obiective de învățare
- descrieți contribuțiile pe care chimia le-a adus medicinei.
- descrie modurile în care chimia a contribuit la succesul agriculturii moderne.
- enumerați modalitățile prin care chimia a contribuit la dezvoltarea materialelor.
chimie în medicină
cum a contribuit chimia la medicină?
diabetul zaharat este o boală caracterizată prin incapacitatea organismului de a utiliza glucoza (o componentă a zahărului de masă). Glucoza este necesară pentru a furniza energie biochimică pentru toate celulele corpului. Când organismul nu poate produce energie folosind glucoză, începe să descompună grăsimile și proteinele pentru a furniza energia necesară, ducând în cele din urmă la moarte.
diabetul este rezultatul pierderii capacității pancreasului de a produce insulină, o proteină care ajută glucoza să intre în celule și să fie utilizată pentru energia biochimică. O piesă cheie a puzzle-ului care înconjoară înțelegerea noastră despre diabet a venit atunci când Frederick Sanger, un biochimist britanic, a efectuat experimente care i-au dat structura moleculei de insulină. Sanger a folosit tehnici și reacții chimice de bază și a durat doisprezece ani pentru a-și finaliza cercetările. Astăzi, instrumentele automate bazate pe abordarea sa pot efectua aceeași analiză în câteva zile. Sanger a primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1958 pentru cercetările sale privind insulina.
contribuții majore la îngrijirea sănătății au fost aduse de chimie. Dezvoltarea de noi medicamente implică analiza chimică și sinteza compușilor noi. Multe programe de televiziune recente promovează numărul mare de medicamente noi produse de chimiști.
Figura 1. Medicament pentru tratamentul bolii.
dezvoltarea unui nou medicament este lungă și complicată. Chimia bolii trebuie studiată, precum și modul în care medicamentul afectează corpul uman. Un medicament poate funcționa bine la animale, dar nu și la oameni. Dintr-o sută de medicamente care arată că ajută la tratarea unei boli, doar o mână mică se dovedește a fi atât sigură, cât și eficientă.
chimia contribuie la pregătirea și utilizarea materialelor pentru chirurgie (suturi, piele artificială și materiale sterile). Suturile folosite în multe intervenții chirurgicale astăzi nu trebuie îndepărtate, deoarece pur și simplu se dizolvă în organism după o perioadă de timp. Înlocuirea vaselor de sânge pentru inimă și alte tipuri de intervenții chirurgicale sunt adesea făcute din substanțe chimice care nu reacționează cu țesuturile, astfel încât acestea nu vor fi respinse de organism. Pielea artificială poate fi utilizată pentru a înlocui pielea umană pentru pacienții cu arsuri.
Figura 2. Procedura chirurgicală.
testarea clinică de laborator utilizează o mare varietate de tehnici chimice și instrumente pentru analiză. Testarea clinică de laborator ne permite să răspundem la întrebări frecvente, cum ar fi ” colesterolul dvs. este ridicat?”și” aveți diabet?”Unele dintre testele de laborator folosesc tehnici simple. Alte procese implică echipamente complexe și analiza computerizată a datelor pentru a efectua măsurători pe un număr mare de probe de pacienți.
Figura 3. Probe de sânge pentru teste de laborator.
testele de laborator au ajuns la magazinul local de droguri sau la magazinul alimentar din cauza evoluțiilor din chimie. Vă puteți testa glicemia folosind un dispozitiv portabil simplu care efectuează un test chimic pe proba de sânge și vă spune cât de multă glucoză este prezentă, permițând unui pacient diabetic să regleze câtă insulină să administreze (chimia este, de asemenea, utilizată pentru a produce insulina și seringa de unică folosință care administrează medicamentul).
Figura 4. Dispozitiv de testare a glicemiei.
rezumat
- chimia găsește multe aplicații în domeniul asistenței medicale.
- dezvoltarea medicamentelor implică multe procese chimice complicate.
- chimia este utilizată pentru a crea materiale utilizate în chirurgie.
- multe teste de laborator se bazează pe tehnici de chimie.
practica
utilizați această resursă pentru a răspunde la următoarele întrebări:
http://www.scribd.com/doc/2187/Chemistry-and-medicines
- ce este un antibiotic?
- ce face un analgezic?
- cum este diferit un antiseptic de un antibiotic?
recenzie
- ce substanță chimică lipsește la pacientul diabetic?
- cine a descoperit structura insulinei?
- ce două lucruri trebuie studiate pentru a dezvolta un nou medicament?
- enumerați două domenii în care chimia a ajutat pacienții chirurgicali
- ce test de sânge poate fi rulat folosind materiale achiziționate de la farmacia locală?
