Kimika hitza arabieratik dator (al-kemi; kemi, “aldaketa”). Arabiarrek, halaber, hitz hori grekotik (χυμος; khumos, “zukua”) edo egiptoera zaharretik (kem, “lurra”) hartu zutela dirudi.

Naturako materiaren propietateak eta, batez ere, haren eraldaketak ulertzeko sortutako jakintza da kimika. Historikoki, jakintza honek bi jatorri izan ditu: alde batetik, suari esker garatutako kobre, brontze eta burdinaren metalurgiak, eta, bestetik, landareak erabiliz erdietsitako antzinako pozoingintza eta botikagintza. Bi jarduera bereizi horietan ere oinarritu dira kimika modernoaren atal nagusiak. Alde batetik, substantzia mineralekin jarduten duen kimika ez-organikoa, eta, bestetik, izaki bizietatik lorturiko substantziez arduratzen den kimika organikoa bereiz daitezke. Metodo zientifikoari eta matematikari esker, XVIII. mendearen amaieran, kimika laborategietan aztertzen hasi zen, eta beste zientzia fisikoen artean txertatu zen. Gero, XIX. eta XX. mendeetan, kimikaren aztergai material, eredu teoriko eta corpus kontzeptual propioak sortu, zabaldu eta finkatu egin ziren. Gizarte modernoaren teknologia, ekonomia eta ongizatea, neurri handi batean, industria kimikoan oinarritzen dira, eta, aldi berean, armamentuak eragindako suntsipena eta ingurumen-kutsadura ere kimikak sortutakoak dira.

Kimikari zientzia zentrala esaten zaio, fisika, biologia, geologia, astronomia eta beste natura-zientziak elkarrekin lotzeko beharrezkoa delako. Kimikaren dimentsio-esparrua femtometroaren (10–15 m) eta mikrometroaren (10–6 m) artekoa da. Atomo gehienen tamaina pikometro dozena batzuetakoa da (10–11 m); lotura kimikoen luzerak Åmstrong (10–10 m) batzuetakoak dira, eta molekula handien neurria nanometrikoa (10–9 m) da. Gaur egungo kimikak substantziak naturalak nahiz artifizialak aztertzen ditu, eta azken horiek sintesi kimikoaren bidez lortzen dira. Gutxi gorabehera 15.000.000 konposaturen egitura zehatza ezagutzen da egun, eta urtero beste 500.000 substantzia berri aurkitu edo sintetizatzen da.

HISTORIA

Alkimia zaharretik kimikarako aldaketa lehen iraultza kimiko deritzon ekarpen intelektualei esker gertatu zen. Robert Boylek, 1661ean The scheptical chemist liburua argitaratu zuenean, lehen aldiz frogatu zuen materiaren elementu osagarriak airea, lurra, ura eta sua baino askoz gehiago zirela. Gainera, 1662an, gas idealen legea azaldu zuen gasen portaera deskribatzeko ekuazio matematikoa lehenengo aldiz erabiliz. 1789an, Antoine Lavoisierrek Traité Elémentaire de Chimie liburua argitaratu zuen, eta han ezarri zituen kimika modernoaren oinarriak: erreakzio kimikoko materiaren kontserbazio-legea, estekiometriaren printzipioa eta elementuen edo molekulen sinbolo bidezko nomenklatura berria eta ekuazioen bidezko erreakzio kimikoen adierazpena. Ondoren, John Daltonek, 1801ean, proportzio finkoen legea aurkitu, eta 1805ean, teoria atomiko-molekularra plazaratu zuen. Harrezkero, eredu kontzeptual hauetan oinarritu izan da kimika eta, gaur egun ere, substantzien erreaktibitatea eta propietate fisiko makroskopikoak argitzeko, substantziak osatzen dituzten molekulen propietate mikroskopikoak aztertzen dira.   

Kimikaren beste iraultza nagusia egitura atomikoaren eta lotura kimikoaren teoria elektronikoaren ildotik etorri zen. 1869an, elementu kimikoen pisu atomikoak eta haien propietate fisiko-kimikoak erlazionaturik zeudela frogatu zuen Dmitri Mendeleievek, bere taula periodikoaren aurkezpena egin zuenean. Geroago, 1913an, atomoen orbita kuantizatuen teoriari esker, Niels Bohrrek atomoen propietate kimikoen periodikotasuna argitu zuen. 1926an, Erwing Schrödinger fisikariak orbital atomikoak proposatu zituen mekanika kuantikoaren bidez, atomoaren barruko elektroien portaera zehatzago deskribatzeko (atomo; mekanika kuantiko). Azkenik, 1939an, Linus Paulingek, The Nature of the Chemical Bond liburuan, gaur egunean kimikariek erabiltzen dituzten orbital molekularrak aurkeztu zituen lotura kimikoaren izaera azaltzeko (lotura kimiko).

OINARRIZKO KONTZEPTUAK

Egitura eta transformazio kimikoak azaltzeko, hainbat materia-zati aztertzen dira kimikan: oinarrizko partikulak (elektroiak, neutroiak eta protoiak), partikula konposatuak (nukleidoak, ioiak, atomoak, molekulak) eta egitura supramolekularrak (kristalak, konplexuak, disoluzioak, etab.).

Aldaketa kimikoak, halaber, era askotakoak eta energia-aldaketa oso desberdinekoak izan daitezke. Erreakzio nuklearretan, adibidez, nukleidoen aldaketa gertatzen da, eta, horren ondorioz, elementu kimikoak transmutatu egiten dira. Erreakzio kimiko arruntetan, berriz, nukleo atomikoen arteko elektroi-konfigurazioa besterik ez da aldatzen molekula berriak sortzen direnean. Zenbait kasutan, bi erreakzio kimiko elkarrekin lotuak daudenean eta baten erreaktiboak bestearen produktuak direnean, oreka kimikoan daudela esaten da. Ionizazio-erreakzioetan, atomo edo molekula batek elektroiak galdu edo irabazi egiten ditu, elektrizitateari, argiari edo beste eragile batzuei esker. Azkenik, konformazio-aldaketetan, molekulen lotura kimikoak ez dira aldatzen eta ez dago erreakzio kimikorik, baina egitura espaziala aldatu egiten da. Hori gertatzen da, adibidez, proteinen desnaturalizazioan.

Kimikan, sarritan, produktu-nahasteak edo disoluzioak erabiltzen dira neurketak edo erreakzioak egiteko, batez ere gas- eta likido-egoeratan. Horrelakoetan, solutuaren eta disolbatzailearen arteko erlazio kuantitatiboari kontzentrazio deritzo. Kontzentrazio adierazgarrienak Avogradroren zenbakia (6,022 × 1023) edo mol-kopurua erabiliz definitutakoak dira, eta baita disoluzioen azidotasuna neurtzeko pH-a erabiltzen dutenak ere.

Kimikaren nomenklatura modernoa mundu osoko kimikariak ordezkatzen dituen IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) erakundeak sortzen eta eguneratzen du (nomenklatura).

KIMIKAREN TRESNAK

XIX. mendean eta XX. mendearen lehen erdian, ez ziren asko aldatu laborategi kimikoaren itxura eta lan esperimentala egiteko modua. Kimika “hezea” gauzatzeko bideratuak zeuden bai tresneria eta baita sintesi-analisi prozedurak ere. Esate baterako, sistema kimikoak isolatzeko, beirazko matrazeak, saiodiak eta Erlenmeyer ontziak erabiltzen ziren; konposatu-banaketa egiteko, zutabe-kromatografiak; analisi kualitatibo eta kuantitatiboak egiteko, kolore-aldaketak, baloraketa bolumetrikoak eta grabimetriak; konposatu berriak karakterizatzeko errekuntza-analisiak, fusio-tenperaturak, etab.

Laborategiko tresneria: matrazea

XX. mendearen azken erdian, kimikan erabilitako tresneria aldatzen hasi zen, bai ikerkuntza-zentroetan bai industrian. Lehenik, pH-metro elektronikoak erabili ziren azidotasuna neurtzeko; ondoren, kolorimetro eta espektrofotometro ultramoreak, konposatu organikoen kontzentrazioak neurtzeko, eta, gero, infragorri-espektroskopioak edo Raman espektroskopioak eta masa-espektrometroak. Gaur egun, konposatu-nahaste oso konplexuen banaketa egiteko, zehaztasun handiko kromatografia (HPLC) erabiltzen da, eta konposatu horien egitura ebazteko, X izpien difraktometria edo erresonantzia magnetiko nuklearra (EMN).

Erreakzio kimikoak egiteko modua ere aldatu egin da. Erreakzio asko disolbatzailerik gabe egiten dira, mikrouhinez edo ultrasoinuz bizkortuta. Gainera, sintesi-robotei esker, ehunka konposatu berri (peptidoak, nukleotidoak, etab.) prestatzen dira automatikoki kimika konbinatorioaren teknikak erabiliz.

Azkenik, ordenagailu eta software kimikoaren eragina ere berebizikoa da gaur egungo kimikan. Ezinbestekoak dira molekula konplexuen hiru dimentsioko irudikapena egiteko, molekulen propietate fisiko-kimikoak kalkulatzeko eta erreaktibitatearen edo erreakzio-mekanismoen azterketa egiteko.

KIMIKAREN ATALAK

Kimikari modernoak kimikaren atal jakin batzuk baino ez ditu lantzen. Azpidiziplina horiek definitzeko, bi irizpide nagusi erabiltzen dira: alde batetik, zer materia-mota duen aztergai, eta bestetik, materia hori nola aztertzen den. Hauek izan dira kimikaren atal nagusiak:

• Kimika fisikoan, sistema eta prozesu kimikoen propietate fisiko, energetiko eta dinamikoak aztertzen dira. Azterketa horiek neurketa esperimentalak eginez gauza daitezke, termodinamikaren edo zinetikaren legeen arabera, edo kalkulu matematikoak eginez, kimika teorikoaren tresnak erabiliz (kimika fisiko).

• Kimika analitikoan, substantzia kimikoen banaketa, konposizioa eta egitura aztertzen dira. Gaur egun, espektroskopia eta antzeko teknikak erabiltzen dira nagusiki, eta kimika nahiz beste natura-zientzietako arlo askotan erabiltzen da (kimika analitiko).

• Kimika ez-organikoan, jatorri mineraleko substantziak aztertzen ziren garai batean, baina, gaur egun, zati ez-organikoa eta zati organikoa duten konposatu organometalikoak ere aztertzen dira (kimika ez-organiko).

• Kimika organikoan, karbonozko hezurdurez osaturiko substantziak aztertzen dira. Egitura horiek izaki bizidunek sortutakoak edo laborategian sintesi bidez prestatutakoak izaten dira, eta, gainera, isomeria, estereokimika eta antzeko fenomenoei esker, oso konplexuak izan daitezke (kimika organiko).

• Biokimikan, izaki bizidunetan aurkitzen diren zenbait molekulen egitura, propietate eta erreakzio kimiko naturalak aztertzen dira. Molekula horien artean aipagarrienak proteinak, entzimak, azido nukleikoak edo sakaridoak dira. Sarritan, transformazio biokimikoak egiteko, birusez, bakterioez, zelulez eta antzeko izaki bizidunez baliatzen dira biokimikariak. Gaur egun, gero eta substantzia interesgarri gehiago lortzen da industrialki bioteknologiari esker (biokimika).

Sailkapen orokor honetako atal nagusiez gain, kimikaren eta beste jakintza-arlo batzuen konbinazioz azpidiziplina berriak sortu dira XX. eta XXI. mendeetan. Horietako bakoitzak bere aztergai, teknika eta corpus zientifiko propioak garatu ditu, apurka-apurka. Besteak beste, honako hauek aipa daitezke:

• Ingurumenarekin eta osasunarekin lotutakoak: biologia molekularra, fitokimika, ingurumen-kimika, geokimika, kimika berdea, kimika farmazeutikoa.

• Hainbat teknologia eta industriarekin lotutakoak: azalen kimika, elektrokimika, enologia, fotokimika, ingeniaritza kimikoa, kimika nuklearra, materialen kimika, petrokimika, sonokimika.

• Kontzeptu berriekin lotutakoak: informatika kimikoa, kimika konbinatorioa, kimika kuantikoa, kimika makromolekularra, kimika supramolekularra, nanokimika.

KIMIKA ETA GIZARTEA

Industria kimikoaren eragina itzela da gizartean. Kimikarik gabe ezin da munduko giza populazioa sendatu, jantzi, garraiatu edo elikatu, ezta ur edangarri nahikoaz hornitu ere. Konposatu kimikoen ekoizpena, salmenta eta banaketa herri aurreratuen adierazgarri nagusiak dira. Oxigenoa, kloroa, amoniakoa edo azido sulfurikoa bezalako oinarrizko produktu kimikoak beste gai landuago batzuen aitzindari dira, esate baterako, zuntzen eta ehunen, ongarri eta gai agrokimikoen, metalen, pinturen, kartoiaren eta paperaren aitzindari. Beste konposatu bereziago batzuk kantitate txikiagotan ekoizten dira; hala nola konposatu farmazeutikoak, elikagaien gehigarriak, detergenteak, zapore- eta usain-emaileak, etab. Etorkizunean, kimikaren zeregina ez da izango produktu horiek prestatzea, zaintzea eta ziurtasunez erabiltzen direla bermatzea bakarrik, baizik eta hori guztia era garbi eta berriztagarrian egitea.

Industria kimikoa: petrolio-findegia