Τι είναι ένα παράδειγμα σε ένα ζωντανό σύστημα του πώς το μοριακό σχήμα είναι κρίσιμο;

Περιεχόμενο

• Τι ακριβώς είναι τα άτομα;
• Στοιχεία, μόρια και ενώσεις: Τα βασικά στοιχεία του "Stuff"
• Μοριακό επίπεδο, μέγεθος και σχήμα
• Ρυθμίσεις κοινών απλών ενώσεων
• Τα πρωτογενή μόρια στη βιολογία
• Χημικοί δεσμοί

Κατά μήκος των ταξιδιών σας στον κόσμο της επιστήμης ή απλώς στην καθημερινή ζωή, μπορεί να έχετε αντιμετωπίσει τον όρο "μορφή συμμορφώσεως" ή κάποια παραλλαγή της ίδιας φράσης. Γενικά, αυτό σημαίνει ότι η εμφάνιση του κάτι που συμβαίνει είναι πιθανή ένδειξη για το τι κάνει ή πώς χρησιμοποιείται. Σε πολλά μειονεκτήματα, αυτό το μέγιστο είναι τόσο εμφανές ώστε να αψηφήσει την εξερεύνηση.

Για παράδειγμα, εάν συμβεί σε ένα αντικείμενο που μπορεί να κρατηθεί στο χέρι και εκπέμπει φως από το ένα άκρο με το πάτημα ενός διακόπτη, μπορείτε να είστε σίγουροι ότι η συσκευή είναι ένα εργαλείο για τη φωτισμό του άμεσου περιβάλλοντος, ελλείψει κατάλληλων φυσικών φως.

Στον κόσμο της βιολογίας (δηλαδή, ζωντανά πράγματα), αυτό το μέγιστο εξακολουθεί να ισχύει με μερικές προειδοποιήσεις. Το ένα είναι ότι όλα σχετικά με τη σχέση μεταξύ μορφής και λειτουργίας είναι απαραίτητα διαισθητικά.

Ο δεύτερος, μετά από τον πρώτο, είναι ότι οι μικροσκοπικές κλίμακες που συμμετέχουν στην εκτίμηση των ατόμων και των μορίων και των ενώσεων που προκύπτουν από συνδυασμούς ατόμων καθιστούν τη σύνδεση μεταξύ μορφής και λειτουργίας δύσκολη να εκτιμηθεί, εκτός αν γνωρίζετε λίγο περισσότερο πώς αλληλεπιδρούν τα άτομα και τα μόρια , ειδικά στο con ενός δυναμικού συστήματος διαβίωσης με ποικίλες και μεταβαλλόμενες ανάγκες από στιγμή σε στιγμή.

Τι ακριβώς είναι τα άτομα;

Πριν εξερευνήσουμε πώς το σχήμα ενός δεδομένου ατόμου, ενός μορίου, ενός στοιχείου ή μιας ένωσης είναι απαραίτητο για τη λειτουργία του, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε με ακρίβεια τι σημαίνουν αυτοί οι όροι στη χημεία, καθώς συχνά χρησιμοποιούνται εναλλακτικά - μερικές φορές σωστά, μερικές φορές όχι.

Ενα άτομο είναι η απλούστερη δομική μονάδα οποιουδήποτε στοιχείου. Όλα τα άτομα αποτελούνται από κάποιο αριθμό πρωτονίων, νετρονίων και ηλεκτρονίων, με το υδρογόνο να είναι το μόνο στοιχείο που δεν περιέχει νετρόνια. Στην τυποποιημένη μορφή τους, όλα τα άτομα κάθε στοιχείου έχουν τον ίδιο αριθμό θετικά φορτισμένων πρωτονίων και αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων.

Καθώς κινείστε ψηλότερα στον περιοδικό πίνακα στοιχείων (βλ. Παρακάτω), διαπιστώνετε ότι ο αριθμός των νετρονίων στην πιο κοινή μορφή ενός δεδομένου ατόμου τείνει να αυξηθεί κάπως πιο γρήγορα από τον αριθμό των πρωτονίων. Ένα άτομο που χάνει ή κερδίζει νετρόνια ενώ ο αριθμός των πρωτονίων παραμένει σταθερός ονομάζεται ισότοπο.

