Biochemie
Jak chápání neživé chemie rostlo během 19. století, pokusy interpretovat fyziologické procesy živých organismů z hlediska molekulární struktury a reaktivity vedly k disciplíně biochemie. Biochemici používají techniky a teorie chemie k testování molekulární základny života. Organismus je vyšetřován za předpokladu, že jeho fyziologické procesy jsou důsledkem mnoha tisíců chemických reakcí, které se vyskytují vysoce integrovaným způsobem. Biochemici zavedli mimo jiné zásady, které jsou základem přenosu energie v buňkách, chemické struktury buněčných membrán, kódování a přenosu dědičných informací, svalové a nervové funkce a biosyntetických drah. Ve skutečnosti bylo zjištěno, že příbuzné biomolekuly plní podobné role v organismech, které jsou odlišné od bakterií a lidí. Studium biomolekul však představuje řadu obtíží. Takové molekuly jsou často velmi velké a vykazují velkou strukturální složitost; navíc chemické reakce, kterým procházejí, jsou obvykle mimořádně rychlé. Například k oddělení dvou řetězců DNA dochází v miliontině sekundy. Takové rychlé rychlosti reakce jsou možné pouze prostřednictví biomolekul nazývaných enzymy. Enzymy jsou proteiny, které vděčí za své pozoruhodné schopnosti urychlit rychlost své trojrozměrné chemické struktuře. Není divu, že biochemické objevy měly velký dopad na pochopení a léčbu nemoci. Mnoho nemocí způsobených vrozenými chybami metabolismu bylo sledováno specifickými genetickými defekty. Další onemocnění vyplývají z narušení normálních biochemických cest.
historie technologie: Chemie
Byl zmíněn příspěvek Roberta Boyla k teorii parní energie, ale Boyle je častěji uznáván jako „otec chemie“.
Příznaky mohou být často zmírněny léky a objev, způsob působení a degradace terapeutických látek je další z hlavních oblastí studia biochemie. Bakteriální infekce lze léčit sulfonamidy, peniciliny a tetracykliny a výzkum virových infekcí odhalil účinnost acykloviru proti herpes viru. O podrobnosti karcinogeneze a chemoterapie rakoviny je v současné době velký zájem. Je například známo, že rakovina může vést k tomu, že molekuly způsobující rakovinu nebo karcinogeny, jak se nazývají, reagují s nukleovými kyselinami a proteiny a narušují jejich normální způsoby působení. Vědci vyvinuli testy, které dokážou identifikovat molekuly, které by mohly být karcinogenní. Doufáme, že pokrok v prevenci a léčbě rakoviny se zrychlí, jakmile bude biochemická podstata onemocnění lépe pochopena.
Molekulární základ biologických procesů je základním rysem rychle rostoucích disciplín molekulární biologie a biotechnologie. Chemie vyvinula metody pro rychlé a přesné stanovení struktury proteinů a DNA. Kromě toho jsou vyvíjeny účinné laboratorní metody pro syntézu genů. Nakonec může být možná korekce genetických chorob nahrazením vadných genů za normální.
Chemie polymerů
Jednoduchá látka ethylenu je plyn složený z molekul vzorce CH 2 CH 2. Za určitých podmínek, se mnoho molekul ethylen společně tvoří dlouhý řetězec s názvem polyethylen, se vzorcem (CH 2 CH 2) n, kde n je proměnná, ale velké množství. Polyethylen je houževnatý, odolný pevný materiál zcela odlišný od ethylenu. Je to příklad polymeru, což je velká molekula složená z mnoha menších molekul (monomerů), obvykle spojených lineárním způsobem. Mnoho přírodně se vyskytujících látek, včetně celulózy, škrobu, bavlny, vlny, kaučuku, kůže, bílkovin a DNA, jsou polymery. Příklady syntetických polymerů jsou polyetylen, nylon a akryly. Studium takových materiálů leží v oblasti polymerní chemie, což je specialita, která vzkvétala ve 20. století. Zkoumání přírodních polymerů se značně překrývá s biochemií, ale syntéza nových polymerů, zkoumání polymerizačních procesů a charakterizace struktury a vlastností polymerních materiálů představují pro polymerní chemiky jedinečné problémy.
Chemici polymerů navrhli a syntetizovali polymery, které se liší v tvrdosti, flexibilitě, teplotě měknutí, rozpustnosti ve vodě a biologické rozložitelnosti. Vyráběli polymerní materiály, které jsou stejně silné jako ocel, ale lehčí a odolnější vůči korozi. Potrubí na ropu, zemní plyn a vodu jsou nyní běžně konstruovány z plastových trubek. V posledních letech výrobci automobilů častěji využívali plastové komponenty k výrobě lehčích vozidel, která spotřebovávají méně paliva. Jiná průmyslová odvětví, jako jsou průmyslová odvětví zabývající se výrobou textilu, gumy, papíru a obalových materiálů, jsou postavena na chemii polymerů.
