cíle učení
- popisují příspěvky chemie učinila k medicíně.
- popište způsoby, jak chemie přispěla k úspěchu moderního zemědělství.
- seznam způsobů, jak chemie přispěla k vývoji materiálů.
chemie v medicíně
jak chemie přispěla k medicíně?
Diabetes mellitus je onemocnění charakterizované neschopností těla používat glukózu (složku stolního cukru). Glukóza je potřebná k zajištění biochemické energie pro všechny buňky těla. Když tělo nemůže vyrábět energii pomocí glukózy, začne rozkládat tuky a bílkoviny, aby poskytlo potřebnou energii, což nakonec vede k smrti.
Diabetes je výsledkem ztráty slinivky břišní schopnost vytvářet inzulín, protein, který pomáhá glukóze vstoupit do buněk a být použit pro biochemickou energii. Klíčový kousek skládačky obklopující naše chápání diabetu přišel, když Frederick Sanger, britský biochemik, provedl experimenty, které mu daly strukturu molekuly inzulínu. Sanger použil základní chemické techniky a reakce a dokončení svého výzkumu trvalo dvanáct let. Dnes mohou automatizované nástroje založené na jeho přístupu provádět stejnou analýzu během několika dní. Sanger získal v roce 1958 Nobelovu cenu za chemii za svůj výzkum inzulínu.
významné příspěvky do zdravotní péče byly provedeny chemií. Vývoj nových léčiv zahrnuje chemickou analýzu a syntézu nových sloučenin. Mnoho nedávných televizních programů inzeruje velké množství nových léků vyráběných chemiky.
Obrázek 1. Lék pro léčbu onemocnění.
vývoj nového léku je dlouhý a komplikovaný. Musí být studována chemie onemocnění, stejně jako to, jak lék ovlivňuje lidské tělo. Lék může dobře fungovat u zvířat, ale ne u lidí. Ze stovky léků, které vypadají, že pomáhají léčit onemocnění, se jen malá hrstka skutečně ukáže jako bezpečná a účinná.
chemie přispívá k přípravě a použití materiálů pro chirurgii (stehy, umělá kůže a sterilní materiály). Stehy používané v mnoha operacích dnes nemusí být odstraněny, protože se po určité době jednoduše rozpouštějí v těle. Náhradní krevní cévy pro srdce a jiné typy operací jsou často vyrobeny z chemických látek, které nereagují s tkáněmi, takže nebudou odmítnuty v těle. Umělá kůže může být použita k nahrazení lidské kůže u pacientů s popáleninami.
Obrázek 2. Chirurgický zákrok.
klinické laboratorní testování používá pro analýzu širokou škálu chemických technik a přístrojů. Klinické laboratorní testování nám umožňuje odpovědět na Často kladené otázky, jako je „je váš cholesterol vysoký?“a“ máte cukrovku?“Některé laboratorní testy používají jednoduché techniky. Další procesy zahrnují komplexní vybavení a počítačovou analýzu dat za účelem provádění měření na velkém počtu vzorků pacientů.
obrázek 3. Vzorky krve pro laboratorní vyšetření.
laboratorní testování přišlo do místního obchodu s drogami nebo potravinami kvůli vývoji v chemii. Hladinu glukózy v krvi můžete otestovat pomocí jednoduchého přenosného zařízení, které provádí chemický test na vzorku krve a řekne vám, kolik glukózy je přítomno, což umožňuje diabetickému pacientovi regulovat, kolik inzulínu má být podáno (chemie se také používá k výrobě inzulínu a jednorázové injekční stříkačky, která podává lék).
obrázek 4. Zařízení pro testování glukózy v krvi.
shrnutí
- chemie najde mnoho aplikací v oblasti zdravotnictví.
- vývoj léčiv zahrnuje mnoho složitých chemických procesů.
- chemie se používá k vytvoření materiálů používaných v chirurgii.
- mnoho laboratorních testů je založeno na chemických technikách.
praxe
použijte tento zdroj k zodpovězení následujících otázek:
http://www.scribd.com/doc/2187/Chemistry-and-medicines
- co je antibiotikum?
- co dělá analgetikum?
- jak se antiseptikum liší od antibiotika?
recenze
- jaká chemická látka chybí u diabetického pacienta?
- kdo objevil strukturu inzulínu?
- jaké dvě věci je třeba studovat, aby se vyvinul nový lék?
