Kakav je primjer živog sustava koliko je molekulski oblik kritičan?

Sadržaj

• Što su točno atomi?
• Elementi, molekule i spojevi: osnove "stvari"
• Molekularna razina, veličina i oblik
• Raspored uobičajenih jednostavnih spojeva
• Primarni molekuli u biologiji
• Kemijske veze

Tijekom putovanja u svijet znanosti ili samo u svakodnevni život, možda ste naišli na izraz "oblik odgovara funkciji" ili neku varijaciju iste fraze. Općenito, znači da je pojavljivanje nečega što vam se dogodi vjerovatno trag o tome što se čini ili kako se koristi. U mnogim je slučajevima ta maksima toliko jasno vidljiva da prkosi istraživanju.

Na primjer, ako naiđete na neki objekt koji se može držati u ruci i emitira svjetlost s jednog kraja pritiskom prekidača, možete biti sigurni da je uređaj alat za osvjetljavanje neposrednog okruženja u nedostatku odgovarajuće prirodne svjetlo.

U svijetu biologije (tj. Živih bića) ta se maksima još uvijek drži s nekoliko upozorenja. Jedan je da nije sve u vezi između forme i funkcije nužno intuitivno.

Drugo, što slijedi iz prvog, jest da sitne ljestvice uključene u procjenu atoma i molekula i spojeva koji nastaju iz kombinacija atoma čine vezu između oblika i funkcije teško razumljivom ako ne znate malo više o načinu na koji atomi i molekule međusobno djeluju , posebno u kontekstu dinamičnog životnog sustava s različitim i promjenjivim potrebama iz trenutka u trenutak.

Što su točno atomi?

Prije nego što istražite kako su oblik određenog atoma, molekule, elementa ili spoja neophodni za njegovu funkciju, potrebno je točno razumjeti što ovi pojmovi znače u kemiji, jer se često koriste naizmjenično - ponekad ispravno, ponekad ne.

atom je najjednostavnija strukturna cjelina bilo kojeg elementa. Svi se atomi sastoje od određenog broja protona, neutrona i elektrona, pri čemu je vodik jedini element koji ne sadrži neutrone. U svom standardnom obliku svi atomi svakog elementa imaju isti broj pozitivno nabijenih protona i negativno nabijenih elektrona.

Kako se pomičete više prema periodičnoj tablici elemenata (vidi dolje), ustanovit ćete da se broj neutrona u najčešćem obliku određenog atoma povećava nešto brže od broja protona. Atom koji gubi ili dobiva neutrone dok broj protona ostaje fiksiran naziva se izotopom.

Izotopi su različite verzije istog atoma, sa svime istim, osim broja neutrona. To ima posljedice za radioaktivnost u atomima, što ćete uskoro saznati.

Elementi, molekule i spojevi: osnove "stvari"

element je određena vrsta tvari, i ne može ih se razdvojiti u različite komponente, samo manje. Svaki element ima vlastiti unos u periodnu tablicu elemenata, gdje možete pronaći fizička svojstva (npr. Veličinu, prirodu formiranih kemijskih veza) koja razlikuju bilo koji element od ostalih 91 prirodno prisutnih elemenata.

Smatra se da aglomeracija atoma, ma koliko bila velika, postoji kao element ako ne sadrži druge dodatke. Stoga vam se može dogoditi preko „elementarnog“ helijevog (He) plina, koji se sastoji samo od He atoma.Ili vam se može dogoditi kilogram „čistog“ (tj. Elementarnog zlata, koji bi sadržavao nenadmašni broj Au atoma; ovo vjerojatno nije ideja na koju uložiti svoju financijsku budućnost, ali fizički je to moguće.

molekula je najmanji oblik određene tvari; kad vidite kemijsku formulu, kao što je C₆H₁₂O₆ (glukoza sa šećerom), obično je vidite molekularna formula. Glukoza može postojati u dugim lancima zvanim glikogen, ali to nije molekulski oblik šećera.

Napokon, a spoj je nešto što sadrži više vrsta elemenata, poput vode (H₂O). Dakle, molekularni kisik nije atomski kisik; istodobno su prisutni samo atomi kisika, tako da plin kisik nije spoj.

Molekularna razina, veličina i oblik

Ne samo da su važni stvarni oblici molekula, već je i njihova sposobnost da ih popravite u svom umu. To možete učiniti u "stvarnom svijetu" uz pomoć modela s kuglicama i palicama ili se možete osloniti na korisnije dvodimenzionalne reprezentacije trodimenzionalnih objekata dostupnih u knjigama ili na mreži.

Element koji sjedi u središtu (ili ako vam je draže vrhovna molekularna razina) gotovo cijele kemije, posebno biokemije, ugljen, To je zbog sposobnosti ugljika da formira četiri kemijske veze, što ga čini jedinstvenim među atomima.

Na primjer, metan ima formulu CH₄ a sastoji se od središnjeg ugljika okruženog s četiri identična vodikova atoma. Kako se atomi vodika prirodno razilaze tako da omogućuju maksimalnu udaljenost između njih?

Raspored uobičajenih jednostavnih spojeva

Kao što se događa, CH₄ poprima grubo tetraedarski ili piramidalni oblik. Model s kuglom i štapom postavljen na ravnu površinu imao bi tri H atoma koji čine bazu piramide, s tim da je C atom malo viši, a četvrti H atom visoko nad C atomom. Rotiranje strukture tako da različita kombinacija H atoma tvori trokutastu bazu piramide u stvari ništa ne mijenja.

Dušik tvori tri veze, kisik dvije i vodik jednu. Te se veze mogu pojaviti u kombinaciji preko istog para atoma.

Na primjer, molekula cijanida vodika, ili HCN, sastoji se od jedne veze između H i C i trostruke veze između C i N. Poznavanje molekularne formule spoja i ponašanja njegovih pojedinačnih atoma često vam omogućuje da predvidjeti mnogo o njegovoj strukturi.

Primarni molekuli u biologiji

Četiri klase biomolekula su nukleinske kiseline, ugljikohidrati, proteini, i lipidi (ili masti). Posljednje tri od njih možda znate kao "makronaredbe", jer su to tri razreda makronutrijenata koji čine ljudsku prehranu.

Dvije nukleinske kiseline su deoksiribonukleinska kiselina (DNA) i ribonukleinska kiselina (RNA), a nose genetski kod potreban za sastavljanje živih bića i svega što je u njima.

Ugljikohidrati ili "ugljikohidrati" izrađeni su od C, H i O atoma. Oni su uvijek u omjeru 1: 2: 1 tim redoslijedom, što opet pokazuje važnost molekularnog oblika. Masti također imaju samo C, H i O atome, ali oni su raspoređeni vrlo različito nego u ugljikohidratima; proteini dodaju neke N atome u ostala tri.

Aminokiseline u proteinima su primjer kiselina u živim sustavima. Dugi lanci napravljeni od 20 različitih aminokiselina u tijelu su definicija proteina, nakon što su ti lanci kiselina dovoljno dugački.

Kemijske veze

Ovdje se mnogo govorilo o vezama, ali što su to točno u kemiji?

U kovalentne veze, elektroni se dijele između atoma. U ionske veze, jedan atom u potpunosti predaje svoje elektrone drugom. Vodikove veze može se smatrati posebnom vrstom kovalentne veze, ali onu na različitoj molekularnoj razini, jer vodikovi samo jedan elektron mogu započeti.

Van der Waals interakcije su "veze" koje se javljaju između molekula vode; vodikove veze i van der Waalsove interakcije su inače slične.