Name: biomaterials in medicine and engineering
Uploaded: 2023-04-30T06:32:59.000Z
Duration: 7 min 44 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Arizona Science Standards

High School

Physical Science

HS.P1

HS.P1U3.4

Overview of Biomaterials

<div class="chapter_text" id="script_0">생물학은 현재 생물학적으로 파생된 재료가 인공 재료가 할 수 없는 주요 특성을 제공하기 때문에 엔지니어링 과제를 해결하는 데 사용되고 있습니다. 생체 재료라고도 하는 바이오 유래 물질은 살아있는 유기체또는 한 때 살아있는 유기체에서 만들어집니다. 이러한 물질은 생체 적합성이 있으며 생체 분자와 세포를 수용 할 수있는 행렬역할을 할 수 있기 때문에 최근 인기를 얻고 있습니다. 이 비디오는 여러 가지 바이오 파생 자료를 소개하고 현장에서 공통기술과 과제를 소개합니다.</div><div class="chapter_text" id="script_1">생물 공학 연구에 사용되는 많은 생물학적 파생 폴리머 또는 바이오 폴리머가 있습니다. 첫째, 콜라겐은 전형적으로 소 피부, 힘줄 및 뼈, 심지어 쥐 꼬리에서 파생된 널리 사용되는 단백질 폴리머이다. 콜라겐 섬유는 재료 강도와 강성을 제공하는 트리플 나선 구조를 가지고 있습니다. 이 특성 때문에 콜라겐은 인공 조직과 같은 뼈와 피부에서 특히 엔지니어링 조직 구조의 구조적 구성 요소로 자주 사용됩니다. 또 다른 일반적인 단백질 폴리머는 실크 나방 애벌레의 고치에서 파생되는 실크입니다. 이 단백질의 이차 구조는 높은 강도와 유연성을 가능하게 베타 시트의 광대 한 결정 영역을 가지고있다. 콜라겐과 마찬가지로 실크는 일반적으로 피부와 근육과 같은 유연한 조직에서 인공 조직의 구조적 구성 요소로 자주 사용됩니다. 그러나 실크는 전기 장치 기판뿐만 아니라 광학 장치에 대한 박막으로도 캐스팅됩니다. 또 다른 생체 중합체인 키토산은 게나 랍스터와 같은 갑각류 껍질에서 추출한 다당류입니다. 폴리머의 용해도는 pH 기반이다. 이를 통해 pH를 늘려 재료를 고화시킴으로써 제조 공정을 간단하게 제어할 수 있습니다. 치토산은 회생 조직과 생체 적합성이 있는 필름을 만들어 상처 치유에 자주 사용됩니다.</div><div class="chapter_text" id="script_2">이제 이러한 생체 물질을 조작하는 데 사용되는 몇 가지 눈에 띄는 방법을 살펴 보겠습니다. 첫째, 생체 재료는 종종 증가 된 생체 적합성과 높은 친수 성 구조를 만들기 위해 하이드로 겔로 캐스팅된다. 하이드로겔은 수분 함량이 높은 고체 폴리머 네트워크이며 인공 조직에서 조직 구조로 자주 사용됩니다. 콜라겐을 사용하여 하이드로겔을 만들려면 먼저 성장 매체와 같은 수성 용액으로 폴리머를 가열한 다음 용액을 금형에 캐스팅합니다. 그런 다음 용액이 솔리드될 때까지 냉각됩니다. UV 교차 연결은 또한 폴리머 사슬에 잔류물을 공유하여 젤의 안정성을 향상시키는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 하이드로겔 비드는 교차 연결 용액에 중합체 용액을 드롭와이즈로 추가하여 형성될 수 있다. 구슬은 단백질에 있는 세포를 안정시키기 위하여 그 때 이용됩니다. 생체 재료는 또한 전기 방사을 통해 섬유질 매트를 형성하는 데 사용할 수 있습니다. 이 기술은 수집기 표면과 바이오 폴리머 용액을 포함하는 주사기의 끝 사이에 전기장을 적용하여 수행됩니다. 