Objectifs d’apprentissage
- Décrire les contributions de la chimie à la médecine.
- Décrivez comment la chimie a contribué au succès de l’agriculture moderne.
- Liste des façons dont la chimie a contribué au développement des matériaux.
La chimie en médecine
Comment la chimie a-t-elle contribué à la médecine?
Le diabète sucré est une maladie caractérisée par l’incapacité de l’organisme à utiliser le glucose (un composant du sucre de table). Le glucose est nécessaire pour fournir de l’énergie biochimique à toutes les cellules du corps. Lorsque le corps ne peut pas produire d’énergie en utilisant du glucose, il commence à décomposer les graisses et les protéines pour fournir l’énergie nécessaire, entraînant éventuellement la mort.
Le diabète est le résultat de la perte de la capacité du pancréas à fabriquer de l’insuline, une protéine qui aide le glucose à pénétrer dans les cellules et à être utilisé pour l’énergie biochimique. Une pièce clé du puzzle entourant notre compréhension du diabète est venue lorsque Frederick Sanger, un biochimiste britannique, a mené des expériences qui lui ont donné la structure de la molécule d’insuline. Sanger a utilisé des techniques de chimie de base et des réactions et a pris douze ans pour terminer ses recherches. Aujourd’hui, les instruments automatisés basés sur son approche peuvent effectuer la même analyse en quelques jours. Sanger a reçu le prix Nobel de chimie en 1958 pour ses recherches sur l’insuline.
La chimie a apporté des contributions majeures aux soins de santé. Le développement de nouveaux médicaments implique l’analyse chimique et la synthèse de nouveaux composés. De nombreuses émissions de télévision récentes annoncent le grand nombre de nouveaux médicaments produits par les chimistes.
Figure 1. Médicament pour le traitement de la maladie.
Le développement d’un nouveau médicament est long et compliqué. La chimie de la maladie doit être étudiée, ainsi que la façon dont le médicament affecte le corps humain. Un médicament peut bien fonctionner chez les animaux, mais pas chez les humains. Sur une centaine de médicaments qui semblent aider à traiter une maladie, seule une petite poignée s’avère à la fois sûre et efficace.
La chimie contribue à la préparation et à l’utilisation de matériaux pour la chirurgie (sutures, peau artificielle et matériaux stériles). Les sutures utilisées dans de nombreuses chirurgies aujourd’hui n’ont pas besoin d’être retirées, car elles se dissolvent simplement dans le corps après un certain temps. Les vaisseaux sanguins de remplacement pour le cœur et d’autres types de chirurgie sont souvent constitués de produits chimiques qui ne réagissent pas avec les tissus, de sorte qu’ils ne seront pas rejetés par le corps. La peau artificielle peut être utilisée pour remplacer la peau humaine pour les patients brûlés.
Figure 2. Intervention chirurgicale.
Les essais cliniques en laboratoire utilisent une grande variété de techniques chimiques et d’instruments pour l’analyse. Les tests de laboratoire cliniques nous permettent de répondre aux questions fréquemment posées telles que « votre taux de cholestérol est-il trop élevé? » et « avez-vous du diabète? »Certains tests de laboratoire utilisent des techniques simples. D’autres processus impliquent des équipements complexes et une analyse informatique des données afin d’effectuer des mesures sur un grand nombre d’échantillons de patients.
Figure 3. Échantillons de sang pour les tests de laboratoire.
Les tests de laboratoire sont arrivés à la pharmacie ou à l’épicerie locale en raison des développements de la chimie. Vous pouvez tester votre glycémie à l’aide d’un simple appareil portable qui effectue un test chimique sur l’échantillon de sang et vous indique la quantité de glucose présente, permettant à un patient diabétique de réguler la quantité d’insuline à administrer (la chimie est également utilisée pour produire l’insuline et la seringue jetable qui administre le médicament).
Figure 4. Dispositif de test de glycémie.
Résumé
- La chimie trouve de nombreuses applications dans le domaine de la santé.
- Le développement de médicaments implique de nombreux processus chimiques compliqués.
- La chimie est utilisée pour créer des matériaux utilisés en chirurgie.
- Beaucoup de tests en laboratoire sont basés sur des techniques de chimie.
Pratique
Utilisez cette ressource pour répondre aux questions suivantes:
http://www.scribd.com/doc/2187/Chemistry-and-medicines
- Qu’est-ce qu’un antibiotique?
- Que fait un analgésique?
- En quoi un antiseptique est-il différent d’un antibiotique?
Revue
- Quel produit chimique manque-t-il chez le patient diabétique?
- Qui a découvert la structure de l’insuline?
- Quelles sont les deux choses à étudier pour développer un nouveau médicament?
- Énumérez deux domaines où la chimie a aidé les patients chirurgicaux
- Quel test sanguin peut être effectué à l’aide de matériel acheté dans votre pharmacie locale?
Agriculture
Comment la chimie contribue-t-elle au succès des cultures?
