Biochimie
Pe măsură ce înțelegerea chimiei neînsuflețite a crescut în cursul secolului al XIX-lea, încercările de interpretare a proceselor fiziologice ale organismelor vii în termeni de structură moleculară și reactivitate au dat naștere disciplinei biochimiei. Biochimiștii folosesc tehnicile și teoriile chimiei pentru a examina baza moleculară a vieții. Un organism este investigat pe premisa că procesele sale fiziologice sunt consecința a multe mii de reacții chimice care au loc într-o manieră extrem de integrată. Biochimiștii au stabilit, printre altele, principiile care stau la baza transferului de energie în celule, structura chimică a membranelor celulare, codificarea și transmiterea informațiilor ereditare, funcția musculară și nervoasă și căile biosintetice. De fapt, s-a descoperit că biomoleculele înrudite îndeplinesc roluri similare în organisme la fel de diferite ca bacteriile și ființele umane. Studiul biomoleculelor prezintă însă multe dificultăți. Astfel de molecule sunt adesea foarte mari și prezintă o complexitate structurală mare; în plus, reacțiile chimice la care sunt supuse sunt de obicei extrem de rapide. Separarea celor două catene de ADN, de exemplu, are loc într-o milionime de secundă. Astfel de viteze rapide de reacție sunt posibile numai prin acțiunea intermediară a biomoleculelor numite enzime. Enzimele sunt proteine care își datorează abilitățile remarcabile de accelerare a vitezei structurii lor chimice tridimensionale. Nu este surprinzător că descoperirile biochimice au avut un impact mare asupra înțelegerii și tratamentului bolii. Multe afecțiuni datorate erorilor de metabolism înnăscute au fost depistate la defecte genetice specifice. Alte boli rezultă din perturbări ale căilor biochimice normale.
istoria tehnologiei: Chimie
A fost menționată contribuția lui Robert Boyle la teoria puterii cu aburi, dar Boyle este mai frecvent recunoscut drept „tatăl chimiei”
Frecvent, simptomele pot fi atenuate de medicamente, iar descoperirea, modul de acțiune și degradarea agenților terapeutici este un alt domeniu de studiu în biochimie. Infecțiile bacteriene pot fi tratate cu sulfonamide, peniciline și tetracicline, iar cercetările asupra infecțiilor virale au relevat eficacitatea aciclovirului împotriva virusului herpes. Există mult interes actual pentru detaliile carcinogenezei și chimioterapiei cancerului. Este cunoscut, de exemplu, că cancerul poate rezulta atunci când moleculele care provoacă cancer, sau cancerigene cum sunt numite, reacționează cu acizii nucleici și proteinele și interferează cu modurile lor normale de acțiune. Cercetătorii au dezvoltat teste care pot identifica molecule care pot fi cancerigene. Speranța, desigur, este că progresele în prevenirea și tratamentul cancerului se vor accelera odată ce baza biochimică a bolii va fi înțeleasă mai pe deplin.
Baza moleculară a proceselor biologice este o caracteristică esențială a disciplinelor în creștere rapidă a biologiei moleculare și biotehnologiei. Chimia a dezvoltat metode pentru determinarea rapidă și precisă a structurii proteinelor și ADN-ului. În plus, sunt concepute metode eficiente de laborator pentru sinteza genelor. În cele din urmă, corectarea bolilor genetice prin înlocuirea genelor defecte cu cele normale poate deveni posibilă.
Chimie polimerică
Simpla etilena substanță este un gaz compus din molecule cu formula CH 2 CH 2. În anumite condiții, multe molecule de etilenă se vor uni pentru a forma un lanț lung numit polietilenă, cu formula (CH 2 CH 2) n, unde n este o variabilă, dar număr mare. Polietilena este un material solid rezistent, cu totul diferit de etilenă. Este un exemplu de polimer, care este o moleculă mare alcătuită din multe molecule mai mici (monomeri), de obicei unite împreună. Multe substanțe naturale, inclusiv celuloză, amidon, bumbac, lână, cauciuc, piele, proteine și ADN, sunt polimeri. Polietilena, nailonul și acrilicele sunt exemple de polimeri sintetici. Studiul acestor materiale se încadrează în domeniul chimiei polimerilor, specialitate care a înflorit în secolul XX. Investigarea polimerilor naturali se suprapune considerabil cu biochimia, dar sinteza de noi polimeri, investigarea proceselor de polimerizare și caracterizarea structurii și proprietăților materialelor polimerice reprezintă toate probleme unice pentru chimiștii polimeri.
Chimiștii polimeri au conceput și sintetizat polimeri care variază în duritate, flexibilitate, temperatură de înmuiere, solubilitate în apă și biodegradabilitate. Au produs materiale polimerice la fel de puternice ca oțelul, dar mai ușoare și mai rezistente la coroziune. Conductele de petrol, gaze naturale și apă sunt acum obișnuit construite din conductă de plastic. În ultimii ani, producătorii auto și-au sporit utilizarea componentelor din plastic pentru a construi vehicule mai ușoare care consumă mai puțin combustibil. Alte industrii, cum ar fi cele implicate în fabricarea de textile, cauciuc, hârtie și materiale de ambalare sunt construite pe baza chimiei polimerului.
