Bioquímica
A medida que la comprensión de la química inanimada creció durante el siglo XIX, los intentos de interpretar los procesos fisiológicos de los organismos vivos en términos de estructura molecular y reactividad dieron lugar a la disciplina de la bioquímica. Los bioquímicos emplean las técnicas y teorías de la química para investigar las bases moleculares de la vida. Un organismo se investiga bajo la premisa de que sus procesos fisiológicos son la consecuencia de miles de reacciones químicas que ocurren de manera altamente integrada. Los bioquímicos han establecido, entre otras cosas, los principios que subyacen a la transferencia de energía en las células, la estructura química de las membranas celulares, la codificación y transmisión de información hereditaria, la función muscular y nerviosa y las vías biosintéticas. De hecho, se ha descubierto que las biomoléculas relacionadas cumplen funciones similares en organismos tan diferentes como las bacterias y los seres humanos. El estudio de las biomoléculas, sin embargo, presenta muchas dificultades. Dichas moléculas son a menudo muy grandes y exhiben una gran complejidad estructural; Además, las reacciones químicas que experimentan suelen ser extremadamente rápidas. La separación de las dos cadenas de ADN, por ejemplo, ocurre en una millonésima de segundo. Tales velocidades de reacción rápidas son posibles solo a través de la acción intermedia de biomoléculas llamadas enzimas. Las enzimas son proteínas que deben su notable capacidad de aceleración de la velocidad a su estructura química tridimensional. No es sorprendente que los descubrimientos bioquímicos hayan tenido un gran impacto en la comprensión y el tratamiento de la enfermedad. Muchas dolencias debidas a errores innatos del metabolismo se han remontado a defectos genéticos específicos. Otras enfermedades son el resultado de interrupciones en las vías bioquímicas normales.
historia de la tecnología: química
Se ha mencionado la contribución de Robert Boyle a la teoría del poder del vapor, pero Boyle es más comúnmente reconocido como el "padre de la química".
Con frecuencia, los medicamentos pueden aliviar los síntomas, y el descubrimiento, el modo de acción y la degradación de los agentes terapéuticos es otra de las principales áreas de estudio en bioquímica. Las infecciones bacterianas pueden tratarse con sulfonamidas, penicilinas y tetraciclinas, y la investigación de infecciones virales ha revelado la efectividad del aciclovir contra el virus del herpes. Hay mucho interés actual en los detalles de la carcinogénesis y la quimioterapia contra el cáncer. Se sabe, por ejemplo, que el cáncer puede producirse cuando las moléculas que causan cáncer, o los carcinógenos como se les llama, reaccionan con ácidos nucleicos y proteínas e interfieren con sus modos de acción normales. Los investigadores han desarrollado pruebas que pueden identificar moléculas que probablemente sean cancerígenas. La esperanza, por supuesto, es que el progreso en la prevención y el tratamiento del cáncer se acelere una vez que se comprenda mejor la base bioquímica de la enfermedad.
La base molecular de los procesos biológicos es una característica esencial de las disciplinas de rápido crecimiento de la biología molecular y la biotecnología. La química ha desarrollado métodos para determinar de forma rápida y precisa la estructura de las proteínas y el ADN. Además, se están ideando métodos de laboratorio eficientes para la síntesis de genes. En última instancia, la corrección de enfermedades genéticas mediante el reemplazo de genes defectuosos por genes normales puede ser posible.
Química de polímeros
La sustancia simple etileno es un gas compuesto de moléculas con la fórmula CH 2 CH 2. Bajo ciertas condiciones, muchas moléculas de etileno se unirán para formar una cadena larga llamada polietileno, con la fórmula (CH 2 CH 2) n, donde n es un número variable pero grande. El polietileno es un material sólido resistente y duradero muy diferente del etileno. Es un ejemplo de un polímero, que es una molécula grande compuesta de muchas moléculas más pequeñas (monómeros), generalmente unidas de manera lineal. Muchas sustancias naturales, como la celulosa, el almidón, el algodón, la lana, el caucho, el cuero, las proteínas y el ADN, son polímeros. El polietileno, el nylon y los acrílicos son ejemplos de polímeros sintéticos. El estudio de tales materiales se encuentra dentro del dominio de la química de polímeros, una especialidad que ha florecido en el siglo XX. La investigación de polímeros naturales se superpone considerablemente con la bioquímica, pero la síntesis de nuevos polímeros, la investigación de los procesos de polimerización y la caracterización de la estructura y las propiedades de los materiales poliméricos plantean problemas únicos para los químicos de polímeros.
