inlärningsmål
- beskriv bidrag kemi har gjort till medicin.
- Beskriv hur kemi har bidragit till framgången för det moderna jordbruket.
- lista hur kemi har bidragit till utvecklingen av material.
kemi i medicin
Hur har Kemi bidragit till medicin?
Diabetes mellitus är en sjukdom som kännetecknas av kroppens oförmåga att använda glukos (en komponent i bordsocker). Glukos behövs för att ge biokemisk energi för alla kroppens celler. När kroppen inte kan göra energi med glukos börjar den bryta ner fett och protein för att ge den nödvändiga energin, vilket så småningom leder till döden.
Diabetes är resultatet av att bukspottkörteln förlorar förmågan att göra insulin, ett protein som hjälper glukos att komma in i cellerna och användas för biokemisk energi. En viktig del av pusslet kring vår förståelse av diabetes kom när Frederick Sanger, en brittisk biokemist, utförde experiment som gav honom strukturen hos insulinmolekylen. Sanger använde grundläggande kemitekniker och reaktioner och tog tolv år att slutföra sin forskning. Idag kan automatiserade instrument baserat på hans tillvägagångssätt utföra samma analys om några dagar. Sanger tilldelades Nobelpriset i kemi 1958 för sin insulinforskning.
stora bidrag till vården har gjorts av kemi. Utvecklingen av nya läkemedel innefattar kemisk analys och syntes av nya föreningar. Många nya tv-program annonserar det stora antalet nya droger som produceras av kemister.
Figur 1. Läkemedel för behandling av sjukdom.
utvecklingen av ett nytt läkemedel är lång och komplicerad. Sjukdomens kemi måste studeras, liksom hur läkemedlet påverkar människokroppen. Ett läkemedel kan fungera bra hos djur, men inte hos människor. Av hundra droger som ser ut som de hjälper till att behandla en sjukdom, visar sig bara en liten handfull vara både säker och effektiv.
Kemi bidrar till beredning och användning av material för kirurgi (suturer, konstgjord hud och sterila material). Suturerna som används i många operationer idag behöver inte tas bort, eftersom de helt enkelt löser sig i kroppen efter en tidsperiod. Ersättningsblodkärl för hjärta och andra typer av operationer är ofta gjorda av kemikalier som inte reagerar med vävnaderna, så de kommer inte att avvisas av kroppen. Konstgjord hud kan användas för att ersätta mänsklig hud för brännpatienter.
Figur 2. Kirurgiskt ingrepp.
klinisk laboratorietestning använder en mängd olika kemiska tekniker och instrumentering för analys. Klinisk laboratorietestning tillåter oss att svara på vanliga frågor som ”är ditt kolesterol för högt?”och” har du diabetes?”Några av laboratorietesterna använder enkla tekniker. Andra processer involverar komplex utrustning och datoranalys av data för att utföra mätningar på ett stort antal patientprover.
Figur 3. Blodprover för laboratorietestning.
laboratorietester har kommit till den lokala apotek eller livsmedelsbutik på grund av utvecklingen inom kemi. Du kan testa ditt blodsocker med en enkel bärbar enhet som kör ett kemiskt test på blodprovet och berättar hur mycket glukos som finns, så att en diabetespatient kan reglera hur mycket insulin som ska administreras (kemi används också för att producera insulin och engångssprutan som administrerar läkemedlet).
Figur 4. Blodglukosprovningsanordning.
sammanfattning
- Kemi hittar många tillämpningar inom hälso-och sjukvårdsområdet.
- utveckling av läkemedel involverar många komplicerade kemiprocesser.
- kemi används för att skapa material som används i kirurgi.
- mycket laboratorietestning baseras på kemitekniker.
öva
använd den här resursen för att svara på följande frågor:
http://www.scribd.com/doc/2187/Chemistry-and-medicines
- Vad är ett antibiotikum?
- Vad gör ett smärtstillande medel?
- hur skiljer sig ett antiseptiskt medel från ett antibiotikum?
recension
- vilken kemikalie saknas i diabetespatienten?
- vem upptäckte strukturen av insulin?
- vilka två saker behöver studeras för att utveckla ett nytt läkemedel?
