जीव रसायन
19 वीं शताब्दी के दौरान निर्जीव रसायन विज्ञान की समझ बढ़ने के साथ, आणविक संरचना और प्रतिक्रियाशीलता के संदर्भ में जीवित जीवों की शारीरिक प्रक्रियाओं की व्याख्या करने के प्रयासों ने जैव रसायन के अनुशासन को जन्म दिया। बायोकेमिस्ट जीवन के आणविक आधार की जांच के लिए रसायन विज्ञान की तकनीकों और सिद्धांतों को नियुक्त करते हैं। एक जीव की जांच इस आधार पर की जाती है कि इसकी शारीरिक प्रक्रियाएँ उच्च एकीकृत तरीके से होने वाली कई हजारों रासायनिक प्रतिक्रियाओं का परिणाम हैं। बायोकेमिस्ट्स ने अन्य चीजों के बीच, सिद्धांतों को स्थापित किया है, जो कोशिकाओं में ऊर्जा हस्तांतरण, कोशिका झिल्ली की रासायनिक संरचना, वंशानुगत सूचना, मांसपेशियों और तंत्रिका कार्य, और बायोसिंथेटिक मार्ग के कोडिंग और संचरण। वास्तव में, संबंधित बायोमोलेकल्स जीवाणुओं और मनुष्यों के रूप में जीवों में समान भूमिकाओं को पूरा करने के लिए पाए गए हैं। बायोमोलेक्यूलस का अध्ययन, हालांकि, कई कठिनाइयों को प्रस्तुत करता है। ऐसे अणु अक्सर बहुत बड़े होते हैं और महान संरचनात्मक जटिलता का प्रदर्शन करते हैं; इसके अलावा, जिन रासायनिक प्रतिक्रियाओं से वे गुजरते हैं, वे आमतौर पर बहुत तेजी से होते हैं। उदाहरण के लिए, डीएनए के दो स्ट्रैंड का पृथक्करण एक सेकंड के दस लाखवें हिस्से में होता है। प्रतिक्रिया की ऐसी तीव्र दर केवल बायोमोलेक्यूल्स की मध्यस्थ क्रिया के माध्यम से संभव है जिसे एंजाइम कहा जाता है। एंजाइम प्रोटीन होते हैं जो उनकी त्रि-आयामी रासायनिक संरचना के लिए उनकी उल्लेखनीय दर-त्वरित क्षमताओं को छोड़ते हैं। आश्चर्य नहीं कि जैव रासायनिक खोजों ने बीमारी की समझ और उपचार पर बहुत प्रभाव डाला है। चयापचय की जन्मजात त्रुटियों के कारण कई बीमारियों को विशिष्ट आनुवंशिक दोषों का पता लगाया गया है। अन्य रोग सामान्य जैव रासायनिक मार्गों में व्यवधान के परिणामस्वरूप होते हैं।
प्रौद्योगिकी का इतिहास: रसायन विज्ञान
स्टीम पावर के सिद्धांत में रॉबर्ट बॉयल के योगदान का उल्लेख किया गया है, लेकिन बॉयल को आमतौर पर "रसायन विज्ञान के पिता" के रूप में मान्यता प्राप्त है।
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बार-बार, दवाओं द्वारा लक्षणों को कम किया जा सकता है, और खोज, कार्रवाई का तरीका, और चिकित्सीय एजेंटों का गिरावट जैव रसायन विज्ञान में अध्ययन के प्रमुख क्षेत्रों में से एक है। बैक्टीरियल संक्रमणों को सल्फोनामाइड्स, पेनिसिलिन और टेट्रासाइक्लिन के साथ इलाज किया जा सकता है, और वायरल संक्रमण के शोध में हर्पीस वायरस के खिलाफ एसाइक्लोविर की प्रभावशीलता का पता चला है। कार्सिनोजेनेसिस और कैंसर कीमोथेरेपी के विवरण में बहुत वर्तमान रुचि है। यह ज्ञात है, उदाहरण के लिए, कैंसर का परिणाम तब हो सकता है जब कैंसर पैदा करने वाले अणु, या कार्सिनोजेन्स, जैसा कि उन्हें कहा जाता है, न्यूक्लिक एसिड और प्रोटीन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं और उनकी सामान्य क्रियाओं में हस्तक्षेप करते हैं। शोधकर्ताओं ने ऐसे परीक्षण विकसित किए हैं जो अणुओं की पहचान कर सकते हैं जो कि कार्सिनोजेनिक हो सकते हैं। आशा है, निश्चित रूप से, यह है कि कैंसर की रोकथाम और उपचार में प्रगति में तेजी आएगी क्योंकि रोग के जैव रासायनिक आधार को अधिक पूरी तरह से समझा जा सकता है।
