Зміст
- Що таке Атоми?
- Елементи, молекули та сполуки: основи "речі"
- Молекулярний рівень, розмір і форма
- Влаштування звичайних простих сполук
- Первинні молекули в біології
- Хімічні зв’язки
Окрім ваших подорожей світом науки чи просто у повсякденному житті, ви, можливо, стикалися з терміном "форма підходить функції" чи деякою варіацією тієї самої фрази. Взагалі, це означає, що поява чогось, що трапляється у вас, є ймовірною підказкою щодо того, що це робить або як воно використовується. У багатьох мінусах ця максимум настільки очевидно очевидна, що не піддається розвідуванню.
Наприклад, якщо ви стикаєтесь з предметом, який можна тримати в руці і випромінює світло з одного кінця одним натисканням перемикача, ви можете бути впевнені, що пристрій є інструментом для освітлення найближчого оточення за відсутності належного природного світла.
У світі біології (тобто живих істот) ця сенсія досі дотримується кількох застережень. Одне полягає в тому, що не все про взаємозв'язок форми і функції обов'язково інтуїтивно зрозуміло.
Друга, випливаючи з першої, полягає в тому, що крихітні шкали, які беруть участь в оцінці атомів, молекул і сполук, що виникають при комбінаціях атомів, роблять складним зв'язок між формою і функцією, якщо ви не знаєте трохи більше про взаємодію атомів і молекул. , особливо в контексті динамічної життєвої системи з різними і зрушуючими миттєвими потребами.
Що таке Атоми?
Перш ніж вивчити, як форма даного атома, молекули, елемента чи сполуки є незамінною його функції, необхідно точно зрозуміти, що ці терміни означають у хімії, оскільки вони часто вживаються взаємозамінно - іноді правильно, іноді ні.
An атом є найпростішою структурною одиницею будь-якого елемента. Усі атоми складаються з деякої кількості протонів, нейтронів та електронів, причому водень є єдиним елементом, що не містить нейтронів. У своєму стандартному вигляді всі атоми кожного елемента мають однакову кількість позитивно заряджених протонів та негативно заряджених електронів.
Просуваючись вище вгору по періодичній таблиці елементів (див. Нижче), ви виявляєте, що кількість нейтронів у найбільш поширеній формі даного атома має тенденцію до зростання дещо швидше, ніж кількість протонів. Атом, який втрачає або отримує нейтрони, а кількість протонів залишається фіксованим, називається ізотопом.
Ізотопи - це різні версії одного і того ж атома, з усім однаковим, крім числа нейтронів. Це має наслідки для радіоактивності в атомах, як ви незабаром дізнаєтесь.
Елементи, молекули та сполуки: основи "речі"
An елемент є заданим типом речовини, і його не можна розділити на різні компоненти, лише менші. Кожен елемент має свій власний запис у періодичній таблиці елементів, де ви можете знайти фізичні властивості (наприклад, розмір, характер утворених хімічних зв’язків), які відрізняють будь-який елемент від інших 91 природних елементів.
Агломерація атомів, незалежно від того, наскільки велика вона, вважається, що існує як елемент, якщо вона не містить інших добавок. Тому ви можете траплятися через "елементарний" гелій (He) газ, який складається лише з атомів He.Або у вас може траплятися кілограм "чистого" (тобто, елементарного золота, який містив би незрівнянну кількість атомів Au; це, мабуть, не ідея, на яку можна ставити своє фінансове майбутнє, але його фізично можливо.
А молекули є найменшим форма даної речовини; коли ви бачите хімічну формулу, таку як C6Н12О6 (цукрову глюкозу), ви зазвичай бачите її молекулярний формула. Глюкоза може існувати в довгих ланцюгах, званих глікогеном, але це не молекулярна форма цукру.
Нарешті, a з'єднання це щось, що містить більш ніж один вид елементів, наприклад вода (Н2О). Таким чином, молекулярний кисень не є атомним киснем; водночас присутні лише атоми кисню, тому газ кисню не є сполукою.
Молекулярний рівень, розмір і форма
Важливими є не тільки фактичні форми молекул, але й лише можливість їх виправити у своєму розумі. Це можна зробити в «реальному світі» за допомогою моделей з кулькою або палицею, або ви можете розраховувати на більш корисні двовимірні зображення тривимірних об’єктів, доступні в книгах або в Інтернеті.
Елемент, який сидить у центрі (або, якщо вам зручніше, верхній молекулярний рівень) практично всієї хімії, зокрема біохімії, є вуглець. Це пояснюється здатністю вуглецю утворювати чотири хімічні зв’язки, що робить його унікальним серед атомів.
Наприклад, метан має формулу СН4 і складається з центрального вуглецю, оточеного чотирма однаковими атомами водню. Як атоми водню природно розташовуються між собою, щоб дозволити максимальну відстань між ними?
Влаштування звичайних простих сполук
Як це відбувається, СН4 набуває приблизно чотиригранної або пірамідальної форми. Модель з кулькою і палицею, встановлена на рівній поверхні, мала б три атоми Н, що утворювали б основу піраміди, атом C трохи вище, а четвертий атом Н піднявся безпосередньо над атомом С. Обертання структури таким чином, що різна комбінація атомів Н утворює трикутну основу піраміди, фактично нічого не змінює.
Азот утворює три зв’язки, кисень два та водень. Ці зв'язки можуть відбуватися в поєднанні через одну і ту ж пару атомів.
Наприклад, молекула ціаністого водню або HCN складається з єдиного зв'язку між Н і С і потрійного зв’язку між С і Н. Знання як молекулярної формули сполуки, так і поведінки її окремих атомів часто дозволяє передбачити багато про його структуру.
Первинні молекули в біології
Чотири класи біомолекул є нуклеїнові кислоти, вуглеводи, білки, і ліпіди (або жири). Останні три з них ви можете знати як "макроси", оскільки це три класи макроелементів, що складають раціон людини.
Дві нуклеїнові кислоти - дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) і рибонуклеїнова кислота (РНК), і вони несуть генетичний код необхідні для складання живого і всього, що знаходиться всередині них.
Вуглеводи або "вуглеводи" складаються з атомів C, H і O. Вони завжди знаходяться у співвідношенні 1: 2: 1 у такому порядку, що знову свідчить про важливість молекулярної форми. Жири також мають лише атоми C, H і O, але вони розташовані дуже інакше, ніж у вуглеводів; білки додають атомів N до трьох інших.
Амінокислоти в білках - приклади кислот у живих системах. Довгі ланцюги з 20 різних амінокислот в організмі є визначенням білка, коли ці ланцюги кислот досить довгі.
Хімічні зв’язки
Тут багато сказано про зв’язки, але що це саме в хімії?
В ковалентні зв’язки, електрони діляться між атомами. В іонні зв’язки, один атом віддає свої електрони повністю іншому. Водневі зв’язки можна розглядати як особливий вид ковалентного зв’язку, але такий, який на іншому молекулярному рівні, тому що у гідрогенів лише один електрон.
Взаємодії Ван дер Ваальса є "зв’язками", які виникають між молекулами води; водневі зв’язки та взаємодії Ван-дер-Ваальса інакше подібні.