- lista två områden där kemi har hjälpt kirurgiska patienter
- vilket blodprov kan köras med material som köpts från din lokala apotek?
jordbruk
Hur hjälper Kemi framgången för grödor?
på våren börjar många människor plantera sina trädgårdar. De ser annonser i kataloger eller handlar trädgårdsavsnittet i en lokal butik för att få ideer. Rätt plats i trädgården väljs, frön eller växter sätts i jorden, och sedan vänta. Oavsett om det är en liten hemträdgård eller en stor tusen tunnland gård, bidrar Kemi mycket till grödans framgång.
grödor behöver tre saker för god tillväxt: vatten, näringsämnen från jorden och skydd mot rovdjur som insekter. Kemi har gjort stora bidrag inom alla tre områden. Vattenrening använder ett antal kemiska och fysiska tekniker för att avlägsna salter och föroreningar som skulle förorena jorden. Kemisk analys av jord gör det möjligt för odlaren att se vilka näringsämnen som saknas så att de kan tillsättas. På våren har livsmedelsbutiker, järnaffärer och trädgårdscentra höga staplar påsar som innehåller gödselmedel och ogräsdödare som berikar jorden och håller ner oönskade växter. Samma butiker ger också ett antal sprayer eller fasta behandlingar för insekter som annars kan ha ett mellanmål på växterna.
Figur 5. Idaho vetefält.
vattenrening
Figur 6. Avsaltningsutrustning.
färskvatten är viktigt för goda grödor. I vissa delar av världen finns det tillräckligt med regn för att utföra denna uppgift. På andra platser måste vatten tillhandahållas så att grödorna kommer att växa. Över hela världen täcker bevattning cirka 18% av jordbruksmarken och producerar cirka 40% av grödorna. En viktig källa till renare vatten i många delar av världen tillhandahålls av avsaltningsprocessen .
havsvatten behandlas för att avlägsna salter och det resulterande vattnet kan sedan användas för bevattning utan att förorena jorden med material som skadar de växande växterna.
jordnäringsämnen
Figur 7. Man sprider kemikalier på marken.
i många delar av världen är jorden bristfällig i väsentliga näringsämnen. Ett antal mineraler som fosfor, kalium, kalcium och magnesium kanske inte finns i tillräckligt stora mängder för att orsaka god växttillväxt. Kväve är extremt viktigt för goda grödor.
jordanalys är tillgänglig från en mängd olika laboratorier. Lokala universitetsförlängningstjänster kan ge värdefull information om jordens sammansättning och kommer också att ge förslag på typer och mängder av nödvändiga näringsämnen. Gödselmedel kan köpas och läggas till jorden för att berika det och säkerställa bättre utbyte av grödor.
insektsbekämpning
även om grödan växer bra finns det fortfarande möjlighet till insekter eller skadedjur. Insekten eller skadedjuret kan konsumera grödan eller kan skada den till den punkt där den inte kommer att växa bra. Infestationer av armyworms kan göra stora skador på majs och grödor. Bladlöss och bollvivlar är stora rovdjur för bomullsgrödor. Underlåtenhet att kontrollera dessa skadedjur kommer att leda till omfattande skördeskador och ekonomisk förlust för jordbrukaren.
en mängd olika bekämpningsmedel har utvecklats av kemister och andra forskare för att hantera alla dessa skadedjur. Det grundläggande tillvägagångssättet är att få bekämpningsmedlet att störa någon biokemisk process i skadedjuret. Helst kommer bekämpningsmedlet inte att påverka andra levande organismer, men det är inte alltid fallet. Det är mycket viktigt att läsa etiketterna och observera alla försiktighetsåtgärder vid användning av bekämpningsmedel.
sammanfattning
- växtnäringsämnen är mycket viktiga för god växttillväxt.
- kemisk analys av jord kan berätta för bonden eller trädgårdsmästaren vilka näringsämnen som behövs.
- kemister har utvecklat många bekämpningsmedel som kommer att döda växt rovdjur som army worm och boll weevil.
öva
använd den här resursen för att svara på följande frågor:
http://www.ncagr.gov/cyber/kidswrld/plant/nutrient.htm
- Vad är ett makronäringsämne?
- Vad är ett mikronäringsämne?
- lista två exempel på varje typ av näringsämne
- Vad gör var och en av dessa näringsämnen för växten?
Review
- lista tre saker grödor behöver för god tillväxt.
- hur mycket av vattnet som används i jordbruket tillhandahålls av bevattning?
- vilken bråkdel av grödor odlas med bevattning?
- varför behöver näringsämnen läggas till jorden?
- hur fungerar bekämpningsmedel?
