Biokemija
Ker je v 19. stoletju raslo razumevanje nežive kemije, so poskusi razlage fizioloških procesov živih organizmov glede na molekularno strukturo in reaktivnost povzročili disciplino biokemije. Biokemičarji uporabljajo tehnike in teorije kemije za preizkušanje molekularne osnove življenja. Organizem se preiskuje ob predpostavki, da so njegovi fiziološki procesi posledica mnogih tisoč kemičnih reakcij, ki se odvijajo na zelo integriran način. Biokemičarji so med drugim vzpostavili načela, na katerih temelji prenos energije v celicah, kemijsko strukturo celičnih membran, kodiranje in prenos dednih informacij, delovanje mišic in živcev ter biosintetske poti. Pravzaprav je bilo ugotovljeno, da povezane biomolekule izpolnjujejo podobne vloge v organizmih, ki so drugačne kot bakterije in človeška bitja. Vendar preučevanje biomolekul predstavlja številne težave. Takšne molekule so pogosto zelo velike in kažejo veliko strukturno zapletenost; poleg tega so kemijske reakcije, ki jih doživljajo, ponavadi zelo hitre. Ločitev obeh niti DNK, na primer, se zgodi v milijonti sekunde. Tako hitre reakcijske hitrosti so možne le s posredniškim delovanjem biomolekul, imenovanih encimi. Encimi so beljakovine, ki svoje izjemne sposobnosti za pospeševanje hitrosti dolgujejo svoji tridimenzionalni kemični zgradbi. Ni presenetljivo, da so biokemična odkritja močno vplivala na razumevanje in zdravljenje bolezni. Številne tegobe zaradi prirojenih napak metabolizma so bile izsledjene do posebnih genetskih okvar. Druge bolezni so posledica motenj v normalnih biokemijskih poteh.
zgodovina tehnologije: kemija
Omenjen je prispevek Roberta Boyleja k teoriji moči pare, vendar je Boyle bolj prepoznan kot "oče kemije",
Pogosto lahko simptome omilimo z zdravili, odkritje, način delovanja in razkroj terapevtskih zdravil pa je še eno izmed glavnih področij študija v biokemiji. Bakterijske okužbe lahko zdravimo s sulfonamidi, penicilini in tetraciklini, raziskave virusnih okužb pa so pokazale učinkovitost aciklovirja proti virusu herpesa. Podrobnosti o karcinogenezi in kemoterapiji raka so trenutno zanimive. Znano je na primer, da lahko pride do raka, ko molekule, ki povzročajo raka, ali rakotvorne snovi, kot jih imenujemo, reagirajo z nukleinskimi kislinami in beljakovinami in motijo njihove običajne načine delovanja. Raziskovalci so razvili teste, s katerimi lahko prepoznajo molekule, ki bi lahko bile kancerogene. Seveda upamo, da se bo napredek pri preprečevanju in zdravljenju raka pospešil, ko bo bolj natančno razumljena biokemična osnova bolezni.
Molekularna osnova bioloških procesov je bistvena značilnost hitro rastočih disciplin molekularne biologije in biotehnologije. Kemija je razvila metode za hitro in natančno določanje strukture proteinov in DNK. Poleg tega so zasnovane učinkovite laboratorijske metode za sintezo genov. Na koncu lahko postane mogoče popraviti genetske bolezni z nadomeščanjem okvarjenih genov z običajnimi.
Polimerna kemija
Preprosta snov etilen je plin sestavljen iz molekul z formulo CH 2 CH 2. Pod določenimi pogoji bo veliko etilena molekule združijo, da tvorijo dolgo verigo imenovano polietilen, s formulo (CH 2 CH 2) n, kjer je n spremenljiv, vendar veliko število. Polietilen je trd, trpežen trden material, ki se precej razlikuje od etilena. Gre za primer polimera, ki je velika molekula, sestavljena iz številnih manjših molekul (monomerov), ki se običajno povezujejo linearno. Mnoge naravne snovi, vključno s celulozo, škrobom, bombažem, volno, gumo, usnjem, beljakovinami in DNK, so polimeri. Polietilen, najlon in akril so primeri sintetičnih polimerov. Študij takšnih materialov je v domeni polimerne kemije, posebnosti, ki je cvetela v 20. stoletju. Raziskovanje naravnih polimerov se močno prekriva z biokemijo, vendar sinteza novih polimerov, preučevanje procesov polimerizacije in karakterizacija strukture in lastnosti polimernih materialov predstavljajo edinstvene težave za polimerne kemike.
Polimerni kemiki so zasnovali in sintetizirali polimere, ki se razlikujejo po trdoti, prožnosti, temperaturi mehčanja, topnosti v vodi in biološki razgradljivosti. Izdelali so polimerne materiale, ki so močni kot jeklo, vendar lažji in odpornejši proti koroziji. Cevovodi za nafto, zemeljski plin in vodo so danes rutinsko zgrajeni iz plastičnih cevi. V zadnjih letih proizvajalci avtomobilov povečujejo uporabo plastičnih sestavnih delov za izdelavo lažjih vozil, ki porabijo manj goriva. Druge industrije, kot so tiste, ki se ukvarjajo s proizvodnjo tekstila, gume, papirja in embalažnih materialov, temeljijo na polimerni kemiji.