이것은 그 때 조직에 있는 세포외 매트릭스를 모방하는 구조물을 만드는 microscale 섬유의 대형을 유도합니다. 대안적으로, 생체 물질 박막은 전극을 통해 제조될 수 있다. 이를 위해, 전위는 생체 재료 용액을 포함하는 2개의 전극 세포에 적용된다. 생체 재료는 표면에 박막을 형성하는 전극 중 하나로 이동합니다. 이러한 박막은 표면 생체 적합성을 만들기 위해 사용될 수있다, 예를 들어, 세포에서 표면 조립 효소를 안정화. 이 경우, 키토산 박막은 효소 포도당 산화효소를 안정시한다. 또한, 생체 재료는 종종 박막을 형성하기 위해 표면에 투사용용액이다. 용액은 먼저 기판에 떨어뜨린 다음 모든 용매를 제거하기 위해 건조됩니다. 필름 두께는 용액의 부피 및 농도를 사용하여 제어됩니다.</div><div class="chapter_text" id="script_3">생체 재료는 생명 공학에 널리 사용되지만, 그들의 사용과 관련된 내재된 도전이 있습니다. 첫째, 생체 재료는 그들의 근원 및 분자 구조에 의해 지배되는 자연적인 속성을 소유합니다. 이러한 재질은 광범위한 응용 프로그램에 대해 활용할 수 있지만 고유한 속성을 수정하는 것은 어려울 수 있습니다. 또한, 재료의 처리는 때로는 불리한 방법으로, 자신의 속성을 변경합니다. 생체 재료는 유기체 종 및 계절과 같은 환경 요인에 따라 다를 수 있는 천연 공급원에서 파생됩니다. 이로 인해 일괄 처리 간 가변성이 발생하여 최종 응용 프로그램에서 작은 차이가 발생할 수 있습니다. 마지막으로, 대부분의 생체 재료는 용해되어 안정성을 제한합니다. 일부 응용 프로그램에는 재료가 영구적으로 필요하기 때문에 수명을 연장하기 위해 교차 연결 또는 안정화 기술이 필요할 수 있습니다. 그러나 이로 인해 기계적 특성이 바람직하지 않게 변경될 수 있습니다.</div><div class="chapter_text" id="script_4">생물학적으로 파생된 물질은 생명 공학 연구에서 광범위한 응용 분야에서 사용됩니다. 첫째, 생체 재료는 일반적으로 생분해성 및 생체 적합성이기 때문에 약물 전달 응용 분야에서 자주 사용됩니다. 예를 들어, 하이드로겔은 민감한 약물 분자를 보유할 수 있는 생체 적합성 매트릭스를 제공합니다. 그(것)들은 이렇게 약의 통제된 방출을 가능하게 하는 물질의 속성에 따라서 예측 가능한 속도로 저하합니다. 생체 재료는 특히 실크 봉합사와 키토산 기반붕대, 상처 치유용 접착제로 의학에서 광범위하게 사용되어 왔습니다. 이 예에서는, 키토산 외과 접착제 필름은 의학 진단 염료로 제조되었다. 그(것)들은 나중에 봉합사에 대한 대안으로 상처를 닫기 위하여 절단 조직을 통해 융합되었습니다. 생체 재료 분야의 진화 영역은 단백질 및 DNA와 같은 다른 생체 분자를 폴리머 물질로 취급합니다. 이를 위해 DNA 가닥은 DNA 종이 접기라고 불리는 복잡한 구조와 패턴으로 DNA 가닥의 정확한 접을 유도하는 특정 서열로 설계되었습니다. 이러한 구조는 생물학적 단서를 감지하거나 모양을 변경하거나 임베디드 생체 분자를 방출할 수 있는 기능적인 어셈블리를 만드는 데 사용될 수 있습니다.</div><div class="chapter_text" id="script_5">생물학적으로 파생된 재료에 대한 JoVE의 개요를 방금 시청했습니다. 이제 몇 가지 일반적인 생체 재료의 기원과 특성, 실험실에서 이를 처리하는 데 사용되는 일부 기술 및 사용과 관련된 몇 가지 문제를 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다.</div>

