Biokimia
Ketika pemahaman tentang kimia mati tumbuh pada abad ke-19, usaha untuk menafsirkan proses fisiologi organisma hidup dari segi struktur molekul dan kereaktifan menimbulkan disiplin biokimia. Ahli biokimia menggunakan teknik dan teori kimia untuk mengkaji asas molekul kehidupan. Organisme disiasat di premis bahawa proses fisiologinya adalah akibat ribuan reaksi kimia yang berlaku secara bersepadu. Ahli biokimia telah menetapkan, antara lain, prinsip-prinsip yang mendasari pemindahan tenaga dalam sel, struktur kimia membran sel, pengekodan dan penghantaran maklumat keturunan, fungsi otot dan saraf, dan jalur biosintetik. Sebenarnya, biomolekul yang berkaitan didapati memenuhi peranan yang serupa dalam organisma yang berbeza dengan bakteria dan manusia. Walau bagaimanapun, kajian mengenai biomolekul memberikan banyak kesukaran. Molekul seperti itu selalunya sangat besar dan menunjukkan kerumitan struktur yang besar; lebih-lebih lagi, reaksi kimia yang mereka lalui biasanya sangat cepat. Pemisahan dua helai DNA, misalnya, berlaku dalam sepersejuta detik. Kadar tindak balas yang cepat itu hanya dapat dilakukan melalui tindakan perantaraan biomolekul yang disebut enzim. Enzim adalah protein yang mempunyai kemampuan mempercepat kadarnya yang luar biasa pada struktur kimia tiga dimensi mereka. Tidak mengejutkan, penemuan biokimia memberi kesan besar terhadap pemahaman dan rawatan penyakit. Banyak penyakit disebabkan oleh kesalahan metabolisme bawaan telah ditelusuri oleh kecacatan genetik tertentu. Penyakit lain berpunca daripada gangguan pada laluan biokimia normal.
sejarah teknologi: Kimia
Sumbangan Robert Boyle terhadap teori tenaga wap telah disebutkan, tetapi Boyle lebih dikenali sebagai "bapa kimia,"
Sering kali, gejala dapat diatasi dengan ubat-ubatan, dan penemuan, cara tindakan, dan penurunan agen terapeutik adalah salah satu bidang kajian utama dalam biokimia. Jangkitan bakteria dapat diatasi dengan sulfonamida, penisilin, dan tetrasiklin, dan penyelidikan terhadap jangkitan virus telah menunjukkan keberkesanan asiklovir terhadap virus herpes. Terdapat banyak minat semasa dalam perincian karsinogenesis dan kemoterapi kanser. Diketahui, misalnya, bahawa barah boleh terjadi ketika molekul penyebab barah, atau karsinogen seperti yang disebut, bertindak balas dengan asid nukleik dan protein dan mengganggu cara tindakan normal mereka. Penyelidik telah membuat ujian yang dapat mengenal pasti molekul yang mungkin bersifat karsinogenik. Harapannya, tentu saja, kemajuan dalam pencegahan dan rawatan barah akan dipercepat apabila asas biokimia penyakit ini dapat difahami sepenuhnya.
Asas molekul proses biologi adalah ciri penting dari disiplin biologi molekul dan bioteknologi yang berkembang pesat. Kimia telah mengembangkan kaedah untuk menentukan struktur protein dan DNA dengan cepat dan tepat. Di samping itu, kaedah makmal yang cekap untuk sintesis gen sedang dirancang. Akhirnya, pembetulan penyakit genetik dengan penggantian gen yang cacat dengan yang normal mungkin menjadi mungkin.
Kimia polimer
Bahan etilena ringkas adalah gas yang terdiri daripada molekul dengan formula CH 2 CH 2. Dalam keadaan tertentu, banyak molekul etilena akan bergabung bersama untuk membentuk rantai panjang yang dipanggil polietilena, dengan formula (CH 2 CH 2) n, di mana n adalah bilangan berubah tetapi besar. Polietilena adalah bahan pepejal yang tahan lama dan agak berbeza dengan etilena. Ini adalah contoh polimer, yang merupakan molekul besar yang terdiri daripada banyak molekul yang lebih kecil (monomer), biasanya bergabung bersama secara linear. Banyak bahan yang berlaku secara semula jadi, termasuk selulosa, pati, kapas, bulu, getah, kulit, protein, dan DNA, adalah polimer. Polietilena, nilon, dan akrilik adalah contoh polimer sintetik. Kajian mengenai bahan-bahan tersebut terletak dalam bidang kimia polimer, suatu keistimewaan yang berkembang pada abad ke-20. Penyelidikan polimer semula jadi tumpang tindih dengan biokimia, tetapi sintesis polimer baru, penyelidikan proses pempolimeran, dan pencirian struktur dan sifat bahan polimer semuanya menimbulkan masalah unik bagi ahli kimia polimer.
Ahli kimia polimer telah merancang dan mensintesis polimer yang berbeza-beza dalam kekerasan, kelenturan, suhu pelunakan, kelarutan dalam air, dan kebolehbiodegradasian Mereka telah menghasilkan bahan polimer yang sekuat keluli namun lebih ringan dan lebih tahan terhadap kakisan. Saluran minyak, gas asli, dan air sekarang secara rutin dibina dari paip plastik. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pembuat kenderaan telah meningkatkan penggunaan komponen plastik untuk membina kenderaan yang lebih ringan yang menggunakan lebih sedikit bahan bakar. Industri lain seperti yang terlibat dalam pembuatan tekstil, getah, kertas, dan bahan pembungkusan dibina berdasarkan kimia polimer.
