Indhold
- Hvad er nøjagtigt atomer?
- Elementer, molekyler og forbindelser: Grundlæggende om "ting"
- Molekylært niveau, størrelse og form
- Arrangementer af almindelige enkle forbindelser
- De primære molekyler i biologi
- Kemiske obligationer
Under dine rejser i videnskabsverdenen eller bare i hverdagen, har du måske stødt på udtrykket "form passer funktion" eller en variation af den samme sætning. Generelt betyder det, at udseendet på noget, du sker overfor, er en sandsynlig ledetråd om, hvad det gør, eller hvordan det bruges. I mange ulemper er dette maksimum så tydeligt tydeligt, at det trodser efterforskning.
Hvis du f.eks. Sker på tværs af et objekt, der kan holdes i hånden og udsender lys fra den ene ende ved berøring af en switch, kan du være sikker på, at enheden er et værktøj til at belyse det umiddelbare miljø i mangel af tilstrækkelig naturlig lys.
I biologiens verden (dvs. levende ting) gælder denne maksimal stadig med et par advarsler. Den ene er, at ikke alt om forholdet mellem form og funktion nødvendigvis er intuitivt.
Det andet, der følger efter det første, er, at de små skalaer, der er involveret i vurderingen af atomer og molekylerne og forbindelserne, der stammer fra atomerkombinationer, gør forbindelsen mellem form og funktion vanskelig at forstå, medmindre du ved lidt mere om, hvordan atomer og molekyler interagerer , især når det gælder et dynamisk levende system med forskellige og skiftende øjeblik til behov.
Hvad er nøjagtigt atomer?
Før man undersøger, hvordan formen på et givet atom, et molekyle, et element eller en forbindelse er uundværlig for dets funktion, er det nødvendigt at forstå nøjagtigt, hvad disse udtryk betyder i kemi, da de ofte bruges om hverandre - undertiden korrekt, undertiden ikke.
en atom er den enkleste strukturelle enhed af ethvert element. Alle atomer består af et antal protoner, neutroner og elektroner, hvor brint er det eneste element, der ikke indeholder neutroner. I deres standardform har alle atomer i hvert element det samme antal positivt ladede protoner og negativt ladede elektroner.
Når du bevæger dig højere op i den periodiske tabel med elementer (se nedenfor), finder du ud af, at antallet af neutroner i den mest almindelige form for et givet atom har en tendens til at stige noget hurtigere end antallet af protoner. Et atom, der mister eller får neutroner, mens antallet af protoner forbliver fast, kaldes en isotop.
Isotoper er forskellige versioner af det samme atom, med alt det samme bortset fra neutronnummer. Dette har konsekvenser for radioaktivitet i atomer, som du snart lærer.
Elementer, molekyler og forbindelser: Grundlæggende om "ting"
en element er en given type stof og kan ikke opdeles i forskellige komponenter, kun mindre. Hvert element har sin egen indgang på den periodiske tabel med elementer, hvor du kan finde de fysiske egenskaber (f.eks. Størrelse, arten af dannede kemiske bindinger), der adskiller ethvert element fra de andre 91 naturligt forekommende elementer.
En agglomerering af atomer, uanset hvor stor, der anses for at eksistere som et element, hvis den ikke indeholder andre additiver. Du kan derfor ske på tværs af "elementær" heliumgas (He) -gas, som kun består af He-atomer.Eller du kan forekomme på tværs af et kilogram "rent" (dvs. elementært guld, der vil indeholde et uundgåeligt antal Au-atomer; dette er sandsynligvis ikke en idé, hvorpå du kan satse din økonomiske fremtid, men det er fysisk muligt.
EN molekyle er den mindste form af et givet stof; når du ser en kemisk formel, såsom C6H12O6 (sukkerglukosen) ser du normalt dets molekylær formel. Glukose kan eksistere i lange kæder kaldet glycogen, men dette er ikke sukkers molekylære form.
Endelig a forbindelse er noget, der indeholder mere end en slags element, såsom vand (H2O). Molekylært ilt er således ikke atomært ilt; på samme tid er der kun oxygenatomer, så iltgas er ikke en forbindelse.
Molekylært niveau, størrelse og form
Ikke kun er de faktiske former for molekyler vigtige, men det er vigtigt at kun være i stand til at løse disse i dit sind. Du kan gøre dette i den "virkelige verden" ved hjælp af bold-og-stick-modeller, eller du kan stole på det mere nyttige af de to-dimensionelle repræsentationer af tredimensionelle genstande, der er tilgængelige i bøger eller online.
Elementet, der sidder i centrum (eller hvis du foretrækker det øverste molekylære niveau) i stort set al kemi, især biokemi, er kulstof. Dette skyldes kulstof evne til at danne fire kemiske bindinger, hvilket gør det unikt blandt atomer.
For eksempel har methan formlen CH4 og består af et centralt kulstof omgivet af fire identiske hydrogenatomer. Hvordan placerer brintatomerne sig naturligt, så de giver den maksimale afstand mellem dem?
Arrangementer af almindelige enkle forbindelser
Som det sker, CH4 antager en nogenlunde tetrahedral, eller pyramidal form. En kugle-og-stick-model, der er sat på en plan overflade, ville have tre H-atomer, der danner basen af pyramiden, med C-atomet lidt højere, og det fjerde H-atom ligger direkte over C-atomet. Drejning af strukturen, så en anden kombination af H-atomer danner den trekantede base af pyramiden i virkeligheden ændrer intet.
Kvælstof danner tre bindinger, ilt to og brint en. Disse bindinger kan forekomme i kombination på tværs af det samme par atomer.
F.eks. Består molekylet hydrogencyanid, eller HCN, af en enkelt binding mellem H og C og en tredobbelt binding mellem C og N. Når du kender både molekylformlen for en forbindelse og bindingsadfærden i dets individuelle atomer, kan du ofte forudsige en hel del om dens struktur.
De primære molekyler i biologi
De fire klasser af biomolekyler er nukleinsyrer, kulhydrater, proteiner, og lipider (eller fedtstoffer). De sidste tre af disse ved du måske som "makroer", da de er de tre klasser af makronæringsstoffer, der udgør den menneskelige diæt.
De to nukleinsyrer er deoxyribonukleinsyre (DNA) og ribonukleinsyre (RNA), og de bærer genetisk kode behov for samling af levende ting og alt indeni dem.
Kolhydrater eller "kulhydrater" er lavet af C-, H- og O-atomer. Disse er altid i forholdet 1: 2: 1 i den rækkefølge, hvilket igen viser betydningen af molekylær form. Fedtstoffer har også kun C-, H- og O-atomer, men disse er arrangeret meget anderledes end i kulhydrater; proteiner tilføjer nogle N-atomer til de andre tre.
Aminosyrerne i proteiner er eksempler på syrer i levende systemer. Lange kæder lavet af de 20 forskellige aminosyrer i kroppen er definitionen af et protein, når disse syrekæder er tilstrækkeligt lange.
Kemiske obligationer
Der er meget blevet sagt om bindinger her, men hvad er der nøjagtigt i kemi?
I kovalente bindinger, elektroner deles mellem atomer. I ioniske bindinger, det ene atom opgiver sine elektroner fuldstændigt til det andet atom. Hydrogenbindinger kan tænkes som en speciel slags kovalent binding, men en på et andet molekylært niveau, fordi hydrogeler kun har en elektron til at begynde med.
Van der Waals interaktioner er "bindinger", der forekommer mellem vandmolekyler; brintbindinger og van der Waals-interaktioner er ellers ens.