바이오소재 개요

생체 재료는 생물학적 유기체 또는 분자와 호의적으로 상호 작용하도록 설계된 물질입니다. 이러한 물질은 유기체로부터 파생되거나 생성될 수 있거나, 또는 합성된 폴리머일 수도 있다. 엔지니어는 조직 공학, 바이오 센싱 및 약물 전달과 같은 광범위한 응용 분야에서 이러한 새로운 재료를 사용합니다.
이 비디오는 일반적인 생물학적 파생 물질을 소개하고 이를 처리하는 데 사용되는 일반적인 기술의 예를 제공합니다. 이 분야의 주요 과제는 이러한 메서드의 여러 응용 프로그램과 함께 논의됩니다.

Biomaterials are materials engineered to interact favorably with biological organisms or molecules. These materials can be derived from or produced by an ...

생물학은 이제 생물학적으로 파생된 재료가 인공 재료가 제공할 수 없는 주요 특성을 제공하기 때문에 엔지니어링 문제를 해결하는 데 사용되고 있습니다. 생체 재료라고도 하는 바이오 유래 재료는 살아 있거나 한때 살아 있던 유기체에서 만들어집니다. 이러한 물질은 생체 적합성이 있고 생체 분자와 세포를 수용할 수 있는 매트릭스 역할을 할 수 있기 때문에 최근 인기를 얻고 있습니다. 이 비디오는 몇 가지 바이오 유래 재료를 소개하고 해당 분야의 일반적인 기술과 과제를 소개합니다. 생명 공학 연구에 사용되는 생물학적으로 파생된 고분자 또는 생체 고분자는 많이 있습니다. 첫째, 콜라겐은 일반적으로 소 가죽, 힘줄, 뼈, 심지어 쥐 꼬리에서 추출하는 널리 사용되는 단백질 중합체입니다. 콜라겐 섬유는 물질의 강도와 강성을 제공하는 삼중 나선 구조를 가지고 있습니다. 이러한 특성 때문에 콜라겐은 특히 인공 조직과 같은 뼈와 피부에서 엔지니어링 조직 구조의 구조적 구성 요소로 자주 사용됩니다. 또 다른 일반적인 단백질 중합체는 실크 나방 유충의 고치에서 파생된 실크입니다. 이 단백질의 2차 구조는 베타 시트의 광대한 결정 영역을 가지고 있어 높은 강도와 유연성을 제공합니다. 콜라겐과 마찬가지로 실크는 일반적으로 피부 및 근육과 같은 유연한 조직에서 인공 조직의 구조적 구성 요소로 자주 사용됩니다. 그러나 실크는 광학 장치 및 전기 장치 기판의 박막으로도 주조됩니다. 또 다른 생체 고분자인 키토산(Chitosan)은 게나 바닷가재와 같은 갑각류 껍질에서 추출한 다당류입니다. 폴리머의 용해도는 pH 기반입니다. 이를 통해 pH를 증가시켜 재료를 응고시킴으로써 제조 공정을 간단하게 제어할 수 있습니다. 키토산은 재생 조직과 생체 적합성이 있는 필름을 만들어 상처 치유에 자주 사용됩니다. 이제 이러한 생체 재료를 조작하는 데 사용되는 몇 가지 눈에 띄는 방법을 살펴보겠습니다. 첫째, 생체 재료는 종종 하이드로겔로 주조되어 생체 적합성이 증가된 친수성이 높은 구조를 만듭니다. 하이드로겔은 수분 함량이 높은 고체와 같은 고분자 네트워크이며 종종 인공 조직에서 조직 구조로 사용됩니다. 콜라겐이 함유된 하이드로겔을 만들려면 먼저 성장 매체와 같은 수용액에서 폴리머를 가열한 다음 용액을 주형에 주조합니다. 그런 다음 용액을 고체가 될 때까지 냉각합니다. UV 가교는 또한 폴리머 사슬의 잔류물을 공유 결합하여 겔의 안정성을 향상시키는 데 사용할 수 있습니다. 대안적으로, 하이드로겔 비드는 고분자 용액을 가교 용액에 적가하여 형성할 수 있습니다. 그런 다음 구슬은 단백질의 세포를 안정화하는 데 사용됩니다. 