro kaut ko, ko viņš nevarēja redzēt ar acīm. Tomēr viņš nebija pirmais, kas veica atklājumus saistībā ar radiāciju:
- 1895 – Vilhelms Röntgens atklāj rentgenstarus,
- 1896 – Henri Bekerels atklāj dabisko radioaktivitāti,
- 1898 – Marija un Pjērs Kirī atklāj radu un poloniju,
- 1920. gadi – “Radium Girls” ilustrē radiācijas iedarbības bīstamību; rūpnīcu strādnieces, kas krāsoja pulksteņu ciparnīcas, mira no radiācijas saindēšanās,
- 1945 – Manhetenas projekts pēta radiācijas ietekmi no atombumbām.
No visiem ķīmijas pētniekiem Marija Kirī visvairāk asociējas ar radioaktivitātes atklāšanu. Viņa bija starp ķīmiķiem un fiziķiem, kas pētīja rentgenstarus, radiāciju un radioaktīvos ķīmiskos elementus, piemēram, urānu un radu.
Ķīmiskie izgudrojumi: DNS struktūras atklāšana
Jūsu ķīmijas skolotājs A līmeņa kursā, iespējams, uzsvērs, ka DNS helikss ir bioloģisks atklājums. Tomēr šis sasniegums nebūtu bijis iespējams bez ķīmijas zināšanām, jo īpaši rentgenstara difrakcijas principu izpratnes.
1951. gadā Frānsiss Kriks un Džeimss Votsons izstrādāja matemātisku modeli, kas aprakstīja helisko molekulu uzvedību rentgenstara difrakcijas eksperimentos. Viņu darbs vainagojās ar panākumiem – viņi spēja izveidot pirmo DNS heliksa struktūras modeli.
Rozalinda Frenklina, izmantojot savas pamatzināšanas ķīmijā, sniedza būtisku ieguldījumu Dž. Votsona un F. Krika modeļu pilnveidošanā. Sadarbības sākumā šie zinātnieki nepareizi novietoja fosfātus heliksa centrā. R. Frenklina pierādīja, ka fosfātiem jābūt izvietotiem ārpusē, lai tie varētu mijiedarboties ar ūdens molekulām, tā nodrošinot stabilu DNS struktūru dabiskajos apstākļos.
Neilons – ķīmiskie izgudrojumi tekstilrūpniecībā
Diskusijas par ātrās modes priekšrocībām un trūkumiem būtu liekas, ja neeksistētu sintētiskās šķiedras, piemēram, neilons un viskoze. Tekstilizstrādājumu ražotāji šīs šķiedras kombinē ar tradicionālajiem materiāliem, piemēram, kokvilnu un vilnu, lai radītu izturīgākus un vieglāk kopjamus audumus. Ķīmijas uzņēmums DuPont sāka eksperimentēt ar celulozes bāzes šķiedrām 1927. gadā.
Šie ķīmiķi nejauši uzgāja formulu, sajaucot dažus polimērus un atstājot tos nostāvēties. Atgriežoties pie eksperimenta pēc dažām nedēļām, viņi atklāja, ka maisījums ir ārkārtīgi elastīgs, sastāv no ļoti smalkām šķiedrām.
Patiesībā tas viss bija par sieviešu zeķu ražošanu. Kad DuPont 1939. gada Pasaules izstādē prezentēja savas neilonu zeķubikses, tirgotāji un pircēji bija sajūsmā. Otrā pasaules kara laikā, kad neilona ražošana tika pārvirzīta militāriem mērķiem (izpletņi un formas tērpi), sievietes stundām ilgi stāvēja rindās, cerot iegādāties no ierobežotā neilonu krājuma.
Neilona “nemieri” un citi krājumu trūkuma gadījumi ir daļa no aizraujošajiem ķīmijas faktiem. Tomēr neilona atklājums un tā ietekme uz tekstila un modes industriju nav joks. DuPont pārdod savus audumu maisījumus tādiem augstas klases dizaineriem kā Chanel un Dior. Šodien neilons ir sastopams praktiski katrā apģērba izstrādājumā.
Ķīmijas priekšrocības un trūkumi: ķīmijas atklājumi un vielu īpašības
Kāda ir jūsu sajūta par ķīmiju? Vai tā šķiet sarežģīta vai gluži pretēji – saprotama un noderīga ikdienā? Ķīmija ir zinātne par vielu uzbūvi, vielu īpašībām un to mijiedarbību. Tai ir senas saknes, kas aizsākās jau grieķu filozofu, piemēram, Empedokla (600. gads p.m.ē.), laikos. Alķīmija bija ķīmijas priekštece, kuras mērķis bija pārveidot vielas. Vēstures gaitā amatnieki, piemēram, metālkalēji un krāsotāji, savā darbā izmantoja ķīmijas zināšanas, bet Aristotelis pētīja vielu elementus. Mūsdienās modernā ķīmija veido mūsu sabiedrību un ikdienu.
Pateicoties ķīmijas atklājumiem, jums ir pieejams atbilstošs apģērbs, droša pārtika, tīrs ūdens, kvalitatīvs mājoklis un veselības aprūpe. Lielāko daļu 20. gadsimta ķīmija tika uzskatīta par “nākotnes zinātni”, nodrošinot medicīnas sasniegumus, jaunus materiālus un alternatīvus enerģijas avotus. Tomēr, neskatoties uz ķīmijas potenciālu uzlabot sabiedrību, pēdējos gados ir aktualizējušās vides problēmas un dažu ķīmisko vielu ilgtermiņa negatīvā ietekme. Šī dualitāte – iespēja gan radīt, gan mainīt vidi – parāda, cik svarīgi ir apgūt ķīmijas zinātnes valodu un izprast ķīmiskos procesus, lai pieņemtu pareizus lēmumus ikdienā. Ķīmisko atkritumu utilizācija ir, bez šaubām, viena no sabiedrības lielākajām rūpēm.