- seznam dvou oblastí, kde chemie pomohla chirurgickým pacientům
- jaký krevní test lze provést pomocí materiálu zakoupeného v místní lékárně?
zemědělství
jak chemie pomáhá úspěchu plodin?
na jaře začíná mnoho lidí pěstovat své zahrady. Vidí reklamy v katalozích nebo nakupují v zahradnické sekci místního obchodu, aby získali nápady. Správné místo v zahradě je vybráno, semena nebo rostliny jsou vloženy do půdy a pak čekat. Ať už se jedná o malou domácí zahradu nebo velkou tisícikorunovou farmu, chemie výrazně přispívá k úspěchu plodiny.
plodiny potřebují pro dobrý růst tři věci: vodu, živiny z půdy a ochranu před predátory, jako je hmyz. Chemie významně přispěla ve všech třech oblastech. Čištění vody používá řadu chemických a fyzikálních technik k odstranění solí a kontaminantů, které by znečišťovaly půdu. Chemická analýza půdy umožňuje pěstiteli zjistit, jaké živiny chybí, aby mohly být přidány. Na jaře mají obchody s potravinami, železářství a zahradnická centra vysoké stohy pytlů obsahujících hnojiva a zabijáky plevelů, které obohacují půdu a udržují nežádoucí rostliny. Tyto stejné obchody také poskytují řadu sprejů nebo pevných ošetření hmyzu, který by jinak mohl mít na rostlinách svačinu.
obrázek 5. Pšeničné pole Idaho.
čištění vody
obrázek 6. Odsolovací zařízení.
sladká voda je nezbytná pro dobré plodiny. V některých oblastech světa je dostatek deště pro splnění tohoto úkolu. V jiných lokalitách musí být zajištěna voda, aby plodiny rostly. Celosvětově zavlažování pokrývá asi 18% zemědělské půdy a produkuje asi 40% plodin. Hlavním zdrojem čistší vody v mnoha částech světa je proces odsolování.
mořská voda je ošetřena za účelem odstranění solí a výsledná voda může být použita k zavlažování bez kontaminace půdy materiály, které poškozují rostoucí rostliny.
půdní živiny
Obrázek 7. Člověk šíří chemikálie na půdu.
v mnoha oblastech světa má půda nedostatek základních živin. Řada minerálů, jako je fosfor, draslík, vápník a hořčík, nemusí být přítomna v dostatečně velkém množství, aby způsobila dobrý růst rostlin. Dusík je nesmírně důležitý pro dobré plodiny.
analýza půdy je k dispozici v různých laboratořích. Místní univerzitní rozšiřující služby mohou poskytnout cenné informace o složení půdy a také navrhnou typy a množství potřebných živin. Hnojiva lze zakoupit a přidat do půdy, aby se obohatila a zajistila lepší výnos plodin.
kontrola hmyzu
i když plodina dobře roste, stále existuje možnost poškození hmyzem nebo škůdci. Hmyz nebo škůdce mohou plodinu spotřebovat nebo ji poškodit do bodu, kdy nebude dobře růst. Zamoření armyworms může způsobit velké škody na kukuřici a obilninách. Mšice a boll weevils jsou hlavními predátory bavlníkových plodin. Neschopnost kontrolovat tyto škůdce bude mít za následek rozsáhlé poškození plodin a finanční ztráty pro zemědělce.
chemici a další vědci vyvinuli širokou škálu pesticidů, aby se vypořádali se všemi těmito škůdci. Základním přístupem je, aby pesticid zasahoval do nějakého biochemického procesu v škůdci. V ideálním případě pesticid neovlivní jiné živé organismy, ale není tomu tak vždy. Při používání pesticidů je velmi důležité číst štítky a dodržovat všechna bezpečnostní opatření.
shrnutí
- rostlinné živiny jsou velmi důležité pro dobrý růst rostlin.
- chemická analýza půdy může říct, že farmář nebo zahradník, jaké živiny jsou potřebné.
- chemici vyvinuli mnoho pesticidů, které zabijí rostlinné predátory, jako je armádní červ a Boll weevil.
praxe
použijte tento zdroj k zodpovězení následujících otázek:
http://www.ncagr.gov/cyber/kidswrld/plant/nutrient.htm
- co je makronutrient?
- co je to mikroživina?
- uveďte dva příklady každého druhu živiny
- co dělá každá z těchto živin pro rostlinu?
recenze
- seznam tří věcí, které plodiny potřebují pro dobrý růst.
- kolik vody používané v zemědělství je zajištěno zavlažováním?
- jaký podíl plodin se pěstuje pomocí zavlažování?
- proč je třeba do půdy přidávat živiny?
- jak pesticidy fungují?
materiály
jak chemie ovlivňuje oblečení, které nosíme?
