ชีวเคมี
เมื่อความเข้าใจเกี่ยวกับเคมีที่ไม่มีชีวิตเพิ่มขึ้นในช่วงศตวรรษที่ 19 ความพยายามที่จะตีความกระบวนการทางสรีรวิทยาของสิ่งมีชีวิตในแง่ของโครงสร้างโมเลกุลและปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นทำให้เกิดวินัยของชีวเคมี นักชีวเคมีใช้เทคนิคและทฤษฎีทางเคมีในการตรวจสอบโมเลกุลของชีวิต สิ่งมีชีวิตถูกตรวจสอบบนสมมติฐานว่ากระบวนการทางสรีรวิทยาของมันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมีหลายพันที่เกิดขึ้นในลักษณะบูรณาการอย่างสูง นักชีวเคมีได้สร้างหลักการที่รองรับการถ่ายโอนพลังงานในเซลล์โครงสร้างทางเคมีของเยื่อหุ้มเซลล์การเข้ารหัสและการส่งผ่านข้อมูลทางพันธุกรรมการทำงานของกล้ามเนื้อและเส้นประสาทและเส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวภาพ ในความเป็นจริงชีวโมเลกุลที่เกี่ยวข้องพบว่ามีบทบาทคล้ายกันในสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างจากแบคทีเรียและมนุษย์ อย่างไรก็ตามการศึกษาชีวโมเลกุลนั้นมีความยากลำบากมากมาย โมเลกุลดังกล่าวมักมีขนาดใหญ่มากและมีความซับซ้อนของโครงสร้างที่ดี ยิ่งกว่านั้นปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นนั้นมักจะรวดเร็วอย่างมาก ยกตัวอย่างเช่นการแยกดีเอ็นเอสองเส้นเกิดขึ้นในหนึ่งในล้านของวินาที อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่รวดเร็วนั้นสามารถเกิดขึ้นได้ผ่านการกระทำของตัวกลางของสารชีวโมเลกุลที่เรียกว่าเอนไซม์เท่านั้น เอนไซม์เป็นโปรตีนที่มีความสามารถในการเร่งอัตราที่น่าทึ่งในโครงสร้างทางเคมีสามมิติ ไม่น่าแปลกใจที่การค้นพบทางชีวเคมีมีผลกระทบอย่างมากต่อความเข้าใจและการรักษาโรค โรคมากมายเนื่องจากความผิดพลาดที่เกิดขึ้นจากการเผาผลาญได้รับการตรวจสอบถึงข้อบกพร่องทางพันธุกรรมที่เฉพาะเจาะจง โรคอื่น ๆ เป็นผลมาจากการหยุดชะงักในเส้นทางชีวเคมีปกติ
ประวัติศาสตร์เทคโนโลยี: เคมี
การมีส่วนร่วมของโรเบิร์ตบอยล์ในทฤษฎีพลังไอน้ำได้รับการกล่าวถึง แต่บอยล์เป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็น“ บิดาแห่งเคมี”
บ่อยครั้งที่อาการสามารถบรรเทาได้โดยยาเสพติดและการค้นพบ, โหมดของการกระทำ, และการสลายตัวของตัวแทนการรักษาเป็นอีกหนึ่งพื้นที่สำคัญของการศึกษาในวิชาชีวเคมี การติดเชื้อแบคทีเรียสามารถรักษาได้ด้วย sulfonamides, penicillins และ tetracyclines และการวิจัยเกี่ยวกับการติดเชื้อไวรัสได้เปิดเผยถึงประสิทธิภาพของอะไซโคลเวียร์กับไวรัสเริม มีความสนใจในรายละเอียดของการก่อมะเร็งและเคมีบำบัดมะเร็งมากในปัจจุบัน ยกตัวอย่างเช่นเป็นที่ทราบกันว่ามะเร็งสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อโมเลกุลที่ก่อให้เกิดมะเร็งหรือสารก่อมะเร็งตามที่พวกเขาถูกเรียกใช้ทำปฏิกิริยากับกรดนิวคลีอิกและโปรตีนและรบกวนการทำงานปกติของพวกเขา นักวิจัยได้พัฒนาแบบทดสอบที่สามารถระบุโมเลกุลที่น่าจะเป็นสารก่อมะเร็ง แน่นอนว่าความหวังคือความคืบหน้าในการป้องกันและรักษาโรคมะเร็งจะเพิ่มขึ้นทันทีที่เข้าใจพื้นฐานทางชีวเคมีของโรคมากขึ้น
พื้นฐานระดับโมเลกุลของกระบวนการทางชีววิทยาเป็นคุณลักษณะที่สำคัญของสาขาวิชาที่เติบโตอย่างรวดเร็วของชีววิทยาโมเลกุลและเทคโนโลยีชีวภาพ เคมีได้พัฒนาวิธีการในการกำหนดโครงสร้างของโปรตีนและ DNA อย่างรวดเร็วและแม่นยำ นอกจากนี้ยังมีการคิดค้นวิธีการทางห้องปฏิบัติการที่มีประสิทธิภาพสำหรับการสังเคราะห์ยีน ในที่สุดการแก้ไขของโรคทางพันธุกรรมโดยการแทนที่ยีนที่มีข้อบกพร่องกับคนปกติอาจเป็นไปได้
