биохимия
Тъй като разбирането за неодушевената химия нараства през 19 век, опитите за интерпретация на физиологичните процеси на живите организми по отношение на молекулярната структура и реактивността пораждат дисциплината биохимия. Биохимиците използват техниките и теориите на химията, за да изследват молекулярната основа на живота. Организмът се изследва при условие, че неговите физиологични процеси са следствие от много хиляди химични реакции, протичащи по силно интегриран начин. Биохимиците са установили, наред с други неща, принципите, които са в основата на преноса на енергия в клетките, химическата структура на клетъчните мембрани, кодирането и предаването на наследствена информация, мускулната и нервната функция и биосинтетичните пътища. В действителност е установено, че свързани биомолекули изпълняват подобни роли в организми, различни от бактериите и хората. Проучването на биомолекулите обаче представлява много трудности. Такива молекули често са много големи и проявяват голяма структурна сложност; освен това химическите реакции, които претърпяват, обикновено са изключително бързи. Разделянето на двете нишки на ДНК, например, става на една милионна част от секундата. Такива бързи скорости на реакция са възможни само чрез посредническото действие на биомолекули, наречени ензими. Ензимите са протеини, които дължат своите забележителни способности за ускоряване на скоростта на своята триизмерна химическа структура. Не е изненадващо, че биохимичните открития оказаха голямо влияние върху разбирането и лечението на болестта. Много заболявания поради вродени грешки в метаболизма са проследени до специфични генетични дефекти. Други заболявания са резултат от нарушения в нормалните биохимични пътища.
история на технологиите: Химия
Споменава се приносът на Робърт Бойл към теорията за силата на парата, но Бойл е по-често признат за „бащата на химията“,
Често симптомите могат да бъдат облекчени чрез лекарства, а откриването, начинът на действие и разграждането на терапевтичните агенти е друга от основните области на изследване в биохимията. Бактериалните инфекции могат да бъдат лекувани със сулфонамиди, пеницилини и тетрациклини, а изследванията за вирусни инфекции разкриват ефективността на ацикловир срещу херпес вируса. Има много актуален интерес към детайлите на канцерогенезата и химиотерапията на рака. Известно е например, че ракът може да доведе, когато молекулите, причиняващи рак, или канцерогените, както се наричат, реагират с нуклеинови киселини и протеини и пречат на нормалните им начини на действие. Изследователите са разработили тестове, които могат да идентифицират молекули, които вероятно са канцерогенни. Надеждата, разбира се, е, че напредъкът в превенцията и лечението на рака ще се ускори, след като биохимичната основа на заболяването бъде по-пълно разбрана.
Молекулната основа на биологичните процеси е съществена характеристика на бързо развиващите се дисциплини на молекулярната биология и биотехнологиите. Химията е разработила методи за бързо и точно определяне на структурата на протеините и ДНК. Освен това се разработват ефективни лабораторни методи за синтез на гени. В крайна сметка може да стане възможно коригирането на генетичните заболявания чрез замяна на дефектни гени с нормални.
Полимерна химия
Прост етилен веществото е газ, съставен от молекули с формула СН 2 СН 2. При определени условия, много етилен молекули ще се обединят, за да образуват с дълга верига, наречен полиетилен, с формула (СН 2 СН 2) п, където п е променлива, но голям брой. Полиетиленът е труден и издръжлив твърд материал, доста различен от етилена. Това е пример за полимер, който представлява голяма молекула, съставена от много по-малки молекули (мономери), обикновено свързани по линеен начин. Много естествени вещества, включително целулоза, нишесте, памук, вълна, каучук, кожа, протеини и ДНК, са полимери. Полиетилен, найлон и акрил са примери за синтетични полимери. Изучаването на такива материали се намира в областта на полимерната химия, специалност, която процъфтява през 20 век. Изследването на естествените полимери се припокрива значително с биохимията, но синтезът на нови полимери, изследването на процесите на полимеризация и характеризирането на структурата и свойствата на полимерните материали представляват уникални проблеми за полимерните химици.
