biochémie
Pretože v 19. storočí narastalo chápanie neživej chémie, pokusy interpretovať fyziologické procesy živých organizmov z hľadiska molekulárnej štruktúry a reaktivity viedli k disciplíne biochémie. Biochemici využívajú techniky a teórie chémie na testovanie molekulárnej základne života. Organizmus sa vyšetruje na základe predpokladu, že jeho fyziologické procesy sú dôsledkom mnohých tisícov chemických reakcií, ktoré sa vyskytujú vysoko integrovaným spôsobom. Biochemici okrem iného stanovili zásady, ktoré sú základom prenosu energie v bunkách, chemickej štruktúry bunkových membrán, kódovania a prenosu dedičných informácií, svalovej a nervovej funkcie a biosyntetických dráh. V skutočnosti sa zistilo, že príbuzné biomolekuly plnia podobné úlohy v organizmoch, aké sa líšia od baktérií a ľudí. Štúdium biomolekúl však predstavuje veľa ťažkostí. Takéto molekuly sú často veľmi veľké a vykazujú veľkú štrukturálnu zložitosť; navyše chemické reakcie, ktoré prechádzajú, sú zvyčajne mimoriadne rýchle. Napríklad oddelenie dvoch reťazcov DNA nastáva za milióntinu sekundy. Takéto rýchle rýchlosti reakcie sú možné iba prostredníctvom sprostredkovania biomolekúl nazývaných enzýmy. Enzýmy sú proteíny, ktoré vďačia za svoje pozoruhodné schopnosti urýchľovať rýchlosť svojej trojrozmernej chemickej štruktúre. Nie je divu, že biochemické objavy mali veľký vplyv na pochopenie a liečenie choroby. Mnohé choroby v dôsledku vrodených chýb metabolizmu boli sledované špecifickými genetickými poruchami. Iné choroby sú dôsledkom narušenia normálnych biochemických dráh.
história technológie: chémia
Bol spomenutý príspevok Roberta Boyla k teórii parnej energie, ale Boyle je častejšie uznávaný ako „otec chémie“.
Lieky môžu často zmierniť príznaky a objav, spôsob pôsobenia a degradácia terapeutických činidiel je ďalšou z hlavných oblastí štúdia biochémie. Bakteriálne infekcie sa môžu liečiť sulfonamidmi, penicilínmi a tetracyklínmi a výskum vírusových infekcií odhalil účinnosť acykloviru proti herpes vírusu. V súčasnosti existuje veľký záujem o podrobnosti o karcinogenéze a chemoterapii rakoviny. Napríklad je známe, že rakovina môže viesť k tomu, keď molekuly spôsobujúce rakovinu alebo karcinogény, keď sa nazývajú, reagujú s nukleovými kyselinami a proteínmi a interferujú s ich normálnymi spôsobmi pôsobenia. Vedci vyvinuli testy, ktoré dokážu identifikovať molekuly, ktoré môžu byť karcinogénne. Dúfam, samozrejme, že pokrok v prevencii a liečbe rakoviny sa urýchli, keď bude biochemická podstata choroby lepšie pochopená.
Molekulárny základ biologických procesov je podstatnou črtou rýchlo rastúcich disciplín molekulárnej biológie a biotechnológie. Chémia vyvinula metódy na rýchle a presné stanovenie štruktúry proteínov a DNA. Ďalej sa navrhujú účinné laboratórne metódy na syntézu génov. Nakoniec môže byť možná korekcia genetických chorôb nahradením defektných génov normálnymi génmi.
Chémia polymérov
Jednoduchá látka etylénu je plyn zložený z molekúl vzorca CH 2 CH 2. Za určitých podmienok, sa mnoho molekúl etylén spoločne tvoria dlhý reťazec s názvom polyetylén, so vzorcom (CH 2 CH 2) n, pričom n je premenná, ale veľké množstvo. Polyetylén je pevný, odolný materiál, ktorý sa úplne líši od etylénu. Je to príklad polyméru, čo je veľká molekula vytvorená z mnohých menších molekúl (monomérov), obvykle spolu spojených lineárnym spôsobom. Mnoho prírodných látok, vrátane celulózy, škrobu, bavlny, vlny, gumy, kože, bielkovín a DNA, sú polyméry. Príkladmi syntetických polymérov sú polyetylén, nylon a akryláty. Štúdium takýchto materiálov spadá do oblasti chémie polymérov, špeciality, ktorá prekvitala v 20. storočí. Výskum prírodných polymérov sa značne prekrýva s biochémiou, ale syntéza nových polymérov, skúmanie polymerizačných procesov a charakterizácia štruktúry a vlastností polymérnych materiálov sú pre chemikov polymérov jedinečnými problémami.
Polymérni chemici navrhli a syntetizovali polyméry, ktoré sa líšia v tvrdosti, flexibilite, teplote mäknutia, rozpustnosti vo vode a biologickej odbúrateľnosti. Vyrábajú polymérne materiály, ktoré sú rovnako silné ako oceľ, ale ľahšie a odolnejšie proti korózii. Potrubia na prepravu ropy, zemného plynu a vody sú dnes bežne vyrobené z plastových potrubí. V posledných rokoch výrobcovia automobilov častejšie využívali plastové komponenty na výrobu ľahších vozidiel, ktoré spotrebúvajú menej paliva. Iné priemyselné odvetvia, ako napríklad tie, ktoré sa zaoberajú výrobou textilu, gumy, papiera a obalových materiálov, sú postavené na polymérnej chémii.