Bīstamie ķīmiskie atkritumi
| Naftas nogulsnes | Rafinēšanas un transporta nozares |
| Akumulatori | Mājsaimniecības un industriālie avoti |
| Rūpnieciskie blakusprodukti | Fabrikas un ķīmijas ražošana |
| Kodolmateriāli | Atomenerģijas rūpniecība |
| Plastmasa | Ikdienas lietojamie priekšmeti, iepakojums |
| Izlietotie tekstilizstrādājumi | Apģērbs, audumi |
| Lietotie šķīdinātāji | Laboratorijas un rūpniecība |
| Pesticīdi | Lauksaimniecība |
| Tintes un tonera kasetes | Biroji, drukas iekārtas |
Nepareiza ķīmisko atkritumu apsaimniekošana var radīt ilgtermiņa vidi piesārņojošu ietekmi, apdraudēt cilvēku veselību un dzīvnieku populācijas, kā arī radīt problēmas nākotnes resursu pieejamībai.
Kara darbība un ķīmiskie ieroči: ķīmiskie izgudrojumi sabiedrībā
Ķīmiskie izgudrojumi ir būtiski mainījuši jūsu ikdienu un cilvēces attīstību, nodrošinot dzīvību glābjošus medikamentus, inovācijas lauksaimniecībā un materiālus, kas raksturo mūsdienu civilizāciju. Ķīmiskie izgudrojumi ir ļāvuši uzlabot pārtikas, veselības aprūpes un tehnoloģiju pieejamību visā pasaulē.
Tajā pašā laikā šie paši ķīmiskie izgudrojumi ir ļāvuši radīt postošus ķīmiskos ieročus, kas apdraud cilvēku dzīvību. Hirosimas un Nagasaki atombumbu uzbrukumi vēsturē kalpo kā skaidrs pierādījums ķīmiskajiem ieročiem un ķīmijas iznīcinošajam potenciālam, savukārt ķīmisko ieroču izmantošana Dienvidāzijas reģionos joprojām nodara smagu kaitējumu neaizsargātām iedzīvotāju grupām. Šī krasā dualitāte raisa dziļus ētiskus jautājumus par ķīmijas zinātnes attīstību. Jums kā sabiedrības loceklim ir svarīgi apzināties, kā līdzsvarot ķīmiskos izgudrojumus un to potenciālu ar atbildīgu rīcību, it īpaši, ņemot vērā ķīmisko inovāciju pielietojumu gan civilajā, gan militārajā kontekstā.
| Dzīvību glābjoši medikamenti (piem., penicilīns, Taxol) | Ķīmiskie ieroči (atombumbas, bojājoši gāzes līdzekļi) |
| Inovācijas lauksaimniecībā (fertilizatori, sintētiskie materiāli) | Civilo iedzīvotāju apdraudējums kara konfliktos |
| Materiāli ikdienas lietošanai (plastmasa, neilons, LCD tehnoloģijas) | Ilgtspējas un vides draudi, ja ķīmiskie produkti tiek ļaunprātīgi izmantoti |
| Sabiedrības attīstība, tehnoloģiju progress | Ētiski un drošības jautājumi par ķīmisko inovāciju izmantošanu |
Medicīniskie ķīmiskie izgudrojumi: ieguvumi un riski
Līdz ar medicīnisko ķīmisko izgudrojumu attīstību un jaunu zāļu ieviešanu, ilgtermiņa problēmas ir kļuvušas aktuālākas. Pasaulē pieaug arī dažādu medikamentu nepareizs lietojums. Talidomīda skandāls ir tikai viens no vēsturiskiem piemēriem, savukārt Ozempic ir viens no nesenākajiem gadījumiem, kas demonstrē šo problēmu. Kā informē Kvīnslendas universitāte, potenciālo risku saraksts dažkārt ir ievērojami garāks nekā konkrētās zāles ieguvumi.
Talidomīds grūtniecēm izraisīja smagas bērnu deformācijas, demonstrējot medicīniskās ķīmijas riskus.
Šajā kontekstā jums jāuzdod sev jautājums: vai potenciālās negatīvās sekas atsver ieguvumus? Vai mēs esam izgājuši tik tālu ķīmijas medicīnas attīstībā, ka atgriezties atpakaļ vairs nav iespējams? Šo jautājumu varat pārrunāt ar savu ķīmijas pasniedzēju, lai labāk izprastu medicīnisko ķīmisko risinājumu iespējamās priekšrocības un riskus.
Secinājums
Izlasot šo ceļvedi par slavenākajiem ķīmiskajiem izgudrojumiem, laboratorijas tehnoloģijām un sintēzes metodēm, jūs redzat, cik dziļi ķīmija ietekmē mūsu ikdienu – no medicīnas līdz elektronikai, no pārtikas līdz materiāliem, kas veido mūsu vidi. Vienlaikus šī zinātne nes līdzi gan milzīgas iespējas, gan atbildību, jo tās principi tiek pielietoti arī kara darbībā un dažkārt rada riskus sabiedrības veselībai. Apzinoties gan ķīmisko izgudrojumu brīnumus, gan to potenciālos draudus, jūs varat labāk novērtēt ķīmijas lomu mūsdienu pasaulē un izprast, kā zinātnes attīstība un atbildīga izmantošana var iet roku rokā.
Vai jums patika šis raksts? Novērtējiet rakstu!
Loading...
