תוֹכֶן
- מה בדיוק אטומים?
- אלמנטים, מולקולות ותרכובות: היסודות של "דברים"
- רמת מולקולרית, גודל וצורה
- הסדרים של תרכובות פשוטות נפוצות
- המולקולות העיקריות בביולוגיה
- קשרים כימים
לאורך מסעותיך בעולם המדע או סתם בחיי היומיום, יתכן שנתקלת במונח "טופס מתאים לתפקוד" או איזו וריאציה של אותו ביטוי. באופן כללי זה אומר שהמראה של משהו שאתה קורה הוא רמז סביר לגבי מה שהוא עושה או אופן השימוש בו. בהרבה חסרונות, המקסימום הזה ניכר באופן כה ברור עד שהוא מתריס לחיפוש.
לדוגמה, אם אתה מתרחש על פני חפץ שניתן להחזיק ביד ופולט אור מקצה אחד במגע של מתג, אתה יכול להיות בטוח שהמכשיר הוא כלי להארת הסביבה הקרובה בהיעדר טבעיות מספקת. אור.
בעולם הביולוגיה (כלומר, דברים חיים), המקסימום הזה עדיין מכיל כמה אזהרות. האחת היא שלא כל מה שקשור לקשר בין צורה לתפקוד הוא בהכרח אינטואיטיבי.
השנייה, אחריה מהראשונה, היא שהקשקשים הזעירים המעורבים בהערכת אטומים והמולקולות והתרכובות הנובעות משילובי אטומים מקשים על הקשר בין צורה לתפקוד אלא אם כן אתם יודעים מעט יותר על האופן שבו אטומים ומולקולות מתקשרים. במיוחד במצבים של מערכת חיים דינאמית עם צרכים שונים ומשתנים מרגע לרגע.
מה בדיוק אטומים?
לפני שנבחן כיצד צורתו של אטום נתון, מולקולה, יסוד או תרכובת הכרחית לתפקודו, יש להבין בדיוק מה פירוש המונחים הללו בכימיה, מכיוון שהם משמשים לעתים קרובות להחלפה - לפעמים נכון, לפעמים לא.
א אטום היא היחידה המבנית הפשוטה ביותר של כל אלמנט. כל האטומים מורכבים ממספר מסוים של פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים, כאשר המימן הוא היסוד היחיד שלא מכיל נויטרונים. בצורתם הסטנדרטית, לכל האטומים של כל יסוד יש אותו מספר של פרוטונים טעונים חיובית ואלקטרונים טעונים באופן שלילי.
ככל שמתקדמים למעלה במעלה טבלת האלמנטים התקופתיים (ראה בהמשך), אתה מגלה שמספר הנויטרונים בצורה הנפוצה ביותר של אטום נתון נוטה לעלות מעט מהר יותר ממספר הפרוטונים. אטום שמאבד או משיג נויטרונים בעוד שמספר הפרוטונים נשאר קבוע נקרא איזוטופ.
איזוטופים הם גרסאות שונות לאותו אטום, כאשר הכל זהה למעט מספר הנויטרונים. יש לכך השלכות על הרדיואקטיביות באטומים, כפי שתלמד בקרוב.
אלמנטים, מולקולות ותרכובות: היסודות של "דברים"
א אלמנט הוא סוג נתון של חומר, ולא ניתן להפריד לרכיבים שונים, רק קטנים יותר. לכל אחד מהרכיבים יש ערך משלו בטבלת התקופות של האלמנטים, שם תוכלו למצוא את התכונות הפיזיקליות (למשל, גודל, אופי הקשרים הכימיים שנוצרו) המבדילים כל יסוד משאר 91 האלמנטים האחרים המופיעים באופן טבעי.
אגרומציה של אטומים, לא משנה כמה גדולה, נחשבת כאלמנט אם אינה כוללת תוספים אחרים. לפיכך אתה עלול להתרחש בגז הליום "היסודי", המורכב רק מאטומי הוא.או שאתה יכול להתרחש על פני קילוגרם של "טהור" (כלומר, זהב אלמנטי, שיכול להכיל מספר בלתי נתפס של אטומי Au; זה כנראה לא רעיון שעליו אתה יכול להעתיד את עתידך הכלכלי, אלא שהוא אפשרי פיזית.
א מולקולה הוא הקטן ביותר טופס של חומר נתון; כשאתה רואה נוסחה כימית, כמו C6ח12הו6 (גלוקוז הסוכר), בדרך כלל אתה רואה את זה מולקולרי נוסחה. גלוקוז יכול להתקיים בשרשראות ארוכות המכונות גליקוגן, אך זו אינה הצורה המולקולרית של הסוכר.
