leerdoelstellingen
- beschrijven de bijdragen die de chemie aan de geneeskunde heeft geleverd.
- Beschrijf manieren waarop chemie heeft bijgedragen aan het succes van de moderne landbouw.
- een lijst van manieren waarop chemie heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van materialen.
Chemie in de geneeskunde
Hoe heeft chemie bijgedragen aan de geneeskunde?
Diabetes mellitus is een ziekte die wordt gekenmerkt door het onvermogen van het lichaam om glucose (een bestanddeel van tafelsuiker) te gebruiken. Glucose is nodig om biochemische energie te leveren voor alle cellen van het lichaam. Wanneer het lichaam geen energie kan maken gebruikend glucose, begint het vet en proteã ne af te breken om de benodigde energie te verstrekken, uiteindelijk leidend tot dood.
Diabetes is het gevolg van het verlies van het vermogen van de alvleesklier om insuline aan te maken, een eiwit dat ervoor zorgt dat glucose in de cellen terechtkomt en gebruikt wordt voor biochemische energie. Een belangrijk stukje van de puzzel rond ons begrip van diabetes kwam toen Frederick Sanger, een Britse biochemicus, experimenten uitvoerde die hem de structuur van het insulinemolecuul gaven. Sanger gebruikte basische chemie technieken en reacties en deed er twaalf jaar over om zijn onderzoek af te ronden. Vandaag de dag kunnen geautomatiseerde instrumenten op basis van zijn aanpak dezelfde analyse uitvoeren in een paar dagen. Sanger kreeg in 1958 de Nobelprijs voor de Scheikunde voor zijn insulineonderzoek.
belangrijke bijdragen aan de gezondheidszorg werden geleverd door de chemie. De ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen omvat chemische analyse en synthese van nieuwe verbindingen. Veel recente tv-programma ‘ s adverteren het grote aantal nieuwe geneesmiddelen geproduceerd door chemici.
figuur 1. Geneesmiddel voor de behandeling van ziekten.
de ontwikkeling van een nieuw medicijn is lang en ingewikkeld. De chemie van de ziekte moet worden bestudeerd, evenals hoe het medicijn het menselijk lichaam beïnvloedt. Een medicijn kan goed werken bij dieren, maar niet bij mensen. Van de honderd medicijnen die eruit zien alsof ze helpen bij de behandeling van een ziekte, blijkt slechts een klein handjevol zowel veilig als effectief te zijn.
Chemie draagt bij tot de bereiding en het gebruik van chirurgische materialen (hechtingen, kunstmatige huid en steriele materialen). De hechtingen die tegenwoordig bij veel operaties worden gebruikt, hoeven niet te worden verwijderd, omdat ze na een bepaalde tijd eenvoudig in het lichaam oplossen. Vervangende bloedvaten voor het hart en andere soorten chirurgie zijn vaak maken van chemicaliën die niet reageren met de weefsels, zodat ze niet worden afgewezen door het lichaam. Kunstmatige huid kan worden gebruikt om de menselijke huid te vervangen voor brandwondenpatiënten.
Figuur 2. Chirurgische ingreep.
klinisch laboratorium testen maakt gebruik van een breed scala aan chemische technieken en instrumentatie voor analyse. Klinisch laboratoriumonderzoek stelt ons in staat om veelgestelde vragen te beantwoorden, zoals “is uw cholesterol te hoog? en heb je diabetes?”Sommige laboratoriumtests maken gebruik van eenvoudige technieken. Andere processen omvatten complexe apparatuur en computeranalyse van de gegevens om metingen uit te voeren op grote aantallen patiëntenmonsters.
Figuur 3. Bloedmonsters voor laboratoriumonderzoek.
laboratoriumtests is gekomen om de lokale drogist of supermarkt als gevolg van ontwikkelingen in de chemie. U kunt uw bloedglucose testen met behulp van een eenvoudig draagbaar apparaat dat een chemische test op het bloedmonster uitvoert en u vertelt hoeveel glucose aanwezig is, zodat een diabetespatiënt kan regelen hoeveel insuline moet worden toegediend (chemie wordt ook gebruikt om de insuline en de wegwerpspuit te produceren die het geneesmiddel toedient).
