Kemi

Biokemi

Da forståelsen af ​​livløse kemi voksede i løbet af det 19. århundrede, forsøgte at fortolke de fysiologiske processer af levende organismer med hensyn til molekylstruktur og reaktivitet anledning til disciplinen i biokemi. Biokemikere anvender teknikker og teorier inden for kemi for at undersøge det molekylære livsgrundlag. En organisme undersøges under forudsætning af, at dens fysiologiske processer er konsekvensen af ​​mange tusinder af kemiske reaktioner, der forekommer på en meget integreret måde. Biokemikere har blandt andet fastlagt de principper, der ligger til grund for energioverførsel i celler, den kemiske struktur af cellemembraner, kodning og transmission af arvelig information, muskel- og nervefunktion og biosyntetiske veje. Faktisk har beslægtede biomolekyler vist sig at udføre lignende roller i organismer, der er forskellige fra bakterier og mennesker. Undersøgelsen af ​​biomolekyler giver imidlertid mange vanskeligheder. Sådanne molekyler er ofte meget store og udviser stor strukturel kompleksitet; desuden er de kemiske reaktioner, de gennemgår, normalt meget hurtige. Adskillelsen af ​​de to DNA-strenge for eksempel sker i en milliondel af et sekund. Sådanne hurtige reaktionshastigheder er kun mulige gennem den mellemliggende virkning af biomolekyler kaldet enzymer. Enzymer er proteiner, der skylder deres bemærkelsesværdige hastighedsaccelererende evner til deres tredimensionelle kemiske struktur. Ikke overraskende har biokemiske opdagelser haft en stor indflydelse på forståelsen og behandlingen af ​​sygdom. Mange sygdomme på grund af medfødte metabolismefejl er sporet til specifikke genetiske defekter. Andre sygdomme skyldes forstyrrelser i normale biokemiske veje.

teknologiens historie: Kemi

Robert Boyle's bidrag til teorien om dampkraft er blevet nævnt, men Boyle er mere almindeligt anerkendt som "kemiens far"

Ofte kan symptomer lindres af medikamenter, og opdagelsen, virkningsmåden og nedbrydning af terapeutiske midler er et andet af de vigtigste studierektorer inden for biokemi. Bakterielle infektioner kan behandles med sulfonamider, penicilliner og tetracycliner, og forskning i virale infektioner har afsløret effektiviteten af ​​acyclovir mod herpesvirus. Der er meget aktuel interesse i detaljerne om kræftfremkaldelse og kræftkemoterapi. Det er for eksempel kendt, at kræft kan resultere, når kræftfremkaldende molekyler eller kræftfremkaldende stoffer, som de kaldes, reagerer med nukleinsyrer og proteiner og interfererer med deres normale virkningsmåde. Forskere har udviklet tests, der kan identificere molekyler, der sandsynligvis er kræftfremkaldende. Håbet er naturligvis, at fremskridt med forebyggelse og behandling af kræft vil accelerere, når det biokemiske grundlag for sygdommen er mere forstået.

Det molekylære grundlag for biologiske processer er et væsentligt træk i de hurtigt voksende discipliner inden for molekylærbiologi og bioteknologi. Kemi har udviklet metoder til hurtigt og nøjagtigt at bestemme strukturen af ​​proteiner og DNA. Derudover udvikles effektive laboratoriemetoder til syntese af gener. I sidste ende kan korrektion af genetiske sygdomme ved udskiftning af defekte gener med normale dem blive mulig.

Polymerkemi

Den enkle stof ethylen er en gas sammensat af molekyler med formlen CH ₂ CH ₂. Under visse betingelser, vil mange ethylenmolekyler sammenføjes for at danne en langkædet kaldet polyethylen, med formlen (CH ₂ CH ₂) _n, hvor n er en variabel, men stort antal. Polyethylen er et hårdt, holdbart fast stof, der er helt anderledes end ethylen. Det er et eksempel på en polymer, der er et stort molekyle, der består af mange mindre molekyler (monomerer), som normalt forbindes lineært. Mange naturligt forekommende stoffer, inklusive cellulose, stivelse, bomuld, uld, gummi, læder, proteiner og DNA, er polymerer. Polyethylen, nylon og acryl er eksempler på syntetiske polymerer. Undersøgelsen af ​​sådanne materialer ligger inden for domænet af polymerkemi, en specialitet, der har blomstret i det 20. århundrede. Undersøgelsen af ​​naturlige polymerer overlapper markant med biokemi, men syntesen af ​​nye polymerer, undersøgelsen af ​​polymerisationsprocesser og karakteriseringen af ​​strukturen og egenskaberne for polymere materialer udgør alle unikke problemer for polymerkemikere.

