Bioquímica
A mesura que la comprensió de la química inanimada va créixer durant el segle XIX, els intents d’interpretar els processos fisiològics dels organismes vius en termes d’estructura molecular i de reactivitat van donar lloc a la disciplina de la bioquímica. Els bioquímics utilitzen les tècniques i teories de la química per sondar la base molecular de la vida. S’investiga un organisme amb la premissa que els seus processos fisiològics són la conseqüència de molts milers de reaccions químiques que es produeixen de manera molt integrada. Els bioquímics han establert, entre altres coses, els principis que fonamenten la transferència d’energia a les cèl·lules, l’estructura química de les membranes cel·lulars, la codificació i la transmissió d’informació hereditària, la funció muscular i nerviosa i les vies biosintètiques. De fet, s’han trobat biomolècules relacionades que compleixen papers similars en organismes tan diferents com els bacteris i els éssers humans. L’estudi de les biomolècules presenta, però, moltes dificultats. Aquestes molècules solen ser molt grans i presenten una gran complexitat estructural; a més, les reaccions químiques que experimenten solen ser extremadament ràpides. La separació de les dues cadenes d’ADN, per exemple, es produeix en un mil·lèsima de segon. Aquestes taxes de reacció ràpides només són possibles mitjançant l’acció intermedia de biomolècules anomenades enzims. Els enzims són proteïnes que deuen la seva notable capacitat d’acceleració de la velocitat a la seva estructura química tridimensional. No en va, els descobriments bioquímics han tingut un gran impacte en la comprensió i el tractament de la malaltia. Moltes malalties degudes a errors de metabolisme nascuts s’han localitzat a defectes genètics específics. Altres malalties resulten d’interrupcions de les vies bioquímiques normals.
història de la tecnologia: química
S'ha esmentat la contribució de Robert Boyle a la teoria de la potència a vapor, però Boyle és més conegut com el "pare de la química"
Amb freqüència, els símptomes es poden alleujar per fàrmacs, i el descobriment, el mode d’acció i la degradació d’agents terapèutics és un altre dels principals àmbits d’estudi en bioquímica. Les infeccions bacterianes es poden tractar amb sulfonamides, penicil·lines i tetraciclines i la investigació sobre infeccions víriques ha revelat l'efectivitat de l'aciclovir contra el virus de l'herpes. Hi ha molt interès actual pels detalls de la carcinogènesi i la quimioteràpia contra el càncer. Se sap, per exemple, que el càncer pot produir-se quan les molècules causants del càncer, o els cancerígens com s’anomenen, reaccionen amb àcids nucleics i proteïnes i interfereixen amb els seus modes d’actuació normals. Els investigadors han desenvolupat proves que poden identificar molècules susceptibles de ser cancerígenes. L’esperança, per descomptat, és que els avenços en la prevenció i el tractament del càncer s’acceleriran una vegada més entesa la base bioquímica de la malaltia.
La base molecular dels processos biològics és una característica essencial de les disciplines de ràpid creixement de la biologia molecular i la biotecnologia. La química ha desenvolupat mètodes per determinar de forma ràpida i precisa l'estructura de les proteïnes i l'ADN. A més, s’estan dissenyant mètodes de laboratori eficients per a la síntesi de gens. En última instància, pot ser possible la correcció de malalties genètiques per substitució de gens defectuosos per altres normals.
Química de polímers
El simple etilè substància és un gas compost de molècules amb la fórmula CH 2 CH 2. Sota certes condicions, moltes molècules d’etilè s’uniran per formar una cadena llarga anomenada polietilè, amb la fórmula (CH 2 CH 2) n, on n és un nombre variable però gran. El polietilè és un material sòlid resistent i molt diferent de l’etilè. És un exemple de polímer, que és una molècula gran formada per moltes molècules més petites (monòmers), generalment units entre si de manera lineal. Moltes substàncies de naturalesa, com ara cel·lulosa, midó, cotó, llana, cautxú, cuir, proteïnes i ADN, són polímers. El polietilè, el niló i els acrílics són exemples de polímers sintètics. L’estudi d’aquests materials es troba dins del domini de la química dels polímers, especialitat que ha florit al segle XX. La investigació de polímers naturals es superposa considerablement a la bioquímica, però la síntesi de nous polímers, la investigació de processos de polimerització i la caracterització de l'estructura i les propietats dels materials polimèrics plantegen problemes únics per als químics dels polímers.