생체 재료는 또한 전기 방사를 통해 섬유질 매트를 형성하는 데 사용할 수 있습니다. 이 기술은 수집기 표면과 생체 고분자 용액이 들어있는 주사기 끝 사이에 전기장을 가하여 수행됩니다. 이것은 미세한 섬유의 형성을 유도하여 조직의 세포외 기질을 모방하는 구조를 만듭니다. 또는 전착을 통해 생체 재료 박막을 준비할 수 있습니다. 이를 위해 생체 재료 용액을 포함하는 두 개의 전극 셀에 전위가 적용됩니다. 생체 물질은 전극 중 하나로 이동하여 표면에 박막을 형성합니다. 이러한 박막은 예를 들어 세포에서 표면 조립 효소를 안정화하기 위해 표면 생체 적합성을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 이 경우, 키토산 박막이 효소 포도당 산화효소를 안정화시킵니다. 또한 생체 재료는 종종 박막을 형성하기 위해 표면에 용액으로 주조됩니다. 용액을 먼저 기판에 떨어뜨린 다음 건조하여 모든 용매를 제거합니다. 필름 두께는 용액의 부피와 농도를 사용하여 제어됩니다. 생체 재료는 생명 공학에 널리 사용되지만 사용과 관련된 고유한 문제가 있습니다. 첫째, 생체 재료는 공급원과 분자 구조에 의해 제어되는 자연적 특성을 가지고 있습니다. 이러한 재료는 광범위한 응용 분야에 활용할 수 있지만 고유한 특성을 수정하는 것은 어려울 수 있습니다. 또한 재료를 가공하면 특성이 변경되며 때로는 불리한 방식으로 변경됩니다. 생체 재료는 유기체 종 및 계절과 같은 환경 요인에 따라 달라질 수 있는 천연 자원에서 파생됩니다. 이로 인해 배치 간 변동성이 발생하여 최종 응용 분야에서 작은 차이가 발생할 수 있습니다. 마지막으로, 대부분의 생체 재료는 수용성이므로 안정성이 제한됩니다. 일부 응용 분야에서는 재료가 영구적이어야 하기 때문에 수명을 연장하기 위해 가교 또는 안정화 기술이 필요할 수 있습니다. 그러나 이로 인해 기계적 특성이 바람직하지 않게 변경될 수 있습니다. 생물학적으로 파생된 재료는 생명 공학 연구의 광범위한 응용 분야에 사용됩니다. 첫째, 생체 재료는 일반적으로 생분해되고 생체 적합성이 있기 때문에 약물 전달 응용 분야에 자주 사용됩니다. 예를 들어, 하이드로겔은 민감한 약물 분자를 보유할 수 있는 생체 적합성 매트릭스를 제공합니다. 그들은 물질의 특성에 따라 예측 가능한 속도로 분해되어 약물의 통제된 방출을 가능하게 합니다. 생체 재료는 의학, 특히 실크 봉합사와 키토산 기반 붕대 및 상처 치유를 위한 접착제와 함께 광범위하게 사용되었습니다. 이 예에서는 키토산 수술용 접착 필름을 의료용 진단용 염료로 제조했습니다. 그들은 나중에 봉합사의 대안으로 상처를 봉합하기 위해 절단된 조직을 가로질러 융합되었습니다. 생체 재료 분야의 진화 분야는 단백질 및 기타 생체 분자(이 경우 DNA)를 고분자 재료로 취급합니다. 이를 위해 DNA 가닥은 DNA 가닥이 DNA 종이접기라고 하는 복잡한 구조와 패턴으로 정밀하게 접히도록 유도하는 특정 순서로 설계되었습니다. 그런 다음 이러한 구조를 사용하여 생물학적 신호를 감지하거나 모양을 변경하거나 내장된 생체 분자를 방출할 수 있는 기능 어셈블리를 만들 수 있습니다. 생물학적으로 파생된 재료에 대한 JoVE의 개요를 시청했습니다. 이제 몇 가지 일반적인 생체 재료의 기원과 특성, 이를 처리하기 위해 실험실에서 사용되는 몇 가지 기술 및 사용과 관련된 몇 가지 문제를 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다.