Τα ισότοπα είναι διαφορετικές εκδοχές του ίδιου ατόμου, με όλα τα ίδια εκτός από τον αριθμό νετρονίων. Αυτό έχει συνέπειες για τη ραδιενέργεια στα άτομα, όπως σύντομα θα μάθετε.

Στοιχεία, μόρια και ενώσεις: Τα βασικά στοιχεία του "Stuff"

Ενα στοιχείο είναι ένας δεδομένος τύπος ουσίας και δεν μπορεί να χωριστεί σε διαφορετικά συστατικά, μόνο μικρότερα. Κάθε στοιχείο έχει την δική του καταχώρηση στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων, όπου μπορείτε να βρείτε τις φυσικές ιδιότητες (π.χ. μέγεθος, φύση των χημικών δεσμών που σχηματίζονται) που διακρίνουν οποιοδήποτε στοιχείο από τα άλλα 91 φυσικά απαντώμενα στοιχεία.

Μια συσσωμάτωση ατόμων, ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλο, θεωρείται ότι υπάρχει ως στοιχείο, εάν δεν περιλαμβάνει άλλα πρόσθετα. Συνεπώς, μπορεί να συμβεί σε αέριο "στοιχειακού" ηλίου (He), το οποίο αποτελείται μόνο από άτομα του Θεού.Ή μπορεί να συμβεί σε ένα κιλό "καθαρό" (δηλ. Στοιχειακό χρυσό, το οποίο θα περιέχει έναν απίστευτο αριθμό ατόμων Au, αυτό πιθανόν να μην είναι μια ιδέα για το ποια θα είναι το οικονομικό σας μέλλον, αλλά φυσικά δυνατό.

ΕΝΑ μόριο είναι το μικρότερο μορφή μιας συγκεκριμένης ουσίας. όταν βλέπετε ένα χημικό τύπο, όπως το C₆H₁₂Ο₆ (η γλυκόζη σακχάρου), συνήθως βλέπετε την μοριακός τύπος. Η γλυκόζη μπορεί να υπάρχει σε μεγάλες αλυσίδες που ονομάζονται γλυκογόνο, αλλά αυτή δεν είναι η μοριακή μορφή του σακχάρου.

Τέλος, α χημική ένωση είναι κάτι που περιέχει περισσότερα από ένα είδη στοιχείων, όπως το νερό (H₂Ο). Έτσι, το μοριακό οξυγόνο δεν είναι ατομικό οξυγόνο. ενώ ταυτόχρονα υπάρχουν μόνο άτομα οξυγόνου, οπότε το αέριο οξυγόνο δεν είναι ένωση.

Μοριακό επίπεδο, μέγεθος και σχήμα

Δεν είναι μόνο σημαντικές οι πραγματικές μορφές των μορίων, αλλά είναι απλώς σημαντική η τοποθέτηση αυτών στο μυαλό σας. Μπορείτε να το κάνετε αυτό στον "πραγματικό κόσμο" με τη βοήθεια μοντέλων σφαιρών και ράβδων ή μπορείτε να βασιστείτε στις πιο χρήσιμες από τις δισδιάστατες απεικονίσεις τρισδιάστατων αντικειμένων διαθέσιμων σε βιβλία ή σε απευθείας σύνδεση.

Το στοιχείο που βρίσκεται στο κέντρο (ή αν προτιμάτε, κορυφαίο μοριακό επίπεδο) σχεδόν ολόκληρης της χημείας, ιδιαίτερα της βιοχημείας, είναι άνθρακας. Αυτό οφείλεται στην ικανότητα άνθρακα να σχηματίζει τέσσερις χημικούς δεσμούς, καθιστώντας το μοναδικό μεταξύ των ατόμων.