Raziskovalci se poleg proizvodnje novih vrst polimernih materialov ukvarjajo z razvojem posebnih katalizatorjev, ki jih zahteva obsežna industrijska sinteza komercialnih polimerov. Brez takšnih katalizatorjev bi bil postopek polimerizacije v nekaterih primerih zelo počasen.
Fizikalna kemija
Mnoge kemijske discipline, kot so že obravnavane, se osredotočajo na nekatere razrede materialov, ki imajo skupne strukturne in kemijske značilnosti. Druge posebnosti morda niso usmerjene v razred snovi, temveč na njihovo interakcijo in preobrazbe. Najstarejše od teh področij je fizikalna kemija, ki si prizadeva izmeriti, korelirati in razložiti kvantitativne vidike kemičnih procesov. Anglo-irski kemik Robert Boyle je na primer v 17. stoletju odkril, da se pri sobni temperaturi prostornina fiksne količine plina sorazmerno zmanjša, ko se pritisk nanj poveča. Tako je za plin pri konstantni temperaturi produkt njegove prostornine V in tlaka P enak konstantnemu številu - tj. PV = konstanta. Tako enostavno aritmetično razmerje velja za skoraj vse pline pri sobni temperaturi in pri tlakih, ki so enaki ali manjši od ene atmosfere. Naknadno delo je pokazalo, da razmerje izgubi svojo veljavnost pri višjih pritiskih, vendar je mogoče izpeljati bolj zapletene izraze, ki se natančneje ujemajo z eksperimentalnimi rezultati. Odkrivanje in raziskovanje takšnih kemijskih zakonitosti, ki jih pogosto imenujemo zakoni narave, je znotraj področja fizikalne kemije. Večji del 18. stoletja je domneval, da je izvor matematične pravilnosti v kemičnih sistemih kontinuiteta sil in polj, ki obdajajo atome, ki tvorijo kemične elemente in spojine. Razvoj dogodkov v 20. stoletju pa je pokazal, da se kemijsko vedenje najbolje razlaga s kvantno mehaničnim modelom atomske in molekularne strukture. Veja fizikalne kemije, ki je temu predmetu v veliki meri namenjena, je teoretska kemija. Teoretični kemiki veliko uporabljajo računalnike, da jim pomagajo rešiti zapletene matematične enačbe. Druge veje fizikalne kemije vključujejo kemijsko termodinamiko, ki obravnava razmerje med toploto in drugimi oblikami kemijske energije ter kemijsko kinetiko, ki si prizadeva za merjenje in razumevanje hitrosti kemičnih reakcij. Elektrokemija raziskuje medsebojno povezanost električnega toka in kemijske spremembe. Prehod električnega toka skozi kemično raztopino povzroči spremembe sestavnih snovi, ki so pogosto reverzibilne - tj. Pod različnimi pogoji spremenjene snovi same proizvajajo električni tok. Običajne baterije vsebujejo kemične snovi, ki med stikom med seboj z zapiranjem električnega tokokroga oddajajo tok s konstantno napetostjo, dokler snovi ne porabijo. Trenutno je veliko zanimanja za naprave, ki lahko energijo na sončni svetlobi uporabljajo za poganjanje kemičnih reakcij, katerih proizvodi lahko shranijo energijo. Odkritje takšnih naprav bi omogočilo široko uporabo sončne energije.
V fizikalni kemiji obstaja veliko drugih disciplin, ki se bolj ukvarjajo s splošnimi lastnostmi snovi in medsebojnimi vplivi med snovmi kot s snovmi. Fotokemija je posebnost, ki raziskuje interakcijo svetlobe s materijo. Kemične reakcije, ki jih sproži absorpcija svetlobe, so lahko zelo drugačne od tistih, ki se pojavljajo z drugimi sredstvi. Vitamin D na primer nastaja v človeškem telesu, ko steroidni ergosterol absorbira sončno sevanje; ergosterol se v temi ne spremeni v vitamin D.
Poddisciplina fizične kemije, ki se hitro razvija, je površinska kemija. Preučuje lastnosti kemičnih površin in se v veliki meri opira na instrumente, ki lahko zagotovijo kemijski profil takšnih površin. Kadar koli je trdno telo izpostavljeno tekočini ali plinu, se na površini trdne snovi najprej pojavi reakcija, zato se njene lastnosti lahko dramatično spremenijo. Primer: aluminij je odporen proti koroziji ravno zaradi tega, ker površina čiste kovine reagira s kisikom in tvori plast aluminijevega oksida, ki služi za zaščito notranjosti kovine pred nadaljnjo oksidacijo. Številni reakcijski katalizatorji opravljajo svojo funkcijo tako, da zagotavljajo reaktivno površino, na katero lahko snovi reagirajo.
