Τι είναι ένα παράδειγμα σε ένα ζωντανό σύστημα του πόσο μοριακό σχήμα είναι κρίσιμο;

Κατά τη διάρκεια των ταξιδιών σας στον επιστημονικό κόσμο ή απλώς στην καθημερινή ζωή, μπορεί να έχετε συναντήσει τον όρο "form fits function" ή κάποια παραλλαγή της ίδιας φράσης. Σε γενικές γραμμές, σημαίνει ότι η εμφάνιση του κάτι που συμβαίνει είναι μια πιθανή ένδειξη για το τι κάνει ή για το πώς χρησιμοποιείται. Σε πολλά πλαίσια, αυτό το ρητό είναι τόσο προφανές ώστε να αψηφά την εξερεύνηση.

Για παράδειγμα, εάν συναντήσετε ένα αντικείμενο που μπορεί να κρατηθεί στο χέρι και εκπέμπει φως από το ένα άκρο με το πάτημα ενός διακόπτη, μπορείτε να είστε σίγουροι ότι η συσκευή είναι ένα εργαλείο για το φωτισμό του άμεσου περιβάλλοντος, ελλείψει επαρκούς φυσικού φως.

Στον κόσμο της βιολογίας (δηλαδή των ζωντανών πραγμάτων), αυτό το αξίωμα εξακολουθεί να ισχύει με μερικές προειδοποιήσεις. Το ένα είναι ότι δεν είναι απαραίτητα διαισθητικά όλα σχετικά με τη σχέση μεταξύ μορφής και λειτουργίας.

Το δεύτερο, μετά από το πρώτο, είναι ότι οι μικροσκοπικές κλίμακες που εμπλέκονται στην αξιολόγηση των ατόμων και τα μόρια και οι ενώσεις που προκύπτουν από συνδυασμούς ατόμων κάνουν τη σύνδεση μεταξύ μορφής και Λειτουργεί δύσκολο να εκτιμηθεί, εκτός εάν γνωρίζετε λίγο περισσότερα για το πώς αλληλεπιδρούν τα άτομα και τα μόρια, ειδικά στο πλαίσιο ενός δυναμικού συστήματος διαβίωσης με διάφορα και μεταβαλλόμενα στιγμιαία προς στιγμή ανάγκες των.

Πριν εξερευνήσετε πώς το σχήμα ενός δεδομένου άτομο, ένα μόριο, ένα στοιχείο ή μια ένωση είναι απαραίτητη για τη λειτουργία του, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε ακριβώς τι σημαίνουν αυτοί οι όροι στη χημεία, καθώς χρησιμοποιούνται συχνά εναλλακτικά - μερικές φορές σωστά, μερικές φορές όχι.

Ενα άτομο είναι η απλούστερη δομική μονάδα οποιουδήποτε στοιχείου. Όλα τα άτομα αποτελούνται από έναν αριθμό πρωτονίων, νετρονίων και ηλεκτρονίων με το υδρογόνο να είναι το μόνο στοιχείο που δεν περιέχει νετρόνια. Στην τυπική τους μορφή, όλα τα άτομα κάθε στοιχείου έχουν τον ίδιο αριθμό θετικά φορτισμένων πρωτονίων και αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων.

Καθώς κινείστε ψηλότερα το Περιοδικός Πίνακας των στοιχείων (βλέπε παρακάτω), διαπιστώνετε ότι ο αριθμός των νετρονίων στην πιο κοινή μορφή ενός δεδομένου ατόμου τείνει να αυξάνεται κάπως ταχύτερα από τον αριθμό των πρωτονίων. Ένα άτομο που χάνει ή αποκτά νετρόνια ενώ ο αριθμός των πρωτονίων παραμένει σταθερό ονομάζεται ισότοπο.

Ισότοπα είναι διαφορετικές εκδόσεις του ίδιου ατόμου, με όλα τα ίδια εκτός από τον αριθμό νετρονίων. Αυτό έχει επιπτώσεις στη ραδιενέργεια στα άτομα, καθώς θα μάθετε σύντομα.

Ενα στοιχείο είναι ένας δεδομένος τύπος ουσίας και δεν μπορεί να διαχωριστεί σε διαφορετικά συστατικά, μόνο μικρότερα. Κάθε στοιχείο έχει τη δική του καταχώριση στον περιοδικό πίνακα στοιχείων, όπου μπορείτε να βρείτε τις φυσικές ιδιότητες (π.χ. μέγεθος, τη φύση των χημικών δεσμών που σχηματίζονται) που διακρίνουν οποιοδήποτε στοιχείο από τα άλλα 91 φυσικά απαντώμενα στοιχεία.

Ένας συσσωμάτωση ατόμων, ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλο, θεωρείται ότι υπάρχει ως στοιχείο εάν δεν περιλαμβάνει άλλα πρόσθετα. Επομένως, μπορεί να συμβεί σε "στοιχειακό" ήλιο (He) αέριο, το οποίο αποτελείται μόνο από άτομα He. Ή μπορεί να συμβεί σε ένα κιλό "καθαρό" (δηλαδή, στοιχειακό χρυσό, που θα περιέχει έναν αδιανόητο αριθμό ατόμων Au. Αυτό πιθανώς δεν είναι μια ιδέα για την οποία θα διακινδυνεύσετε το οικονομικό σας μέλλον, αλλά είναι φυσικά δυνατό.

