Obiettivi formativi
- Descrivi i contributi che la chimica ha apportato alla medicina.
- Descrivi i modi in cui la chimica ha contribuito al successo dell’agricoltura moderna.
- Lista modi chimica ha contribuito allo sviluppo dei materiali.
Chimica in medicina
In che modo la chimica ha dato contributi alla medicina?
Il diabete mellito è una malattia caratterizzata dall’incapacità del corpo di usare il glucosio (un componente dello zucchero da tavola). Il glucosio è necessario per fornire energia biochimica per tutte le cellule del corpo. Quando il corpo non può produrre energia usando il glucosio, inizia a scomporre grassi e proteine per fornire l’energia necessaria, portando alla morte.
Il diabete è il risultato del pancreas che perde la capacità di produrre insulina, una proteina che aiuta il glucosio a entrare nelle cellule e ad essere utilizzata per l’energia biochimica. Un pezzo chiave del puzzle che circonda la nostra comprensione del diabete è venuto quando Frederick Sanger, un biochimico britannico, ha effettuato esperimenti che gli hanno dato la struttura della molecola di insulina. Sanger utilizzato tecniche di chimica di base e le reazioni e ha preso dodici anni per completare la sua ricerca. Oggi, gli strumenti automatizzati basati sul suo approccio possono eseguire la stessa analisi in pochi giorni. Sanger ha ricevuto il premio Nobel per la chimica nel 1958 per la sua ricerca sull’insulina.
Importanti contributi all’assistenza sanitaria sono stati fatti dalla chimica. Lo sviluppo di nuovi farmaci comporta l’analisi chimica e la sintesi di nuovi composti. Molti programmi televisivi recenti pubblicizzano il gran numero di nuovi farmaci prodotti dai chimici.
Figura 1. Farmaco per il trattamento della malattia.
Lo sviluppo di un nuovo farmaco è lungo e complicato. La chimica della malattia deve essere studiata, così come il farmaco colpisce il corpo umano. Un farmaco può funzionare bene negli animali, ma non negli esseri umani. Su un centinaio di farmaci che sembrano aiutare a curare una malattia, solo una piccola manciata in realtà risulta essere sia sicura che efficace.
La chimica contribuisce alla preparazione e all’uso di materiali per la chirurgia (suture, pelle artificiale e materiali sterili). Le suture utilizzate in molti interventi chirurgici oggi non devono essere rimosse, perché semplicemente si dissolvono nel corpo dopo un periodo di tempo. I vasi sanguigni sostitutivi per il cuore e altri tipi di chirurgia sono spesso costituiti da sostanze chimiche che non reagiscono con i tessuti, quindi non saranno respinti dal corpo. La pelle artificiale può essere usata per sostituire la pelle umana per i pazienti dell’ustione.
Figura 2. Procedura chirurgica.
I test di laboratorio clinici utilizzano un’ampia varietà di tecniche chimiche e strumentazione per l’analisi. Test di laboratorio clinici ci permette di rispondere alle domande più frequenti come ” è il colesterolo alto?”e” hai il diabete?”Alcuni dei test di laboratorio utilizzano tecniche semplici. Altri processi coinvolgono apparecchiature complesse e analisi computerizzata dei dati al fine di eseguire misurazioni su un gran numero di campioni di pazienti.
Figura 3. Campioni di sangue per test di laboratorio.
Test di laboratorio è venuto al negozio di droga locale o negozio di alimentari a causa degli sviluppi in chimica. È possibile testare la glicemia utilizzando un semplice dispositivo portatile che esegue un test chimico sul campione di sangue e ti dice quanto glucosio è presente, consentendo a un paziente diabetico di regolare la quantità di insulina da somministrare (la chimica viene anche utilizzata per produrre l’insulina e la siringa monouso che amministra il farmaco).
Figura 4. Dispositivo di prova della glicemia.
Sommario
- La chimica trova molte applicazioni nel campo sanitario.
- Lo sviluppo di farmaci comporta molti processi chimici complicati.
- La chimica viene utilizzata per creare materiali utilizzati in chirurgia.
- Molti test di laboratorio si basano su tecniche chimiche.
Pratica
Usa questa risorsa per rispondere alle seguenti domande:
http://www.scribd.com/doc/2187/Chemistry-and-medicines
- Che cos’è un antibiotico?
- Cosa fa un analgesico?
- In che modo un antisettico è diverso da un antibiotico?
Recensione
- Quale sostanza chimica manca nel paziente diabetico?
- Chi ha scoperto la struttura dell’insulina?
- Quali due cose devono essere studiate per sviluppare un nuovo farmaco?
- Elenca due aree in cui la chimica ha aiutato i pazienti chirurgici
- Quale esame del sangue può essere eseguito utilizzando materiale acquistato dalla farmacia locale?
Agricoltura
In che modo la chimica aiuta il successo delle colture?