Agricultură
cum ajută chimia succesul culturilor?
primăvara, mulți oameni încep să-și planteze grădinile. Ei văd anunțuri în cataloage sau cumpără secțiunea de grădinărit a unui magazin local pentru a obține idei. Locul potrivit în grădină este selectat, semințele sau plantele sunt puse în sol și apoi așteptați. Fie că este vorba de o mică grădină de casă sau de o fermă mare de mii de acri, chimia contribuie foarte mult la succesul culturii.
culturile au nevoie de trei lucruri pentru o creștere bună: apă, nutrienți din sol și protecție împotriva prădătorilor, cum ar fi insectele. Chimia a adus contribuții majore în toate cele trei domenii. Purificarea apei utilizează o serie de tehnici chimice și fizice pentru a elimina sărurile și contaminanții care ar polua solul. Analiza chimică a solului permite cultivatorului să vadă ce nutrienți lipsesc, astfel încât să poată fi adăugați. În primăvară, magazinele alimentare, magazinele de hardware și centrele de grădinărit au stive mari de pungi care conțin îngrășăminte și ucigași de buruieni care îmbogățesc solul și mențin plantele nedorite. Aceleași magazine oferă, de asemenea, o serie de spray-uri sau tratamente solide pentru insecte care altfel ar putea avea o gustare pe plante.
Figura 5. Câmp de grâu Idaho.
purificarea apei
Figura 6. Echipament de desalinizare.
apa dulce este esențială pentru culturi bune. În unele zone ale lumii, există suficientă ploaie pentru a îndeplini această sarcină. În alte localități, trebuie furnizată apă, astfel încât culturile să crească. La nivel mondial, irigațiile acoperă aproximativ 18% din terenurile agricole și produc aproximativ 40% din culturi. O sursă majoră de apă mai curată în multe părți ale lumii este asigurată de procesul de desalinizare .
apa de mare este tratată pentru a îndepărta sărurile, iar apa rezultată poate fi apoi utilizată pentru irigare fără a contamina solul cu materiale care dăunează plantelor în creștere.
nutrienți din sol
Figura 7. Omul răspândește substanțe chimice pe sol.
în multe zone ale lumii, solul este deficitar în nutrienți esențiali. Un număr de minerale, cum ar fi fosforul, potasiul, calciul și magneziul, pot să nu fie prezente în cantități suficient de mari pentru a provoca o creștere bună a plantelor. Azotul este extrem de important pentru culturile bune.
analiza solului este disponibilă dintr-o varietate de laboratoare. Serviciile de extindere a universității locale pot oferi informații valoroase cu privire la compoziția unui sol și vor face, de asemenea, sugestii cu privire la tipurile și cantitățile de nutrienți necesari. Îngrășămintele pot fi achiziționate și adăugate în sol pentru a-l îmbogăți și a asigura un randament mai bun al culturilor.
controlul insectelor
chiar dacă cultura crește bine, există încă posibilitatea deteriorării insectelor sau dăunătorilor. Insecta sau dăunătorul poate consuma cultura sau o poate deteriora până la punctul în care nu va crește bine. Infestările cu viermi de armată pot provoca daune majore culturilor de porumb și cereale. Afidele și gărgărițele boll sunt prădători majori ai culturilor de bumbac. Nerespectarea acestor dăunători va duce la deteriorarea pe scară largă a culturilor și la pierderi financiare pentru fermier.
o mare varietate de pesticide au fost dezvoltate de chimiști și alți oameni de știință pentru a face față tuturor acestor dăunători. Abordarea de bază este ca pesticidul să interfereze cu un anumit proces biochimic din dăunător. În mod ideal, pesticidul nu va afecta alte organisme vii, dar acest lucru nu este întotdeauna cazul. Este foarte important să citiți etichetele și să respectați toate măsurile de precauție atunci când utilizați pesticide.
rezumat
- nutrienții plantelor sunt foarte importanți pentru o bună creștere a plantelor.
- analiza chimică a solului poate spune fermierului sau grădinarului ce nutrienți sunt necesari.
- chimiștii au dezvoltat multe pesticide care vor ucide prădătorii de plante, cum ar fi viermele armatei și gărgărița boll.
practica
utilizați această resursă pentru a răspunde la următoarele întrebări:
http://www.ncagr.gov/cyber/kidswrld/plant/nutrient.htm
- ce este un macronutrient?
- ce este un micronutrient?
- enumerați două exemple din fiecare tip de nutrient
- ce face fiecare dintre acești nutrienți pentru plantă?
Review
- enumerați trei lucruri de care culturile au nevoie pentru o creștere bună.
- cât din apa folosită în agricultură este furnizată prin irigații?
- ce fracțiune din culturi sunt cultivate prin irigare?
- de ce trebuie adăugați nutrienți în sol?
- cum funcționează pesticidele?
materiale
cum afectează chimia îmbrăcămintea pe care o purtăm?
