المحتوى
- ما هي بالضبط الذرات؟
- العناصر والجزيئات والمركبات: أساسيات "الأشياء"
- المستوى الجزيئي ، الحجم والشكل
- ترتيبات المركبات البسيطة الشائعة
- الجزيئات الأولية في علم الأحياء
- روابط كيميائية
أثناء سفرك في عالم العلوم أو في الحياة اليومية فقط ، ربما تكون قد صادفت مصطلح "الشكل المناسب لوظيفة" أو بعض الاختلاف في نفس العبارة. بشكل عام ، فهذا يعني أن ظهور شيء ما يحدث لك هو دليل محتمل حول ما يفعله أو كيفية استخدامه. في كثير من السلبيات ، يكون هذا المبدأ واضحًا تمامًا لدرجة أنه يتحدى الاستكشاف.
على سبيل المثال ، إذا صادفتك كائنًا يمكن حمله في اليد وتنبعث منه ضوءًا من طرف واحد بلمسة مفتاح ، فيمكنك أن تكون واثقًا من أن الجهاز أداة لإلقاء الضوء على البيئة المباشرة في غياب بيئة طبيعية كافية ضوء.
في عالم البيولوجيا (أي الكائنات الحية) ، لا يزال هذا المبدأ مكبًا ببعض التحذيرات. الأول هو أن ليس كل ما يتعلق بالعلاقة بين الشكل والوظيفة بديهيًا بالضرورة.
والثاني ، التالي من الأول ، هو أن المقاييس الدقيقة المتضمنة في تقييم الذرات والجزيئات والمركبات التي تنشأ من توليفات من الذرات تجعل العلاقة بين الشكل والوظيفة صعبة التقدير إلا إذا كنت تعرف المزيد عن كيفية تفاعل الذرات والجزيئات ، لا سيما في ظل نظام المعيشة الديناميكي مع الاحتياجات المختلفة والمتغيرة لحظة إلى لحظة.
ما هي بالضبط الذرات؟
قبل استكشاف كيف أن شكل ذرة معينة أو جزيء أو عنصر أو مركب لا غنى عنه في وظيفته ، من الضروري أن نفهم على وجه التحديد ما تعنيه هذه المصطلحات في الكيمياء ، حيث يتم استخدامها غالبًا بالتبادل - أحيانًا بشكل صحيح ، وأحيانًا لا.
ل ذرة هي أبسط وحدة هيكلية في أي عنصر. تتكون جميع الذرات من عدد من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات مع كون الهيدروجين هو العنصر الوحيد الذي لا يحتوي على نيوترونات. في شكلها القياسي ، تحتوي جميع ذرات كل عنصر على نفس عدد البروتونات الموجبة الشحنة والإلكترونات سالبة الشحنة.
كلما تقدمت أعلى الجدول الدوري للعناصر (انظر أدناه) ، ستجد أن عدد النيوترونات في الشكل الأكثر شيوعًا لذرة معينة يميل إلى الارتفاع أسرع إلى حد ما من عدد البروتونات. تسمى الذرة التي تفقد أو تكسب النيوترونات في حين أن عدد البروتونات ثابتة بالنظير.
النظائر هي إصدارات مختلفة من نفس الذرة ، مع كل شيء هو نفسه باستثناء عدد النيوترونات. هذا له آثار على النشاط الإشعاعي في الذرات ، كما ستعلم قريبا.
العناصر والجزيئات والمركبات: أساسيات "الأشياء"
ل جزء هو نوع معين من المواد ، ولا يمكن فصله إلى مكونات مختلفة ، فقط مكونات أصغر. لكل عنصر مدخل خاص به في الجدول الدوري للعناصر ، حيث يمكنك العثور على الخواص الفيزيائية (مثل حجم وطبيعة الروابط الكيميائية المتكونة) التي تميز أي عنصر عن العناصر الـ 91 الأخرى التي تحدث بشكل طبيعي.
تكتل الذرات ، بغض النظر عن حجمها ، يعتبر موجودًا كعنصر إذا لم يتضمن أي مواد مضافة أخرى. قد يحدث ذلك عبر غاز الهيليوم "الأولي" ، الذي يتكون من ذرات فقط.أو ربما تحدث عبر كيلوغرام واحد من الذهب "النقي" (أي الذهب الأولي ، والذي قد يحتوي على عدد لا يمكن فهمه من ذرات الاتحاد الأوروبي ؛ وربما لا تكون هذه فكرة عن مستقبلك المالي ، ولكن ممكن فعليًا.
أ مركب هو الأصغر شكل من مادة معينة ؛ عندما ترى صيغة كيميائية ، مثل C6هيدروجين12O6 (سكر الجلوكوز) ، وعادة ما تشاهده جزيئي معادلة. يمكن أن يوجد الجلوكوز في سلاسل طويلة تسمى الجليكوجين ، لكن هذا ليس الشكل الجزيئي للسكر.