Figuur 4. Bloedglucosetestapparaat.
samenvatting
- Chemie vindt vele toepassingen in de gezondheidszorg.
- bij de ontwikkeling van geneesmiddelen zijn veel ingewikkelde scheikundige processen betrokken.
- chemie wordt gebruikt om materialen te maken die bij chirurgie worden gebruikt.
- veel laboratoriumtests zijn gebaseerd op chemische technieken.
praktijk
Gebruik deze hulpbron om de volgende vragen te beantwoorden:
http://www.scribd.com/doc/2187/Chemistry-and-medicines
- Wat is een antibioticum?
- wat doet een analgeticum?
- hoe verschilt een antisepticum van een antibioticum?
Review
- welke chemische stof ontbreekt bij diabetespatiënt?
- Wie heeft de structuur van insuline ontdekt?
- welke twee zaken moeten worden bestudeerd om een nieuw geneesmiddel te ontwikkelen?
- lijst van twee gebieden waar chemie operatiepatiënten heeft geholpen
- welke bloedtest kan worden uitgevoerd met materiaal dat bij uw plaatselijke drogisterij is gekocht?
landbouw
hoe helpt chemie het succes van gewassen?
In het voorjaar beginnen veel mensen hun tuinen te planten. Ze zien advertenties in catalogi of shop de tuinieren sectie van een lokale winkel om ideeën te krijgen. De juiste plaats in de tuin wordt geselecteerd, zaden of planten worden in de grond gezet, en dan het wachten. Of het nu een kleine huis tuin of een grote duizend hectare boerderij, chemie draagt sterk bij aan het succes van het gewas.
gewassen hebben drie dingen nodig voor een goede groei: water, voedingsstoffen uit de bodem en bescherming tegen roofdieren zoals insecten. De chemie heeft belangrijke bijdragen geleverd op alle drie de gebieden. Waterzuivering maakt gebruik van een aantal chemische en fysische technieken om zouten en verontreinigingen te verwijderen die de bodem zouden vervuilen. Chemische analyse van de bodem stelt de kweker in staat om te zien welke voedingsstoffen ontbreken zodat ze kunnen worden toegevoegd. In het voorjaar hebben supermarkten, ijzerwinkels en tuincentra hoge stapels zakken met meststoffen en onkruidverdelgers die de grond verrijken en ongewenste planten onderdrukken. Deze zelfde winkels bieden ook een aantal sprays of vaste behandelingen voor insecten die anders misschien een snack op de planten.
Figuur 5. Idaho tarweveld.
reiniging van Water
Figuur 6. Ontziltingsuitrusting.
zoet water is essentieel voor goede gewassen. In sommige delen van de wereld is er genoeg regen om deze taak te volbrengen. Op andere plaatsen moet water worden verstrekt zodat de gewassen zullen groeien. Wereldwijd beslaat irrigatie ongeveer 18% van de landbouwgrond en produceert zij ongeveer 40% van de gewassen. Een belangrijke bron van schoner water in vele delen van de wereld wordt geleverd door het proces van ontzilting .
zeewater wordt behandeld om zouten te verwijderen en het resulterende water kan dan worden gebruikt voor irrigatie zonder de bodem te verontreinigen met materialen die schadelijk zijn voor de groeiende planten.
