Lernziele
- Beschreiben Sie die Beiträge der Chemie zur Medizin.
- Beschreiben Sie, wie die Chemie zum Erfolg der modernen Landwirtschaft beigetragen hat.
- Listet auf, wie die Chemie zur Entwicklung von Materialien beigetragen hat.
Chemie in der Medizin
Wie hat die Chemie zur Medizin beigetragen?
Diabetes mellitus ist eine Krankheit, die durch die Unfähigkeit des Körpers gekennzeichnet ist, Glukose (eine Komponente von Haushaltszucker) zu verwenden. Glukose wird benötigt, um biochemische Energie für alle Körperzellen bereitzustellen. Wenn der Körper mit Glukose keine Energie erzeugen kann, beginnt er Fett und Eiweiß abzubauen, um die benötigte Energie bereitzustellen, was schließlich zum Tod führt.
Diabetes ist das Ergebnis der Bauchspeicheldrüse, die die Fähigkeit verliert, Insulin herzustellen, ein Protein, das Glukose hilft, in die Zellen einzudringen und für biochemische Energie verwendet zu werden. Ein Schlüsselstück des Puzzles rund um unser Verständnis von Diabetes kam, als Frederick Sanger, ein britischer Biochemiker, Experimente durchführte, die ihm die Struktur des Insulinmoleküls gaben. Sanger verwendete grundlegende chemische Techniken und Reaktionen und brauchte zwölf Jahre, um seine Forschung abzuschließen. Heute können automatisierte Instrumente, die auf seinem Ansatz basieren, dieselbe Analyse in wenigen Tagen durchführen. Sanger erhielt 1958 den Nobelpreis für Chemie für seine Insulinforschung.
Die Chemie hat einen wesentlichen Beitrag zur Gesundheitsversorgung geleistet. Die Entwicklung neuer Medikamente beinhaltet die chemische Analyse und Synthese neuer Verbindungen. Viele aktuelle Fernsehprogramme werben für die große Anzahl neuer Medikamente, die von Chemikern hergestellt werden.
Abbildung 1. Medikament zur Behandlung von Krankheiten.
Die Entwicklung eines neuen Medikaments ist lang und kompliziert. Die Chemie der Krankheit muss untersucht werden und wie das Medikament den menschlichen Körper beeinflusst. Ein Medikament kann bei Tieren gut wirken, aber nicht beim Menschen. Von hundert Medikamenten, die aussehen, als würden sie bei der Behandlung einer Krankheit helfen, erweist sich nur eine kleine Handvoll als sicher und wirksam.
Die Chemie trägt zur Vorbereitung und Verwendung von Materialien für die Chirurgie bei (Nähte, künstliche Haut und sterile Materialien). Die heute in vielen Operationen verwendeten Nähte müssen nicht entfernt werden, da sich die Fäden nach einiger Zeit im Körper auflösen. Ersatzblutgefäße für Herz- und andere Arten von Operationen bestehen häufig aus Chemikalien, die nicht mit dem Gewebe reagieren, sodass sie vom Körper nicht abgestoßen werden. Künstliche Haut kann verwendet werden, um menschliche Haut für Verbrennungspatienten zu ersetzen.
Abbildung 2. Chirurgischer Eingriff.
Klinische Labortests verwenden eine Vielzahl chemischer Techniken und Instrumente zur Analyse. Klinische Labortests ermöglichen es uns, häufig gestellte Fragen zu beantworten, z. B. „Ist Ihr Cholesterin zu hoch?“ und „haben Sie Diabetes?“ Einige der Labortests verwenden einfache Techniken. Andere Verfahren beinhalten komplexe Geräte und Computeranalyse der Daten, um Messungen an einer großen Anzahl von Patientenproben durchzuführen.
Abbildung 3. Blutproben für Labortests.
Labortests sind aufgrund der Entwicklungen in der Chemie in die örtliche Drogerie oder das Lebensmittelgeschäft gekommen. Sie können Ihren Blutzucker mit einem einfachen tragbaren Gerät testen, das einen chemischen Test an der Blutprobe durchführt und Ihnen mitteilt, wie viel Glukose vorhanden ist, sodass ein Diabetiker regulieren kann, wie viel Insulin verabreicht werden soll (Chemie wird auch zur Herstellung des Insulins verwendet) und die Einwegspritze, die das Medikament verabreicht).
Abbildung 4. Blut glucose prüfung gerät.