Cercetare Chimie este adesea plin de surprize. O astfel de surpriză a venit la Stephanie Kwolek de la compania chimică DuPont. Lucra la un tip de material cunoscut sub numele de polimeri. Aceste substanțe chimice existau de ceva vreme și erau utilizate pentru noi tipuri de textile. Kwolek căuta un produs petrolier puternic și rigid. A venit cu un material care nu arăta ca polimerul tău mediu. Dar ea a jucat o bănuială și a făcut-o în fire. Acest nou material avea o rigiditate de aproximativ nouă ori mai mare decât oricare dintre polimerii cunoscuți ai vremii. Cercetările și dezvoltarea ulterioară au dus la producerea de Kevlar, un material utilizat acum pe scară largă în armura corpului (vezi figura de mai sus). În plus, Kevlar a găsit o aplicație largă în pânzele de curse, anvelopele auto, frânele și îmbrăcămintea rezistentă la foc purtată de pompieri.
Electronică
Figura 9. Calculator cu afișaj cu cristale lichide.
chimiștii sunt implicați în proiectarea și producția de materiale noi. Unele dintre materialele pe care chimiștii le-au ajutat să le descopere sau să le dezvolte în ultimii ani includ polimeri, ceramică, adezivi, acoperiri și cristale lichide. Cristalele lichide sunt utilizate în afișaje electronice, ca și în ceasuri și calculatoare. Cipul computerului pe bază de siliciu a revoluționat societatea modernă, iar chimiștii au jucat un rol cheie în proiectarea și îmbunătățirea continuă a acestora. Calculatorul prezentat mai jos utilizează atât un afișaj cu cristale lichide, cât și cipuri în interiorul dispozitivului.
supraconductori
mulți chimiști lucrează în prezent în domeniul supraconductivității. Supraconductorii sunt materiale care sunt capabile să conducă electricitatea cu o eficiență de 100%, ceea ce înseamnă că nu se pierde energie în timpul transmisiei electrice, așa cum se întâmplă cu materialele conductoare convenționale, cum ar fi cablul de cupru. Provocarea este de a proiecta materiale care pot acționa ca supraconductori la temperaturi normale, spre deosebire de a putea supraconductori doar la temperaturi foarte scăzute.
îmbrăcăminte
Figura 10. Spatula din nailon.
fibrele care compun materialele pentru hainele noastre sunt fie naturale, fie făcute de om. Mătasea și bumbacul ar fi exemple de fibre naturale. Mătasea este produsă de viermele de mătase, iar bumbacul este cultivat ca plantă. Țesăturile fabricate de om includ nailon, orlon și un număr de alți polimeri. Aceste materiale sunt fabricate din hidrocarburi găsite în produsele petroliere. Polimerii sintetici sunt, de asemenea, utilizați în pantofi, raingear și articole de camping. Țesăturile sintetice tind să fie mai ușoare decât cele naturale și pot fi tratate pentru a le face mai rezistente la apă și durabile.
materialele dezvoltate inițial ca textile găsesc o mare varietate de alte utilizări. Nylonul se găsește într-o serie de ustensile din plastic. Profitând de rezistența și greutatea redusă, nailonul este o componentă a frânghiilor, a plaselor de pescuit, a corturilor și a parașutelor.
rezumat
- chimiștii produc materiale pentru electronică, supraconductoare, textile și alte aplicații.
practică
utilizați linkul de mai jos pentru a răspunde la următoarele întrebări:
http://library.thinkquest.org/C004179/nylon.htm
- cine a dezvoltat nylon?
- pentru ce companie a lucrat?
- lista trei proprietăți de nailon.
recenzie
- cine a dezvoltat Kevlar?
- unde se folosesc cristalele lichide?
- ce este un superconductor?
- din ce sunt fabricați polimerii sintetici?
Glosar
- desalinizarea: o sursă majoră de apă mai curată în multe părți ale lumii este asigurată de acest proces.
- diabetul zaharat: o boală caracterizată prin incapacitatea organismului de a utiliza glucoza (o componentă a zahărului de masă).
- insulină: O proteină care ajută glucoza să intre în celule și să fie utilizată pentru energia biochimică.
- Kevlar: un material utilizat acum pe scară largă în armura corpului. De asemenea, a găsit o aplicație largă în vele de curse, anvelope auto, frâne și îmbrăcăminte rezistentă la foc purtată de pompieri.
- cristale lichide: utilizate în afișaje electronice, ca în ceasuri și calculatoare.
- nutrient: vitamine și minerale care permit unui organism să crească.
- nailon: țesătură fabricată de om. Materialul este fabricat din hidrocarburi găsite în produsele petroliere. Se găsește într-o serie de ustensile din plastic. Profitând de rezistența și greutatea redusă, nailonul este o componentă a frânghiilor, a plaselor de pescuit, a corturilor și a parașutelor.
- pesticide: substanțe chimice care vor ucide prădătorii de plante. Dezvoltat pentru a păstra creșterea plantelor, fără interferența prădătorilor de plante.
- supraconductor: materiale care sunt capabile să conducă electricitatea cu o eficiență de 100%, ceea ce înseamnă că nu se pierde energie în timpul transmisiei electrice, așa cum se întâmplă cu materialele conductoare convenționale, cum ar fi cablul de cupru.