Au printemps, beaucoup de gens commencent à planter leurs jardins. Ils voient des annonces dans des catalogues ou magasinent dans la section jardinage d’un magasin local pour avoir des idées. Le bon endroit dans le jardin est sélectionné, les graines ou les plantes sont mises dans le sol, puis l’attente. Qu’il s’agisse d’un petit jardin ou d’une grande ferme de mille acres, la chimie contribue grandement au succès de la culture.
Les cultures ont besoin de trois choses pour une bonne croissance: l’eau, les nutriments du sol et la protection contre les prédateurs tels que les insectes. La chimie a apporté des contributions majeures dans ces trois domaines. La purification de l’eau utilise un certain nombre de techniques chimiques et physiques pour éliminer les sels et les contaminants qui pollueraient le sol. L’analyse chimique du sol permet au producteur de voir quels nutriments manquent afin qu’ils puissent être ajoutés. Au printemps, les épiceries, les quincailleries et les centres de jardinage ont de grandes piles de sacs contenant des engrais et des désherbants qui enrichissent le sol et empêchent les plantes indésirables. Ces mêmes magasins offrent également un certain nombre de sprays ou de traitements solides pour les insectes qui pourraient autrement avoir une collation sur les plantes.
Figure 5. Champ de blé de l’Idaho.
Purification de l’Eau
Figure 6. Équipement de dessalement.
L’eau douce est essentielle pour de bonnes récoltes. Dans certaines régions du monde, il pleut suffisamment pour accomplir cette tâche. Dans d’autres endroits, l’eau doit être fournie pour que les cultures se développent. Dans le monde entier, l’irrigation couvre environ 18% des terres agricoles et produit environ 40% des cultures. Une source majeure d’eau plus propre dans de nombreuses régions du monde est fournie par le processus de dessalement.
L’eau de mer est traitée pour éliminer les sels et l’eau résultante peut ensuite être utilisée pour l’irrigation sans contaminer le sol avec des matériaux qui nuisent aux plantes en croissance.
Nutriments du sol
Figure 7. Homme répandant des produits chimiques sur le sol.
Dans de nombreuses régions du monde, le sol est déficient en nutriments essentiels. Un certain nombre de minéraux tels que le phosphore, le potassium, le calcium et le magnésium peuvent ne pas être présents en quantités suffisamment importantes pour provoquer une bonne croissance des plantes. L’azote est extrêmement important pour de bonnes cultures.
L’analyse des sols est disponible dans divers laboratoires. Les services locaux de vulgarisation universitaire peuvent fournir des informations précieuses sur la composition d’un sol et feront également des suggestions sur les types et les quantités d’éléments nutritifs nécessaires. Des engrais peuvent être achetés et ajoutés au sol pour l’enrichir et assurer un meilleur rendement des cultures.
Lutte contre les insectes
Même si la culture pousse bien, il existe toujours un risque de dommages causés par les insectes ou les ravageurs. L’insecte ou le ravageur peut consommer la culture ou l’endommager au point où elle ne poussera pas bien. Les infestations de vers légionnaires peuvent causer des dommages majeurs aux cultures de maïs et de céréales. Les pucerons et les charançons sont des prédateurs majeurs des cultures de coton. Le fait de ne pas contrôler ces ravageurs entraînera des dommages généralisés aux cultures et des pertes financières pour l’agriculteur.
Une grande variété de pesticides ont été mis au point par des chimistes et d’autres scientifiques pour lutter contre tous ces ravageurs. L’approche de base consiste à ce que le pesticide interfère avec certains processus biochimiques chez le ravageur. Idéalement, le pesticide n’affectera pas d’autres organismes vivants, mais ce n’est pas toujours le cas. Il est très important de lire les étiquettes et d’observer toutes les précautions lors de l’utilisation de pesticides.
Résumé
- Les nutriments des plantes sont très importants pour une bonne croissance des plantes.
- L’analyse chimique du sol peut indiquer à l’agriculteur ou au jardinier quels nutriments sont nécessaires.
- Les chimistes ont mis au point de nombreux pesticides qui tueront les prédateurs des plantes tels que le ver de l’armée et le charançon du boll.
Pratique
Utilisez cette ressource pour répondre aux questions suivantes:
http://www.ncagr.gov/cyber/kidswrld/plant/nutrient.htm
- Qu’est-ce qu’un macronutriment?
- Qu’est-ce qu’un micronutriment?
- Énumérez deux exemples de chaque type de nutriment
- Que fait chacun de ces nutriments pour la plante?
Examinez
- Énumérez trois choses dont les cultures ont besoin pour une bonne croissance.
- Quelle part de l’eau utilisée en agriculture est fournie par l’irrigation?
- Quelle fraction des cultures est cultivée par irrigation?
- Pourquoi faut-il ajouter des nutriments au sol?
- Comment fonctionnent les pesticides?
Matériaux
Comment la chimie affecte-t-elle les vêtements que nous portons?
