Содержание
- Что такое атомы?
- Элементы, Молекулы и Соединения: Основы "Материала"
- Молекулярный уровень, размер и форма
- Расположение простых простых соединений
- Основные молекулы в биологии
- Химические связи
Во время ваших путешествий в научном мире или просто в повседневной жизни вы, возможно, сталкивались с термином «функция подгонки форм» или некоторым изменением одной и той же фразы. Как правило, это означает, что появление чего-либо, с чем вы сталкиваетесь, является вероятным ключом к пониманию того, что оно делает или как оно используется. Во многих минусах эта максима настолько очевидна, что не поддается исследованию.
Например, если вы натолкнулись на объект, который можно держать в руке, и излучает свет с одного конца одним нажатием переключателя, вы можете быть уверены, что устройство является инструментом для освещения окружающей среды в отсутствие достаточного естественного освещения. свет.
В мире биологии (то есть живых существ) эта максима все еще имеет несколько предостережений. Во-первых, не все в отношениях между формой и функцией обязательно интуитивно понятно.
Второе, вытекающее из первого, состоит в том, что крошечные шкалы, участвующие в оценке атомов и молекул и соединений, которые возникают из комбинаций атомов, затрудняют понимание связи между формой и функцией, если вы не знаете немного больше о том, как взаимодействуют атомы и молекулы особенно в мошенничестве с динамичной живой системой с различными и меняющимися мгновенными потребностями.
Что такое атомы?
Прежде чем исследовать, как форма данного атома, молекулы, элемента или соединения необходима для их функции, необходимо точно понять, что эти термины означают в химии, поскольку они часто используются взаимозаменяемо - иногда правильно, иногда нет.
атом это простейшая структурная единица любого элемента. Все атомы состоят из некоторого количества протонов, нейтронов и электронов, причем водород является единственным элементом, не содержащим нейтронов. В своей стандартной форме все атомы каждого элемента имеют одинаковое количество положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов.
Когда вы поднимаетесь вверх по периодической таблице элементов (см. Ниже), вы обнаруживаете, что число нейтронов в наиболее распространенной форме данного атома имеет тенденцию расти несколько быстрее, чем число протонов. Атом, который теряет или получает нейтроны, в то время как число протонов остается фиксированным, называется изотопом.
Изотопы - это разные версии одного и того же атома, со всем одинаковым, кроме нейтронного числа. Это имеет значение для радиоактивности атомов, как вы скоро узнаете.
Элементы, Молекулы и Соединения: Основы "Материала"
элемент является данным типом вещества, и не может быть разделен на различные компоненты, только меньшие. Каждый элемент имеет свою собственную запись в периодической таблице элементов, где вы можете найти физические свойства (например, размер, природу образовавшихся химических связей), которые отличают любой элемент от других 91 встречающихся в природе элементов.
Считается, что агломерация атомов, независимо от их размера, существует как элемент, если она не содержит других добавок. Поэтому вы можете столкнуться с «элементарным» газом гелия (He), который состоит только из атомов He.Или вы можете встретить килограмм «чистого» (то есть элементарного золота, в котором содержится непостижимое количество атомов Au; это, вероятно, не идея, на которую нужно ставить свое финансовое будущее, но это физически возможно).
молекула самый маленький форма данного вещества; когда вы видите химическую формулу, такую как С6ЧАС12О6 (сахарная глюкоза), вы обычно видите его молекулярная формула. Глюкоза может существовать в длинных цепях, называемых гликогеном, но это не молекулярная форма сахара.
Наконец, соединение является чем-то, содержащим более одного вида элементов, таких как вода (H2О). Таким образом, молекулярный кислород не является атомарным кислородом; в то же время присутствуют только атомы кислорода, поэтому газообразный кислород не является соединением.
Молекулярный уровень, размер и форма
Важны не только фактические формы молекул, но и возможность просто зафиксировать их в уме. Вы можете сделать это в «реальном мире» с помощью моделей типа «шарик-и-палка», или вы можете рассчитывать на более полезное двумерное представление трехмерных объектов, доступное в книгах или онлайн.
Элемент, который находится в центре (или, если хотите, на высшем молекулярном уровне) практически всей химии, в частности биохимии, углерод, Это из-за способности углерода образовывать четыре химические связи, что делает его уникальным среди атомов.
Например, метан имеет формулу СН4 и состоит из центрального углерода, окруженного четырьмя одинаковыми атомами водорода. Как атомы водорода естественным образом распределяются так, чтобы обеспечить максимальное расстояние между ними?
Расположение простых простых соединений
Как это бывает, СН4 принимает примерно четырехгранную или пирамидальную форму. Модель типа «шарик-клюшка», установленная на поверхности уровня, будет иметь три атома Н, образующих основание пирамиды, причем атом С будет немного выше, а четвертый атом Н расположен прямо над атомом С. Вращение структуры так, что другая комбинация атомов H образует треугольное основание пирамиды, фактически ничего не меняет.
Азот образует три связи, кислород две и водород одна. Эти связи могут происходить в комбинации через одну и ту же пару атомов.
Например, молекула цианистого водорода, или HCN, состоит из одинарной связи между H и C и тройной связи между C и N. Знание как молекулярной формулы соединения, так и поведения связи его отдельных атомов часто позволяет вам предсказать многое о его структуре.
Основные молекулы в биологии
Четыре класса биомолекул являются нуклеиновые кислоты, углеводы, белки, а также липиды (или же жиры). Последние три из них вы можете называть «макросами», поскольку они представляют собой три класса макронутриентов, составляющих рацион человека.
Две нуклеиновые кислоты - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК), и они несут генетический код нужен для сборки живых существ и всего, что внутри них.
Углеводы или «углеводы» состоят из атомов C, H и O. Они всегда находятся в соотношении 1: 2: 1 в указанном порядке, что снова показывает важность молекулярной формы. Жиры также имеют только атомы C, H и O, но они расположены совсем иначе, чем в углеводах; белки добавляют некоторые атомы N к остальным трем.
Аминокислоты в белках являются примерами кислот в живых системах. Длинные цепи, состоящие из 20 различных аминокислот в организме, являются определением белка, если эти цепи кислот достаточно длинные.
Химические связи
Здесь много говорилось о связях, но что именно они в химии?
В ковалентные связиэлектроны распределяются между атомами. В ионные связиодин атом полностью отдает свои электроны другому. Водородные связи можно рассматривать как особый вид ковалентной связи, но на другом молекулярном уровне, потому что у водородов только один электрон.
Ван дер Ваальс взаимодействия являются "связями", которые происходят между молекулами воды; водородные связи и ван-дер-ваальсово взаимодействия в остальном похожи.