Biokimia
Ketika pemahaman tentang kimia mati tumbuh selama abad ke-19, upaya untuk menafsirkan proses fisiologis organisme hidup dalam hal struktur molekul dan reaktivitas memunculkan disiplin biokimia. Ahli biokimia menggunakan teknik dan teori kimia untuk menyelidiki dasar molekuler kehidupan. Suatu organisme diselidiki dengan premis bahwa proses fisiologisnya merupakan konsekuensi dari ribuan reaksi kimia yang terjadi dalam cara yang sangat terintegrasi. Ahli biokimia telah menetapkan, antara lain, prinsip-prinsip yang mendasari transfer energi dalam sel, struktur kimia membran sel, pengkodean dan transmisi informasi herediter, fungsi otot dan saraf, dan jalur biosintesis. Faktanya, biomolekul terkait telah ditemukan untuk memenuhi peran yang sama dalam organisme yang berbeda seperti bakteri dan manusia. Studi biomolekul, bagaimanapun, menghadirkan banyak kesulitan. Molekul seperti itu seringkali sangat besar dan menunjukkan kompleksitas struktural yang besar; selain itu, reaksi kimia yang mereka alami biasanya sangat cepat. Pemisahan dua untai DNA, misalnya, terjadi dalam sepersejuta detik. Laju reaksi yang demikian cepat hanya dimungkinkan melalui aksi perantara biomolekul yang disebut enzim. Enzim adalah protein yang berutang kemampuan akselerator laju luar biasa pada struktur kimia tiga dimensi mereka. Tidak mengherankan, penemuan biokimia memiliki dampak besar pada pemahaman dan pengobatan penyakit. Banyak penyakit akibat kesalahan metabolisme bawaan telah ditelusuri ke cacat genetik tertentu. Penyakit lain terjadi akibat gangguan pada jalur biokimia normal.
sejarah teknologi: Kimia
Kontribusi Robert Boyle pada teori tenaga uap telah disebutkan, tetapi Boyle lebih dikenal sebagai "bapak kimia,"
Seringkali, gejala dapat dikurangi dengan obat-obatan, dan penemuan, cara kerja, dan degradasi agen terapeutik adalah salah satu bidang studi utama dalam biokimia. Infeksi bakteri dapat diobati dengan sulfonamid, penisilin, dan tetrasiklin, dan penelitian terhadap infeksi virus telah mengungkapkan efektivitas asiklovir terhadap virus herpes. Ada banyak minat saat ini dalam rincian karsinogenesis dan kemoterapi kanker. Diketahui, misalnya, bahwa kanker dapat terjadi ketika molekul-molekul penyebab kanker, atau yang disebut karsinogen, bereaksi dengan asam nukleat dan protein dan mengganggu cara kerja normal mereka. Para peneliti telah mengembangkan tes yang dapat mengidentifikasi molekul yang kemungkinan bersifat karsinogenik. Harapannya, tentu saja, adalah bahwa kemajuan dalam pencegahan dan pengobatan kanker akan dipercepat begitu dasar biokimia penyakit ini dipahami secara lebih penuh.
Dasar molekuler dari proses biologis adalah fitur penting dari disiplin ilmu biologi molekuler dan bioteknologi yang berkembang pesat. Kimia telah mengembangkan metode untuk menentukan secara cepat dan akurat struktur protein dan DNA. Selain itu, metode laboratorium yang efisien untuk sintesis gen sedang dirancang. Pada akhirnya, koreksi penyakit genetik dengan penggantian gen yang rusak dengan yang normal dapat menjadi mungkin.
Kimia polimer
Zat etilena sederhana adalah gas yang terdiri dari molekul dengan rumus CH 2 CH 2. Dalam kondisi tertentu, banyak molekul etilen akan bergabung bersama untuk membentuk rantai panjang yang disebut polietilen, dengan rumus (CH 2 CH 2) n, di mana n adalah variabel tetapi jumlahnya besar. Polyethylene adalah material padat yang tahan lama dan sangat berbeda dari ethylene. Ini adalah contoh dari polimer, yang merupakan molekul besar yang terdiri dari banyak molekul yang lebih kecil (monomer), biasanya bergabung bersama secara linear. Banyak zat yang terjadi secara alami, termasuk selulosa, pati, kapas, wol, karet, kulit, protein, dan DNA, adalah polimer. Polietilen, nilon, dan akrilik adalah contoh polimer sintetik. Studi tentang bahan-bahan tersebut terletak dalam domain kimia polimer, spesialisasi yang telah berkembang di abad ke-20. Penyelidikan polimer alami tumpang tindih dengan biokimia, tetapi sintesis polimer baru, penyelidikan proses polimerisasi, dan karakterisasi struktur dan sifat bahan polimer semua menimbulkan masalah unik bagi ahli kimia polimer.
Kimiawan polimer telah merancang dan mensintesis polimer yang bervariasi dalam kekerasan, fleksibilitas, suhu pelunakan, kelarutan dalam air, dan kemampuan terurai secara hayati. Mereka telah menghasilkan bahan polimer yang sekuat baja namun lebih ringan dan lebih tahan terhadap korosi. Pipa minyak, gas alam, dan air sekarang secara rutin dibangun dari pipa plastik. Dalam beberapa tahun terakhir, produsen mobil telah meningkatkan penggunaan komponen plastik untuk membuat kendaraan yang lebih ringan yang mengkonsumsi lebih sedikit bahan bakar. Industri lain seperti yang terlibat dalam pembuatan tekstil, karet, kertas, dan bahan pengemasan dibangun berdasarkan kimia polimer.