Education

교육

JoVE Science Education

Engineering

공학

Bioengineering

생체공학

biomaterials in medicine and engineering

Biomaterials are materials designed to interact well with biological organisms or molecules. They may come from an organism, be produced by an organism, or be made as a synthetic polymer. Because of these properties, engineers use biomaterials in medicine and other biological applications.

These materials are used in tissue engineering, biosensing, and drug delivery. Tissue engineering uses materials to support the growth or repair of tissues. Biosensing uses materials to detect biological signals, and drug delivery uses them to help carry medicines where they are needed.

The video also introduces common biologically derived materials and shows several ways to process them. It discusses the main challenges in the field as well. Together, these examples show how biomaterials support practical uses in science and engineering.

Biomaterials in Medicine and Engineering

overview of biomaterials

Biomaterials are materials designed to interact well with biological organisms or molecules. They may come from an organism, be produced by an organism, or be made as a synthetic polymer. Because of these properties, engineers use biomaterials in medicine and other biological applications. These materials are used in tissue engineering, biosensing, and drug delivery. Tissue engineering uses materials to support the growth or repair of tissues. Biosensing uses materials to detect biological...

collagen hydrogels

Porcine Collagen for Tissue Engineering

Collagen is a useful biomaterial with uses that go beyond the lab. It has also found commercial use in photography. In tissue engineering, collagen can be turned into hydrogels that give engineered tissue support and structure. This page follows the path from porcine skin to a collagen hydrogel. Porcine skin is used as the source of collagen. The material is then prepared for use in tissue engineering applications. The video also shows several applications of collagen and the methods used to...

electrospinning of silk biomaterials

Silk Cocoon Processing for Fiber Mats

Silk cocoons can be processed into a soluble material that is useful for making biomaterials. Silk fibers have been used for fabrics and threads for centuries, but turning them into a versatile pre-polymer solution is a newer technique. That solution can then be shaped into materials with controllable mechanical properties. The process begins with silk worm cocoons. The silk is solubilized, or dissolved, so it can be handled as a liquid-like solution. The video then shows how that silk...

overview of biomem devices

BioMEMs in Diagnostics and Miniaturization

Bio-microelectromechanical systems, or BioMEMs, are microscale devices used in diagnostic settings. They work with very small sample and reagent volumes in vivo and in vitro, which means inside a living body or outside it in a lab. These compact systems support bioengineering research and help make diagnostic tools more efficient. BioMEMs can carry out functions such as filtration, sensing, and synthesis on a tiny scale. Using less material can lower costs and improve sensitivity. The...

microfabrication via photolithography

Photolithography for Silicon Wafer Patterning

Photolithography is a common microfabrication method used to pattern a silicon wafer. It uses light to transfer a design onto the wafer surface. This process helps form the basis for many BioMEM devices. The page also shows how photolithography is carried out in a cleanroom. Cleanroom steps are important because they support careful fabrication of small, detailed features. The video ends by introducing applications of this process in BioMEM device production.

soft lithography

Photolithography for Microfluidic Device Making

Photolithography and soft lithography are used to make BioMEM devices such as microfluidic channels. A microscale pattern is copied by curing an elastomeric polymer over a 3D structure. The result is a polymer piece that can serve as part of a biological device. These polymer structures are then used to build a range of tools. Some are microfluidic channels for biosensing applications. Others are microscale bioreactors that let scientists visualize micro-colonies. The process also shows how...

overview of bioprocess engineering

Bioreactors and Protein Production in Bioprocessing

Bioprocessing uses living organisms to make a desired target product. In many cases, that product is a protein made in a bioreactor, which is a controlled vessel for growing cells. This process often relies on genetically engineered organisms. Engineers design the system so the cells can produce proteins at large scale. That approach is central to making biotherapeutics, which are drugs made from biological materials. Biotherapeutics are important medicines for complex diseases such as...

