Kimya

biokimya

Cansız kimya anlayışı 19. yüzyılda büyüdükçe, canlı organizmaların fizyolojik süreçlerini moleküler yapı ve reaktivite açısından yorumlama girişimleri biyokimya disiplinine yol açtı. Biyokimyacılar, yaşamın moleküler temelini araştırmak için kimya tekniklerini ve teorilerini kullanırlar. Bir organizma, fizyolojik süreçlerinin son derece entegre bir şekilde meydana gelen binlerce kimyasal reaksiyonun sonucu olduğu gerekçesiyle araştırılır. Biyokimyacılar, diğer şeylerin yanı sıra, hücrelerde enerji transferinin altında yatan ilkeleri, hücre zarlarının kimyasal yapısını, kalıtsal bilginin kodlanmasını ve iletilmesini, kas ve sinir fonksiyonunu ve biyosentetik yolları oluşturdular. Aslında ilgili biyomoleküllerin, organizmalarda bakteri ve insan gibi farklı rolleri yerine getirdikleri bulunmuştur. Bununla birlikte, biyomoleküllerin incelenmesi birçok zorluk sunmaktadır. Bu tür moleküller genellikle çok büyüktür ve büyük yapısal karmaşıklık gösterirler; ayrıca, maruz kaldıkları kimyasal reaksiyonlar genellikle son derece hızlıdır. İki DNA dizisinin ayrılması, örneğin, saniyenin milyonda birinde gerçekleşir. Bu tür hızlı reaksiyon hızları, sadece enzimler adı verilen biyomoleküllerin aracı etkisiyle mümkündür. Enzimler, dikkat çekici hızlandırıcı yeteneklerini üç boyutlu kimyasal yapılarına borçlu olan proteinlerdir. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, biyokimyasal keşiflerin hastalığın anlaşılması ve tedavisi üzerinde büyük bir etkisi olmuştur. Doğuştan gelen metabolizma hatalarına bağlı birçok rahatsızlık, spesifik genetik kusurlara kadar izlenmiştir. Diğer hastalıklar normal biyokimyasal yollardaki bozulmalardan kaynaklanır.

teknoloji tarihi: Kimya

Robert Boyle'ın buhar gücü teorisine katkısından bahsedildi, ancak Boyle daha çok “kimyanın babası” olarak tanınıyor.

Sıklıkla, semptomlar ilaçlar tarafından hafifletilebilir ve terapötik ajanların keşfi, etki şekli ve bozulması, biyokimyadaki ana çalışma alanlarından biridir. Bakteriyel enfeksiyonlar sülfonamidler, penisilinler ve tetrasiklinlerle tedavi edilebilir ve viral enfeksiyonlarla ilgili araştırmalar, asiklovirin herpes virüsüne karşı etkinliğini ortaya koymuştur. Kanserojenez ve kanser kemoterapisinin detaylarına çok fazla ilgi var. Örneğin, kansere neden olan moleküller veya karsinojenler denildiği gibi nükleik asitler ve proteinlerle reaksiyona girdiğinde ve normal etki biçimlerine müdahale ettiğinde kanserin ortaya çıkabileceği bilinmektedir. Araştırmacılar, kanserojen olması muhtemel molekülleri tanımlayabilen testler geliştirdiler. Umut, elbette, hastalığın biyokimyasal temeli daha iyi anlaşıldığında, kanserin önlenmesi ve tedavisinde ilerlemenin hızlanacağı yönündedir.

Biyolojik süreçlerin moleküler temeli, hızla büyüyen moleküler biyoloji ve biyoteknoloji disiplinlerinin temel bir özelliğidir. Kimya, proteinlerin ve DNA'nın yapısını hızlı ve doğru bir şekilde belirlemek için yöntemler geliştirmiştir. Ek olarak, genlerin sentezi için verimli laboratuvar yöntemleri geliştirilmektedir. Sonuçta, kusurlu genlerin normal olanlarla değiştirilmesiyle genetik hastalıkların düzeltilmesi mümkün olabilir.

Polimer kimyası

Basit bir madde, etilen, formül CH sahip moleküllerden oluşan bir gaz olduğu ₂, CH ₂. Belirli koşullar altında, bir çok etilen moleküllerinin formüle sahip polietilen adı verilen bir uzun zincir oluşturmak üzere bir araya gelecek (CH ₂ CH ₂) _n- n değişken ancak büyük sayısıdır. Polietilen, etilenden oldukça farklı, sert ve dayanıklı bir katı malzemedir. Genellikle doğrusal olarak birleştirilen birçok küçük molekülden (monomer) oluşan büyük bir molekül olan bir polimer örneğidir. Selüloz, nişasta, pamuk, yün, kauçuk, deri, proteinler ve DNA da dahil olmak üzere doğal olarak bulunan birçok madde polimerlerdir. Polietilen, naylon ve akrilikler sentetik polimerlere örnektir. Bu tür malzemelerin incelenmesi, 20. yüzyılda gelişen bir uzmanlık alanı olan polimer kimyası alanında yatmaktadır. Doğal polimerlerin araştırılması biyokimya ile büyük ölçüde örtüşmektedir, ancak yeni polimerlerin sentezi, polimerizasyon süreçlerinin araştırılması ve polimerik malzemelerin yapısının ve özelliklerinin karakterizasyonu polimer kimyagerleri için benzersiz problemler oluşturmaktadır.

