Biokémia
Ahogy az élettelen kémia megértése a 19. század folyamán növekedett, az élő organizmusok fiziológiai folyamatainak molekuláris szerkezet és reaktivitás szempontjából történő értelmezésére tett kísérletek a biokémia fegyeleméhez vezettek. A biokémikusok a kémia technikáit és elméleteit alkalmazzák az élet molekuláris alapjának vizsgálatára. Egy organizmust azon a feltevésen vizsgálnak, hogy fiziológiai folyamatainak sok ezer kémiai reakciója következik be, amelyek erősen integrált módon zajlanak. A biokémikusok többek között megállapították azokat az elveket, amelyek a sejtekben az energiaátvitel, a sejtmembránok kémiai szerkezetét, az öröklött információk kódolását és továbbítását, az izom- és idegfunkciókat, valamint a bioszintézis útvonalait képezik. Valójában úgy találták, hogy a rokon biomolekulák hasonló szerepet töltenek be olyan szervezetekben, mint a baktériumok és az emberek. A biomolekulák vizsgálata azonban sok nehézséget jelent. Az ilyen molekulák gyakran nagyon nagyok és nagy szerkezeti összetettséggel bírnak; ráadásul a kémiai reakciók általában rendkívül gyorsak. Például a DNS két szálának elválasztása a másodperces egymillióoddal történik. Az ilyen gyors reakciósebesség csak az enzimeknek nevezett biomolekulák közreműködésével lehetséges. Az enzimek olyan fehérjék, amelyek figyelemre méltó sebesség-gyorsító képességüknek köszönhetően háromdimenziós kémiai szerkezetük van. Nem meglepő, hogy a biokémiai felfedezések nagy hatással voltak a betegség megértésére és kezelésére. Számos betegség miatt a metabolizmus veleszületett hibái specifikus genetikai rendellenességekre vezethetők vissza. Más betegségek a normál biokémiai folyamatok megszakításából származnak.
a technológia története: kémia
Megemlítették Robert Boyle hozzájárulását a gőzteljesítmény elméletéhez, ám Boyle-t inkább „a kémia atyjának” tekintik.
Gyakran a tünetek gyógyszerekkel enyhíthetők, és a terápiás szerek felfedezése, hatásmechanizmusa és lebomlása a biokémiai vizsgálatok egyik fő területe. A baktériumfertőzéseket szulfonamidokkal, penicillinekkel és tetraciklinekkel lehet kezelni, és a vírusfertőzésekkel végzett kutatások kimutatták az aciklovir hatékonyságát a herpesz vírus ellen. Jelenleg nagy a érdeklődés a karcinogenezis és a rákkemoterápia részleteiről. Ismeretes például, hogy a rák akkor fordulhat elő, amikor a rákot okozó molekulák vagy rákkeltő anyagok, úgynevezett reakcióik során nukleinsavakkal és fehérjékkel reagálnak, és zavarják normál működési módjukat. A kutatók olyan teszteket fejlesztettek ki, amelyek azonosíthatják a valószínűleg rákkeltő molekulákat. A remény természetesen az, hogy a rák megelőzésében és kezelésében elért haladás felgyorsul, amint a betegség biokémiai alapját jobban megismerik.
A biológiai folyamatok molekuláris alapja a molekuláris biológia és a biotechnológia gyorsan növekvő tudományágainak alapvető eleme. A kémia módszereket fejlesztett ki a fehérjék és a DNS szerkezetének gyors és pontos meghatározására. Ezen felül hatékony laboratóriumi módszereket dolgoznak ki a gének szintézisére. Végül lehetséges lehet a genetikai betegségek kijavítása a hibás gének normálokkal történő helyettesítésével.
Polimer kémia
Az egyszerű anyag etilén gáz molekulákból áll az alábbi képlet CH 2 CH 2. Bizonyos körülmények között, sok etilén-molekulák is csatlakoznak együtt alkotnak egy hosszú láncú nevű polietilén, a képlet (CH 2 CH 2) n, ahol n jelentése egy változó, de nagy számban. A polietilén kemény, tartós szilárd anyag, amely teljesen eltér az etiléntől. Ez egy példa egy polimerre, amely egy nagy molekula, amely sok kisebb molekulaból (monomerből) áll, általában lineárisan összekapcsolva. Számos természetben előforduló anyag, köztük a cellulóz, keményítő, pamut, gyapjú, gumi, bőr, fehérjék és DNS, polimerek. A szintetikus polimerek példái a polietilén, a nylon és az akril. Az ilyen anyagok tanulmányozása a polimer kémia területén esik, ez a szakterület a XX. Században virágzott. A természetes polimerek vizsgálata jelentősen átfedésben van a biokémiával, de az új polimerek szintézise, a polimerizációs folyamatok vizsgálata, valamint a polimer anyagok szerkezetének és tulajdonságainak jellemzése mind egyedi problémákat vet fel a polimer vegyészek számára.
A polimer vegyészek olyan polimereket terveztek és szintetizáltak, amelyek keménysége, rugalmassága, lágyulási hőmérséklete, vízben való oldhatósága és biológiai lebonthatósága változik. Olyan polimer anyagokat állítottak elő, amelyek ugyanolyan erősek, mint az acél, de könnyebbek és korrózióállóbbak. Az olaj-, földgáz- és vízvezetékek rendszerint műanyag csövekből készülnek. Az utóbbi években a gépjárműgyártók fokozottan használtak műanyag alkatrészeket könnyebb járművek gyártásához, amelyek kevesebb üzemanyagot fogyasztanak. Más iparágak, például a textil, a gumi, a papír és a csomagolóanyagok gyártásával foglalkozó iparágak a polimer kémián épülnek fel.