Selain memproduksi jenis baru bahan polimer, para peneliti juga prihatin dengan pengembangan katalis khusus yang dibutuhkan oleh sintesis industri skala besar dari polimer komersial. Tanpa katalis tersebut, proses polimerisasi akan sangat lambat dalam kasus-kasus tertentu.
Kimia fisik
Banyak disiplin ilmu kimia, seperti yang sudah dibahas, fokus pada kelas material tertentu yang memiliki fitur struktural dan kimia yang sama. Spesialisasi lain mungkin dipusatkan bukan pada kelas zat tetapi lebih pada interaksi dan transformasi mereka. Yang tertua dari bidang ini adalah kimia fisik, yang berusaha mengukur, menghubungkan, dan menjelaskan aspek kuantitatif dari proses kimia. Ahli kimia Anglo-Irlandia, Robert Boyle, misalnya, menemukan pada abad ke-17 bahwa pada suhu kamar volume gas dalam jumlah tetap berkurang secara proporsional ketika tekanan meningkat. Jadi, untuk gas pada suhu konstan, produk volumenya dan tekanan P sama dengan angka konstan — yaitu, PV = konstan. Hubungan aritmatika sederhana seperti itu berlaku untuk hampir semua gas pada suhu kamar dan pada tekanan yang sama dengan atau kurang dari satu atmosfer. Pekerjaan selanjutnya telah menunjukkan bahwa hubungan kehilangan validitasnya pada tekanan yang lebih tinggi, tetapi ekspresi yang lebih rumit yang lebih akurat sesuai dengan hasil eksperimen dapat diturunkan. Penemuan dan investigasi keteraturan kimia semacam itu, yang sering disebut hukum alam, terletak dalam ranah kimia fisik. Untuk sebagian besar abad ke-18 sumber keteraturan matematis dalam sistem kimia diasumsikan sebagai rangkaian gaya dan medan yang mengelilingi atom yang membentuk unsur-unsur dan senyawa kimia. Perkembangan di abad ke-20, bagaimanapun, telah menunjukkan bahwa perilaku kimia paling baik ditafsirkan oleh model mekanika kuantum dari struktur atom dan molekul. Cabang kimia fisik yang sebagian besar dikhususkan untuk subjek ini adalah kimia teoretis. Ahli kimia teori menggunakan komputer secara ekstensif untuk membantu mereka memecahkan persamaan matematika yang rumit. Cabang kimia fisik lainnya termasuk termodinamika kimia, yang berkaitan dengan hubungan antara panas dan bentuk energi kimia lainnya, dan kinetika kimia, yang berupaya mengukur dan memahami laju reaksi kimia. Elektrokimia menyelidiki keterkaitan arus listrik dan perubahan kimia. Lewatnya arus listrik melalui larutan kimia menyebabkan perubahan substansi penyusun yang seringkali reversibel — yaitu, dalam kondisi yang berbeda, zat yang diubah itu sendiri akan menghasilkan arus listrik. Baterai umum mengandung zat kimia yang, ketika saling kontak dengan menutup sirkuit listrik, akan mengalirkan arus pada tegangan konstan hingga zat tersebut dikonsumsi. Saat ini ada banyak minat pada perangkat yang dapat menggunakan energi di bawah sinar matahari untuk mendorong reaksi kimia yang produknya mampu menyimpan energi. Penemuan perangkat seperti itu akan memungkinkan pemanfaatan energi surya secara luas.
Ada banyak disiplin ilmu lain dalam kimia fisik yang lebih mementingkan sifat umum zat dan interaksi antar zat daripada dengan zat itu sendiri. Photochemistry adalah spesialisasi yang menyelidiki interaksi cahaya dengan materi. Reaksi kimia yang diprakarsai oleh penyerapan cahaya bisa sangat berbeda dari yang terjadi dengan cara lain. Vitamin D, misalnya, terbentuk dalam tubuh manusia ketika steroid ergosterol menyerap radiasi matahari; ergosterol tidak berubah menjadi vitamin D dalam gelap.
Subdisiplin kimia fisika yang berkembang pesat adalah kimia permukaan. Ini meneliti sifat-sifat permukaan kimia, sangat bergantung pada instrumen yang dapat memberikan profil kimia dari permukaan tersebut. Setiap kali benda padat terpapar pada cairan atau gas, suatu reaksi awalnya terjadi pada permukaan benda padat, dan sifat-sifatnya dapat berubah secara dramatis sebagai hasilnya. Aluminium adalah contohnya: tahan terhadap korosi justru karena permukaan logam murni bereaksi dengan oksigen membentuk lapisan aluminium oksida, yang berfungsi melindungi bagian dalam logam dari oksidasi lebih lanjut. Sejumlah katalis reaksi menjalankan fungsinya dengan memberikan permukaan reaktif di mana zat dapat bereaksi.
