Biokemija
Kako je razumijevanje nežive kemije raslo tijekom 19. stoljeća, pokušaji tumačenja fizioloških procesa živih organizama u smislu molekularne strukture i reaktivnosti stvorili su disciplinu biokemije. Biokemičari koriste tehnike i teorije kemije za ispitivanje molekularnih osnova života. Organizam se ispituje pod pretpostavkom da su njegovi fiziološki procesi posljedica mnogih tisuća kemijskih reakcija koje se odvijaju na visoko integriran način. Biokemičari su između ostalog utvrdili načela na kojima se temelji prijenos energije u stanicama, kemijska struktura staničnih membrana, kodiranje i prijenos nasljednih informacija, mišićne i živčane funkcije i biosintetski put. Zapravo, otkriveno je da povezane biomolekule imaju slične uloge u organizmima različitima kao bakterije i ljudi. Međutim, istraživanje biomolekula predstavlja mnogo poteškoća. Takve su molekule često vrlo velike i pokazuju veliku strukturnu složenost; štoviše, kemijske reakcije kroz koje prolaze obično su vrlo brze. Odvajanje dvaju lanaca DNA, na primjer, događa se u milijunskoj sekundi. Takve brze stope reakcije moguće su samo posredničkim djelovanjem biomolekula nazvanih enzimi. Enzimi su bjelančevine koje svojim izuzetnim sposobnostima za ubrzavanje brzine duguju svoju trodimenzionalnu kemijsku strukturu. Nije iznenađujuće da su biokemijska otkrića imala velik utjecaj na razumijevanje i liječenje bolesti. Mnoga oboljenja zbog urođenih pogrešaka metabolizma praćena su specifičnim genetskim oštećenjima. Ostale bolesti posljedica su poremećaja u normalnim biokemijskim putevima.
povijest tehnologije: Kemija
Spominje se doprinos Roberta Boylea u teoriji snage pare, ali je Boyle poznatiji kao "otac kemije,"
Često se simptomi mogu ublažiti lijekovima, a otkriće, način djelovanja i propadanje terapijskih sredstava drugo je od glavnih područja proučavanja u biokemiji. Bakterijske infekcije mogu se liječiti sulfonamidima, penicilinima i tetraciklinima, a istraživanje virusnih infekcija otkrilo je učinkovitost aciklovira protiv virusa herpesa. Mnogo je zanimanja za detalje karcinogeneze i kemoterapije raka. Poznato je, na primjer, da rak može rezultirati kada molekule koje uzrokuju rak, ili karcinogeni kako ih nazivaju, reagiraju s nukleinskim kiselinama i proteinima i ometaju njihove normalne načine djelovanja. Istraživači su razvili testove koji mogu identificirati molekule koje su vjerojatno kancerogene. Nadamo se, naravno, da će se napredak u prevenciji i liječenju raka ubrzati nakon što se u potpunosti shvati biokemijska osnova bolesti.
Molekularna osnova bioloških procesa bitno je obilježje brzo rastućih disciplina molekularne biologije i biotehnologije. Kemija je razvila metode za brzo i precizno određivanje strukture proteina i DNK. Pored toga, osmišljene su učinkovite laboratorijske metode za sintezu gena. Konačno, može doći do korekcije genetskih bolesti zamjenom defektnih gena s normalnim.
Polimerna kemija
Jednostavna tvar je plin etilen sastoji od molekula formule CH 2 CH 2. Pod određenim uvjetima, mnogi etilen molekule će se spojiti tako da tvore dugolančane zove polietilen, s formulom (CH 2 CH 2) n, gdje n je varijabla već veliki broj. Polietilen je čvrst i izdržljiv čvrsti materijal koji se poprilično razlikuje od etilena. To je primjer polimera, koji je velika molekula sastavljena od mnogo manjih molekula (monomera), obično povezanih linearno. Mnoge prirodne tvari, uključujući celulozu, škrob, pamuk, vunu, gumu, kožu, bjelančevine i DNK, su polimeri. Polietilen, najlon i akril primjeri su sintetskih polimera. Proučavanje takvih materijala nalazi se u domenu polimerne kemije, specijalnosti koja je procvjetala u 20. stoljeću. Istraživanje prirodnih polimera znatno se preklapa s biokemijom, ali sinteza novih polimera, istraživanje procesa polimerizacije i karakterizacija strukture i svojstava polimernih materijala predstavljaju jedinstvene probleme polimeričkih kemičara.
Polimerni kemičari dizajnirali su i sintetizirali polimere koji se razlikuju po tvrdoći, fleksibilnosti, temperaturi omekšavanja, topljivosti u vodi i biorazgradivosti. Proizveli su polimerne materijale koji su snažni poput čelika, ali lakši i otporniji na koroziju. Cjevovodi za naftu, prirodni plin i vodu danas se rutinski grade od plastičnih cijevi. Posljednjih godina proizvođači automobila povećali su upotrebu plastičnih komponenti za izradu lakših vozila koja troše manje goriva. Ostale industrije poput one koja se bavi proizvodnjom tekstila, gume, papira i ambalažnog materijala izgrađena su na polimernoj kemiji.
