เคมีในศตวรรษที่ 20
ในศตวรรณที่ 20 เป็นช่วงเวลาที่มีการค้นพบผลงานทางด้านเคมีมากกว่ายุคใด ในช่วงนี้มีการศึกษาธาตุกัมมันตรังสีหลายชนิด รัทเทอร์ฟอร์ดค้นพบแอลฟา อนุภาคเบตา และรังสีแกมมา และพบว่าอนุภาคแอลฟาก็คือไอออนฮีเลียมที่มีประจุไฟฟ้าบวก 2 ประจุ (He+2) พบว่าธาตุกัมมันตรังสีเมื่อเสื่อมสลายไปจะกลายเป็นธาตุอื่นได้ ฟาจานส์ (Fajans) พบว่าอะตอมของธาตุหนึ่ง ๆ มีลักษณะไม่เหมือนกันซึ่งตรงข้ามกับทฤษฎีดัลตัน ซอดดี (Soddy) ได้นำคำว่าไอโซโทป (isotope) มาใช้เป็นครั้งแรกในความหมายว่าเป็นอะตอมที่มีมวลต่างแต่ยังคงมีคุณสมบัติของธาตุหนึ่งเหมือนกัน ต่อมารัทเทอร์ฟอร์ดได้ปรับปรุงทฤษฎีอะตอมของดัลตันใหม่ โดยกล่าวว่า อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสอยู่ตรงกลางและมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก อิเล็กตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นลบโคจรอยู่รอบ ๆ น้ำหนักของอะตอมเกิดจากเกิดน้ำหนักของนิวเครียสดังกล่าว หลังจากนั้นนักเคมีคนอื่น ๆ ได้ร่วมมือกันศึกษาโครงสร้างของอะตอมและพบว่า ที่นิวเคลียสประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวกและอนุภาคนิวตรอนไม่มีประจุไฟฟ้า ลิวอิส (Lewis) ลังเมอร์ (langmuir) และคอสเซล (Kossel) ได้ค้นพบพันธะเคมี โดยพบวว่าอะตอมที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 8 ตัวมีสภาพเสถียร สำหรับโลหะซึ่งมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 1 , 2 หรือ 3 ตัว จะปล่อยอิเล็กตรอนเหล่านี้ทิ้งไป ทำให้มีอิเล็กตรอนวงถัดเข้ามาเป็น 8 ตัว แและกลายเป็นอะตอมที่มีประจุไฟฟ้าบวก ส่วนอะโลหะซึง่มีอิเล็กตรอนที่วงนอกไม่ครบ 8 ตัว สามารถรับอิเล็กตรอนได้ 1 , 2 หรือ 3 ตัว ทำให้เป็นอะตอมที่มีประจุไฟฟ้าลบ ดังนั้นในการเกิดเกลือ อะตอมของโลหะจะเกิดเสียอิเล็กตรอนและอะตอมของอะโลหะจะได้รรับอิเล็กตรอนทำให้เกิดไอออนบวกและไอออนลบเกาะยึดซึ่งกันและกัน แล้วได้สารประกอบไอออนิก พันธะเคมีที่ยึดเกาะระหว่างอะตอมดังกล่าวเรียกว่าพันธะไอออนิก ส่วนสารประกอบโลหะอะโลหะอะตอมจะมีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเพื่อให้วงนอกมีอิเล็กตรอนครบ 8 ตัว แล้วได้สารประกอบโควาเลนต์ พันธะเคมีที่สร้างเรียก พันธะโควาเลนต์
ในระยะเดียวกันก็มีการศึกษาค้นคว้าด้านชีวเคมีมากขึ้น มีการค้นพบวิตามิน มีการศึกษาอย่างละเอียดเกี่ยวกระบวนการเมตาโบลิซึม บทบาทของเอมไซม์และสารชีวเคมีทางพันธุกรรมในเรื่องวิตามินนิยมศึกษากับอาหารที่ใช้เลี้ยงสัตว์แมคคอลลัม (McCollum) พบวิตามินเอจากไขมันนม วิตามินบีจากนมครีม และวิตามินซีจากผลไม้สดและผัก ตลอดจนใการศึกษาเกี่ยวกับแร่ธาตุแมละกรดอะมิโนที่จำเป็นและหน้าที่ของสารดังกล่าวในกระบวนการเมตาโบลิซึม ในเรื่องฮอร์โมนมีการค้นพบอินซูลิน อะดรีนาริน ไททรอกซิน ฮอร์โมนเพศ ฮอร์โมนจากต่อมพิทูอิทารี่ และฮอร์โมนจากต่อมหมวกไต เป็นต้น
