Química

Bioquímica

À medida que a compreensão da química inanimada cresceu durante o século XIX, tentativas de interpretar os processos fisiológicos dos organismos vivos em termos de estrutura molecular e reatividade deram origem à disciplina da bioquímica. Os bioquímicos empregam as técnicas e teorias da química para investigar as bases moleculares da vida. Um organismo é investigado com a premissa de que seus processos fisiológicos são a conseqüência de muitos milhares de reações químicas que ocorrem de maneira altamente integrada. Os bioquímicos estabeleceram, entre outras coisas, os princípios subjacentes à transferência de energia nas células, a estrutura química das membranas celulares, a codificação e transmissão de informações hereditárias, função muscular e nervosa e vias biossintéticas. De fato, verificou-se que biomoléculas relacionadas desempenham papéis semelhantes em organismos tão diferentes quanto bactérias e seres humanos. O estudo de biomoléculas, no entanto, apresenta muitas dificuldades. Tais moléculas são geralmente muito grandes e exibem grande complexidade estrutural; além disso, as reações químicas pelas quais passam são geralmente extremamente rápidas. A separação das duas cadeias de DNA, por exemplo, ocorre em um milionésimo de segundo. Tais taxas rápidas de reação são possíveis apenas através da ação intermediária das biomoléculas chamadas enzimas. As enzimas são proteínas que devem suas notáveis ​​habilidades de aceleração de taxa à sua estrutura química tridimensional. Não é de surpreender que as descobertas bioquímicas tenham tido um grande impacto no entendimento e tratamento da doença. Muitas doenças devido a erros inatos do metabolismo foram atribuídas a defeitos genéticos específicos. Outras doenças resultam de interrupções nas vias bioquímicas normais.

história da tecnologia: Química

A contribuição de Robert Boyle para a teoria da energia a vapor foi mencionada, mas Boyle é mais comumente reconhecido como o "pai da química"

Freqüentemente, os sintomas podem ser atenuados pelas drogas, e a descoberta, modo de ação e degradação de agentes terapêuticos é outra das principais áreas de estudo em bioquímica. As infecções bacterianas podem ser tratadas com sulfonamidas, penicilinas e tetraciclinas, e a pesquisa de infecções virais revelou a eficácia do aciclovir contra o vírus do herpes. Atualmente, existe muito interesse nos detalhes da carcinogênese e quimioterapia para câncer. Sabe-se, por exemplo, que o câncer pode resultar quando moléculas causadoras de câncer, ou agentes cancerígenos, como são chamadas, reagem com ácidos nucleicos e proteínas e interferem em seus modos normais de ação. Os pesquisadores desenvolveram testes que podem identificar moléculas que provavelmente são cancerígenas. A esperança, é claro, é que o progresso na prevenção e tratamento do câncer acelere quando a base bioquímica da doença for mais bem compreendida.

A base molecular dos processos biológicos é uma característica essencial das disciplinas de rápido crescimento da biologia molecular e da biotecnologia. A química desenvolveu métodos para determinar com rapidez e precisão a estrutura de proteínas e DNA. Além disso, métodos laboratoriais eficientes para a síntese de genes estão sendo elaborados. Por fim, a correção de doenças genéticas pela substituição de genes defeituosos por genes normais pode se tornar possível.

Química dos polímeros

A substância simples etileno é um gás composto de moléculas com a fórmula CH ₂ CH ₂. Sob certas condições, muitas moléculas de etileno vai unir-se para formar uma longa cadeia chamado polietileno, com a fórmula (CH ₂ CH ₂) _n, onde n é um número variável mas grande. O polietileno é um material sólido resistente e durável, bem diferente do etileno. É um exemplo de um polímero, que é uma molécula grande composta por muitas moléculas menores (monômeros), geralmente unidas de maneira linear. Muitas substâncias que ocorrem naturalmente, incluindo celulose, amido, algodão, lã, borracha, couro, proteínas e DNA, são polímeros. Polietileno, nylon e acrílicos são exemplos de polímeros sintéticos. O estudo desses materiais está dentro do domínio da química dos polímeros, uma especialidade que floresceu no século XX. A investigação de polímeros naturais se sobrepõe consideravelmente à bioquímica, mas a síntese de novos polímeros, a investigação de processos de polimerização e a caracterização da estrutura e propriedades dos materiais poliméricos representam problemas únicos para os químicos de polímeros.