Az új típusú polimer anyagok előállítása mellett a kutatók olyan speciális katalizátorok kifejlesztésével is foglalkoznak, amelyek szükségesek a kereskedelmi polimerek nagyszabású ipari szintéziséhez. Ilyen katalizátorok nélkül a polimerizációs folyamat bizonyos esetekben nagyon lassú lenne.
Fizikai kémia
Számos kémiai tudományág, például a már tárgyalt anyagok, olyan anyagokra vonatkozik, amelyek közös szerkezeti és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek. Más specialitások nem az anyagcsoportra összpontosíthatnak, hanem kölcsönhatásukra és átalakulásukra. Ezek közül a legrégebbi a fizikai kémia, amelynek célja a kémiai folyamatok mennyiségi szempontjainak mérése, összefüggése és magyarázata. Robert Boyle, az angol-ír vegyész, például a 17. században felfedezte, hogy szobahőmérsékleten egy rögzített mennyiségű gáz mennyisége arányosan csökken, amikor a rá gyakorolt nyomás növekszik. Így egy állandó hőmérsékleten működő gáz esetében a V térfogata és a P nyomás szorzata állandó számmal jár, azaz PV = állandó. Ez az egyszerű számtani kapcsolat szinte minden gázra érvényes szobahőmérsékleten és egy atmoszférában egyenlő vagy annál alacsonyabb nyomáson. A későbbi munkák kimutatták, hogy a kapcsolat magasabb nyomásnál elveszíti érvényességét, de bonyolultabb kifejezések származhatnak, amelyek pontosabban megfelelnek a kísérleti eredményeknek. Az ilyen kémiai szabályosságok felfedezése és vizsgálata, amelyeket gyakran természetvédelmi törvényeknek neveznek, a fizikai kémia területén rejlik. A kémiai rendszerek matematikai szabályszerűségének a 18. század nagy részén a kémiai elemeket és vegyületeket alkotó atomokat körülvevő erők és mezők folytonosságának feltételezték. A 20. század fejleményei azonban azt mutatták, hogy a kémiai viselkedést legjobban az atom- és molekuláris szerkezet kvantummechanikai modellje értelmezheti. A fizikai kémia ágazata, amelyet nagyrészt e témának szentelnek, az elméleti kémia. Az elméleti kémikusok széles körben használják a számítógépeket, hogy segítsék őket bonyolult matematikai egyenletek megoldásában. A fizikai kémia egyéb ágainak közé tartozik a kémiai termodinamika, amely a hő és a kémiai energia más formáinak kapcsolatát vizsgálja, és a kémiai kinetika, amely a kémiai reakciók sebességének mérését és megértését célozza. Az elektrokémia az elektromos áram és a kémiai változások összefüggéseit vizsgálja. Az elektromos áram kémiai oldaton keresztüli áthaladása az alkotóelemekben gyakran megfordítható változásokhoz vezet, vagyis más körülmények között a megváltozott anyagok maguk elektromos áramot eredményeznek. A közönséges akkumulátorok olyan kémiai anyagokat tartalmaznak, amelyek az elektromos áramkör lezárásával érintkezésbe kerülnek állandó feszültséggel, az anyagok fogyasztásáig. Jelenleg nagy érdeklődés mutatkozik az olyan készülékek iránt, amelyek napfényben energiát tudnak felhasználni olyan kémiai reakciók kivitelezésére, amelyek termékei képesek energiát tárolni. Az ilyen eszközök felfedezése lehetővé tenné a napenergia széles körű felhasználását.
A fizikai kémiában sok más tudományág létezik, amelyek inkább az anyagok általános tulajdonságaival és az anyagok közötti kölcsönhatásokkal foglalkoznak, mint magukkal az anyagokkal. A fotokémia egy olyan specialitás, amely a fény és az anyag kölcsönhatását vizsgálja. A fény abszorpciója által kezdeményezett kémiai reakciók nagyon különbözhetnek azoktól, amelyek más módon történnek. Például a D-vitamin akkor képződik az emberi testben, amikor az ergosterol szteroid elnyeli a napsugárzást; Az ergosterol nem változik D-vitaminra sötétben.
A fizikai kémia gyorsan fejlődő alfegyelem a felszíni kémia. Megvizsgálja a kémiai felületek tulajdonságait, erősen támaszkodva olyan eszközökre, amelyek képesek az ilyen felületek kémiai profilját biztosítani. Ha egy szilárd anyagot folyadékkal vagy gázzal érintkeznek, a szilárd anyag felületén kezdetben reakció lép fel, amelynek tulajdonságai drasztikusan megváltozhatnak. Az alumínium egy példája: pontosan ellenáll a korróziónak, mivel a tiszta fém felülete oxigénnel reagál, és aluminium-oxidrétegré alakul, amely megvédi a fém belsejét a további oxidációtól. Számos reakciókatalizátor egy olyan reaktív felület létrehozásával látja el funkcióját, amelyen az anyagok reagálhatnak.