जीवविज्ञान प्रक्रियाओं का आणविक आधार आणविक जीव विज्ञान और जैव प्रौद्योगिकी के तेजी से बढ़ते विषयों की एक अनिवार्य विशेषता है। रसायन विज्ञान ने प्रोटीन और डीएनए की संरचना का तेजी से और सटीक रूप से निर्धारण करने के लिए तरीके विकसित किए हैं। इसके अलावा, जीन के संश्लेषण के लिए कुशल प्रयोगशाला विधियों को तैयार किया जा रहा है। अंततः, सामान्य लोगों के साथ दोषपूर्ण जीन के प्रतिस्थापन से आनुवंशिक रोगों का सुधार संभव हो सकता है।
पॉलिमर रसायन
सरल पदार्थ एथिलीन एक गैस है जो सीएच 2 सीएच 2 सूत्र के साथ अणुओं से बना है । कुछ शर्तों के तहत, कई एथिलीन अणु पॉलीथीन नामक एक लंबी श्रृंखला बनाने के लिए एक साथ जुड़ेंगे, सूत्र (सीएच 2 सीएच 2) एन के साथ, जहां एन एक चर लेकिन बड़ी संख्या है। पॉलीइथिलीन एक कठिन, टिकाऊ ठोस सामग्री है जो एथिलीन से काफी अलग है। यह एक बहुलक का एक उदाहरण है, जो कई छोटे अणुओं (मोनोमर्स) से बना एक बड़ा अणु है, जो आमतौर पर एक रैखिक फैशन में शामिल होता है। सेल्युलोज, स्टार्च, कपास, ऊन, रबर, चमड़ा, प्रोटीन और डीएनए सहित कई स्वाभाविक रूप से पाए जाने वाले पदार्थ पॉलिमर हैं। पॉलीइथाइलीन, नायलॉन और एक्रेलिक सिंथेटिक पॉलिमर के उदाहरण हैं। ऐसी सामग्री का अध्ययन बहुलक रसायन विज्ञान के क्षेत्र के भीतर है, एक विशेषता जो 20 वीं शताब्दी में पनपी है। प्राकृतिक पॉलिमर की जांच जैव रसायन के साथ काफी हद तक समाप्त हो जाती है, लेकिन नए पॉलिमर के संश्लेषण, पोलीमराइजेशन प्रक्रियाओं की जांच, और पॉलिमर सामग्री की संरचना और गुणों के लक्षण वर्णन बहुलक रसायनज्ञों के लिए अद्वितीय समस्याएं पैदा करते हैं।
पॉलिमर केमिस्टों ने पॉलिमर को डिज़ाइन और संश्लेषित किया है जो कठोरता, लचीलेपन, नरम तापमान, पानी में घुलनशीलता और बायोडिग्रेडेबिलिटी में भिन्न होते हैं। उन्होंने पॉलिमरिक सामग्री का उत्पादन किया है जो स्टील के रूप में मजबूत है लेकिन हल्का और जंग के लिए अधिक प्रतिरोधी है। तेल, प्राकृतिक गैस और पानी की पाइपलाइन अब नियमित रूप से प्लास्टिक पाइप का निर्माण करती हैं। हाल के वर्षों में, वाहन चालकों ने कम ईंधन की खपत करने वाले हल्के वाहनों के निर्माण के लिए प्लास्टिक के घटकों का उपयोग बढ़ाया है। अन्य उद्योग जैसे कि कपड़ा, रबर, कागज और पैकेजिंग सामग्री के निर्माण में शामिल लोग बहुलक रसायन विज्ञान पर निर्मित होते हैं।
नए प्रकार की पॉलिमर सामग्री का उत्पादन करने के अलावा, शोधकर्ता विशेष उत्प्रेरक विकसित करने से संबंधित हैं जो वाणिज्यिक राइमर के बड़े पैमाने पर औद्योगिक संश्लेषण द्वारा आवश्यक हैं। ऐसे उत्प्रेरकों के बिना, कुछ मामलों में बहुलकीकरण की प्रक्रिया बहुत धीमी होगी।
भौतिक रसायन
कई रासायनिक विषयों, जैसे कि पहले से ही चर्चा की गई, कुछ निश्चित सामग्रियों पर ध्यान केंद्रित करते हैं जो सामान्य संरचनात्मक और रासायनिक विशेषताओं को साझा करते हैं। अन्य विशिष्टताओं को पदार्थों के वर्ग पर नहीं बल्कि उनकी अंतःक्रियाओं और परिवर्तनों पर केंद्रित किया जा सकता है। इन क्षेत्रों में सबसे पुराना भौतिक रसायन विज्ञान है, जो रासायनिक प्रक्रियाओं के मात्रात्मक पहलुओं को मापने, सहसंबंधित और व्याख्या करना चाहता है। उदाहरण के लिए, एंग्लो-आयरिश केमिस्ट रॉबर्ट बॉयल ने 17 वीं शताब्दी में पाया कि कमरे के तापमान पर गैस की एक निश्चित मात्रा की मात्रा आनुपातिक रूप से कम हो जाती है क्योंकि उस पर दबाव बढ़ता है। इस प्रकार, स्थिर तापमान पर गैस के लिए, इसकी मात्रा V और दबाव P का गुणनफल एक स्थिर संख्या के बराबर होता है- यानी, PV = स्थिरांक। इस तरह के एक साधारण अंकगणित संबंध कमरे के तापमान पर लगभग सभी गैसों के लिए मान्य है और एक वातावरण के बराबर या उससे कम दबाव पर। बाद के काम से पता चला है कि संबंध उच्च दबाव में अपनी वैधता खो देता है, लेकिन अधिक जटिल अभिव्यक्ति जो अधिक सटीक रूप से मेल खाती है, प्रयोगात्मक परिणाम प्राप्त किए जा सकते हैं। ऐसी रासायनिक नियमितताओं की खोज और जांच, जिन्हें अक्सर प्रकृति का नियम कहा जाता है, भौतिक रसायन विज्ञान के दायरे में आते हैं। 