synthetic biology

Engineering Cells to Produce Proteins

Synthetic biology is a bioengineering method for programming cells to make useful products. In many cases, the goal is to genetically modify an organism so it can produce large amounts of a protein. That protein may already be made by the cell, or it may come from a newly inserted DNA sequence. The process depends on changing an organism’s genetic material. This is done with transformation or transfection, two common ways to introduce DNA into cells. The video also shows how this work is...

batch and continuous bioreactors

Growing Cells in Bioreactors

Bioreactors are used to grow organisms in large volumes. This makes it possible to produce large amounts of a target product. In laboratory and bioengineering settings, they provide a controlled place for cell growth and product formation. The two main reactor types are batch reactors and continuous reactors. A batch reactor contains all of the materials needed for cell growth at the start. A continuous reactor has inlet and outlet ports, so fresh growth media can be added while cell waste is...

overview of biosensing

How Biosensors Detect Molecules

Biosensors detect biological molecules and chemical contaminants by combining biology with physical measurement. They can identify targets such as proteins or cells, as well as non-biological molecules like chemicals or contaminants. This makes biosensing a useful field for studying and monitoring many kinds of samples. These devices rely on different signal types to find the target molecule. Some biosensors use electrical signals, while others depend on optical, electrochemical, or mechanical...

electrochemical biosensing

Glucose Sensors and Cancer Detection

Electrochemical biosensors detect target molecules by measuring an oxidation-reduction event. That signal changes when a molecule binds to the sensor surface. These sensors helped shape modern biosensing after the first glucose biosensor was invented. The glucose biosensor is a key example of this technology. It shows how electrochemical sensing can track a biological target through a measurable electrical change. The same basic idea also helps explain how electrochemical biosensors can be...

optical biosensing

Detecting Molecules with Light

Optical biosensors detect target molecules with light. They monitor binding by reading an optical signal from the sample. This makes them useful for seeing when a target molecule is present. Some optical biosensors use a label molecule. The label creates a measurable signal, such as fluorescence. Other optical biosensors are label-free and track changes in optical properties, such as refractive index, as binding occurs. This page introduces both label and label-free optical biosensors. It...

overview of tissue engineering

Building Artificial Tissue with Biomaterials

Tissue engineering uses biomaterials, specific cells, and growth factors to build artificial tissue. These engineered tissue constructs are designed for tissue repair and, in some cases, organ replacement. The field focuses on how to make tissue work like natural tissue. It begins with a scaffold, which is a structure that supports cell growth. Cells are then added to the scaffold, and growth factors help encourage proliferation, or cell multiplication. The video also outlines common methods...

histotypic tissue culture

3D Cell Growth on Engineered Matrices

Histotypic tissue culture uses an engineered three-dimensional matrix to grow and propagate cells. Compared with common two-dimensional tissue culture, cells in a 3D setting behave more realistically and better mimic native tissue. The method is useful when high cell density is needed. The process begins by harvesting cells from donor tissue. Those cells are then placed onto an engineered construct for culture. This setup supports growth in a three-dimensional space instead of a flat surface.

whole organ tissue culture

Lung Decellularization and Recellularization

Whole organs can be cultured ex vivo using specialized bioreactors to support repair or replacement of entire organs. In this approach, a donor organ is first stripped of all cells. What remains is the three-dimensional structure of the organ, which can then be repopulated with new cells. The lung is the example shown here. The method uses a dynamic culture system that provides mechanical stimulation, similar to what the organ experiences in the body. This type of culture helps induce native...

bioengineering

이 컬렉션은 생체재료, 조직 형태 및 전체 장기 조직 배양, 바이오프로세싱 기술 및 복잡한 시스템 수준의 bioMEM 및 바이오센싱 분야의 생산을 포함하는 핵심적인 생명공학의 개념을 다룹니다.

Explore biomaterials used in tissue engineering, biosensing, and drug delivery, plus common biologically derived materials, processing methods, and key challenges.