לבסוף, א מתחם, תרכובת הוא דבר המכיל יותר מסוג אחד של אלמנטים, כגון מים (H2O). לפיכך, חמצן מולקולרי אינו חמצן אטומי; במקביל, קיימים רק אטומי חמצן, ולכן גז חמצן אינו תרכובת.
רמת מולקולרית, גודל וצורה
לא רק שצורות המולקולות בפועל חשובות, אלא שגם היכולת לתקן את זה בראש שלך חשובה. אתה יכול לעשות זאת ב"עולם האמיתי "בעזרת דגמי כדור ומקל, או שתוכל לסמוך על השימושיים יותר בייצוגים הדו-ממדיים של חפצים תלת מימדיים הזמינים בספרים או באינטרנט.
האלמנט היושב במרכז (או אם אתה מעדיף, ברמה המולקולרית העליונה) של כמעט כל הכימיה, ובמיוחד ביוכימיה, הוא פחמן. הסיבה לכך היא היכולת של הפחמימות ליצור ארבעה קשרים כימיים, מה שהופך אותה לייחודית בקרב האטומים.
לדוגמא, למתאן הנוסחה CH4 ומורכב מפחמן מרכזי המוקף בארבעה אטומי מימן זהים. כיצד אטומי המימן מרחבים את עצמם באופן טבעי כדי לאפשר את המרחק המרבי ביניהם?
הסדרים של תרכובות פשוטות נפוצות
כפי שזה קורה, CH4 מקבל צורה טטרהדרלית בערך, או פירמידאלית. דגם כדור ומקל המוצב על משטח ישר יהיה עם שלושה אטומי H המהווים את בסיס הפירמידה, כאשר אטום C מעט גבוה יותר והאטום H הרביעי יושב ישירות מעל אטום C. סיבוב המבנה כך ששילוב שונה של אטומי H מהווה את הבסיס המשולש של הפירמידה למעשה לא משנה דבר.
חנקן יוצר שלושה קשרים, חמצן שני ומימן אחד. קשרים אלה יכולים להופיע בשילוב על פני אותו זוג אטומים.
לדוגמה, המולקולה מימן ציאניד, או HCN, מורכבת מקשר בודד בין H ל- C ומקשר משולש בין C ל- N. הכרת הפורמולה המולקולרית של תרכובת והתנהגות הקשר של האטומים האישיים שלה מאפשרת לך לעתים קרובות לחזות הרבה על מבנהו.
המולקולות העיקריות בביולוגיה
ארבעת המעמדות של ביו-מולקולות הם חומצות גרעין, פחמימות, חלבונים, ו שומנים (או שומנים). את שלושת האחרונים האלה אתם מכירים אולי "מקרואים" מכיוון שהם שלושת המעמדות של חומרים מזינים המרכיבים את התזונה האנושית.
שתי חומצות הגרעין הן חומצה deoxyribonucleic (DNA) וחומצה ribonucleic (RNA), והן נושאות את קוד גנטי נחוץ להרכבת דברים חיים וכל מה שיש בתוכם.
פחמימות או "פחמימות" עשויות מאטומי C, H ו- O. אלה תמיד נמצאים ביחס של 1: 2: 1 בסדר הזה, ומראים שוב את חשיבות הצורה המולקולרית. לשומנים יש גם אטומי C, H ו- O, אך אלה מסודרים בצורה שונה מאוד מאשר בפחמימות; חלבונים מוסיפים כמה אטומי N לשלושת האחרים.
חומצות האמינו בחלבונים הן דוגמאות לחומצות במערכות חיות. שרשראות ארוכות העשויות מעשרים חומצות האמינו השונות בגוף הן ההגדרה של חלבון, ברגע שרשראות חומצות אלה ארוכות מספיק.
קשרים כימים
רבות דובר על קשרים כאן, אבל מה בדיוק אלה בכימיה?
בתוך קשרים קוולנטייםאלקטרונים משותפים בין אטומים. בתוך קשרים יוניים, אטום אחד מוותר על האלקטרונים שלו לחלוטין לאטום השני. קשרי מימן אפשר לחשוב עליו כאל סוג מיוחד של קשר קוולנטי, אבל כזה ברמה מולקולרית אחרת מכיוון שלהידרוגנים יש רק אלקטרון אחד מלכתחילה.
אינטראקציות של ואן דר וואלס הם "קשרים" המתרחשים בין מולקולות מים; קשרי מימן ואינטראקציות של ואן דר וואלס דומים אחרת.