Chemický výzkum je často plný překvapení. Jedno takové překvapení přišlo Stephanie Kwolek z chemické společnosti DuPont. Pracovala na druhu materiálu známém jako polymery. Tyto chemikálie už nějakou dobu existovaly a používaly se pro nové typy textilií. Kwolek hledal silný a tuhý ropný produkt. Přišla s materiálem, který nevypadal jako váš průměrný polymer. Ale hrála tušení a nechala to udělat do vláken. Tento nový materiál měl tuhost asi devětkrát vyšší než kterýkoli ze známých polymerů té doby. Další výzkum a vývoj vedly k výrobě Kevlaru, materiálu, který se nyní široce používá v neprůstřelných vestách (viz obrázek výše). Kromě toho Kevlar našel široké uplatnění v závodních plachtách, pneumatikách automobilů, brzdách a ohnivzdorném oblečení, které nosí hasiči.
elektronika
obrázek 9. Kalkulačka s displejem z tekutých krystalů.
chemici se podílejí na návrhu a výrobě nových materiálů. Některé z materiálů, které chemici v posledních letech pomohli objevit nebo vyvinout, zahrnují polymery, keramiku, lepidla, povlaky a tekuté krystaly. Tekuté krystaly se používají v elektronických displejích, stejně jako v hodinkách a kalkulačkách. Počítačový čip na bázi křemíku způsobil revoluci v moderní společnosti a chemici hráli klíčovou roli v jejich designu a neustálém zlepšování. Níže uvedená kalkulačka používá jak displej z tekutých krystalů, tak čipy uvnitř zařízení.
supravodiče
mnoho chemiků v současné době pracuje v oblasti supravodivosti. Supravodiče jsou materiály, které jsou schopny vést elektřinu se 100% účinností, což znamená, že během elektrického přenosu nedochází ke ztrátě energie, jako je tomu u konvenčních vodivých materiálů, jako je měděný kabel. Úkolem je navrhnout materiály, které mohou působit jako supravodiče při normálních teplotách, na rozdíl od schopnosti supravodiče pouze při velmi nízkých teplotách.
oděv
obrázek 10. Nylonová stěrka.
vlákna, která tvoří materiály pro naše oblečení, jsou buď přírodní, nebo lidská. Hedvábí a bavlna by byly příklady přírodních vláken. Hedvábí je produkováno bource morušového a bavlna se pěstuje jako rostlina. Lidské tkaniny zahrnují nylon, orlon a řadu dalších polymerů. Tyto materiály jsou vyrobeny z uhlovodíků nalezených v ropných produktech. Syntetické polymery se také používají v botách, raingear a kempovacích předmětech. Syntetické tkaniny bývají lehčí než přírodní a mohou být ošetřeny tak, aby byly odolnější a odolnější vůči vodě.
materiály původně vyvinuté jako textilie nacházejí širokou škálu dalších použití. Nylon se nachází v řadě plastových nádob. Díky své síle a nízké hmotnosti je nylon součástí Lan, rybářských sítí, stanů a padáků.
shrnutí
- chemici vyrábějí materiály pro elektroniku, supravodivost, textil a další aplikace.
praxe
použijte níže uvedený odkaz k zodpovězení následujících otázek:
http://library.thinkquest.org/C004179/nylon.htm
- kdo vyvinul nylon?
- pro jakou společnost pracoval?
- seznam tří vlastností nylonu.
recenze
- kdo vyvinul Kevlar?
- kde se používají tekuté krystaly?
- co je supravodič?
- z čeho jsou vyrobeny syntetické polymery?
Glosář
- odsolování: tento proces je hlavním zdrojem čistší vody v mnoha částech světa.
- diabetes mellitus: onemocnění charakterizované neschopností těla používat glukózu (složku stolního cukru).
- inzulin: Protein, který pomáhá glukóze vstoupit do buněk a být použit pro biochemickou energii.
- Kevlar: materiál, který se nyní široce používá v neprůstřelných vestách. Také našel široké uplatnění v závodních plachtách, pneumatikách, brzdách a ohnivzdorném oblečení, které nosí hasiči.
- tekutý krystal: používá se v elektronických displejích, jako v hodinkách a kalkulačkách.
- živina: vitamíny a minerály, které umožňují organismu růst.
- nylon: látka vyrobená člověkem. Materiál je vyroben z uhlovodíků nalezených v ropných produktech. Nachází se v řadě plastových nádob. Díky své síle a nízké hmotnosti je nylon součástí Lan, rybářských sítí, stanů a padáků.
- pesticid: chemikálie, které zabijí rostlinné predátory. Vyvinut pro zachování růstu rostlin, bez zásahu rostlinných predátorů.
- supravodič: materiály, které jsou schopny vést elektřinu se 100% účinností, což znamená, že během elektrického přenosu není ztracena žádná energie, jako je tomu u konvenčních vodivých materiálů, jako je měděný kabel.