Biomaterials in Medicine and Engineering | JoVE K12

Florida Department of Education

Life Science

SC.912.L.16

SC.912.L.16.10

Overview

Common Biomaterials

Prominent Methods

Key Challenges

Applications

Summary

Scientific Laws and Theories

Scientific Laws

In science, a law is defined as a concise, verbal or mathematical, statement that summarizes a vast number of experimental observations. ...

The Atomic Theory of Matter

The earliest recorded discussion of the basic structure of matter comes from ancient Greek philosophers. Leucippus and Democritus argued that all matter ...

Subatomic Particles

Dalton was only partially correct about the particles that make up matter. All matter is composed of atoms, and atoms are composed of three smaller ...

Elements: Chemical Symbols and Isotopes

A chemical symbol is an abbreviation used to indicate an element or an atom of an element. For example, the symbol for mercury is Hg. The same symbol is ...

The Periodic Table

As early chemists discovered more elements, they realized that various elements could be grouped by their similar chemical behaviors. One such grouping ...

The Bohr Model

Following the work of Ernest Rutherford and his colleagues in the early twentieth century, the picture of atoms consisting of tiny dense nuclei surrounded ...

The Quantum-Mechanical Model of an Atom

Shortly after de Broglie published his ideas that the electron in a hydrogen atom could be better thought of as being a circular standing wave instead of ...

Quantum Numbers

It is said that the energy of an electron in an atom is quantized; that is, it can be equal only to certain specific values and can jump from one energy ...

Atomic Orbitals

An atomic orbital represents the three-dimensional regions in an atom where an electron has the highest probability to reside. The radial distribution ...

The Aufbau Principle and Hund's Rule

To determine the electron configuration for any particular atom, we can build the structures in the order of atomic numbers. Beginning with hydrogen, and ...

electron-configuration-of-multielectron-atoms

Electron Configuration of Multielectron Atoms

The alkali metal sodium (atomic number 11) has one more electron than the neon atom. This electron must go into the lowest-energy subshell available, the ...

Periodic Classification of the Elements

The periodic table arranges atoms based on increasing atomic number so that elements with the same chemical properties recur periodically. When their ...

atomic-radii-and-effective-nuclear-charge

Atomic Radii and Effective Nuclear Charge

The elements in groups of the periodic table exhibit similar chemical behavior. This similarity occurs because the members of a group have the same number ...

Ionization Energy

The amount of energy required to remove the most loosely bound electron from a gaseous atom in its ground state is called its first ionization energy ...

Electron Affinity

The electron affinity (EA) is the energy change for adding an electron to a gaseous atom to form an anion (negative ion).



This process can be either ...

Alkali Metals

Group 1 elements are soft and shiny metallic solids. They are malleable, ductile, and good conductors of heat and electricity. The melting points of the ...

Halogens

Group 17 elements, known as halogens, are nonmetals. At room temperature, fluorine and chlorine are gases, bromine is a liquid, and iodine a solid. ...

Noble Gases


The elements in group 18 are noble gases (helium, neon, argon, krypton, xenon, and radon). They earned the name &ldquo;noble&rdquo; because they were ...

Develop and use models to explain the relationship of the structure of atoms to patterns and properties observed within the Periodic Table and describe how these models are revised with new evidence.

HS.P1U1.1

Types of Chemical Bonds

Chemical bonding theories were pioneered by American chemist Gilbert&#xA0;N. Lewis. He developed a model called the Lewis model to explain the type and ...

Lewis Symbols and the Octet Rule

Chemical bonds are complex interactions between two or more atoms or ions, which reduce the potential energy of the molecule. Gilbert N. Lewis developed a ...

Ions and Ionic Charges

In ordinary chemical reactions, the nucleus &mdash; which contains the protons and neutrons of each atom and thus identifies the element &mdash; remains ...

Ionic Bonding and Electron Transfer

Ions are atoms or molecules bearing an electrical charge. A cation (a positive ion) forms when a neutral atom loses one or more electrons from its valence ...

ionic-compounds-formulas-and-nomenclature

Ionic Compounds: Formulas and Nomenclature

An element composed of atoms that readily lose electrons (a metal) can react with an element composed of atoms that readily gain electrons (a nonmetal) to ...