Vedci sa okrem výroby nových druhov polymérnych materiálov zaoberajú vývojom špeciálnych katalyzátorov, ktoré sú potrebné pri priemyselnej syntéze komerčných polymérov vo veľkom meradle. Bez takýchto katalyzátorov by bol polymerizačný proces v niektorých prípadoch veľmi pomalý.
Fyzikálna chémia
Mnoho chemických disciplín, ako napríklad tie, ktoré už boli prediskutované, sa zameriava na určité triedy materiálov, ktoré majú spoločné štruktúrne a chemické vlastnosti. Iné špeciality sa nemusia sústreďovať na triedu látok, ale skôr na ich interakcie a premeny. Najstaršou z týchto oblastí je fyzikálna chémia, ktorá sa snaží merať, korelovať a vysvetľovať kvantitatívne aspekty chemických procesov. Anglo-írsky chemik Robert Boyle napríklad v 17. storočí objavil, že pri izbovej teplote sa objem stáleho množstva plynu úmerne znižuje so zvyšujúcim sa tlakom. Teda pre plyn pri konštantnej teplote sa produkt jeho objemu V a tlaku P rovná konštantnému číslu - tj PV = konštantná. Takýto jednoduchý aritmetický vzťah platí pre takmer všetky plyny pri izbovej teplote a pri tlakoch rovných alebo menších ako jedna atmosféra. Následná práca ukázala, že vzťah stráca svoju platnosť pri vyšších tlakoch, ale je možné odvodiť zložitejšie výrazy, ktoré presnejšie zodpovedajú experimentálnym výsledkom. Objav a skúmanie takýchto chemických zákonitostí, často nazývaných prírodné zákony, leží vo sfére fyzikálnej chémie. Po väčšinu 18. storočia sa za zdroj matematickej pravidelnosti v chemických systémoch považovalo kontinuum síl a polí, ktoré obklopujú atómy tvoriace chemické prvky a zlúčeniny. Vývoj v 20. storočí však ukázal, že chemické správanie sa najlepšie interpretuje pomocou kvantového mechanického modelu atómovej a molekulárnej štruktúry. Odvetvie fyzikálnej chémie, ktoré je prevažne venované tomuto predmetu, je teoretická chémia. Teoretickí chemici vo veľkej miere využívajú počítače, aby im pomohli vyriešiť zložité matematické rovnice. Medzi ďalšie odvetvia fyzikálnej chémie patrí chemická termodynamika, ktorá sa zaoberá vzťahom medzi teplom a inými formami chemickej energie a chemická kinetika, ktorá sa snaží zmerať a porozumieť rýchlosti chemických reakcií. Elektrochémia skúma vzájomné vzťahy elektrického prúdu a chemických zmien. Prechod elektrického prúdu chemickým roztokom spôsobuje zmeny v podstatných látkach, ktoré sú často reverzibilné - tj za rôznych podmienok samotné zmenené látky vydávajú elektrický prúd. Bežné batérie obsahujú chemické látky, ktoré pri kontakte so sebou uzatvorením elektrického obvodu dodávajú prúd pri konštantnom napätí, kým sa tieto látky nespotrebujú. V súčasnosti existuje veľký záujem o zariadenia, ktoré môžu využívať energiu na slnečnom žiarení na riadenie chemických reakcií, ktorých produkty sú schopné akumulovať energiu. Objav takýchto zariadení by umožnil široké využitie slnečnej energie.
Vo fyzickej chémii existuje mnoho ďalších disciplín, ktoré sa viac zaoberajú všeobecnými vlastnosťami látok a interakciami medzi látkami ako samotnými látkami. Fotochémia je špecialita, ktorá skúma interakciu svetla s hmotou. Chemické reakcie iniciované absorpciou svetla sa môžu veľmi líšiť od reakcií, ku ktorým dochádza inými spôsobmi. Napríklad vitamín D sa vytvára v ľudskom tele, keď steroidný ergosterol absorbuje slnečné žiarenie; ergosterol sa v tme nemení na vitamín D.
Rýchlo sa rozvíjajúcou subdisciplínou fyzikálnej chémie je povrchová chémia. Skúma vlastnosti chemických povrchov a spolieha sa vo veľkej miere na prístroje, ktoré môžu poskytnúť chemický profil takýchto povrchov. Vždy, keď je pevná látka vystavená kvapaline alebo plynu, na začiatku tuhej látky dôjde k reakcii a jej vlastnosti sa môžu dramaticky zmeniť. Hliník je príkladom: je odolný proti korózii práve preto, že povrch čistého kovu reaguje s kyslíkom a vytvára vrstvu oxidu hlinitého, ktorá slúži na ochranu vnútra kovu pred ďalšou oxidáciou. Početné reakčné katalyzátory vykonávajú svoju funkciu tým, že poskytujú reaktívny povrch, na ktorý môžu látky reagovať.