In primavera, molte persone iniziano a piantare i loro giardini. Vedono annunci in cataloghi o negozio la sezione giardinaggio di un negozio locale per ottenere idee. Viene selezionato il posto giusto nel giardino, i semi o le piante vengono messi nel terreno e poi l’attesa. Che si tratti di un piccolo giardino di casa o di una grande fattoria di mille acri, la chimica contribuisce notevolmente al successo del raccolto.
Le colture hanno bisogno di tre cose per una buona crescita: acqua, sostanze nutritive dal suolo e protezione dai predatori come gli insetti. La chimica ha dato importanti contributi in tutte e tre le aree. La purificazione dell’acqua utilizza una serie di tecniche chimiche e fisiche per rimuovere sali e contaminanti che inquinerebbero il suolo. L’analisi chimica del suolo consente al coltivatore di vedere quali nutrienti mancano in modo che possano essere aggiunti. In primavera, negozi di alimentari, negozi di ferramenta, e centri di giardinaggio hanno alte pile di sacchetti contenenti fertilizzanti e diserbanti che arricchiscono il terreno e tenere giù le piante indesiderate. Questi stessi negozi forniscono anche una serie di spray o trattamenti solidi per gli insetti che altrimenti potrebbero fare uno spuntino sulle piante.
Figura 5. Campo di grano dell’Idaho.
Depurazione delle acque
Figura 6. Attrezzatura di desalinizzazione.
L’acqua dolce è essenziale per buone colture. In alcune aree del mondo, c’è abbastanza pioggia per svolgere questo compito. In altri locali, l’acqua deve essere fornita in modo che le colture crescano. In tutto il mondo, l’irrigazione copre circa il 18% dei terreni agricoli e produce circa il 40% delle colture. Una delle principali fonti di acqua più pulita in molte parti del mondo è fornita dal processo di desalinizzazione .
L’acqua di mare viene trattata per rimuovere i sali e l’acqua risultante può quindi essere utilizzata per l’irrigazione senza contaminare il terreno con materiali che danneggiano le piante in crescita.
Nutrienti del suolo
Figura 7. L’uomo sparge sostanze chimiche sul suolo.
In molte aree del mondo, il suolo è carente di nutrienti essenziali. Un certo numero di minerali come fosforo, potassio, calcio e magnesio potrebbe non essere presente in quantità abbastanza grandi da causare una buona crescita delle piante. L’azoto è estremamente importante per le buone colture.
L’analisi del suolo è disponibile da una varietà di laboratori. I servizi di estensione dell’università locale possono fornire preziose informazioni sulla composizione di un terreno e forniranno anche suggerimenti sui tipi e sulla quantità di nutrienti necessari. I fertilizzanti possono essere acquistati e aggiunti al terreno per arricchirlo e garantire una migliore resa delle colture.
Controllo degli insetti
Anche se il raccolto cresce bene, c’è ancora la possibilità di danni da insetti o parassiti. L’insetto o il parassita possono consumare il raccolto o possono danneggiarlo al punto in cui non crescerà bene. Le infestazioni di armyworms possono causare gravi danni alle colture di mais e grano. Afidi e punteruoli sono i principali predatori delle colture di cotone. Il mancato controllo di questi parassiti si tradurrà in danni alle colture diffuse e perdite finanziarie per l’agricoltore.
Una vasta gamma di pesticidi sono stati sviluppati da chimici e altri scienziati per affrontare tutti questi parassiti. L’approccio di base è quello di avere il pesticida interferire con qualche processo biochimico nel parassita. Idealmente, il pesticida non influenzerà altri organismi viventi, ma questo non è sempre il caso. È molto importante leggere le etichette e osservare tutte le precauzioni quando si usano pesticidi.
Sommario
- I nutrienti vegetali sono molto importanti per una buona crescita delle piante.
- L’analisi chimica del suolo può dire all’agricoltore o al giardiniere quali sostanze nutritive sono necessarie.
- I chimici hanno sviluppato molti pesticidi che uccideranno i predatori delle piante come il verme dell’esercito e il punteruolo di boll.
Pratica
Usa questa risorsa per rispondere alle seguenti domande:
http://www.ncagr.gov/cyber/kidswrld/plant/nutrient.htm
- Che cosa è un macronutriente?
- Che cos’è un micronutriente?
- Elenca due esempi di ogni tipo di nutriente
- Cosa fa ciascuno di questi nutrienti per la pianta?
Review
- Elenca tre cose che le colture hanno bisogno di una buona crescita.
- Quanto dell’acqua utilizzata in agricoltura è fornita dall’irrigazione?
- Quale frazione di colture viene coltivata utilizzando l’irrigazione?
- Perché i nutrienti devono essere aggiunti al terreno?
- Come funzionano i pesticidi?
Materiali
In che modo la chimica influisce sull’abbigliamento che indossiamo?