Covalent Bonding and Lewis Structures

Compared to ionic bonds, which results from the transfer of electrons between metallic and nonmetallic atoms, covalent bonds result from the mutual ...

Electronegativity

Whether a bond is nonpolar or polar covalent is determined by a property of the bonding atoms called electronegativity.&#xA0;

Electronegativity values of ...

lewis-structures-of-molecular-compounds-and-polyatomic-ions

Lewis Structures of Molecular Compounds and Polyatomic Ions

To draw Lewis structures for complicated molecules and molecular ions, it is helpful to follow a step-by-step procedure as outlined:


	Determine the ...

molecular-compounds-formulas-and-nomenclature

Molecular Compounds: Formulas and Nomenclature

Molecular compounds or covalent compounds result when atoms share electrons to form covalent bonds. Since there is no electron transfer, molecular ...

Polar Covalent Bonds

Covalent bonds are formed between two atoms when both have similar tendencies to attract electrons to themselves (i.e., when both atoms have identical or ...

Bonding in Metals

Metallic bonds are formed between two metal atoms. A simplified model to describe metallic bonding has been developed by Paul Dr&#xFC;de called the ...

Develop and use models for the transfer or sharing of electrons to predict the formation of ions, molecules, and compounds in both natural and synthetic processes.

HS.P1U1.2

Reaction Rate

The rate of reaction is the change in the amount of a reactant or product per unit time. Reaction rates are therefore determined by measuring the time ...

Concentration and Rate Law

The rate of a reaction is affected by the concentrations of reactants. Rate laws (differential rate laws) or rate equations are mathematical expressions ...

Temperature Dependence on Reaction Rate

The Collision Theory
Atoms, molecules, or ions must collide before they can react with each other. Atoms must be close together to form chemical bonds. ...

Reaction Mechanisms

Chemical reactions often occur in a stepwise fashion, involving two or more distinct reactions taking place in a sequence. A balanced equation indicates ...

Catalysis

The presence of a catalyst affects the rate of a chemical reaction. A catalyst is a substance that can increase the reaction rate without being consumed ...

Enzymes

Inside living organisms, enzymes act as catalysts for many biochemical reactions involved in cellular metabolism. The role of enzymes is to reduce the ...

determining-rate-laws-and-the-order-of-reaction

Determining Rate Laws and the Order of Reaction

Source: Laboratory of Dr. Neal Abrams &#8212; SUNY College of Environmental Science and Forestry
All chemical reactions have a specific rate defining the ...

Introduction to Catalysis

Source: Laboratory of Dr. Ryan Richards &#8212; Colorado School of Mines
Catalysis is among the most important fields of modern technology and presently ...

Ask questions, plan, and carry out investigations to explore the cause and effect relationship between reaction rate factors.

HS.P1U1.3

Biological Effects of Radiation

All radioactive nuclides emit high-energy particles or electromagnetic waves. When this radiation encounters living cells, it can cause heating, break ...

Dye-sensitized Solar Cells

Source: Tamara M. Powers, Department of Chemistry, Texas A&#38;M University
Today&#39;s modern world requires the use of a large amount of energy. While ...

Batteries and Fuel Cells

A battery is a galvanic cell that is used as a source of electrical power for specific applications. Modern batteries exist in a multitude of forms to ...

biodistribution-of-nano-drug-carriers-applications-of-sem

Biodistribution of Nano-drug Carriers: Applications of SEM

Source:&#160;Peiman Shahbeigi-Roodposhti and Sina Shahbazmohamadi, Biomedical Engineering Department, University of Connecticut, Storrs, Connecticut
...

Corrosion

The degradation of metals due to natural electrochemical processes is known as corrosion. Rust formation on iron, tarnishing of silver, and the blue-green ...

Polymerization

Source: Vy M. Dong and Jan Riedel, Department of Chemistry, University of California, Irvine, CA
Polymers are made from macromolecules, which are composed ...

Obtain, evaluate, and communicate information about how the use of chemistry related technologies have had positive and negative ethical, social, economic, and/or political implications.

Biomaterials in Medicine and Engineering

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards