Samantekt

1.1 Efnafræði í samhengi

Efnafræði fjallar um samsetningu, byggingu og eiginleika efnis, auk þeirra leiða sem mismunandi form efnis geta breyst í hvert annað. Þannig skipar hún miðlægan sess í rannsóknum og iðkun vísinda og tækni. Efnafræðingar beita vísindalegri aðferð til að framkvæma tilraunir, setja fram tilgátur, móta lögmál og þróa kenningar til þess að skilja betur hegðun náttúrunnar. Til þess starfa þeir á hinu stórsæja, smásæja og táknræna sviði. Efnafræðingar mæla, greina, hreinsa og smíða fjölbreytt úrval efna sem skipta miklu máli í lífi okkar.

1.2 Hamir og flokkun efnis

Efni skilgreinist sem allt það sem tekur rými og hefur massa. Grunneining efnis er frumeindin, sem er minnsta eining frumefnis sem getur sameinast frumeindum sama eða annarra frumefna. Í mörgum efnum sameinast frumeindir í sameindir. Á jörðinni er efni algengast í þremur hömum: sem fast efni með ákveðið form og rúmmál, sem vökvi með breytilegt form en ákveðið rúmmál og sem gas með breytilegt form og rúmmál. Við mjög háan hita getur efni einnig verið til sem plasma. Flest efni eru blanda: Þau samanstanda af tveimur eða fleiri tegundum efnis sem geta verið til staðar í mismiklu magni og hægt er að aðskilja með eðlisfræðilegum aðferðum. Misleitar blöndur hafa breytilega samsetningu eftir staðsetningu, en einsleitar blöndur hafa sömu samsetningu alls staðar. Hrein efni samanstanda aðeins af einni tegund efnis. Hreint efni getur verið frumefni, sem samanstendur af aðeins einni tegund frumeinda og ekki er hægt að brjóta niður með efnabreytingu, eða efnasamband, sem samanstendur af tveimur eða fleiri tegundum frumeinda.

1.3 Eðlis- og efnafræðilegir eiginleikar

Öll efni hafa ákveðna eðlisfræðilega og efnafræðilega eiginleika og geta tekið eðlisfræðilegum eða efnafræðilegum breytingum. Eðlisfræðilegir eiginleikar, eins og harka og suðumark, og eðlisfræðilegar breytingar, eins og bráðnun eða frysting, fela ekki í sér breytingu á samsetningu efnisins. Efnafræðilegir eiginleikar, eins og eldfimi og sýrustig, og efnafræðilegar breytingar, eins og ryðgun, fela í sér myndun efnis sem er frábrugðið því sem var til staðar áður.

Mælanlegir eiginleikar falla í einn af tveimur flokkum. Magnbundnir eiginleikar eru háðir því magni efnis sem er til staðar, til dæmis massi gulls. Eðlisbundnir eiginleikar eru ekki háðir magni efnisins, til dæmis eðlismassi gulls. Varmi er dæmi um magnbundinn eiginleika en hitastig er dæmi um eðlisbundinn eiginleika.

1.4 Mælingar

Mælingar veita megindlegar upplýsingar sem eru afar mikilvægar við rannsóknir og iðkun efnafræði. Hver mæling hefur tölugildi, mælieiningu til samanburðar og óvissu. Hægt er að setja mælingar fram annaðhvort með tugabrotum eða veldarithætti. Vísindamenn nota fyrst og fremst SI-einingar (alþjóðlega einingakerfið) eins og metra, sekúndur og kílógrömm, auk afleiddra eininga eins og lítra (fyrir rúmmál) og g/cm³ (fyrir eðlismassa). Í mörgum tilfellum er hentugt að nota forskeyti sem gefa brota- og margfeldisstærðir, eins og míkrósekúndur (10⁻⁶ sekúndur) og megaherts (10⁶ herts).

1.5 Óvissa mælinga, réttleiki og nákvæmni

Hægt er að skilgreina eða mæla stærðir. Mældum stærðum fylgir óvissa sem er táknuð með fjölda marktækra stafa í gildi stærðarinnar. Óvissa útreiknaðrar stærðar byggist á óvissu þeirra stærða sem notaðar eru í útreikningnum og endurspeglast í því hvernig gildið er námundað. Stærðum er lýst með tilliti til réttleika (hversu nálægt sönnu eða samþykktu gildi þær eru) og nákvæmni (breytileika milli endurtekinna mælinga).

1.6 Stærðfræðileg meðhöndlun mæliniðurstaðna

Mælingar eru gerðar með ýmsum mælieiningum. Oft er gagnlegt eða nauðsynlegt að breyta mældri stærð úr einni mælieiningu í aðra. Þessar breytingar eru gerðar með umreiknistuðlum, sem eru leiddir út með einfaldri beitingu stærðfræðilegrar aðferðar sem kallast stuðlaaðferð eða víddagreining. Þessari aðferð er einnig beitt til að reikna út óþekktar stærðir með því að nota mældar stærðir og viðeigandi stærðfræðileg tengsl.