Vsebina
- Kaj natančno so atomi?
- Elementi, molekule in spojine: osnove "stvari"
- Molekularna raven, velikost in oblika
- Razporeditev običajnih preprostih sestavin
- Primarne molekule v biologiji
- Kemične vezi
Na potovanjih po svetu znanosti ali v vsakdanjem življenju ste morda naleteli na izraz "oblika ustreza" ali kakšno različico iste fraze. Na splošno to pomeni, da je pojav nečesa, kar se vam zgodi, verjetno pojem, kaj počne ali kako se uporablja. V mnogih slabostih je ta maksima tako nazorno razvidna, da kljubuje raziskovanju.
Če na primer pridete čez predmet, ki ga je mogoče držati v roki in oddaja svetlobo z enega konca s pritiskom na stikalo, ste lahko prepričani, da je naprava orodje za osvetlitev neposrednega okolja, če ni ustreznega naravnega svetloba.
V svetu biologije (tj. Živih bitij) se ta maksima še vedno drži z nekaj opozorili. Eno je, da ni vse v zvezi med obliko in funkcijo nujno intuitivno.
Drugo, kar sledi prvemu, je, da drobne lestvice, ki sodelujejo pri ocenjevanju atomov, molekul in spojin, ki izhajajo iz kombinacij atomov, naredijo povezavo med obliko in funkcijo težko razumeti, če ne veste malo več o tem, kako medsebojno delujejo atomi in molekule , zlasti glede na dinamičen življenjski sistem z različnimi in spreminjajočimi se trenutnimi potrebami.
Kaj natančno so atomi?
Preden raziskujemo, kako je oblika določenega atoma, molekule, elementa ali spojine nujno potrebna za njegovo delovanje, je treba natančno razumeti, kaj ti izrazi pomenijo v kemiji, saj se pogosto uporabljajo zamenljivo - včasih pravilno, včasih ne.
An atom je najpreprostejša strukturna enota katerega koli elementa. Vsi atomi so sestavljeni iz določenega števila protonov, nevtronov in elektronov, pri čemer je vodik edini element, ki ne vsebuje nevtronov. Vsi atomi vsakega elementa imajo v svoji standardni obliki enako število pozitivno nabitih protonov in negativno nabitih elektronov.
Ko se premikate višje navzgor po periodični tabeli elementov (glejte spodaj), ugotovite, da se število nevtronov v najpogostejši obliki danega atoma nagiba nekoliko hitreje kot število protonov. Atom, ki izgubi ali pridobi nevtrone, medtem ko število protonov ostane fiksno, se imenuje izotop.
Izotopi so različne različice istega atoma z vsemi enakimi, razen števila nevtronov. To boste kmalu izvedeli za radioaktivnost atomov.
Elementi, molekule in spojine: osnove "stvari"
An element je dana vrsta snovi in je ni mogoče ločiti na različne sestavine, le manjše. Vsak element ima svoj vnos v periodično tabelo elementov, kjer najdete fizikalne lastnosti (npr. Velikost, naravo tvorjenih kemičnih vezi), ki razlikujejo kateri koli element od ostalih 91 naravnih elementov.
Šteje se, da aglomeracija atomov, ne glede na to, kako velika je, obstaja kot element, če ne vsebuje drugih dodatkov. Zato se lahko zgodi, da pride do "elementarnega" helijevega (He) plina, ki je sestavljen samo iz He atomov.Lahko pa se zgodi čez kilogram "čistega" (tj. Elementarnega zlata, ki bi vseboval nerazložljivo število Au-atomov; to verjetno ni ideja, na katero bi lahko vložili svojo finančno prihodnost, ampak fizično mogoče.
A molekula je najmanjši oblika dane snovi; ko vidite kemijsko formulo, kot je C6H12O6 (glukozna sladkorja), običajno jo vidite molekularni formula. Glukoza lahko obstaja v dolgih verigah, imenovanih glikogen, vendar to ni molekularna oblika sladkorja.
Končno a spojina je nekaj, kar vsebuje več vrst elementov, kot je voda (H2O). Tako molekularni kisik ni atomski kisik; hkrati so prisotni samo atomi kisika, zato plin kisika ni spojina.
Molekularna raven, velikost in oblika
Pomembne so ne samo dejanske oblike molekul, ampak je pomembno tudi to, da jih lahko popravite v svojih mislih. To lahko storite v "resničnem svetu" s pomočjo krogličnih modelov ali pa se zanesete na bolj uporabne dvodimenzionalne predstavitve tridimenzionalnih predmetov, ki so na voljo v knjigah ali na spletu.
Element, ki sedi v središču (ali če vam je ljubše, najvišji molekularni nivo) skoraj vse kemije, zlasti biokemije, je ogljik. To je posledica sposobnosti ogljika, da tvori štiri kemijske vezi, zaradi česar je edinstven med atomi.
Metan ima na primer formulo CH4 in je sestavljen iz osrednjega ogljika, ki ga obdajajo štirje enaki vodikovi atomi. Kako se atomi vodika naravno razmikajo tako, da omogočajo največjo razdaljo med njimi?
Razporeditev običajnih preprostih sestavin
Kot se zgodi, CH4 prevzame približno tetraedrsko ali piramidalno obliko. Model s kroglico in palico, postavljen na ravni površini, bi imel tri atome H, ki tvorijo osnovo piramide, C atom je nekoliko višji, četrti H atom pa neposredno nad C atomom. Vrtenje strukture, tako da različna kombinacija atomov H tvori trikotno podlago piramide, dejansko ne spremeni ničesar.
Dušik tvori tri vezi, kisik dve in vodik. Te vezi se lahko pojavijo v kombinaciji v istem paru atomov.
Na primer, molekulov vodikov cianid ali HCN je sestavljen iz ene same vezi med H in C in iz trojne vezi med C in N. Poznavanje molekularne formule spojine in vezanja njenih posameznih atomov pogosto omogoča, da napovedujejo veliko o njegovi strukturi.
Primarne molekule v biologiji
Štirje razredi biomolekul so nukleinske kisline, ogljikovi hidrati, beljakovine, in lipidov (ali maščobe). Zadnje tri od teh boste morda poznali kot "makrone", saj gre za tri razrede makronutrientov, ki sestavljajo prehrano ljudi.
Dve nukleinski kislini sta deoksiribonukleinska kislina (DNK) in ribonukleinska kislina (RNA) in nosita genetska koda potreben za sestavljanje živih bitij in vsega v njih.
Ogljikovi hidrati ali "ogljikovi hidrati" so sestavljeni iz C, H in O atomov. Ti so vedno v razmerju 1: 2: 1 v tem zaporedju, kar spet kaže na pomembnost molekularne oblike. Maščobe imajo tudi samo C, H in O atome, vendar so ti razporejeni zelo drugače kot v ogljikovih hidratih; proteini dodajo nekaj N atomov drugim trem.
Aminokisline v beljakovinah so primeri kislin v živih sistemih. Dolge verige, sestavljene iz 20 različnih aminokislin v telesu, so definicija beljakovin, ko so te verige kislin dovolj dolge.
Kemične vezi
Tukaj se je veliko govorilo o vezi, a kaj točno so to v kemiji?
V kovalentne vezi, elektroni se delijo med atomi. V ionske vezi, en atom v celoti prepusti svoje elektrone drugemu. Vodikove vezi je mogoče obravnavati kot posebno vrsto kovalentne vezi, toda na drugačni molekularni ravni, ker vodiki vodijo le en elektron.
Van der Waals interakcije so "vezi", ki nastanejo med molekulami vode; vodikove vezi in van der Waalsove interakcije so sicer podobne.