Innhold
- Hva er egentlig atomer?
- Elementer, molekyler og forbindelser: Grunnleggende om "ting"
- Molekylært nivå, størrelse og form
- Ordninger med vanlige enkle forbindelser
- De primære molekylene i biologi
- Kjemiske obligasjoner
Under dine reiser i vitenskapens verden eller bare i hverdagen, kan det hende du har støtt på uttrykket "form passer funksjon" eller en eller annen variant av den samme frasen. Generelt betyr det at utseendet til noe du skjer på tvers er en sannsynlig ledetråd om hva det gjør eller hvordan det brukes. På mange ulemper er dette maksimalt så tydelig at det å trosse leting.
Hvis du for eksempel skjer på tvers av et objekt som kan holdes i hånden og avgir lys fra den ene enden ved berøring av en bryter, kan du være trygg på at enheten er et verktøy for å belyse nærmiljøet i mangel av tilstrekkelig naturlig lys.
I biologiens verden (dvs. levende ting), er dette fortsatt med noen få advarsler. Den ene er at ikke alt om forholdet mellom form og funksjon nødvendigvis er intuitivt.
Det andre, fulgt av det første, er at de små skalaene som er involvert i vurdering av atomer og molekylene og forbindelsene som oppstår fra atomerkombinasjoner, gjør at forbindelsen mellom form og funksjon er vanskelig å sette pris på, med mindre du vet litt mer om hvordan atomer og molekyler samvirker. , spesielt når det gjelder et dynamisk levende system med forskjellige og skiftende øyeblikk-til-øyeblikk behov.
Hva er egentlig atomer?
Før du utforsker hvordan formen til et gitt atom, et molekyl, et element eller en forbindelse er uunnværlig for dens funksjon, er det nødvendig å forstå nøyaktig hva disse begrepene betyr i kjemi, da de ofte brukes om hverandre - noen ganger riktig, noen ganger ikke.
en atom er den enkleste konstruksjonsenheten til ethvert element. Alle atomer består av et antall protoner, nøytroner og elektroner med hydrogen som det eneste elementet som ikke inneholder nøytroner. I sin standardform har alle atomer i hvert element samme antall positivt ladede protoner og negativt ladede elektroner.
Når du beveger deg høyere opp i den periodiske tabellen over elementer (se nedenfor), finner du at antall nøytroner i den vanligste formen for et gitt atom har en tendens til å stige noe raskere enn antallet protoner. Et atom som mister eller får nøytroner mens antallet protoner forblir fast, kalles en isotop.
Isotoper er forskjellige versjoner av samme atom, med alt det samme bortsett fra nøytronnummer. Dette har konsekvenser for radioaktivitet i atomer, som du snart vil lære.
Elementer, molekyler og forbindelser: Grunnleggende om "ting"
en element er en gitt type stoff, og kan ikke skilles i forskjellige komponenter, bare mindre. Hvert element har sin egen oppføring på den periodiske tabellen over elementer, der du kan finne de fysiske egenskapene (f.eks. Størrelse, arten av kjemiske bindinger som dannes) som skiller ethvert element fra de andre 91 naturlig forekommende elementene.
En agglomerering av atomer, uansett hvor stor, anses å eksistere som et element hvis den ikke inneholder andre tilsetningsstoffer. Du kan derfor skje på tvers av "elementær" helium (He) gass, som bare består av Han atomer.Eller du kan skje over et kilo "rent" (dvs. elementært gull, som vil inneholde et ufattelig antall Au-atomer; dette er sannsynligvis ikke en ide å satse på din økonomiske fremtid, men det er fysisk mulig.
EN molekyl er den minste skjema av et gitt stoff; når du ser en kjemisk formel, for eksempel C6H12O6 (sukker glukose), ser du vanligvis det molekyl~~POS=TRUNC formel. Glukose kan eksistere i lange kjeder som kalles glykogen, men dette er ikke den molekylære formen til sukkeret.
Til slutt, a forbindelse er noe som inneholder mer enn en type element, for eksempel vann (H2O). Dermed er molekylært oksygen ikke atomisk oksygen; samtidig er det bare oksygenatomer til stede, så oksygengass er ikke en forbindelse.
Molekylært nivå, størrelse og form
Ikke bare er de faktiske molekylformene viktige, men det er viktig å bare fikse disse i tankene dine. Du kan gjøre dette i den "virkelige verden" ved hjelp av ball-og-pinne-modeller, eller du kan stole på det mer nyttige av de todimensjonale representasjonene av tredimensjonale objekter som er tilgjengelige i bøker eller online.
Elementet som sitter i sentrum (eller hvis du foretrekker topp molekylært nivå) i praktisk talt all kjemi, særlig biokjemi, er karbon. Dette er på grunn av karbonformens evne til å danne fire kjemiske bindinger, noe som gjør det unikt blant atomer.
For eksempel har metan formelen CH4 og består av et sentralt karbon omgitt av fire identiske hydrogenatomer. Hvordan plasserer hydrogenatomene seg naturlig slik at de tillater maksimal avstand mellom dem?
Ordninger med vanlige enkle forbindelser
Mens det skjer, CH4 antar en grovt tetraedrisk, eller pyramidal, form. En kule-og-pinne-modell satt på en jevn overflate ville ha tre H-atomer som danner basen av pyramiden, med C-atomet litt høyere og det fjerde H-atomet ligger rett over C-atomet. Å rotere strukturen slik at en annen kombinasjon av H-atomer danner den trekantede basen til pyramiden, endrer ikke noe.
Nitrogen danner tre bindinger, oksygen to og hydrogen en. Disse bindingene kan forekomme i kombinasjon over det samme paret atomer.
For eksempel består molekylet hydrogencyanid, eller HCN, av en enkeltbinding mellom H og C og av en trippelbinding mellom C og N. Når du kjenner både molekylformelen til en forbindelse og bindingsatferden til dets individuelle atomer, kan du ofte forutsi mye om strukturen.
De primære molekylene i biologi
De fire klassene med biomolekyler er nukleinsyrer, karbohydrater, proteiner, og lipider (eller fett). De tre siste av disse kjenner du kanskje til som "makroer", ettersom de er de tre klassene med makronæringsstoffer som utgjør det menneskelige kostholdet.
De to nukleinsyrene er deoksyribonukleinsyre (DNA) og ribonukleinsyre (RNA), og de bærer genetisk kode nødvendig for montering av levende ting og alt inni dem.
Karbohydrater eller "karbohydrater" er laget av C-, H- og O-atomer. Disse er alltid i forholdet 1: 2: 1 i den rekkefølgen, og viser igjen viktigheten av molekylær form. Fett har også bare C-, H- og O-atomer, men disse er ordnet veldig annerledes enn i karbohydrater; proteiner tilfører noen N-atomer til de tre andre.
Aminosyrene i proteiner er eksempler på syrer i levende systemer. Lange kjeder laget av de 20 forskjellige aminosyrene i kroppen er definisjonen av et protein, når disse kjedene med syrer er tilstrekkelig lange.
Kjemiske obligasjoner
Mye har blitt sagt om bindinger her, men hva er egentlig disse i kjemi?
I kovalente bindinger, deles elektroner mellom atomer. I ioniske bindinger, gir det ene atomet sine elektroner fullstendig til det andre atomet. Hydrogenbindinger kan tenkes som en spesiell type kovalent binding, men en på et annet molekylært nivå fordi hydrogener bare har ett elektron til å begynne med.
Van der Waals interaksjoner er "bindinger" som oppstår mellom vannmolekyler; hydrogenbindinger og van der Waals-interaksjoner er ellers like.