Polimer kimyagerleri sertlik, esneklik, yumuşama sıcaklığı, suda çözünürlük ve biyobozunurluk bakımından değişen polimerler tasarlamış ve sentezlemiştir. Çelik kadar güçlü ancak daha hafif ve korozyona karşı daha dayanıklı polimerik malzemeler ürettiler. Petrol, doğal gaz ve su boru hatları artık rutin olarak plastik borudan inşa ediliyor. Son yıllarda, otomobil üreticileri daha az yakıt tüketen daha hafif araçlar yapmak için plastik bileşenler kullanımını artırdı. Tekstil, kauçuk, kağıt ve ambalaj malzemelerinin imalatında yer alanlar gibi diğer endüstriler polimer kimyası üzerine inşa edilmiştir.

Araştırmacılar, yeni çeşit polimerik malzemeler üretmenin yanı sıra, ticari polimerlerin büyük ölçekli endüstriyel sentezinin gerektirdiği özel katalizörler geliştirmekle ilgileniyorlar. Bu tür katalizörler olmadan, polimerizasyon işlemi bazı durumlarda çok yavaş olacaktır.

Fiziksel kimya

Daha önce tartışılanlar gibi birçok kimyasal disiplin, ortak yapısal ve kimyasal özellikleri paylaşan belirli malzeme sınıflarına odaklanır. Diğer uzmanlıklar bir madde sınıfı üzerinde değil, etkileşimleri ve dönüşümleri üzerinde odaklanabilir. Bu alanların en eskisi, kimyasal işlemlerin niceliksel yönlerini ölçmeyi, ilişkilendirmeyi ve açıklamayı amaçlayan fiziksel kimyadır. Örneğin İngiliz-İrlandalı kimyager Robert Boyle, 17. yüzyılda oda sıcaklığında sabit bir gaz hacminin üzerindeki baskı arttıkça orantılı olarak azaldığını keşfetti. Bu nedenle, sabit sıcaklıktaki bir gaz için V hacminin ve P basıncının ürünü sabit bir sayıya eşittir, yani PV = sabittir. Böyle basit bir aritmetik ilişki, oda sıcaklığında ve bir atmosfere eşit veya daha düşük basınçlarda hemen hemen tüm gazlar için geçerlidir. Daha sonraki çalışmalar, ilişkinin yüksek basınçlarda geçerliliğini kaybettiğini göstermiştir, ancak deneysel sonuçlarla daha doğru eşleşen daha karmaşık ifadeler elde edilebilir. Genellikle doğa kanunları olarak adlandırılan bu kimyasal düzenliliklerin keşfi ve araştırılması fiziksel kimya alanındadır. 18. yüzyılın büyük bir kısmında kimyasal sistemlerde matematiksel düzenliliğin kaynağının, kimyasal elementleri ve bileşikleri oluşturan atomları çevreleyen kuvvetlerin ve alanların sürekliliği olduğu varsayılmıştır. Bununla birlikte, 20. yüzyıldaki gelişmeler kimyasal davranışın en iyi atomik ve moleküler yapının kuantum mekanik bir modeli tarafından yorumlandığını göstermiştir. Fiziksel kimyanın büyük ölçüde bu konuya ayrılan dalı teorik kimyadır. Teorik kimyagerler, karmaşık matematiksel denklemleri çözmelerine yardımcı olmak için bilgisayarlardan geniş ölçüde yararlanırlar. Fiziksel kimyanın diğer dalları, ısı ve diğer kimyasal enerji formları arasındaki ilişkiyle ilgilenen kimyasal termodinamiği ve kimyasal reaksiyonların oranlarını ölçmeyi ve anlamayı amaçlayan kimyasal kinetiği içerir. Elektrokimya, elektrik akımı ve kimyasal değişim arasındaki ilişkiyi araştırır. Bir elektrik akımının kimyasal bir çözeltiden geçişi, bileşenlerde genellikle geri dönüşümlü olan değişikliklere neden olur - yani, farklı koşullar altında değiştirilen maddelerin kendileri bir elektrik akımı üretecektir. Ortak aküler, bir elektrik devresini kapatarak birbirleriyle temas ettiğinde, maddeler tüketilene kadar sabit voltajda akım verecek kimyasal maddeler içerir. Günümüzde, ürünleri enerjiyi depolayabilen kimyasal reaksiyonları sürmek için güneş ışığında enerjiyi kullanabilen cihazlara çok fazla ilgi duyulmaktadır. Bu tür cihazların keşfi, güneş enerjisinin yaygın kullanımını mümkün kılacaktır.

Fizikokimya içinde, maddelerin genel özellikleri ve maddeler arasındaki etkileşimlerle maddelerin kendisinden daha fazla ilgilenen başka birçok disiplin vardır. Fotokimya, ışığın madde ile etkileşimini araştıran bir uzmanlık alanıdır. Işığın emilmesi ile başlatılan kimyasal reaksiyonlar, diğer yollarla meydana gelenlerden çok farklı olabilir. Örneğin, steroid ergosterol güneş radyasyonunu emdiğinde, D vitamini insan vücudunda oluşur; ergosterol karanlıkta D vitaminine değişmez.

Hızla gelişen bir fiziksel kimya alt disiplini, yüzey kimyasıdır. Bu yüzeylerin kimyasal profilini sağlayabilecek cihazlara dayanarak kimyasal yüzeylerin özelliklerini inceler. Bir katı bir sıvıya veya gaza maruz kaldığında, ilk olarak katı yüzeyinde bir reaksiyon meydana gelir ve bunun sonucunda özellikleri önemli ölçüde değişebilir. Alüminyum bunun bir örneğidir: saf metalin yüzeyi, metalin iç kısmını daha fazla oksidasyondan korumaya hizmet eden bir alüminyum oksit tabakası oluşturmak için oksijenle reaksiyona girdiği için korozyona karşı tam olarak dayanıklıdır. Çok sayıda reaksiyon katalizörü, maddelerin reaksiyona girebileceği reaktif bir yüzey sağlayarak işlevlerini yerine getirir.