Bodemnutriënten
Figuur 7. De mens verspreidt chemicaliën op de bodem.
in veel delen van de wereld is de bodem tekort aan essentiële voedingsstoffen. Een aantal mineralen zoals fosfor, kalium, calcium en magnesium kan niet in voldoende grote hoeveelheden aanwezig zijn om een goede plantengroei te veroorzaken. Stikstof is uiterst belangrijk voor goede gewassen.
bodemanalyse is beschikbaar in verschillende laboratoria. Lokale universitaire verlengingsdiensten kunnen waardevolle informatie verschaffen over de samenstelling van een bodem en zullen ook suggesties doen over de soorten en hoeveelheden voedingsstoffen die nodig zijn. Meststoffen kunnen worden gekocht en toegevoegd aan de bodem om het te verrijken en zorgen voor een betere opbrengst van gewassen.
insectenbestrijding
zelfs als het gewas goed groeit, bestaat er nog steeds de mogelijkheid van schade door insecten of plagen. Het insect of ongedierte kan het gewas consumeren of beschadigen tot het punt waarop het niet goed zal groeien. Aantasting van armwormen kan grote schade toebrengen aan maïs en graangewassen. Bladluizen en boll snuitkevers zijn belangrijke roofdieren van katoengewassen. Het niet onder controle houden van deze plagen zal leiden tot grootschalige schade aan gewassen en financieel verlies voor de landbouwer.
chemici en andere wetenschappers hebben een grote verscheidenheid aan pesticiden ontwikkeld om al deze plagen aan te pakken. De basisbenadering is om het pesticide te laten interfereren met een biochemisch proces in de plaag. Idealiter zal het bestrijdingsmiddel geen invloed hebben op andere levende organismen, maar dit is niet altijd het geval. Het is zeer belangrijk om de etiketten te lezen en alle voorzorgsmaatregelen in acht te nemen bij het gebruik van pesticiden.
samenvatting
- voedingsstoffen voor planten zijn zeer belangrijk voor een goede plantengroei.
- chemische analyse van de bodem kan de boer of tuinman vertellen welke nutriënten nodig zijn.
- chemici hebben veel pesticiden ontwikkeld die plantenroofdieren zoals de legerworm en de Boll weevil doden.
praktijk
Gebruik deze hulpbron om de volgende vragen te beantwoorden:
http://www.ncagr.gov/cyber/kidswrld/plant/nutrient.htm
- Wat is een macronutriënt?
- Wat is een micronutriënt?
- geef twee voorbeelden van elke soort nutriënt
- Wat doet elk van deze nutriënten voor de plant?
overzicht
- Som drie dingen op die gewassen nodig hebben voor een goede groei.
- hoeveel van het in de landbouw gebruikte water wordt door irrigatie geleverd?
- welk deel van de gewassen wordt met irrigatie geteeld?
- Waarom moeten voedingsstoffen aan de bodem worden toegevoegd?
- Hoe werken pesticiden?
materialen
hoe beïnvloedt chemie de kleding die we dragen?
Chemieonderzoek zit vaak vol verrassingen. Een dergelijke verrassing kwam tot Stephanie Kwolek van de DuPont chemical company. Ze werkte aan een soort materiaal dat bekend staat als polymeren. Deze chemicaliën bestonden al een tijdje en werden gebruikt voor nieuwe soorten textiel. Kwolek was op zoek naar een sterk en stijf aardolieproduct. Ze kwam met een materiaal dat niet leek op een doorsnee polymeer. Maar ze speelde een voorgevoel en liet er draden van maken. Dit nieuwe materiaal had stijfheid ongeveer negen keer die van een van de bekende polymeren van die tijd. Verder onderzoek en ontwikkeling leidde tot de productie van Kevlar, een materiaal dat nu veel wordt gebruikt in kogelvrije vesten (zie figuur hierboven). Bovendien heeft Kevlar brede toepassing gevonden in racing sails, autobanden, remmen en brandwerende kleding gedragen door brandweerlieden.