Polymerkemikere har designet og syntetiserede polymerer, der varierer i hårdhed, fleksibilitet, blødgøringstemperatur, opløselighed i vand og bionedbrydelighed. De har produceret polymere materialer, der er lige så stærke som stål, men alligevel lettere og mere resistente mod korrosion. Olier, naturgas og vandledninger er nu rutinemæssigt konstrueret af plastrør. I de senere år har bilproducenter øget deres brug af plastkomponenter til at bygge lettere køretøjer, der bruger mindre brændstof. Andre industrier såsom dem, der er involveret i fremstilling af tekstiler, gummi, papir og emballagematerialer er bygget på polymerkemi.

Udover at producere nye former for polymere materialer, er forskere optaget af at udvikle specielle katalysatorer, der kræves af den store industrielle syntese af kommercielle polymerer. Uden sådanne katalysatorer ville polymerisationsprocessen være meget langsom i visse tilfælde.

Fysisk kemi

Mange kemiske discipliner, såsom dem, der allerede er diskuteret, fokuserer på visse materialeklasser, der har fælles strukturelle og kemiske egenskaber. Andre specialiteter kan være centreret ikke om en klasse af stoffer, men snarere på deres interaktion og transformationer. Den ældste af disse felter er fysisk kemi, der søger at måle, korrelere og forklare de kvantitative aspekter af kemiske processer. Den anglo-irske kemiker Robert Boyle opdagede for eksempel i det 17. århundrede, at ved stuetemperatur falder volumen af ​​en fast mængde gas proportionalt, når trykket på den øges. For en gas ved konstant temperatur er produktet med dens volumen V og tryk P således et konstant tal - dvs. PV = konstant. Et sådant simpelt aritmetisk forhold er gyldigt for næsten alle gasser ved stuetemperatur og ved tryk, der er lig med eller mindre end en atmosfære. Efterfølgende arbejde har vist, at forholdet mister sin gyldighed ved højere tryk, men mere komplicerede udtryk, der mere nøjagtigt matcher eksperimentelle resultater, kan udledes. Opdagelsen og undersøgelsen af ​​sådanne kemiske regelmæssigheder, ofte kaldet naturlove, ligger inden for fysisk kemi. I store dele af 1700-tallet antages kilden til matematisk regelmæssighed i kemiske systemer at være kontinuummet af kræfter og felter, der omgiver atomerne, der udgør kemiske elementer og forbindelser. Udviklingen i det 20. århundrede har imidlertid vist, at kemisk opførsel bedst tolkes af en kvantemekanisk model for atom- og molekylstruktur. Den gren af ​​fysisk kemi, der stort set er afsat til dette emne, er teoretisk kemi. Teoretiske kemikere bruger omfattende computere til at hjælpe dem med at løse komplicerede matematiske ligninger. Andre grene af fysisk kemi inkluderer kemisk termodynamik, der beskæftiger sig med forholdet mellem varme og andre former for kemisk energi, og kemisk kinetik, der søger at måle og forstå hastigheden af ​​kemiske reaktioner. Elektrokemi undersøger sammenhængen mellem elektrisk strøm og kemisk ændring. Overførsel af en elektrisk strøm gennem en kemisk opløsning medfører ændringer i de indholdsstoffer, der ofte er reversible - dvs. under forskellige forhold vil de ændrede stoffer i sig selv give en elektrisk strøm. Almindelige batterier indeholder kemiske stoffer, der, når de anbringes i kontakt med hinanden ved at lukke et elektrisk kredsløb, vil levere strøm ved en konstant spænding, indtil stofferne er forbrugt. På nuværende tidspunkt er der stor interesse for enheder, der kan bruge energien i sollys til at drive kemiske reaktioner, hvis produkter er i stand til at lagre energien. Opdagelsen af ​​sådanne apparater ville muliggøre den udbredte anvendelse af solenergi.

Der er mange andre discipliner inden for fysisk kemi, der beskæftiger sig mere med stoffernes generelle egenskaber og samspillet mellem stoffer end med stofferne i sig selv. Fotokemi er en specialitet, der undersøger interaktion mellem lys og stof. Kemiske reaktioner, der er initieret ved absorption af lys, kan være meget forskellige fra dem, der opstår på anden måde. F.eks. Dannes vitamin i den menneskelige krop, når steroid ergosterol absorberer solstråling; ergosterol skifter ikke til D-vitamin i mørke.

En hurtigt udviklende underdisciplin for fysisk kemi er overfladekemi. Den undersøger egenskaberne ved kemiske overflader og bygger stærkt på instrumenter, der kan give en kemisk profil af sådanne overflader. Hver gang et fast stof udsættes for en væske eller en gas, opstår der først en reaktion på overfladen af ​​det faste stof, og dets egenskaber kan ændre sig dramatisk som et resultat. Aluminium er et eksempel: det er resistent over for korrosion, netop fordi overfladen af ​​det rene metal reagerer med ilt og danner et lag aluminiumoxid, der tjener til at beskytte det indre af metallet mod yderligere oxidation. Talrige reaktionskatalysatorer udfører deres funktion ved at tilvejebringe en reaktiv overflade, på hvilke stoffer kan reagere.