Zusammenfassung
- Chemie findet viele Anwendungen im Gesundheitswesen.
- Die Entwicklung von Arzneimitteln beinhaltet viele komplizierte chemische Prozesse.
- Chemie wird verwendet, um Materialien herzustellen, die in der Chirurgie verwendet werden.
- Viele Labortests basieren auf chemischen Techniken.
Praxis
Verwenden Sie diese Ressource, um die folgenden Fragen zu beantworten:
http://www.scribd.com/doc/2187/Chemistry-and-medicines
- Was ist ein Antibiotikum?
- Was macht ein Analgetikum?
- Wie unterscheidet sich ein Antiseptikum von einem Antibiotikum?
Review
- Welche Chemikalie fehlt dem Diabetiker?
- Wer hat die Struktur des Insulins entdeckt?
- Welche zwei Dinge müssen untersucht werden, um ein neues Medikament zu entwickeln?
- Listen Sie zwei Bereiche auf, in denen die Chemie chirurgischen Patienten geholfen hat
- Welcher Bluttest kann mit Material durchgeführt werden, das in Ihrer örtlichen Drogerie gekauft wurde?
Landwirtschaft
Wie trägt die Chemie zum Erfolg von Kulturpflanzen bei?
Im Frühjahr beginnen viele Menschen, ihre Gärten zu pflanzen. Sie sehen Anzeigen in Katalogen oder kaufen im Gartenbereich eines lokalen Geschäfts ein, um Ideen zu erhalten. Der richtige Platz im Garten wird ausgewählt, Samen oder Pflanzen werden in den Boden gelegt und dann das Warten. Ob es sich um einen kleinen Hausgarten oder einen großen tausend Hektar großen Bauernhof handelt, Die Chemie trägt wesentlich zum Erfolg der Ernte bei.
Pflanzen brauchen drei Dinge für ein gutes Wachstum: Wasser, Nährstoffe aus dem Boden und Schutz vor Raubtieren wie Insekten. Die Chemie hat in allen drei Bereichen wichtige Beiträge geleistet. Die Wasserreinigung verwendet eine Reihe chemischer und physikalischer Techniken, um Salze und Verunreinigungen zu entfernen, die den Boden verschmutzen würden. Die chemische Analyse des Bodens ermöglicht es dem Züchter zu sehen, welche Nährstoffe fehlen, damit sie hinzugefügt werden können. Im Frühjahr haben Lebensmittelgeschäfte, Baumärkte und Gartencenter hohe Stapel von Beuteln mit Düngemitteln und Unkrautvernichtern, die den Boden anreichern und unerwünschte Pflanzen fernhalten. Diese gleichen Geschäfte bieten auch eine Reihe von Sprays oder festen Behandlungen für Insekten, die sonst einen Snack auf den Pflanzen haben könnten.
Abbildung 5. Idaho Weizenfeld.
Wasseraufbereitung
Abbildung 6. Entsalzungsausrüstung.
Frisches Wasser ist für gute Ernten unerlässlich. In einigen Regionen der Welt gibt es genug Regen, um diese Aufgabe zu erfüllen. An anderen Orten muss Wasser bereitgestellt werden, damit die Pflanzen wachsen können. Weltweit deckt die Bewässerung etwa 18% der landwirtschaftlichen Nutzfläche ab und produziert etwa 40% der Nutzpflanzen. Eine wichtige Quelle für saubereres Wasser in vielen Teilen der Welt wird durch den Prozess der Entsalzung bereitgestellt .
Meerwasser wird behandelt, um Salze zu entfernen, und das resultierende Wasser kann dann zur Bewässerung verwendet werden, ohne den Boden mit Materialien zu kontaminieren, die die wachsenden Pflanzen schädigen.
Bodennährstoffe
Abbildung 7. Mann verbreitet Chemikalien auf dem Boden.
In vielen Regionen der Welt fehlt es dem Boden an essentiellen Nährstoffen. Eine Reihe von Mineralien wie Phosphor, Kalium, Kalzium und Magnesium sind möglicherweise nicht in ausreichenden Mengen vorhanden, um ein gutes Pflanzenwachstum zu bewirken. Stickstoff ist extrem wichtig für gute Ernten.