Полимерните химици са проектирали и синтезирали полимери, които се различават по твърдост, гъвкавост, температура на омекване, разтворимост във вода и биоразградимост. Те са произвели полимерни материали, които са толкова здрави, колкото стоманата, но по-леки и по-устойчиви на корозия. Сега тръбите за нефт, природен газ и вода рутинно се изграждат от пластмасови тръби. През последните години автомобилните производители увеличават употребата на пластмасови компоненти за изграждане на по-леки превозни средства, които консумират по-малко гориво. Други отрасли като тези, които участват в производството на текстил, каучук, хартия и опаковъчни материали са изградени върху полимерната химия.
Освен производството на нови видове полимерни материали, изследователите се занимават с разработването на специални катализатори, които се изискват от мащабния индустриален синтез на търговски полимери. Без такива катализатори процесът на полимеризация би бил много бавен в определени случаи.
Физическа химия
Много химически дисциплини, като тези, които вече са обсъдени, се фокусират върху определени класове материали, които споделят общи структурни и химични характеристики. Другите специалности могат да бъдат съсредоточени не върху клас вещества, а по-скоро върху техните взаимодействия и трансформации. Най-старото от тези области е физическата химия, която се стреми да измерва, корелира и обяснява количествените аспекти на химичните процеси. Англо-ирландският химик Робърт Бойл например открил през 17 век, че при стайна температура обемът на фиксирано количество газ намалява пропорционално с увеличаването на налягането върху него. По този начин за газ с постоянна температура произведението на неговия обем V и налягане P е равно на постоянно число - т.е. PV = константа. Такава аритметична връзка е валидна за почти всички газове при стайна температура и при налягане, равно или по-малко от една атмосфера. Следващата работа показа, че връзката губи своята валидност при по-високи налягания, но могат да се получат по-сложни изрази, които по-точно съответстват на експерименталните резултати. Откриването и изследването на такива химични закономерности, често наричани природни закони, се намират в сферата на физическата химия. През по-голямата част от 18 век източникът на математическата закономерност в химическите системи се приемаше като континуум от сили и полета, които обграждат атомите, образуващи химически елементи и съединения. Развитията през 20 век обаче показват, че химическото поведение се интерпретира най-добре чрез квантовомеханичен модел на атомна и молекулна структура. Клонът на физическата химия, който до голяма степен е посветен на тази тема, е теоретичната химия. Теоретичните химици използват широко компютри, за да им помогнат да решат сложни математически уравнения. Други клонове на физическата химия включват химическата термодинамика, която се занимава с връзката между топлината и други форми на химическата енергия и химическата кинетика, която се стреми да измери и разбере скоростта на химичните реакции. Електрохимията изследва взаимовръзката на електрическия ток и химическата промяна. Преминаването на електрически ток през химичен разтвор причинява промени в съставните вещества, които често са обратими - т.е. при различни условия променените вещества сами ще произвеждат електрически ток. Обикновените батерии съдържат химически вещества, които, когато се поставят в контакт помежду си чрез затваряне на електрическа верига, ще доставят ток при постоянно напрежение, докато веществата се консумират. Понастоящем има голям интерес към устройства, които могат да използват енергията на слънчева светлина, за да управляват химически реакции, чиито продукти са в състояние да съхраняват енергията. Откриването на такива устройства би направило възможно широкото използване на слънчевата енергия.
Има много други дисциплини във физическата химия, които се занимават повече с общите свойства на веществата и взаимодействията между веществата, отколкото със самите вещества. Фотохимията е специалност, която изследва взаимодействието на светлината с материята. Химичните реакции, инициирани от поглъщането на светлина, могат да бъдат много различни от тези, които протичат по друг начин. Витамин D например се образува в човешкото тяло, когато стероидният ергостерол абсорбира слънчевата радиация; ергостеролът не се променя на витамин D на тъмно.
Бързо развиващата се субдисциплина на физическата химия е повърхностната химия. Той изследва свойствата на химичните повърхности, разчитайки предимно на инструменти, които могат да осигурят химичен профил на такива повърхности. Всеки път, когато твърдото вещество е изложено на течност или газ, първоначално на повърхността на твърдото вещество възниква реакция и неговите свойства могат да се променят драстично в резултат. Алуминият е подходящ случай: той е устойчив на корозия именно защото повърхността на чистия метал реагира с кислород и образува слой от алуминиев оксид, който служи за защита на вътрешността на метала от по-нататъшно окисляване. Множество катализатори за реакция изпълняват своята функция, като осигуряват реактивна повърхност, върху която веществата могат да реагират.