ในราวปี ค.ศ. 1930 ฟิสเซอร์ (Fischer) ได้ค้นพบโครงสร้างของคลอโรฟิลล์ และมีการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ในปีค.ศ. 1960 โดยวูดเมอร์ (Woodwerd) และสเตรลล์ (Strell) ทำให้มีการศึกษากระบวนการสังเคราะห์แลงอย่างละเอียดมากยิ่งขึ้น และในขณะเดียวกันก็มีการนำไซโคลตรอน (cyclotron) สำหรับผลิตไอโซโทปหนัก เช่น ซวววัลเฟอร์ 35 ฟอสฟอรัส 32 ไอโอดีน 131 เหล็ก 55 ฯลฯ ได้จำนวนมากพอเพียงสำหรับใช้ในการตรวจสอบกระบวนการทางชีวภาพ ช่วยให้มีการศึกษากลไกและขั้นตอนของกระบวนการสังเคราะห์แสงได้ต่อมามีการค้นพบกกระบวนการเปลี่ยนแปลงน้ำตาลไปเป็นกรดไพรูวิกโดยเมเยอร์ฮอฟและเอมบ์เดน (Mayerhof and Embden) ค้นพบวัฏจักรเครบส์ในปี ค.ศ. 1937 และค้นพบเอมไซม์ที่ทำหน้าที่ควบคุมการเกิดเมตาโบลิซึม
ในเรื่องสารพันธุกรรมนั้น แม้ว่าไมส์เชอร์ (Miescher) จะค้นพบกรดนิวคลีอิคมาตั้งแต่ปี
ค.ศ.1869 แล้วก็ตามไม่มีผู้ใดสนใจศึกษาความสำคัญอีกเลยจนมาถึงปี ค.ศ.1944 อาเวอรี่ (Avery) แมคลีออด (MacLeod) และแมกคาร์ที่ (McCarty) ได้ค้นพบว่าสารพันธุกรรมของแบคทีเรียคือ DNA ในปีค.ศ. 1953 คริก (Crick) และวัตสัน (Watston) ได้เสนอโครงสร้างโมเลกุล DNA ว่าประกอบด้วยสายนิวคลีไอโทด์สองสายพันกันเป็นเกลี่ยว และใช้พันธะไฮโดรเจนยึดเกาะระหว่างเบสที่เหมาะสมจากสายนิวคลีโอไทด์ แต่ละสายนิวคลีโดไทด์จะใช้เป็นแบบในกาจำลองโมเลกุล DNA
ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 มีการผลิตเครื่องมือที่ทันสมัยในการศึกษาเคมีวิเคราะห์ เช่น คัลเลอริมิเตอร์ (colorimeter) ใช้วัดปริมาณการดูดแสงของสารละลาย สเปกโตรโฟโตมิเตอร์เป็นเครื่องวัดแสงที่แม่นยำ สเปกโตรสโคป (spectroscope) ใช้วิเคราะห์เคมีเชิงปริมาณและเชิงคุณภาพ เครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วสูง (ultracenrifuge) ใช้วัดอัตราการตกตะกอนของสารในสารแขวนลอยในพวกคอลลอยด์ อิเล็กโตรฟอริซิส (electrophoresis) ใช้วินิจฉัยและแยกอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กมีประโยชน์ในการศึกษาโปรตีนและโพลิเมอร์ของโปรตีน แมส สเปคโตรมิเตอร์ (mass spectrometer) ใช้ในการแยกไอออนบวกตามมวลของมันและใช้ศึกษาการกระจายของไอโซโทปของธาตุต่าง ๆ นิวเคลียร์ แมกเนติก เรโซแนนซ์ (NMR) ใช้ศึกษาโครงสร้างโมเลกุลของโมเลกุล โครมาโตกราฟี (chromtography) ใช้ในกระบวนการแยกสารประกอบอินทรีย์เชิงซ้อน เอกเรย์ คริสตัลโลกราฟี (x - rey crystallography) ใช้ในการวิเคราะห์โครงสร้างของผลึกสารประกอบอย่างง่ายและสารประกอบเชิงซ้อน เช่น วิตามินบี 12 DNA เฮโมโกลบิล เป็นต้น ทำให้ความรู้ทางด้านวิชาเคมีก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว
ในปัจจุบันวิชาเคมีแบ่งออกเป็น 5 สาขาวิชาคือ เคมีวิเคราะห์ ศึกษาเกี่ยวกับวิธีการทางเคมีทั้งที่เป็นการวิเคราะห์เชิงคุณภาพและการวิเคราะห์เชิงปริมาณ เคมีเชิงฟิสิกส์ ศึกษาเกี่ยวกับสมบัติของสาร โครงสร้างของสาร การเปลี่ยนแปลงพลังงาน กฎ หลักการ และทฤษฎีที่ใช้อธิบายการเปลี่ยนแปลงของสสารจากรูปหนึ่งไปยังอีกรูปหนึ่ง อินทรีย์เคมี ศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างและสมบัติของสารประกอบของคาร์บอน เคมีอนินทรีย์ ศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างและสมบัติของสารประกอบที่เป็นสารประกอบอนินทรีย์ และชีวเคมี ศึกษาเกี่ยวกับสารต่าง ๆ ที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตและกระบวนการเมตาโบลิซึมที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต
|