Elektronica
figuur 9. Rekenmachine met vloeibare kristallen display.
chemici zijn betrokken bij het ontwerp en de productie van nieuwe materialen. Sommige van de materialen die chemici hebben geholpen ontdekken of ontwikkelen in de afgelopen jaren omvatten polymeren, Keramiek, kleefstoffen, coatings, en vloeibare kristallen. Vloeibare kristallen worden gebruikt in elektronische displays, zoals in horloges en rekenmachines. De op silicium gebaseerde computerchip heeft een revolutie teweeggebracht in de moderne samenleving en chemici hebben een sleutelrol gespeeld in hun ontwerp en voortdurende verbetering. De calculator hieronder gebruikt zowel een liquid crystal display als chips in het apparaat.
supergeleiders
veel chemici werken momenteel op het gebied van supergeleiding. Supergeleiders zijn materialen die in staat zijn om elektriciteit te geleiden met 100% efficiëntie, wat betekent dat er geen energie verloren gaat tijdens de elektrische transmissie, zoals gebeurt met conventionele geleidende materialen zoals koperkabel. De uitdaging is om materialen te ontwerpen die kunnen fungeren als supergeleiders bij normale temperaturen, in tegenstelling tot alleen supergeleiding bij zeer lage temperaturen.
Kleding
Figuur 10. Nylon spatel.
de vezels waaruit de materialen voor onze kleding zijn samengesteld, zijn natuurlijk of door mensen gemaakt. Zijde en katoen zouden voorbeelden zijn van natuurlijke vezels. Zijde wordt geproduceerd door de zijderups en katoen wordt geteeld als plant. Door de mens gemaakte stoffen omvatten nylon, orlon, en een aantal andere polymeren. Deze materialen zijn gemaakt van koolwaterstoffen die worden aangetroffen in aardolieproducten. Synthetische polymeren worden ook gebruikt in schoenen, regenkleding en kampeerartikelen. De synthetische stoffen zijn meestal lichter dan de natuurlijke en kunnen worden behandeld om ze meer waterbestendig en duurzaam te maken.
materialen die oorspronkelijk als Textiel werden ontwikkeld, vinden een grote verscheidenheid aan andere toepassingen. Nylon wordt gevonden in een aantal plastic gebruiksvoorwerpen. Het nemen van voordelen van zijn sterkte en lichtgewicht, nylon is een onderdeel van touwen, visnetten, tenten en parachutes.
samenvatting
- chemici produceren materialen voor elektronica, supergeleiding, textiel en andere toepassingen.
praktijk
gebruik de link hieronder om de volgende vragen te beantwoorden:
http://library.thinkquest.org/C004179/nylon.htm
- Wie heeft nylon ontwikkeld?
- voor welk bedrijf werkte hij?
- noem drie eigenschappen van nylon.
beoordeling
- Wie heeft Kevlar ontwikkeld?
- waar worden vloeibare kristallen gebruikt?
- Wat is een supergeleider?
- waaruit zijn synthetische polymeren gemaakt?
Woordenlijst
- ontzilting: een belangrijke bron van schoner water in vele delen van de wereld wordt geleverd door dit proces.Diabetes mellitus: een ziekte die wordt gekenmerkt door het onvermogen van het lichaam om glucose (een bestanddeel van tafelsuiker) te gebruiken.
- insuline: Een eiwit dat helpt glucose in de cellen en worden gebruikt voor biochemische energie.
- Kevlar: een materiaal dat nu veel gebruikt wordt in kogelvrije vesten. Ook, heeft brede toepassing gevonden in het racen zeilen, autobanden, remmen, en brandwerende kleding gedragen door brandweerlieden.
- vloeibaar kristal: gebruikt in elektronische beeldschermen, zoals in horloges en rekenmachines.
- nutriënt: vitaminen en mineralen die een organisme in staat stellen te groeien.
- nylon: door mensen vervaardigd Weefsel. Het materiaal wordt gemaakt van koolwaterstoffen die in aardolieproducten worden gevonden. Het wordt gevonden in een aantal plastic gebruiksvoorwerpen. Het nemen van voordelen van zijn sterkte en lichtgewicht, nylon is een onderdeel van touwen, visnetten, tenten en parachutes.
- pesticide: chemische stoffen die roofdieren van planten doden. Ontwikkeld om plantengroei te behouden, zonder tussenkomst van plantenroofdieren.
- supergeleider: materialen die elektriciteit kunnen geleiden met een rendement van 100%, wat betekent dat er geen energie verloren gaat tijdens de elektrische transmissie, zoals bij conventionele geleidende materialen zoals koperkabel.