La recherche en chimie est souvent pleine de surprises. Une telle surprise est venue à Stephanie Kwolek de la société chimique DuPont. Elle travaillait sur un type de matériau connu sous le nom de polymères. Ces produits chimiques existaient depuis un certain temps et étaient utilisés pour de nouveaux types de textiles. Kwolek cherchait un produit pétrolier solide et rigide. Elle a trouvé un matériau qui ne ressemblait pas à votre polymère moyen. Mais elle a joué un pressentiment et l’a fait transformer en fils. Ce nouveau matériau avait une rigidité environ neuf fois supérieure à celle de l’un des polymères connus de l’époque. D’autres recherches et développements ont conduit à la production de Kevlar, un matériau maintenant largement utilisé dans les gilets pare-balles (voir figure ci-dessus). En outre, le Kevlar a trouvé une large application dans les voiles de course, les pneus de voiture, les freins et les vêtements résistants au feu portés par les pompiers.
Électronique
Figure 9. Calculatrice avec affichage à cristaux liquides.
Les chimistes sont impliqués dans la conception et la production de nouveaux matériaux. Certains des matériaux que les chimistes ont contribué à découvrir ou à développer ces dernières années comprennent les polymères, les céramiques, les adhésifs, les revêtements et les cristaux liquides. Les cristaux liquides sont utilisés dans les affichages électroniques, comme dans les montres et les calculatrices. La puce informatique à base de silicium a révolutionné la société moderne et les chimistes ont joué un rôle clé dans leur conception et leur amélioration continue. La calculatrice ci-dessous utilise à la fois un écran à cristaux liquides et des puces à l’intérieur de l’appareil.
Supraconducteurs
De nombreux chimistes travaillent actuellement dans le domaine de la supraconductivité. Les supraconducteurs sont des matériaux capables de conduire l’électricité avec une efficacité de 100%, ce qui signifie qu’aucune énergie n’est perdue pendant la transmission électrique, comme cela se produit avec des matériaux conducteurs conventionnels comme le câble en cuivre. Le défi consiste à concevoir des matériaux capables d’agir comme des supraconducteurs à des températures normales, par opposition à ne pouvoir supraconducteurs qu’à des températures très basses.
Vêtements
Figure 10. Spatule en nylon.
Les fibres qui composent les matières de nos vêtements sont naturelles ou fabriquées par l’homme. La soie et le coton seraient des exemples de fibres naturelles. La soie est produite par le ver à soie et le coton est cultivé comme plante. Les tissus fabriqués par l’homme comprennent le nylon, l’orlon et un certain nombre d’autres polymères. Ces matériaux sont fabriqués à partir d’hydrocarbures présents dans les produits pétroliers. Les polymères synthétiques sont également utilisés dans les chaussures, les articles de pluie et les articles de camping. Les tissus synthétiques ont tendance à être plus légers que les tissus naturels et peuvent être traités pour les rendre plus résistants à l’eau et durables.
Les matériaux développés à l’origine sous forme de textiles trouvent une grande variété d’autres utilisations. Le nylon se trouve dans un certain nombre d’ustensiles en plastique. Profitant de sa résistance et de sa légèreté, le nylon est un composant des cordes, des filets de pêche, des tentes et des parachutes.
Résumé
- Les chimistes produisent des matériaux pour l’électronique, les supraconducteurs, le textile et d’autres applications.
Pratique
Utilisez le lien ci-dessous pour répondre aux questions suivantes:
http://library.thinkquest.org/C004179/nylon.htm
- Qui a développé le nylon ?
- Pour quelle entreprise travaillait-il ?
- Liste trois propriétés du nylon.
Avis
- Qui a développé le Kevlar?
- Où les cristaux liquides sont-ils utilisés?
- Qu’est-ce qu’un supraconducteur ?
- De quoi sont fabriqués les polymères synthétiques?
Glossaire
- désalinisation: Ce processus fournit une source majeure d’eau plus propre dans de nombreuses régions du monde.
- diabète sucré: Une maladie caractérisée par l’incapacité de l’organisme à utiliser du glucose (un composant du sucre de table).
- insuline: Une protéine qui aide le glucose à pénétrer dans les cellules et à être utilisée pour l’énergie biochimique.
- Kevlar: Un matériau maintenant largement utilisé dans les gilets pare-balles. En outre, a trouvé une large application dans les voiles de course, les pneus de voiture, les freins et les vêtements résistants au feu portés par les pompiers.
- cristal liquide: Utilisé dans les affichages électroniques, comme dans les montres et les calculatrices.
- nutriment: Vitamines et minéraux qui permettent à un organisme de se développer.
- nylon: Tissu fabriqué par l’homme. Le matériau est fabriqué à partir d’hydrocarbures présents dans les produits pétroliers. On le trouve dans un certain nombre d’ustensiles en plastique. Profitant de sa résistance et de sa légèreté, le nylon est un composant des cordes, des filets de pêche, des tentes et des parachutes.
- pesticides: Produits chimiques qui tueront les prédateurs des plantes. Développé pour préserver la croissance des plantes, sans l’interférence des prédateurs des plantes.
- supraconducteur: Matériaux capables de conduire l’électricité avec une efficacité de 100%, ce qui signifie qu’aucune énergie n’est perdue pendant la transmission électrique, comme cela se produit avec des matériaux conducteurs conventionnels comme le câble en cuivre.