Pe lângă producerea de noi tipuri de materiale polimerice, cercetătorii sunt preocupați de dezvoltarea de catalizatori speciali care sunt solicitați de sinteza industrială pe scară largă a polimerilor comerciali. Fără astfel de catalizatori, procesul de polimerizare ar fi foarte lent în anumite cazuri.
Chimie Fizica
Multe discipline chimice, cum ar fi cele discutate deja, se concentrează asupra anumitor clase de materiale care împărtășesc caracteristici structurale și chimice comune. Alte specialități pot fi centrate nu pe o clasă de substanțe, ci mai degrabă pe interacțiunile și transformările lor. Cel mai vechi dintre aceste domenii este chimia fizică, care încearcă să măsoare, să coreleze și să explice aspectele cantitative ale proceselor chimice. Chimistul anglo-irlandez Robert Boyle, de exemplu, a descoperit în secolul al XVII-lea că la temperatura camerei volumul unei cantități fixe de gaz scade proporțional pe măsură ce presiunea asupra acestuia crește. Astfel, pentru un gaz la temperatură constantă, produsul volumului său V și al presiunii P este egal cu un număr constant - adică PV = constantă. O astfel de relație aritmetică simplă este valabilă pentru aproape toate gazele la temperatura camerei și la presiuni egale sau mai puțin de o atmosferă. Lucrările ulterioare au arătat că relația își pierde valabilitatea la presiuni mai mari, dar pot fi derivate expresii mai complicate care se potrivesc mai exact cu rezultatele experimentale. Descoperirea și investigarea unor astfel de regularități chimice, adesea numite legi ale naturii, se află pe tărâmul chimiei fizice. Pentru o mare parte din secolul XVIII, s-a presupus că sursa de regularitate matematică în sistemele chimice este continuul forțelor și câmpurilor care înconjoară atomii care alcătuiesc elemente chimice și compuși. Cu toate acestea, evoluțiile din secolul XX au arătat că comportamentul chimic este cel mai bine interpretat de un model mecanic cuantic de structură atomică și moleculară. Ramura chimiei fizice care este dedicată în mare măsură acestui subiect este chimia teoretică. Chimiștii teoretici utilizează pe scară largă calculatoarele pentru a-i ajuta să rezolve ecuațiile matematice complicate. Alte ramuri ale chimiei fizice includ termodinamica chimică, care se ocupă de relația dintre căldură și alte forme de energie chimică, și cinetica chimică, care încearcă să măsoare și să înțeleagă ratele reacțiilor chimice. Electrochimia investighează interrelația curentului electric și a schimbărilor chimice. Trecerea unui curent electric printr-o soluție chimică determină modificări ale substanțelor care sunt adesea reversibile - adică, în condiții diferite, substanțele modificate ele însele vor produce un curent electric. Bateriile obișnuite conțin substanțe chimice care, atunci când sunt în contact între ele prin închiderea unui circuit electric, vor furniza curent la o tensiune constantă până la consumarea substanțelor. În prezent, există mult interes pentru dispozitivele care pot folosi energia în lumina soarelui pentru a conduce reacții chimice ale căror produse sunt capabile să stocheze energia. Descoperirea unor astfel de dispozitive ar face posibilă utilizarea pe scară largă a energiei solare.
Există multe alte discipline din chimia fizică care se preocupă mai mult de proprietățile generale ale substanțelor și de interacțiunile dintre substanțe decât cu substanțele în sine. Fotochimia este o specialitate care investighează interacțiunea luminii cu materia. Reacțiile chimice inițiate de absorbția luminii pot fi foarte diferite de cele care apar prin alte mijloace. Vitamina D, de exemplu, se formează în corpul uman atunci când ergosterolul steroid absoarbe radiațiile solare; ergosterolul nu se schimbă la vitamina D la întuneric.
O subdisciplină în dezvoltare rapidă a chimiei fizice este chimia de suprafață. Acesta examinează proprietățile suprafețelor chimice, bazându-se puternic pe instrumente care pot oferi un profil chimic al acestor suprafețe. Ori de câte ori un solid este expus la un lichid sau un gaz, o reacție apare inițial pe suprafața solidului, iar proprietățile sale se pot schimba dramatic. Aluminiul este un caz concret: este rezistent la coroziune tocmai pentru că suprafața metalului pur reacționează cu oxigenul pentru a forma un strat de oxid de aluminiu, care servește pentru a proteja interiorul metalului de oxidarea ulterioară. Numeroși catalizatori de reacție își îndeplinesc funcția oferind o suprafață reactivă pe care substanțele pot reacționa.