เคมีพอลิเมอร์
เอธิลีนสารง่ายๆคือก๊าซที่ประกอบด้วยโมเลกุลกับ CH สูตร2 CH 2 ภายใต้เงื่อนไขบางประการโมเลกุลเอทิลีนจำนวนมากจะรวมตัวกันเพื่อสร้างสายโซ่ยาวที่เรียกว่าโพลีเอธิลีนโดยมีสูตร (CH 2 CH 2) nโดยที่ n เป็นตัวแปร แต่มีจำนวนมาก โพลีเอทิลีนเป็นวัสดุแข็งทนทานและค่อนข้างแตกต่างจากเอทิลีน มันเป็นตัวอย่างของพอลิเมอร์ซึ่งเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยโมเลกุลขนาดเล็กจำนวนมาก (โมโนเมอร์) ซึ่งมักจะรวมตัวกันเป็นเส้นตรง สารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติหลายชนิดรวมถึงเซลลูโลสแป้งฝ้ายขนสัตว์ยางหนังโปรตีนและ DNA เป็นโพลิเมอร์ พอลิเอทิลีนไนล่อนและอะคริลิกเป็นตัวอย่างของพอลิเมอร์สังเคราะห์ การศึกษาวัสดุดังกล่าวตั้งอยู่ในอาณาเขตของเคมีพอลิเมอร์ซึ่งเป็นลักษณะพิเศษที่เจริญรุ่งเรืองในศตวรรษที่ 20 การสำรวจโพลีเมอร์ธรรมชาติทับซ้อนกันอย่างมากกับชีวเคมี แต่การสังเคราะห์โพลีเมอร์ใหม่การตรวจสอบกระบวนการพอลิเมอร์และลักษณะของโครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุพอลิเมอร์ล้วนเป็นปัญหาเฉพาะสำหรับนักเคมีโพลิเมอร์
นักเคมีโพลิเมอร์ออกแบบและสังเคราะห์พอลิเมอร์ที่แตกต่างกันในความแข็งความยืดหยุ่นอุณหภูมิอ่อนตัวละลายในน้ำและความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ พวกเขาผลิตวัสดุพอลิเมอร์ที่มีความแข็งแรงเท่ากับเหล็ก แต่มีน้ำหนักเบาและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่า ท่อน้ำมันก๊าซธรรมชาติและน้ำตอนนี้สร้างขึ้นเป็นประจำจากท่อพลาสติก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาผู้ผลิตรถยนต์ได้เพิ่มการใช้ชิ้นส่วนพลาสติกเพื่อสร้างยานยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงน้อยลง อุตสาหกรรมอื่น ๆ เช่นอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับการผลิตสิ่งทอยางกระดาษและวัสดุบรรจุภัณฑ์ถูกสร้างขึ้นจากเคมีพอลิเมอร์
นอกเหนือจากการผลิตวัสดุโพลีเมอร์ชนิดใหม่แล้วนักวิจัยยังมีความกังวลในการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาพิเศษที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์เชิงอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ของโพลีเมอร์เชิงพาณิชย์ หากไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาเช่นนี้กระบวนการโพลีเมอร์จะช้ามากในบางกรณี
เคมีกายภาพ
สาขาวิชาเคมีหลายแห่งเช่นที่กล่าวถึงไปแล้วมุ่งเน้นไปที่วัสดุบางประเภทที่ใช้คุณสมบัติโครงสร้างและเคมีทั่วไป พิเศษอื่น ๆ อาจไม่ได้อยู่ที่ชั้นเรียนของสาร แต่อยู่ที่การโต้ตอบและการเปลี่ยนแปลงของพวกเขา ที่เก่าแก่ที่สุดของฟิลด์เหล่านี้คือเคมีกายภาพซึ่งพยายามที่จะวัดความสัมพันธ์และอธิบายแง่มุมเชิงปริมาณของกระบวนการทางเคมี ยกตัวอย่างเช่นนักเคมีชาวแองโกล - ไอริชโรเบิร์ตบอยล์ค้นพบในศตวรรษที่ 17 ว่าที่อุณหภูมิห้องปริมาณก๊าซคงที่ลดลงตามสัดส่วนเมื่อความดันเพิ่มขึ้น ดังนั้นสำหรับก๊าซที่อุณหภูมิคงที่ผลิตภัณฑ์ของปริมาตร V และความดัน P เท่ากับจำนวนคงที่เช่น PV = ค่าคงที่ ความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์อย่างง่ายเช่นนี้ใช้ได้กับแก๊สเกือบทั้งหมดที่อุณหภูมิห้องและที่ความดันเท่ากับหรือน้อยกว่าหนึ่งบรรยากาศ งานที่ตามมาแสดงให้เห็นว่าความสัมพันธ์สูญเสียความถูกต้องที่ความกดดันสูง แต่การแสดงออกที่ซับซ้อนมากขึ้นที่สามารถได้ผลลัพธ์ที่ตรงกับการทดลองมากขึ้น การค้นพบและตรวจสอบระเบียบทางเคมีดังกล่าวมักเรียกว่ากฎแห่งธรรมชาติอยู่ภายในขอบเขตของเคมีกายภาพ สำหรับศตวรรษที่ 18 แหล่งที่มาของความสม่ำเสมอทางคณิตศาสตร์ในระบบเคมีถือว่าเป็นความต่อเนื่องของแรงและทุ่งนาที่ล้อมรอบอะตอมที่ประกอบขึ้นเป็นองค์ประกอบทางเคมีและสารประกอบ อย่างไรก็ตามการพัฒนาในศตวรรษที่ 20 ได้แสดงให้เห็นว่าพฤติกรรมทางเคมีได้รับการตีความที่ดีที่สุดโดยแบบจำลองเชิงกลเชิงควอนตัมของโครงสร้างอะตอมและโมเลกุล สาขาวิชาเคมีเชิงฟิสิกส์ที่อุทิศให้กับวิชานี้เป็นวิชาเคมีเชิงทฤษฎี นักเคมีเชิงทฤษฎีใช้คอมพิวเตอร์อย่างกว้างขวางเพื่อช่วยในการแก้สมการทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน สาขาเคมีกายภาพอื่น ๆ ได้แก่ เคมีอุณหพลศาสตร์ซึ่งเกี่ยวข้องกับความสัมพันธ์ระหว่างความร้อนและพลังงานเคมีรูปแบบอื่น ๆ และจลนพลศาสตร์เคมีซึ่งพยายามวัดและทำความเข้าใจอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ไฟฟ้าตรวจสอบความสัมพันธ์ของการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าและสารเคมี ทางเดินของกระแสไฟฟ้าผ่านสารละลายเคมีทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสารส่วนประกอบที่มักจะย้อนกลับได้ - เช่นภายใต้เงื่อนไขต่าง ๆ สารที่เปลี่ยนแปลงตัวเองจะให้กระแสไฟฟ้า แบตเตอรีสามัญประกอบด้วยสารเคมีที่เมื่อสัมผัสกับกันโดยการปิดวงจรไฟฟ้าจะส่งกระแสไฟฟ้าที่แรงดันคงที่จนกว่าสารจะถูกใช้งาน ในปัจจุบันมีความสนใจอย่างมากในอุปกรณ์ที่สามารถใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ในการขับเคลื่อนปฏิกิริยาทางเคมีซึ่งผลิตภัณฑ์สามารถเก็บพลังงานได้ การค้นพบอุปกรณ์ดังกล่าวจะทำให้สามารถใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างกว้างขวาง
มีอีกหลายสาขาวิชาในวิชาเคมีเชิงฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทั่วไปของสารและปฏิกิริยาระหว่างสารมากกว่าตัวสารเอง เคมีเป็นพิเศษที่ตรวจสอบปฏิกิริยาของแสงกับสสาร ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดจากการดูดกลืนแสงอาจแตกต่างจากสิ่งที่เกิดขึ้นด้วยวิธีอื่น ตัวอย่างเช่นวิตามินดีเกิดขึ้นในร่างกายมนุษย์เมื่อเตียรอยด์ ergosterol ดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ ergosterol ไม่เปลี่ยนเป็นวิตามินดีในที่มืด
สาขาย่อยที่พัฒนาอย่างรวดเร็วของเคมีเชิงกายภาพคือเคมีพื้นผิว มันตรวจสอบคุณสมบัติของพื้นผิวทางเคมีโดยอาศัยเครื่องมือที่สามารถให้รายละเอียดทางเคมีของพื้นผิวดังกล่าวได้ เมื่อใดก็ตามที่ของแข็งสัมผัสกับของเหลวหรือก๊าซปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นที่พื้นผิวของของแข็งและคุณสมบัติของมันจะเปลี่ยนไปอย่างมาก อลูมิเนียมเป็นกรณี: มันทนต่อการกัดกร่อนได้อย่างแม่นยำเพราะพื้นผิวของโลหะบริสุทธิ์ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในรูปแบบของชั้นของอลูมิเนียมออกไซด์ซึ่งทำหน้าที่ป้องกันการตกแต่งภายในของโลหะจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม ตัวเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาจำนวนมากทำงานของพวกเขาโดยการให้พื้นผิวปฏิกิริยาที่สารสามารถตอบสนอง