Els químics polímers han dissenyat i sintetitzat polímers que varien en duresa, flexibilitat, temperatura suavitzant, solubilitat en aigua i biodegradabilitat. Han produït materials polimèrics tan forts com l’acer, però més lleugers i més resistents a la corrosió. Els gasoductes de petroli, gas natural i aigua ara es construeixen habitualment amb canonades de plàstic. En els darrers anys, els fabricants d’automòbils han augmentat l’ús de components de plàstic per construir vehicles més lleugers que consumeixen menys combustible. Altres indústries com les que participen en la fabricació de tèxtils, cautxú, paper i materials d’embalatge es basen en la química dels polímers.
A més de produir nous tipus de materials polimèrics, els investigadors es preocupen de desenvolupar catalitzadors especials que requereixen la síntesi industrial a gran escala de polímers comercials. Sense aquests catalitzadors, el procés de polimerització seria molt lent en determinats casos.
Química física
Moltes disciplines químiques, com les que ja hem comentat, se centren en certes classes de materials que comparteixen trets estructurals i químics comuns. Altres especialitats poden estar centrades no en una classe de substàncies, sinó en les seves interaccions i transformacions. El més antic d’aquests camps és la química física, que busca mesurar, correlacionar i explicar els aspectes quantitatius dels processos químics. El químic anglo-irlandès Robert Boyle, per exemple, va descobrir al segle XVII que a temperatura ambient el volum d’una quantitat fixa de gas disminueix proporcionalment a mesura que augmenta la pressió. Així, per a un gas a temperatura constant, el producte del seu volum V i de la pressió P és igual a un nombre constant, és a dir, PV = constant. Una relació aritmètica tan simple és vàlida per a gairebé tots els gasos a temperatura ambient i a pressions iguals o inferiors a una atmosfera. Un treball posterior ha demostrat que la relació perd la seva validesa a pressions més elevades, però es poden derivar expressions més complicades que coincideixin amb més precisió amb els resultats experimentals. El descobriment i la investigació d'aquestes regularitats químiques, sovint anomenades lleis de la naturalesa, es troben en l'àmbit de la química física. Durant bona part del segle XVIII, es va suposar que la font de regularitat matemàtica en sistemes químics era el continu de forces i camps que envolten els àtoms constituint elements i compostos químics. Els desenvolupaments del segle XX, però, han demostrat que el comportament químic s’interpreta millor per un model mecànic quàntic d’estructura atòmica i molecular. La branca de la química física que es dedica en gran mesura a aquesta matèria és la química teòrica. Els químics teòrics fan un ús extensiu dels ordinadors per ajudar-los a resoldre equacions matemàtiques complicades. Altres branques de la química física inclouen la termodinàmica química, que tracta de la relació entre la calor i altres formes d’energia química, i la cinètica química, que busca mesurar i comprendre les taxes de reaccions químiques. L’electroquímica investiga la interrelació del corrent elèctric i el canvi químic. El pas d’un corrent elèctric a través d’una solució química provoca canvis en les substàncies constituents sovint reversibles, és a dir, en diferents condicions les substàncies alterades per elles mateixes produiran un corrent elèctric. Les bateries comunes contenen substàncies químiques que, en posar-se en contacte entre elles tancant un circuit elèctric, proporcionaran corrent a una tensió constant fins que es consumeixin les substàncies. Actualment, hi ha molt d’interès pels dispositius que puguin utilitzar l’energia a la llum solar per impulsar reaccions químiques els productes siguin capaços d’emmagatzemar l’energia. El descobriment d'aquests dispositius permetria l'aprofitament generalitzat de l'energia solar.
Hi ha moltes altres disciplines de la química física que es preocupen més per les propietats generals de les substàncies i les interaccions entre substàncies que amb les pròpies substàncies. La fotoquímica és una especialitat que investiga la interacció de la llum amb la matèria. Les reaccions químiques iniciades per l’absorció de llum poden ser molt diferents de les que es produeixen per altres mitjans. La vitamina D, per exemple, es forma en el cos humà quan l'esterot ergosterol absorbeix la radiació solar; l'ergosterol no canvia a la vitamina D a les fosques.
Una subdisciplina de química física que es desenvolupa ràpidament és la química superficial. Examina les propietats de les superfícies químiques, basant-se molt en instruments que puguin proporcionar un perfil químic d’aquestes superfícies. Sempre que un sòlid està exposat a un líquid o a un gas, una reacció es produeix inicialment a la superfície del sòlid, i les seves propietats poden canviar dràsticament com a resultat. L’alumini és un cas concret: és resistent a la corrosió precisament perquè la superfície del metall pur reacciona amb l’oxigen per formar una capa d’òxid d’alumini, que serveix per protegir l’interior del metall d’una oxidació posterior. Nombrosos catalitzadors de reacció compleixen la seva funció proporcionant una superfície reactiva sobre la qual poden reaccionar les substàncies.