Material
hur påverkar Kemi kläderna vi bär?
kemiforskning är ofta full av överraskningar. En sådan överraskning kom till Stephanie Kwolek från Dupont chemical company. Hon arbetade med en typ av material som kallas polymerer. Dessa kemikalier hade funnits ett tag och användes för nya typer av textilier. Kwolek letade efter en stark och styv petroleumprodukt. Hon kom med ett material som inte såg ut som din genomsnittliga polymer. Men hon spelade en föraning och hade det gjort till trådar. Detta nya material hade styvhet ungefär nio gånger den för någon av de kända polymererna av tiden. Ytterligare forskning och utveckling ledde till produktion av Kevlar, ett material som nu används allmänt i kroppsskydd (se figur ovan). Dessutom har Kevlar funnit bred tillämpning i racing segel, bildäck, bromsar och brandbeständiga kläder som bärs av brandmän.
Elektronik
Figur 9. Kalkylator med flytande kristalldisplay.
kemister är involverade i design och produktion av nya material. Några av de material som kemister har hjälpt till att upptäcka eller utveckla de senaste åren inkluderar polymerer, keramik, lim, beläggningar och flytande kristaller. Flytande kristaller används i elektroniska skärmar, som i klockor och miniräknare. Det kiselbaserade datorchipet har revolutionerat det moderna samhället och kemister har spelat en nyckelroll i sin design och fortsatta förbättringar. Kalkylatorn som visas nedan använder både en flytande kristalldisplay och chips inuti enheten.
superledare
många kemister arbetar för närvarande inom området supraledning. Superledare är material som kan leda elektricitet med 100% effektivitet, vilket innebär att ingen energi går förlorad under den elektriska överföringen, som händer med konventionella ledande material som kopparkabel. Utmaningen är att designa material som kan fungera som superledare vid normala temperaturer, i motsats till att bara kunna superleda vid mycket låga temperaturer.
kläder
Figur 10. Nylon spatel.
fibrerna som komponerar materialen för våra kläder är antingen naturliga eller mänskliga. Silke och bomull skulle vara exempel på naturliga fibrer. Silke produceras av silkesmask och bomull odlas som en växt. Mänskliga tyger inkluderar nylon, orlon och ett antal andra polymerer. Dessa material är gjorda av kolväten som finns i petroleumprodukter. Syntetiska polymerer används också i skor, regnkläder och campingartiklar. De syntetiska tygerna tenderar att vara lättare än de naturliga och kan behandlas för att göra dem mer vattentäta och hållbara.
material som ursprungligen utvecklades som textilier hittar en mängd andra användningsområden. Nylon finns i ett antal plastredskap. Med fördelar av sin styrka och lätta vikt är nylon en del av rep, fiskenät, tält och fallskärmar.
sammanfattning
- kemister producerar material för elektronik, supraledande, textil och andra tillämpningar.
öva
använd länken nedan för att svara på följande frågor:
http://library.thinkquest.org/C004179/nylon.htm
- vem utvecklade nylon?
- vilket företag arbetade han för?
- lista tre egenskaper hos nylon.
recension
- vem utvecklade Kevlar?
- var används flytande kristaller?
- Vad är en superledare?
- vad är syntetiska polymerer gjorda av?
ordlista
- avsaltning: en viktig källa till renare vatten i många delar av världen tillhandahålls av denna process.
- diabetes mellitus: en sjukdom som kännetecknas av kroppens oförmåga att använda glukos (en komponent i bordsocker).
- insulin: Ett protein som hjälper glukos att komma in i cellerna och användas för biokemisk energi.
- Kevlar: ett material som nu ofta används i skyddsvästar. Har också funnit bred tillämpning i racing segel, bildäck, bromsar och brandbeständiga kläder som bärs av brandmän.
- flytande kristall: används i elektroniska skärmar, som i klockor och miniräknare.
- näringsämne: vitaminer och mineraler som gör det möjligt för en organism att växa.
- nylon: mänskligt tillverkat Tyg. Materialet är tillverkat av kolväten som finns i petroleumprodukter. Det finns i ett antal plastredskap. Med fördelar av sin styrka och lätta vikt är nylon en del av rep, fiskenät, tält och fallskärmar.
- bekämpningsmedel: kemikalier som kommer att döda växtrodjur. Utvecklad för att bevara växttillväxt, utan inblandning av växtrodjur.
- superledare: material som kan leda elektricitet med 100% effektivitet, vilket innebär att ingen energi går förlorad under den elektriska överföringen, som händer med konventionella ledande material som kopparkabel.