Biochemija
XIX amžiuje išaugus supratimui apie negyvą chemiją, bandymai aiškinti gyvų organizmų fiziologinius procesus atsižvelgiant į molekulinę struktūrą ir reaktyvumą sukėlė biochemijos discipliną. Biochemikai naudoja chemijos metodus ir teorijas, norėdami nustatyti molekulinį gyvenimo pagrindą. Organizmas tiriamas remiantis prielaida, kad jo fiziologiniai procesai yra daugelio tūkstančių cheminių reakcijų, vykstančių labai integruotai, pasekmė. Biochemikai, be kita ko, nustatė principus, kuriais grindžiamas energijos perdavimas ląstelėse, ląstelių membranų cheminė struktūra, paveldimos informacijos kodavimas ir perdavimas, raumenų ir nervų funkcijos bei biosintetiniai keliai. Tiesą sakant, buvo nustatyta, kad susijusios biomolekulės atlieka panašų vaidmenį organizmuose, kurie skiriasi nuo bakterijų ir žmonių. Biomolekulių tyrimas vis dėlto kelia daug sunkumų. Tokios molekulės dažnai yra labai didelės ir pasižymi dideliu struktūriniu sudėtingumu; be to, cheminės reakcijos, kurias jie patiria, paprastai būna nepaprastai greitos. Pvz., Dviejų DNR sruogų atsiskyrimas vyksta per vieną milijonąją sekundės dalį. Tokie greiti reakcijos greičiai įmanomi tik per tarpinį biomolekulių, vadinamų fermentais, veikimą. Fermentai yra baltymai, dėl kurių puikių greitį didinančių sugebėjimų jie turi savo trimatę cheminę struktūrą. Nenuostabu, kad biocheminiai atradimai padarė didelę įtaką ligos supratimui ir gydymui. Daugybė negalavimų dėl įgimtų metabolizmo klaidų buvo atsekti specifiniams genetiniams defektams. Kitos ligos atsiranda dėl sutrikimų normaliuose biocheminiuose keliuose.
technologijos istorija: Chemija
Buvo paminėtas Roberto Boyle'io indėlis į garų galios teoriją, tačiau Boyle'as labiau žinomas kaip „chemijos tėvas“.
Dažnai simptomus galima palengvinti vaistais, o terapinių agentų atradimas, veikimo būdas ir skaidymas yra dar viena iš pagrindinių biochemijos tyrimų sričių. Bakterinės infekcijos gali būti gydomos sulfonamidais, penicilinais ir tetraciklinais, o virusinių infekcijų tyrimai atskleidė acikloviro veiksmingumą prieš herpes virusą. Šiuo metu daug domimasi kancerogenezės ir vėžio chemoterapijos detalėmis. Pavyzdžiui, žinoma, kad vėžys gali atsirasti, kai vėžį sukeliančios molekulės arba kancerogenai, kaip jie vadinami, reaguoja su nukleorūgštimis ir baltymais ir trikdo įprastą jų veikimą. Tyrėjai sukūrė bandymus, leidžiančius nustatyti molekules, kurios gali būti kancerogeninės. Žinoma, tikiuosi, kad vėžio prevencijos ir gydymo pažanga paspartės, kai bus geriau suprantamas biocheminis ligos pagrindas.
Biologinių procesų molekulinis pagrindas yra esminis greitai besivystančių molekulinės biologijos ir biotechnologijų disciplinų bruožas. Chemija sukūrė metodus greitai ir tiksliai nustatyti baltymų ir DNR struktūrą. Be to, kuriami veiksmingi laboratoriniai genų sintezės metodai. Galų gale gali būti įmanoma ištaisyti genetines ligas pakeičiant defektų turinčius genus normaliaisiais.
Polimerų chemija
Paprastas medžiaga yra etilenas dujų sudaro molekulių, turinčių formulę CH 2 CH 2. Esant tam tikroms sąlygoms, daug etileno molekulės bus sujungti kartu, sudaro ilgą grandinę, vadinamą polietileno, su formulės (CH 2 CH 2) n, kur n yra keičiama, tačiau daug. Polietilenas yra kieta, patvari kieta medžiaga, kuri skiriasi nuo etileno. Tai yra polimero, kuris yra didelė molekulė, sudaryta iš daugelio mažesnių molekulių (monomerų), paprastai sujungtų linijiniu būdu, pavyzdys. Daugelis natūralių medžiagų, įskaitant celiuliozę, krakmolą, medvilnę, vilną, gumą, odą, baltymus ir DNR, yra polimerai. Polietilenas, nailonas ir akrilas yra sintetinių polimerų pavyzdžiai. Tokių medžiagų tyrimas priklauso polimerų chemijos sričiai - specialybei, suklestėjusiai XX amžiuje. Natūralių polimerų tyrimai iš esmės sutampa su biochemija, tačiau naujų polimerų sintezė, polimerizacijos procesų tyrimas ir polimerinių medžiagų struktūros bei savybių apibūdinimas kelia unikalias problemas polimerų chemikams.