Los químicos de polímeros han diseñado y sintetizado polímeros que varían en dureza, flexibilidad, temperatura de ablandamiento, solubilidad en agua y biodegradabilidad. Han producido materiales poliméricos que son tan fuertes como el acero pero más ligeros y más resistentes a la corrosión. Las tuberías de petróleo, gas natural y agua ahora se construyen rutinariamente con tuberías de plástico. En los últimos años, los fabricantes de automóviles han aumentado su uso de componentes plásticos para construir vehículos más livianos que consuman menos combustible. Otras industrias, como las relacionadas con la fabricación de textiles, caucho, papel y materiales de embalaje, se basan en la química de polímeros.
Además de producir nuevos tipos de materiales poliméricos, los investigadores se preocupan por desarrollar catalizadores especiales que son necesarios para la síntesis industrial a gran escala de polímeros comerciales. Sin tales catalizadores, el proceso de polimerización sería muy lento en ciertos casos.
Química Física
Muchas disciplinas químicas, como las ya discutidas, se centran en ciertas clases de materiales que comparten características estructurales y químicas comunes. Otras especialidades pueden centrarse no en una clase de sustancias sino en sus interacciones y transformaciones. El más antiguo de estos campos es la química física, que busca medir, correlacionar y explicar los aspectos cuantitativos de los procesos químicos. El químico angloirlandés Robert Boyle, por ejemplo, descubrió en el siglo XVII que a temperatura ambiente el volumen de una cantidad fija de gas disminuye proporcionalmente a medida que aumenta la presión. Por lo tanto, para un gas a temperatura constante, el producto de su volumen V y presión P es igual a un número constante, es decir, PV = constante. Una relación aritmética tan simple es válida para casi todos los gases a temperatura ambiente y a presiones iguales o menores a una atmósfera. El trabajo posterior ha demostrado que la relación pierde su validez a presiones más altas, pero se pueden derivar expresiones más complicadas que coinciden con mayor precisión con los resultados experimentales. El descubrimiento y la investigación de tales regularidades químicas, a menudo llamadas leyes de la naturaleza, se encuentran dentro del ámbito de la química física. Durante gran parte del siglo XVIII, se supuso que la fuente de la regularidad matemática en los sistemas químicos era el continuo de fuerzas y campos que rodean los átomos que componen los elementos y compuestos químicos. Sin embargo, los desarrollos en el siglo XX han demostrado que el comportamiento químico se interpreta mejor mediante un modelo mecánico cuántico de estructura atómica y molecular. La rama de la química física que se dedica en gran medida a este tema es la química teórica. Los químicos teóricos hacen un uso extensivo de las computadoras para ayudarlos a resolver ecuaciones matemáticas complicadas. Otras ramas de la química física incluyen la termodinámica química, que se ocupa de la relación entre el calor y otras formas de energía química, y la cinética química, que busca medir y comprender las tasas de reacciones químicas. La electroquímica investiga la interrelación de la corriente eléctrica y el cambio químico. El paso de una corriente eléctrica a través de una solución química provoca cambios en las sustancias constituyentes que a menudo son reversibles, es decir, bajo diferentes condiciones, las sustancias alteradas mismas producirán una corriente eléctrica. Las baterías comunes contienen sustancias químicas que, cuando se ponen en contacto entre sí al cerrar un circuito eléctrico, suministrarán corriente a un voltaje constante hasta que se consuman las sustancias. En la actualidad, hay mucho interés en los dispositivos que pueden utilizar la energía de la luz solar para generar reacciones químicas cuyos productos son capaces de almacenar la energía. El descubrimiento de tales dispositivos haría posible la utilización generalizada de la energía solar.
Hay muchas otras disciplinas dentro de la química física que se preocupan más por las propiedades generales de las sustancias y las interacciones entre las sustancias que con las sustancias mismas. La fotoquímica es una especialidad que investiga la interacción de la luz con la materia. Las reacciones químicas iniciadas por la absorción de luz pueden ser muy diferentes de las que ocurren por otros medios. La vitamina D, por ejemplo, se forma en el cuerpo humano cuando el esteroide ergosterol absorbe la radiación solar; El ergosterol no cambia a vitamina D en la oscuridad.
Una subdisciplina de química física en rápido desarrollo es la química de superficie. Examina las propiedades de las superficies químicas, basándose en gran medida en instrumentos que pueden proporcionar un perfil químico de dichas superficies. Cada vez que un sólido se expone a un líquido o un gas, inicialmente se produce una reacción en la superficie del sólido y, como resultado, sus propiedades pueden cambiar drásticamente. El aluminio es un ejemplo: es resistente a la corrosión precisamente porque la superficie del metal puro reacciona con el oxígeno para formar una capa de óxido de aluminio, que sirve para proteger el interior del metal de una mayor oxidación. Numerosos catalizadores de reacción realizan su función al proporcionar una superficie reactiva sobre la cual las sustancias pueden reaccionar.