Kromě výroby nových druhů polymerních materiálů se vědci zabývají vývojem speciálních katalyzátorů, které jsou vyžadovány průmyslovou syntézou komerčních polymerů ve velkém měřítku. Bez takových katalyzátorů by byl polymerizační proces v některých případech velmi pomalý.
Fyzikální chemie
Mnoho chemických disciplín, jako jsou ty již diskutované, se zaměřuje na určité třídy materiálů, které sdílejí společné strukturální a chemické vlastnosti. Jiné speciality se nemusí soustředit na třídu látek, ale spíše na jejich interakce a přeměny. Nejstarší z těchto oborů je fyzikální chemie, která se snaží měřit, korelovat a vysvětlovat kvantitativní aspekty chemických procesů. Anglo-irský chemik Robert Boyle například v 17. století objevil, že při pokojové teplotě objem fixovaného množství plynu úměrně klesá se zvyšujícím se tlakem na něj. Tedy pro plyn při konstantní teplotě se součin jeho objemu V a tlaku P rovná konstantnímu číslu - tj. PV = konstanta. Takový jednoduchý aritmetický vztah platí pro téměř všechny plyny při pokojové teplotě a při tlacích rovných nebo nižších než jedna atmosféra. Následující práce ukázala, že vztah ztrácí platnost při vyšších tlacích, ale lze odvodit složitější výrazy, které přesněji odpovídají experimentálním výsledkům. Objev a zkoumání takových chemických zákonitostí, často nazývaných přírodní zákony, leží v oblasti fyzikální chemie. Po většinu 18. století se za zdroj matematické pravidelnosti v chemických systémech považovalo kontinuum sil a polí, které obklopují atomy tvořící chemické prvky a sloučeniny. Vývoj ve 20. století však ukázal, že chemické chování je nejlépe interpretováno kvantovým mechanickým modelem atomové a molekulární struktury. Obor fyzikální chemie, který je do značné míry věnován tomuto předmětu, je teoretická chemie. Teoretičtí chemici rozsáhle využívají počítače, aby jim pomohli vyřešit složité matematické rovnice. Další odvětví fyzikální chemie zahrnují chemickou termodynamiku, která se zabývá vztahem mezi teplem a jinými formami chemické energie, a chemickou kinetikou, která se snaží měřit a porozumět rychlosti chemických reakcí. Elektrochemie zkoumá vzájemný vztah elektrického proudu a chemických změn. Průchod elektrického proudu chemickým roztokem způsobuje změny v podstatných látkách, které jsou často reverzibilní - tj. Za různých podmínek samotné změněné látky vydávají elektrický proud. Běžné baterie obsahují chemické látky, které při vzájemném kontaktu uzavřením elektrického obvodu dodávají proud při konstantním napětí, dokud nejsou látky spotřebovány. V současné době existuje velký zájem o zařízení, která mohou využívat energii na slunci k řízení chemických reakcí, jejichž produkty jsou schopny tuto energii ukládat. Objev takových zařízení by umožnil široké využití sluneční energie.
Ve fyzikální chemii existuje mnoho dalších oborů, které se více zabývají obecnými vlastnostmi látek a interakcemi mezi látkami než samotnými látkami. Fotochemie je specialita, která zkoumá interakci světla s hmotou. Chemické reakce iniciované absorpcí světla se mohou velmi lišit od reakcí, ke kterým dochází jinými způsoby. Například vitamín D se v lidském těle vytváří, když steroidní ergosterol absorbuje sluneční záření; ergosterol se ve tmě nemění na vitamín D.
Rychle se rozvíjející subdisciplína fyzikální chemie je povrchová chemie. Zkoumá vlastnosti chemických povrchů a silně se spoléhá na přístroje, které mohou poskytnout chemický profil takových povrchů. Kdykoli je pevná látka vystavena kapalině nebo plynu, na povrchu pevné látky se nejprve objeví reakce a její vlastnosti se mohou dramaticky změnit. Hliník je příkladem: je odolný proti korozi právě proto, že povrch čistého kovu reaguje s kyslíkem a vytváří vrstvu oxidu hlinitého, která slouží k ochraně vnitřku kovu před další oxidací. Četné reakční katalyzátory plní svou funkci tím, že poskytují reaktivní povrch, na kterém mohou látky reagovat.