Για παράδειγμα, το μεθάνιο έχει τον τύπο CH₄ και αποτελείται από έναν κεντρικό άνθρακα που περιβάλλεται από τέσσερα ίδια άτομα υδρογόνου. Πώς τα άτομα του υδρογόνου φυσιολογικά διασταυρώνονται έτσι ώστε να επιτρέπουν τη μέγιστη απόσταση μεταξύ τους;

Ρυθμίσεις κοινών απλών ενώσεων

Όπως συμβαίνει, CH₄ υποθέτει ένα περίπου τετραεδρικό, ή πυραμιδικό, σχήμα. Ένα μοντέλο σφαίρας και ράβδου, τοποθετημένο σε επίπεδη επιφάνεια, θα έχει τρία άτομα Η που σχηματίζουν τη βάση της πυραμίδας, με το άτομο C λίγο υψηλότερο και το τέταρτο άτομο Η να βρίσκεται ακριβώς πάνω από το άτομο C. Η περιστροφή της δομής έτσι ώστε ένας διαφορετικός συνδυασμός ατόμων Η να σχηματίζει την τριγωνική βάση της πυραμίδας ουσιαστικά δεν αλλάζει τίποτα.

Το άζωτο σχηματίζει τρεις δεσμούς, δύο οξυγόνο και ένα υδρογόνο. Αυτοί οι δεσμοί μπορούν να εμφανιστούν σε συνδυασμό σε όλο το ίδιο ζεύγος ατόμων.

Για παράδειγμα, το μόριο κυανιούχου υδρογόνου ή HCN αποτελείται από ένα απλό δεσμό μεταξύ Η και C και ενός τριπλού δεσμού μεταξύ Ο και Ν. Η γνώση τόσο του μοριακού τύπου μιας ένωσης όσο και της συμπεριφοράς σύνδεσης των επιμέρους ατόμων της επιτρέπει συχνά προβλέπουν πολλά για τη δομή του.

Τα πρωτογενή μόρια στη βιολογία

Οι τέσσερις κατηγορίες βιομορίων είναι η νουκλεϊκά οξέα, υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, και λιπίδια (ή λίπη). Τα τελευταία τρία από αυτά μπορεί να γνωρίζετε ως "μακροεντολές", καθώς είναι οι τρεις κατηγορίες μακροθρεπτικών συστατικών που αποτελούν την ανθρώπινη διατροφή.

Τα δύο νουκλεϊνικά οξέα είναι δεοξυριβονουκλεϊνικό οξύ (DNA) και ριβονουκλεϊνικό οξύ (RNA) και φέρουν το γενετικός κώδικας που χρειάζονται για τη συναρμολόγηση των ζωντανών πραγμάτων και τα πάντα μέσα τους.

Οι υδατάνθρακες ή οι "υδατάνθρακες" αποτελούνται από άτομα C, Η και Ο. Αυτά είναι πάντοτε σε αναλογία 1: 2: 1 με αυτή τη σειρά, δείχνοντας και πάλι τη σημασία του μοριακού σχήματος. Τα λίπη έχουν επίσης μόνο άτομα C, Η και Ο, αλλά αυτά είναι διατεταγμένα πολύ διαφορετικά από ό, τι σε υδατάνθρακες. Οι πρωτεΐνες προσθέτουν μερικά άτομα Ν στις άλλες τρεις.

Τα αμινοξέα στις πρωτεΐνες είναι παραδείγματα οξέων σε ζωντανά συστήματα. Οι μακριές αλυσίδες που κατασκευάζονται από τα 20 διαφορετικά αμινοξέα στο σώμα είναι ο ορισμός μιας πρωτεΐνης, όταν αυτές οι αλυσίδες οξέων είναι επαρκώς μακρές.

Χημικοί δεσμοί

Πολλά έχουν ειπωθεί για τους δεσμούς εδώ, αλλά τι ακριβώς είναι αυτά στη χημεία;

Σε ομοιοπολικούς δεσμούς, τα ηλεκτρόνια μοιράζονται μεταξύ των ατόμων. Σε ιοντικούς δεσμούς, ένα άτομο αφήνει τα ηλεκτρόνια του εντελώς στο άλλο άτομο. Δεσμοί υδρογόνου μπορεί να θεωρηθεί ως ένα ειδικό είδος ομοιοπολικού δεσμού, αλλά ένα σε διαφορετικό μοριακό επίπεδο επειδή τα υδρογόνα έχουν μόνο ένα ηλεκτρόνιο για να ξεκινήσουν.

Van der Waals αλληλεπιδράσεις είναι "δεσμοί" που συμβαίνουν μεταξύ των μορίων του νερού. οι δεσμοί υδρογόνου και οι αλληλεπιδράσεις van der Waals είναι κατά τα άλλα παρόμοιοι.