Os químicos de polímeros projetaram e sintetizaram polímeros que variam em dureza, flexibilidade, temperatura de amolecimento, solubilidade em água e biodegradabilidade. Eles produziram materiais poliméricos tão fortes quanto o aço, mais leves e mais resistentes à corrosão. Os oleodutos, gás natural e oleodutos agora são rotineiramente construídos com tubos de plástico. Nos últimos anos, as montadoras aumentaram o uso de componentes plásticos para fabricar veículos mais leves que consomem menos combustível. Outras indústrias, como as envolvidas na fabricação de têxteis, borracha, papel e materiais de embalagem, são construídas sobre a química dos polímeros.

Além de produzir novos tipos de materiais poliméricos, os pesquisadores estão preocupados em desenvolver catalisadores especiais que são necessários para a síntese industrial em larga escala de polímeros comerciais. Sem esses catalisadores, o processo de polimerização seria muito lento em certos casos.

Química Física

Muitas disciplinas químicas, como as já discutidas, concentram-se em certas classes de materiais que compartilham características estruturais e químicas comuns. Outras especialidades podem estar centradas não em uma classe de substâncias, mas em suas interações e transformações. O mais antigo desses campos é a físico-química, que busca medir, correlacionar e explicar os aspectos quantitativos dos processos químicos. O químico anglo-irlandês Robert Boyle, por exemplo, descobriu no século XVII que, à temperatura ambiente, o volume de uma quantidade fixa de gás diminui proporcionalmente à medida que a pressão sobre ele aumenta. Assim, para um gás em temperatura constante, o produto de seu volume V e pressão P é igual a um número constante - isto é, PV = constante. Uma relação aritmética simples é válida para quase todos os gases à temperatura ambiente e a pressões iguais ou inferiores a uma atmosfera. Trabalhos subseqüentes mostraram que o relacionamento perde sua validade a pressões mais altas, mas podem ser derivadas expressões mais complicadas que correspondam com mais precisão aos resultados experimentais. A descoberta e investigação de tais regularidades químicas, freqüentemente chamadas de leis da natureza, estão dentro do domínio da físico-química. Por grande parte do século 18, a fonte de regularidade matemática em sistemas químicos foi assumida como sendo o continuum de forças e campos que circundam os átomos que compõem elementos e compostos químicos. Os desenvolvimentos no século XX, no entanto, mostraram que o comportamento químico é melhor interpretado por um modelo mecânico quântico de estrutura atômica e molecular. O ramo da físico-química que é amplamente dedicado a esse assunto é a química teórica. Os químicos teóricos fazem uso extensivo de computadores para ajudá-los a resolver equações matemáticas complicadas. Outros ramos da físico-química incluem a termodinâmica química, que trata da relação entre o calor e outras formas de energia química, e a cinética química, que busca medir e entender as taxas de reações químicas. A eletroquímica investiga a inter-relação entre corrente elétrica e mudança química. A passagem de uma corrente elétrica através de uma solução química causa mudanças nas substâncias constituintes que são frequentemente reversíveis - ou seja, sob diferentes condições, as próprias substâncias alteradas produzem uma corrente elétrica. As baterias comuns contêm substâncias químicas que, quando colocadas em contato umas com as outras ao fechar um circuito elétrico, fornecem corrente a uma tensão constante até que as substâncias sejam consumidas. Atualmente, há muito interesse em dispositivos que podem usar a energia da luz solar para conduzir reações químicas cujos produtos são capazes de armazenar a energia. A descoberta de tais dispositivos tornaria possível a ampla utilização da energia solar.

Existem muitas outras disciplinas da química física que se preocupam mais com as propriedades gerais das substâncias e as interações entre as substâncias do que com as próprias substâncias. A fotoquímica é uma especialidade que investiga a interação da luz com a matéria. As reações químicas iniciadas pela absorção da luz podem ser muito diferentes daquelas que ocorrem por outros meios. A vitamina D, por exemplo, é formada no corpo humano quando o esteróide ergosterol absorve a radiação solar; O ergosterol não muda para vitamina D no escuro.

Uma subdisciplina em rápida evolução da físico-química é a química da superfície. Ele examina as propriedades das superfícies químicas, baseando-se fortemente em instrumentos que podem fornecer um perfil químico dessas superfícies. Sempre que um sólido é exposto a um líquido ou gás, ocorre inicialmente uma reação na superfície do sólido e, como resultado, suas propriedades podem mudar drasticamente. O alumínio é um exemplo: é resistente à corrosão precisamente porque a superfície do metal puro reage com o oxigênio para formar uma camada de óxido de alumínio, que serve para proteger o interior do metal contra oxidação adicional. Numerosos catalisadores de reação desempenham sua função fornecendo uma superfície reativa na qual as substâncias podem reagir.