La ricerca chimica è spesso piena di sorprese. Una di queste sorprese è arrivata a Stephanie Kwolek della DuPont chemical company. Stava lavorando su un tipo di materiale noto come polimeri. Queste sostanze chimiche erano in circolazione da un po ‘ e venivano utilizzate per nuovi tipi di tessuti. Kwolek stava cercando un prodotto petrolifero forte e rigido. Ha inventato un materiale che non assomigliava al tuo polimero medio. Ma ha giocato un sospetto e l’ha fatto in fili. Questo nuovo materiale aveva una rigidità circa nove volte superiore a quella di uno qualsiasi dei polimeri noti del tempo. Ulteriori ricerche e sviluppi hanno portato alla produzione di Kevlar, un materiale ora ampiamente utilizzato nell’armatura (vedi figura sopra). Inoltre, il kevlar ha trovato ampia applicazione nelle vele da corsa, pneumatici per auto, freni e indumenti resistenti al fuoco indossati dai vigili del fuoco.
Elettronica
Figura 9. Calcolatrice con display a cristalli liquidi.
I chimici sono coinvolti nella progettazione e produzione di nuovi materiali. Alcuni dei materiali che i chimici hanno contribuito a scoprire o sviluppare negli ultimi anni includono polimeri, ceramiche, adesivi, rivestimenti e cristalli liquidi. I cristalli liquidi sono utilizzati nei display elettronici, come negli orologi e nelle calcolatrici. Il chip di computer a base di silicio ha rivoluzionato la società moderna e chimici hanno svolto un ruolo chiave nella loro progettazione e miglioramento continuo. La calcolatrice mostrato di seguito utilizza sia un display a cristalli liquidi e chip all’interno del dispositivo.
Superconduttori
Molti chimici stanno attualmente lavorando nel campo della superconduttività. I superconduttori sono materiali che sono in grado di condurre elettricità con efficienza del 100%, il che significa che nessuna energia viene persa durante la trasmissione elettrica, come accade con i materiali conduttori convenzionali come il cavo di rame. La sfida è progettare materiali che possano agire come superconduttori a temperature normali, invece di essere in grado di supercondurre solo a temperature molto basse.
Abbigliamento
Figura 10. Spatola di nylon.
Le fibre che compongono i materiali per i nostri abiti sono naturali o realizzate dall’uomo. Seta e cotone sarebbero esempi di fibre naturali. La seta è prodotta dal baco da seta e il cotone viene coltivato come pianta. I tessuti umani includono nylon, orlon e una serie di altri polimeri. Questi materiali sono costituiti da idrocarburi presenti nei prodotti petroliferi. Polimeri sintetici sono utilizzati anche in scarpe, raingear, e articoli da campeggio. I tessuti sintetici tendono ad essere più leggeri di quelli naturali e possono essere trattati per renderli più resistenti all’acqua e durevoli.
I materiali originariamente sviluppati come tessuti stanno trovando un’ampia varietà di altri usi. Il nylon si trova in un certo numero di utensili di plastica. Prendendo vantaggi della sua forza e peso leggero, il nylon è un componente di corde, reti da pesca, tende e paracadute.
Sommario
- I chimici producono materiali per elettronica, superconduttori, tessili e altre applicazioni.
Pratica
Utilizza il link sottostante per rispondere alle seguenti domande:
http://library.thinkquest.org/C004179/nylon.htm
- Chi ha sviluppato il nylon?
- Per quale azienda lavorava?
- Elenca tre proprietà del nylon.
Recensione
- Chi ha sviluppato il Kevlar?
- Dove vengono utilizzati i cristalli liquidi?
- Che cos’è un superconduttore?
- Di cosa sono fatti i polimeri sintetici?
Glossario
- desalinizzazione: una fonte importante di acqua più pulita in molte parti del mondo è fornita da questo processo.
- diabete mellito: una malattia caratterizzata dall’incapacità del corpo di usare il glucosio (un componente dello zucchero da tavola).
- insulina: Una proteina che aiuta il glucosio a entrare nelle cellule e ad essere utilizzata per l’energia biochimica.
- Kevlar: Un materiale ora ampiamente usato in armatura. Inoltre, ha trovato ampia applicazione nelle vele da corsa, pneumatici per auto, freni e indumenti resistenti al fuoco indossati dai vigili del fuoco.
- cristalli liquidi: utilizzati nei display elettronici, come negli orologi e nelle calcolatrici.
- nutrienti: vitamine e minerali che consentono a un organismo di crescere.
- nylon: tessuto fatto dall’uomo. Il materiale è costituito da idrocarburi presenti nei prodotti petroliferi. Si trova in un certo numero di utensili di plastica. Prendendo vantaggi della sua forza e peso leggero, il nylon è un componente di corde, reti da pesca, tende e paracadute.
- pesticidi: sostanze chimiche che uccidono i predatori delle piante. Sviluppato per preservare la crescita delle piante, senza l’interferenza dei predatori delle piante.
- superconduttore: materiali in grado di condurre elettricità con efficienza del 100%, il che significa che nessuna energia viene persa durante la trasmissione elettrica, come accade con i materiali conduttori convenzionali come il cavo di rame.