Bodenanalysen sind in verschiedenen Labors erhältlich. Lokale Universitätserweiterungsdienste können wertvolle Informationen über die Zusammensetzung eines Bodens liefern und machen auch Vorschläge zu Art und Menge der benötigten Nährstoffe. Düngemittel können gekauft und dem Boden zugesetzt werden, um ihn anzureichern und einen besseren Ernteertrag zu gewährleisten.
Insektenbekämpfung
Auch wenn die Ernte gut wächst, besteht immer noch die Möglichkeit von Insekten- oder Schädlingsschäden. Das Insekt oder der Schädling kann die Ernte verzehren oder bis zu dem Punkt beschädigen, an dem sie nicht gut wächst. Der Befall von Armyworms kann Mais und Getreide großen Schaden zufügen. Blattläuse und Bollkäfer sind große Raubtiere von Baumwollpflanzen. Wenn diese Schädlinge nicht bekämpft werden, führt dies zu weit verbreiteten Ernteschäden und finanziellen Verlusten für den Landwirt.
Chemiker und andere Wissenschaftler haben eine Vielzahl von Pestiziden entwickelt, um mit all diesen Schädlingen umzugehen. Der grundlegende Ansatz besteht darin, dass das Pestizid einen biochemischen Prozess im Schädling stört. Idealerweise wirkt sich das Pestizid nicht auf andere lebende Organismen aus, dies ist jedoch nicht immer der Fall. Es ist sehr wichtig, die Etiketten zu lesen und alle Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von Pestiziden zu beachten.
Zusammenfassung
- Pflanzennährstoffe sind sehr wichtig für ein gutes Pflanzenwachstum.
- Die chemische Analyse des Bodens kann dem Landwirt oder Gärtner sagen, welche Nährstoffe benötigt werden.
- Chemiker haben viele Pestizide entwickelt, die Pflanzenräuber wie den Army Worm und den Boll Weevil töten.
Praxis
Verwenden Sie diese Ressource, um die folgenden Fragen zu beantworten:
http://www.ncagr.gov/cyber/kidswrld/plant/nutrient.htm
- Was ist ein Makronährstoff?
- Was ist ein Mikronährstoff?
- Listen Sie zwei Beispiele für jede Art von Nährstoff auf
- Was macht jeder dieser Nährstoffe für die Pflanze?
Review
- Listen Sie drei Dinge auf, die Pflanzen für ein gutes Wachstum benötigen.
- Wie viel des in der Landwirtschaft verwendeten Wassers wird durch Bewässerung bereitgestellt?
- Welcher Anteil der Pflanzen wird mit Bewässerung angebaut?
- Warum müssen dem Boden Nährstoffe zugesetzt werden?
- Wie wirken Pestizide?
Materialien
Wie beeinflusst die Chemie die Kleidung, die wir tragen?
Chemie forschung ist oft voller überraschungen. Eine solche Überraschung kam Stephanie Kwolek von der DuPont Chemical Company. Sie arbeitete an einer Art Material, das als Polymere bekannt ist. Diese Chemikalien gab es schon eine Weile und wurden für neue Arten von Textilien verwendet. Kwolek suchte nach einem starken und starren Erdölprodukt. Sie kam mit einem Material, das nicht wie ein durchschnittliches Polymer aussah. Aber sie spielte eine Ahnung und ließ sie zu Fäden machen. Dieses neue Material hatte eine etwa neunfache Steifigkeit als jedes der damals bekannten Polymere. Weitere Forschung und Entwicklung führten zur Herstellung von Kevlar, einem Material, das heute häufig in Körperpanzern verwendet wird (siehe Abbildung oben). Darüber hinaus hat Kevlar breite Anwendung in Rennsegeln, Autoreifen, Bremsen und feuerbeständiger Kleidung gefunden, die von Feuerwehrleuten getragen wird.
Elektronik
Abbildung 9. Taschenrechner mit Flüssigkristallanzeige.
Chemiker sind an der Entwicklung und Herstellung neuer Materialien beteiligt. Einige der Materialien, die Chemiker in den letzten Jahren entdeckt oder entwickelt haben, umfassen Polymere, Keramiken, Klebstoffe, Beschichtungen und Flüssigkristalle. Flüssigkristalle werden in elektronischen Anzeigen wie in Uhren und Taschenrechnern verwendet. Der auf Silizium basierende Computerchip hat die moderne Gesellschaft revolutioniert, und Chemiker haben eine Schlüsselrolle bei ihrem Design und ihrer kontinuierlichen Verbesserung gespielt. Der unten gezeigte Rechner verwendet sowohl eine Flüssigkristallanzeige als auch Chips im Gerät.