وأخيرا ، أ مركب هو شيء يحتوي على أكثر من نوع واحد من العناصر ، مثل الماء (H2O). وهكذا ، الأكسجين الجزيئي ليس الأكسجين الذري. في الوقت نفسه ، توجد ذرات الأكسجين فقط ، وبالتالي فإن غاز الأكسجين ليس مركبًا.
المستوى الجزيئي ، الحجم والشكل
ليس فقط الأشكال الفعلية للجزيئات مهمة ، ولكن مجرد القدرة على إصلاحها في عقلك أمر مهم أيضًا. يمكنك القيام بذلك في "العالم الحقيقي" بمساعدة نماذج الكرة والعصا ، أو يمكنك الاعتماد على التمثيلات ثلاثية الأبعاد للكائنات ثلاثية الأبعاد المتاحة في الكتب أو عبر الإنترنت.
العنصر الذي يقع في المركز (أو إذا كنت تفضل ، المستوى الجزيئي الأعلى) لكل الكيمياء تقريبًا ، ولا سيما الكيمياء الحيوية ، هو كربون. هذا بسبب قدرة الكربون على تكوين أربع روابط كيميائية ، مما يجعلها فريدة بين الذرات.
على سبيل المثال ، يحتوي الميثان على الصيغة CH4 ويتكون من كربون مركزي محاط بأربعة ذرات هيدروجين متطابقة. كيف تتكاثر ذرات الهيدروجين بشكل طبيعي بحيث تتيح أقصى مسافة بينها؟
ترتيبات المركبات البسيطة الشائعة
كما يحدث ، CH4 يفترض شكل رباعي السطوح تقريبًا ، أو شكل هرمي. يحتوي نموذج الكرة والعصا الموجود على سطح مستوٍ على ثلاث ذرات H تشكل قاعدة الهرم ، وتكون ذرة C أعلى قليلاً بينما توضع ذرة H الرابعة مباشرة فوق ذرة C. تدوير الهيكل بحيث يشكل مزيج مختلف من ذرات H القاعده الثلاثيه للهرم في الواقع لا يغير شيئا.
يشكل النيتروجين ثلاث روابط: الأكسجين الثاني والهيدروجين واحد. يمكن أن تحدث هذه الروابط مجتمعة عبر نفس زوج الذرات.
على سبيل المثال ، يتكون جزيء سيانيد الهيدروجين ، أو HCN ، من رابطة واحدة بين H و C ورابطة ثلاثية بين C و N. معرفة كل من الصيغة الجزيئية للمركب وسلوك الترابط لذراته الفردية يسمح لك غالبًا توقع الكثير عن هيكلها.
الجزيئات الأولية في علم الأحياء
الفئات الأربعة من الجزيئات الحيوية هي الأحماض النووية والكربوهيدرات, البروتيناتو الدهون (أو الدهون). الثلاثة الأخيرة من هذه قد تعرف باسم "وحدات الماكرو" لأنها الفئات الثلاثة من المغذيات الكبيرة التي تشكل النظام الغذائي البشري.
الحمضان النوويان هما حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) وحمض الريبونك (RNA) ، وهما يحملان الكود الجيني اللازمة لتجميع الكائنات الحية وكل شيء بداخلها.
الكربوهيدرات أو "الكربوهيدرات" مصنوعة من ذرات C و H و O. هذه هي دائما في نسبة 1: 2: 1 في هذا الترتيب ، مما يدل مرة أخرى على أهمية الشكل الجزيئي. تحتوي الدهون أيضًا على ذرات C و H و O فقط ، ولكن يتم ترتيبها بشكل مختلف تمامًا عن الكربوهيدرات ؛ تضيف البروتينات بعض ذرات N إلى الثلاثة ذرات الأخرى.
الأحماض الأمينية في البروتينات هي أمثلة على الأحماض في النظم الحية. السلاسل الطويلة المصنوعة من 20 من الأحماض الأمينية المختلفة في الجسم هي تعريف البروتين ، بمجرد أن تكون هذه السلاسل من الأحماض طويلة بما فيه الكفاية.
روابط كيميائية
لقد قيل الكثير عن الروابط هنا ، ولكن ما هي هذه بالضبط في الكيمياء؟
في روابط تساهمية، يتم تقاسم الإلكترونات بين الذرات. في الرابطة الأيونيةذرة واحدة تتخلى عن إلكتروناتها تمامًا للذرة الأخرى. روابط الهيدروجين يمكن التفكير فيه كنوع خاص من الروابط التساهمية ، ولكن واحدة على مستوى جزيئي مختلف لأن الهيدروجين له إلكترون واحد فقط يبدأ به.
فان دير فال التفاعلات هي "الروابط" التي تحدث بين جزيئات الماء ؛ روابط الهيدروجين وتفاعلات فان دير فال متشابهة.