Selain menghasilkan jenis bahan polimer baru, para penyelidik juga berminat untuk mengembangkan pemangkin khas yang diperlukan oleh sintesis industri polimer komersial berskala besar. Tanpa pemangkin seperti itu, proses pempolimeran akan sangat lambat dalam kes-kes tertentu.
Kimia fizikal
Banyak disiplin kimia, seperti yang telah dibincangkan, memberi tumpuan kepada kelas bahan tertentu yang mempunyai ciri struktur dan kimia yang sama. Keistimewaan lain mungkin tidak berpusat pada kelas bahan tetapi pada interaksi dan transformasinya. Yang paling tua dari bidang ini adalah kimia fizikal, yang bertujuan untuk mengukur, berkorelasi, dan menjelaskan aspek kuantitatif proses kimia. Ahli kimia Anglo-Ireland, Robert Boyle, misalnya, mendapati pada abad ke-17 bahawa pada suhu bilik, jumlah kuantiti gas tetap menurun secara berkadar ketika tekanan ke atasnya meningkat. Oleh itu, untuk gas pada suhu malar, produk isipadu V dan tekanan Pnya sama dengan nombor tetap - iaitu, PV = pemalar. Hubungan aritmetik yang sederhana ini berlaku untuk hampir semua gas pada suhu bilik dan pada tekanan yang sama dengan atau kurang dari satu atmosfera. Hasil kerja selanjutnya menunjukkan bahawa hubungan kehilangan kesahihannya pada tekanan yang lebih tinggi, tetapi ungkapan yang lebih rumit yang lebih tepat sesuai dengan hasil eksperimen dapat diperoleh. Penemuan dan penyiasatan keteraturan kimia seperti itu, yang sering disebut undang-undang alam, terletak dalam bidang kimia fizikal. Selama hampir abad ke-18, sumber keteraturan matematik dalam sistem kimia dianggap sebagai kesinambungan daya dan medan yang mengelilingi atom yang membentuk unsur kimia dan sebatian. Perkembangan pada abad ke-20, bagaimanapun, menunjukkan bahawa tingkah laku kimia ditafsirkan paling baik oleh model mekanik kuantum struktur atom dan molekul. Cabang kimia fizikal yang sebahagian besarnya dikhaskan untuk subjek ini adalah kimia teori. Ahli kimia teori menggunakan komputer secara meluas untuk membantu mereka menyelesaikan persamaan matematik yang rumit. Cabang kimia fizikal yang lain merangkumi termodinamik kimia, yang berkaitan dengan hubungan antara haba dan bentuk tenaga kimia lain, dan kinetik kimia, yang bertujuan untuk mengukur dan memahami kadar tindak balas kimia. Elektrokimia menyiasat hubungan arus elektrik dan perubahan kimia. Peralihan arus elektrik melalui larutan kimia menyebabkan perubahan zat penyusun yang sering terbalik - iaitu, dalam keadaan yang berbeza, bahan yang diubah itu sendiri akan menghasilkan arus elektrik. Bateri biasa mengandungi bahan kimia yang, apabila bersentuhan satu sama lain dengan menutup litar elektrik, akan mengalirkan arus pada voltan tetap sehingga bahan habis. Pada masa ini terdapat banyak minat pada peranti yang dapat menggunakan tenaga di bawah sinar matahari untuk mendorong reaksi kimia yang produknya mampu menyimpan tenaga. Penemuan peranti sedemikian memungkinkan penggunaan tenaga suria secara meluas.
Terdapat banyak disiplin lain dalam kimia fizikal yang lebih mementingkan sifat umum bahan dan interaksi antara bahan berbanding dengan bahan itu sendiri. Photochemistry adalah kepakaran yang menyelidiki interaksi cahaya dengan jirim. Reaksi kimia yang dimulakan oleh penyerapan cahaya boleh sangat berbeza dengan reaksi yang berlaku dengan cara lain. Vitamin D, misalnya, terbentuk di dalam tubuh manusia apabila steroid ergosterol menyerap sinaran matahari; ergosterol tidak berubah menjadi vitamin D dalam kegelapan.
Subdisiplin kimia fizikal yang berkembang pesat adalah kimia permukaan. Ini mengkaji sifat permukaan kimia, sangat bergantung pada instrumen yang dapat memberikan profil kimia permukaan tersebut. Apabila pepejal terkena cecair atau gas, tindak balas berlaku pada permukaan pepejal, dan sifatnya boleh berubah secara mendadak. Aluminium adalah contohnya: tahan terhadap kakisan dengan tepat kerana permukaan logam tulen bertindak balas dengan oksigen untuk membentuk lapisan aluminium oksida, yang berfungsi melindungi bahagian dalam logam dari pengoksidaan selanjutnya. Banyak pemangkin tindak balas menjalankan fungsinya dengan menyediakan permukaan reaktif di mana bahan dapat bertindak balas.