Osim proizvodnje novih vrsta polimernih materijala, istraživači se bave razvojem posebnih katalizatora koji su potrebni zbog industrijske sinteze komercijalnih polimera. Bez takvih katalizatora proces polimerizacije bio bi vrlo spor u određenim slučajevima.
Fizička kemija
Mnoge kemijske discipline, poput onih o kojima se već raspravljalo, usredotočene su na određene razrede materijala koji imaju zajedničke strukturne i kemijske značajke. Druge se specijalnosti mogu usredotočiti ne na klasu tvari, već na njihovu interakciju i transformaciju. Najstarije od ovih područja je fizička kemija kojom se nastoji izmjeriti, povezati i objasniti kvantitativne aspekte kemijskih procesa. Anglo-irski kemičar Robert Boyle, na primjer, otkrio je u 17. stoljeću da se na sobnoj temperaturi volumen fiksne količine plina smanjuje proporcionalno kako se pritisak na njega povećava. Stoga je za plin pri konstantnoj temperaturi proizvod njegovog volumena V i tlaka P jednak stalnom broju - tj. PV = konstanti. Takav jednostavan aritmetički odnos vrijedi za gotovo sve plinove pri sobnoj temperaturi i pri tlakovima jednakim ili manjim od jedne atmosfere. Daljnji rad pokazao je da odnos gubi važnost pri većim pritiscima, ali mogu se izvesti složeniji izrazi koji se točnije podudaraju s eksperimentalnim rezultatima. Otkrivanje i istraživanje takvih kemijskih zakonitosti, koje se često nazivaju prirodnim zakonima, nalazi se u području fizičke kemije. Velik dio 18. stoljeća pretpostavljalo se da je izvor matematičke pravilnosti u kemijskim sustavima kontinuitet sila i polja koja okružuju atome koji čine kemijske elemente i spojeve. Razvoja u 20. stoljeću, međutim, pokazala su da se kemijsko ponašanje najbolje interpretira kvantnim mehaničkim modelom atomske i molekularne strukture. Grana fizičke kemije koja se ovom temom uglavnom posvećuje je teorijska kemija. Teoretski kemičari široko koriste računala kako bi im pomogli riješiti složene matematičke jednadžbe. Ostale grane fizičke kemije uključuju kemijsku termodinamiku, koja se bavi odnosom topline i drugih oblika kemijske energije, i kemijskom kinetikom, koja nastoji izmjeriti i razumjeti stope kemijskih reakcija. Elektrokemija istražuje međusobnu povezanost električne struje i kemijskih promjena. Prolazak električne struje kroz kemijsku otopinu uzrokuje promjene u sastavnim tvarima koje su često reverzibilne - to jest, pod različitim uvjetima, promijenjene tvari same će proizvesti električnu struju. Uobičajene baterije sadrže kemijske tvari koje će se, kada se međusobno dodiruju zatvaranjem električnog kruga, dovoditi struja konstantnim naponom dok se tvari ne potroše. Trenutno postoji veliko zanimanje za uređaje koji energiju na suncu mogu koristiti za pokretanje kemijskih reakcija čiji proizvodi mogu pohraniti energiju. Otkrivanje takvih uređaja omogućilo bi široku upotrebu solarne energije.
Postoje mnoge druge discipline unutar fizičke kemije koje se više bave općim svojstvima tvari i interakcijama među tvarima nego samim tvarima. Fotokemija je specijalnost koja istražuje interakciju svjetlosti i materije. Kemijske reakcije pokrenute apsorpcijom svjetlosti mogu se vrlo razlikovati od onih koje se događaju drugim sredstvima. Na primjer, vitamin D nastaje u ljudskom tijelu kada steroidni ergosterol apsorbira sunčevo zračenje; ergosterol se u mraku ne mijenja na vitamin D.
Poddisciplina fizičke kemije koja se brzo razvija je površinska kemija. Ispituje svojstva kemijskih površina, u velikoj mjeri oslanjajući se na instrumente koji mogu pružiti kemijski profil takvih površina. Kad god je krutina izložena tekućini ili plinu, na površini krute tvari početno nastaje reakcija, a njezina se svojstva mogu dramatično promijeniti kao rezultat. Aluminij je točan slučaj: otporan je na koroziju upravo zbog toga što površina čistog metala reagira s kisikom i stvara sloj aluminij-oksida, koji služi za zaštitu unutrašnjosti metala od daljnje oksidacije. Brojni reakcijski katalizatori obavljaju svoju funkciju pružajući reaktivnu površinu na kojoj tvari mogu reagirati.