18 वीं शताब्दी के अधिकांश समय तक रासायनिक प्रणालियों में गणितीय नियमितता के स्रोत को बलों और क्षेत्रों की निरंतरता माना जाता था जो रासायनिक तत्वों और यौगिकों को बनाने वाले परमाणुओं को घेरते थे। 20 वीं शताब्दी में विकास, हालांकि, यह दर्शाता है कि परमाणु और आणविक संरचना के एक क्वांटम मैकेनिकल मॉडल द्वारा रासायनिक व्यवहार की सबसे अच्छी व्याख्या की जाती है। भौतिक रसायन विज्ञान की शाखा जो काफी हद तक इस विषय के लिए समर्पित है, सैद्धांतिक रसायन विज्ञान है। सैद्धांतिक रसायनज्ञ जटिल गणितीय समीकरणों को हल करने में मदद करने के लिए कंप्यूटर का व्यापक उपयोग करते हैं। भौतिक रसायन विज्ञान की अन्य शाखाओं में रासायनिक ऊष्मागतिकी शामिल हैं, जो गर्मी और रासायनिक ऊर्जा के अन्य रूपों और रासायनिक कैनेटीक्स के बीच के संबंध से संबंधित है, जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दरों को मापने और समझने की कोशिश करता है। इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री विद्युत प्रवाह और रासायनिक परिवर्तन के अंतर्संबंध की जांच करती है। एक रासायनिक समाधान के माध्यम से विद्युत प्रवाह के पारित होने से घटक पदार्थों में परिवर्तन होता है जो अक्सर प्रतिवर्ती होते हैं- अर्थात, विभिन्न परिस्थितियों में परिवर्तित पदार्थ स्वयं विद्युत प्रवाह उत्पन्न करेंगे। आम बैटरियों में रासायनिक पदार्थ होते हैं, जो एक विद्युत परिपथ को बंद करके एक दूसरे के संपर्क में रखते हैं, एक स्थिर वोल्टेज पर करंट को तब तक पहुँचाएंगे जब तक कि पदार्थों का उपभोग नहीं किया जाता है। वर्तमान में उन उपकरणों में बहुत रुचि है जो सूरज की रोशनी में ऊर्जा का उपयोग रासायनिक प्रतिक्रियाओं को चलाने के लिए कर सकते हैं जिनके उत्पाद ऊर्जा को संग्रहीत करने में सक्षम हैं। ऐसे उपकरणों की खोज सौर ऊर्जा के व्यापक उपयोग को संभव बनाएगी।
भौतिक रसायन विज्ञान के भीतर कई अन्य विषय हैं जो पदार्थों के सामान्य गुणों और पदार्थों के साथ स्वयं के साथ पदार्थों के बीच संबंधों के साथ अधिक चिंतित हैं। फोटोकैमिस्ट्री एक विशेषता है जो पदार्थ के साथ प्रकाश की बातचीत की जांच करती है। प्रकाश के अवशोषण द्वारा शुरू की गई रासायनिक प्रतिक्रियाएं उन लोगों से बहुत भिन्न हो सकती हैं जो अन्य माध्यमों से होते हैं। उदाहरण के लिए, विटामिन डी मानव शरीर में तब बनता है जब स्टेरॉयड एर्गोस्टेरॉल सौर विकिरण को अवशोषित करता है; ergosterol अंधेरे में विटामिन डी में नहीं बदलता है।
भौतिक रसायन विज्ञान का तेजी से विकसित होने वाला सबडिसिप्लिन सतह रसायन विज्ञान है। यह रासायनिक सतहों के गुणों की जांच करता है, उपकरणों पर बहुत अधिक निर्भर करता है जो ऐसी सतहों का रासायनिक प्रोफ़ाइल प्रदान कर सकता है। जब भी किसी ठोस को किसी तरल या गैस के संपर्क में लाया जाता है, तो शुरू में ठोस की सतह पर प्रतिक्रिया होती है, और इसके गुण नाटकीय रूप से बदल सकते हैं। एल्युमिनियम एक बिंदु है: यह संक्षारण के लिए प्रतिरोधी है क्योंकि शुद्ध धातु की सतह एल्युमिनियम ऑक्साइड की एक परत बनाने के लिए ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करती है, जो धातु के इंटीरियर को आगे ऑक्सीकरण से बचाने का काम करती है। कई प्रतिक्रिया उत्प्रेरक एक प्रतिक्रियाशील सतह प्रदान करके अपना कार्य करते हैं जिस पर पदार्थ प्रतिक्रिया कर सकते हैं।