Supraleiter
Viele Chemiker arbeiten derzeit auf dem Gebiet der Supraleitung. Supraleiter sind Materialien, die in der Lage sind, Elektrizität mit einem Wirkungsgrad von 100% zu leiten, was bedeutet, dass bei der elektrischen Übertragung keine Energie verloren geht, wie dies bei herkömmlichen leitenden Materialien wie Kupferkabeln der Fall ist. Die Herausforderung besteht darin, Materialien zu entwickeln, die bei normalen Temperaturen als Supraleiter wirken können, anstatt nur bei sehr niedrigen Temperaturen supraleitend zu sein.
Kleidung
Abbildung 10. Nylonspatel.
Die Fasern, aus denen die Materialien für unsere Kleidung bestehen, sind entweder natürlich oder von Menschen hergestellt. Seide und Baumwolle wären Beispiele für Naturfasern. Seide wird von der Seidenraupe produziert und Baumwolle wird als Pflanze angebaut. Von Menschen hergestellte Stoffe umfassen Nylon, Orlon und eine Reihe anderer Polymere. Diese Materialien werden aus Kohlenwasserstoffen hergestellt, die in Erdölprodukten vorkommen. Synthetische Polymere werden auch in Schuhen, Regenbekleidung und Campingartikeln verwendet. Die synthetischen Stoffe sind in der Regel leichter als die natürlichen und können behandelt werden, um sie wasserabweisender und haltbarer zu machen.
Materialien, die ursprünglich als Textilien entwickelt wurden, finden eine Vielzahl anderer Anwendungen. Nylon ist in einer Reihe von Kunststoffutensilien enthalten. Nylon profitiert von seiner Festigkeit und seinem geringen Gewicht und ist Bestandteil von Seilen, Fischernetzen, Zelten und Fallschirmen.
Zusammenfassung
- Chemiker stellen Materialien für Elektronik, Supraleitung, Textilien und andere Anwendungen her.
Praxis
Verwenden Sie den folgenden Link, um die folgenden Fragen zu beantworten:
http://library.thinkquest.org/C004179/nylon.htm
- Wer hat Nylon entwickelt?
- Für welche Firma hat er gearbeitet?
- Listet drei Eigenschaften von Nylon auf.
Review
- Wer hat Kevlar entwickelt?
- Wo werden Flüssigkristalle eingesetzt?
- Was ist ein Supraleiter?
- Woraus werden synthetische Polymere hergestellt?
Glossar
- Entsalzung: Durch diesen Prozess wird in vielen Teilen der Welt eine wichtige Quelle für saubereres Wasser bereitgestellt.
- Diabetes mellitus: Eine Krankheit, die durch die Unfähigkeit des Körpers gekennzeichnet ist, Glukose (eine Komponente von Haushaltszucker) zu verwenden.
- Insulin: Ein Protein, das Glukose hilft, in die Zellen einzudringen und für biochemische Energie verwendet zu werden.
- Kevlar: Ein Material, das heute in Körperpanzern weit verbreitet ist. Hat auch breite Anwendung in Rennsegeln, Autoreifen, Bremsen und feuerbeständiger Kleidung gefunden, die von Feuerwehrleuten getragen wird.
- Flüssigkristall: Wird in elektronischen Anzeigen wie Uhren und Taschenrechnern verwendet.
- Nährstoff: Vitamine und Mineralstoffe, die einem Organismus das Wachstum ermöglichen.
- nylon: Menschen verursachten stoff. Material wird aus Kohlenwasserstoffen hergestellt, die in Erdölprodukten vorkommen. Es ist in einer Reihe von Kunststoff-Utensilien gefunden. Nylon profitiert von seiner Festigkeit und seinem geringen Gewicht und ist Bestandteil von Seilen, Fischernetzen, Zelten und Fallschirmen.
- Pestizid: Chemikalien, die Pflanzenfresser töten. Entwickelt, um das Pflanzenwachstum zu erhalten, ohne die Einmischung von Pflanzenfressern.
- Supraleiter: Materialien, die in der Lage sind, Elektrizität mit einem Wirkungsgrad von 100% zu leiten, was bedeutet, dass bei der elektrischen Übertragung keine Energie verloren geht, wie dies bei herkömmlichen leitenden Materialien wie Kupferkabeln der Fall ist.