Polimerų chemikai sukūrė ir susintetino polimerus, kurių kietumas, lankstumas, minkštėjimo temperatūra, tirpumas vandenyje ir biologinis skaidumas skiriasi. Jie pagamino polimerines medžiagas, kurios yra tokios pat stiprios kaip plienas, tačiau lengvesnės ir atsparesnės korozijai. Naftos, gamtinių dujų ir vandens vamzdynai dabar paprastai statomi iš plastikinių vamzdžių. Pastaraisiais metais automobilių gamintojai vis dažniau naudoja plastikinius komponentus, kad būtų pagamintos lengvesnės transporto priemonės, sunaudojančios mažiau degalų. Kitos pramonės šakos, tokios kaip tekstilės, gumos, popieriaus ir pakavimo medžiagų gamyba, yra paremtos polimerų chemija.
Mokslininkai ne tik gamina naujų rūšių polimerines medžiagas, bet ir sukuria specialius katalizatorius, kurių reikia didelio masto pramoninių komercinių polimerų sintezei. Be tokių katalizatorių polimerizacijos procesas tam tikrais atvejais būtų labai lėtas.
Fizikinė chemija
Daugelyje chemijos disciplinų, pavyzdžiui, jau aptartų, pagrindinis dėmesys skiriamas tam tikroms medžiagų klasėms, turinčioms bendras struktūrines ir chemines savybes. Kitos specialybės gali būti sutelktos ne į medžiagų klasę, o į jų sąveiką ir transformacijas. Seniausias iš šių laukų yra fizikinė chemija, kuria siekiama išmatuoti, koreliuoti ir paaiškinti kiekybinius cheminių procesų aspektus. Pvz., Anglo-airių chemikas Robertas Boyle'as XVII amžiuje atrado, kad kambario temperatūroje fiksuoto kiekio dujų kiekis proporcingai mažėja didėjant slėgiui. Taigi, esant dujoms pastovioje temperatūroje, jų tūrio V ir slėgio P sandauga yra pastovi skaičius, ty PV = konstantas. Toks paprastas aritmetinis santykis galioja beveik visoms dujoms kambario temperatūroje ir esant slėgiui, lygiam ar mažesniam už vieną atmosferą. Vėlesnis darbas parodė, kad santykiai praranda savo pagrįstumą esant didesniam slėgiui, tačiau galima išvesti sudėtingesnes išraiškas, tiksliau atitinkančias eksperimentinius rezultatus. Tokių cheminių dėsningumų, dažnai vadinamų gamtos dėsniais, atradimas ir tyrimas yra fizinės chemijos srityje. Manoma, kad cheminių sistemų matematinio dėsningumo šaltinis didžiojoje XVIII a. Yra jėgų ir laukų, esančių aplink atomus, sudarančius cheminius elementus ir junginius, kontinuumas. Tačiau XX amžiaus pokyčiai parodė, kad cheminį elgesį geriausiai galima paaiškinti kvantiniu mechaniniu atominės ir molekulinės struktūros modeliu. Fizikinės chemijos šaka, kuri daugiausia skirta šiam dalykui, yra teorinė chemija. Teoriniai chemikai plačiai naudoja kompiuterius, kad padėtų jiems išspręsti sudėtingas matematines lygtis. Kitos fizinės chemijos šakos apima cheminę termodinamiką, kuri nagrinėja šilumos ir kitų cheminės energijos formų ryšį, ir cheminę kinetiką, kuria siekiama išmatuoti ir suprasti cheminių reakcijų greitį. Elektrochemija tiria elektros srovės ir cheminių pokyčių tarpusavio ryšius. Elektros srovės praleidimas per cheminį tirpalą sukelia sudedamųjų medžiagų pokyčius, kurie dažnai yra grįžtami, ty skirtingomis sąlygomis pačios pakitusios medžiagos sukels elektros srovę. Paprastose baterijose yra cheminių medžiagų, kurios, kontaktuodamos viena su kita, uždarant elektros grandinę, tiekia nuolatinę srovę tol, kol tos medžiagos bus sunaudotos. Šiuo metu labai domimasi įrenginiais, kurie saulės energiją gali panaudoti cheminėms reakcijoms sukelti, kurių produktai gali kaupti energiją. Tokių prietaisų atradimas leistų plačiau naudoti saulės energiją.
Fizikinėje chemijoje yra daug kitų disciplinų, kurios labiau susijusios su bendromis medžiagų savybėmis ir medžiagų sąveika, nei su pačiomis medžiagomis. Fotochemija yra specialybė, tirianti šviesos sąveiką su medžiaga. Cheminės reakcijos, kurias inicijuoja šviesos sugertis, gali labai skirtis nuo tų, kurios vyksta kitomis priemonėmis. Pavyzdžiui, vitaminas D susidaro žmogaus organizme, kai steroidas ergosterolis sugeria saulės spinduliuotę; ergosterolis tamsoje nekinta į vitaminą D.
Sparčiai besivystanti fizikinės chemijos subdisciplina yra paviršiaus chemija. Jis tiria cheminių paviršių savybes, ypač remdamasis instrumentais, galinčiais sudaryti tokių paviršių cheminį profilį. Kai kieta medžiaga yra veikiama skysčio ar dujų, kietosios medžiagos paviršiuje iš pradžių įvyksta reakcija, todėl jos savybės gali kardinaliai pasikeisti. Aliuminis yra pavyzdys: jis yra atsparus korozijai būtent todėl, kad gryno metalo paviršius reaguoja su deguonimi, sudarydamas aliuminio oksido sluoksnį, kuris apsaugo metalo vidų nuo tolesnio oksidacijos. Daugybė reakcijos katalizatorių atlieka savo funkciją pateikdami reaktyvųjį paviršių, ant kurio medžiagos gali reaguoti.