ΕΝΑ μόριο είναι το μικρότερο μορφή μιας δεδομένης ουσίας · όταν βλέπετε έναν χημικό τύπο, όπως το C₆Η₁₂Ο₆ (η γλυκόζη του σακχάρου), συνήθως το βλέπετε μοριακός τύπος. Η γλυκόζη μπορεί να υπάρχει σε μεγάλες αλυσίδες που ονομάζονται γλυκογόνο, αλλά αυτή δεν είναι η μοριακή μορφή του σακχάρου.

• Μερικά στοιχεία, όπως αυτός, υπάρχουν ως μόρια σε ατομική ή μονοτομική μορφή. Για αυτά, ένα άτομο είναι ένα μόριο. Άλλα, όπως το οξυγόνο (O₂) υπάρχουν σε διατομική μορφή στη φυσική τους κατάσταση, γιατί αυτό είναι ενεργητικά ευνοϊκό.

Τέλος, α χημική ένωση είναι κάτι που περιέχει περισσότερα από ένα είδη στοιχείων, όπως το νερό (H₂Ο). Έτσι, το μοριακό οξυγόνο δεν είναι ατομικό οξυγόνο. Ταυτόχρονα, υπάρχουν μόνο άτομα οξυγόνου, επομένως το αέριο οξυγόνο δεν είναι μια ένωση.

Όχι μόνο είναι σημαντικά τα πραγματικά σχήματα των μορίων, αλλά και το να μπορείς να τα διορθώσεις στο μυαλό σου είναι επίσης σημαντικό. Μπορείτε να το κάνετε αυτό στον "πραγματικό κόσμο" με τη βοήθεια μοντέλων ball-and-stick, ή μπορείτε να βασιστείτε στα περισσότερα χρήσιμες από τις δισδιάστατες αναπαραστάσεις τρισδιάστατων αντικειμένων που διατίθενται σε εγχειρίδια ή Σε σύνδεση.

Το στοιχείο που βρίσκεται στο κέντρο (ή αν προτιμάτε, ανώτερο μοριακό επίπεδο) σχεδόν όλων των χημείας, ιδίως της βιοχημείας, είναι άνθρακας. Αυτό οφείλεται στην ικανότητα του άνθρακα να σχηματίζει τέσσερις χημικούς δεσμούς, καθιστώντας τον μοναδικό μεταξύ των ατόμων.

Για παράδειγμα, το μεθάνιο έχει τον τύπο CH₄ και αποτελείται από έναν κεντρικό άνθρακα που περιβάλλεται από τέσσερα ίδια άτομα υδρογόνου. Πώς το κάνετε υδρογόνο φυσικά τα άτομα χωρίζουν τον εαυτό τους έτσι ώστε να επιτρέπεται η μέγιστη απόσταση μεταξύ τους;

Όπως συμβαίνει, CH₄ παίρνει ένα περίπου τετραεδρικό, ή πυραμιδικό σχήμα. Ένα μοντέλο σφαίρας και ραβδιού τοποθετημένο σε επίπεδη επιφάνεια θα είχε τρία άτομα Η σχηματίζοντας τη βάση της πυραμίδας, με το άτομο C λίγο υψηλότερο και το τέταρτο άτομο Η σκαρφαλωμένο απευθείας πάνω από το άτομο C. Η περιστροφή της δομής έτσι ώστε ένας διαφορετικός συνδυασμός ατόμων Η σχηματίζει την τριγωνική βάση της πυραμίδας στην πραγματικότητα δεν αλλάζει τίποτα.

Το άζωτο σχηματίζει τρεις δεσμούς, το οξυγόνο δύο και το υδρογόνο. Αυτοί οι δεσμοί μπορούν να συμβούν σε συνδυασμό στο ίδιο ζεύγος ατόμων.

Για παράδειγμα, το μόριο υδροκυάνιο, ή HCN, αποτελείται από έναν απλό δεσμό μεταξύ Η και C και έναν τριπλό δεσμό μεταξύ C και Ν. Γνωρίζοντας τόσο τον μοριακό τύπο μιας ένωσης όσο και τη συμπεριφορά σύνδεσης των μεμονωμένων ατόμων σας, σας επιτρέπει συχνά να προβλέψετε πολλά για τη δομή της.

ο τέσσερις κατηγορίες βιομορίων είναι το νουκλεϊκά οξέα, υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, και λιπίδια (ή λίπη). Τα τελευταία τρία από αυτά μπορεί να γνωρίζετε ως "μακροεντολές" καθώς είναι οι τρεις κατηγορίες μακροθρεπτικών συστατικών που συνθέτουν την ανθρώπινη διατροφή.

Τα δύο νουκλεϊκά οξέα είναι δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) και ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA), και φέρουν το γενετικός κώδικας απαιτείται για τη συναρμολόγηση ζωντανών πραγμάτων και ό, τι μέσα τους.

Οι υδατάνθρακες ή οι «υδατάνθρακες» αποτελούνται από άτομα C, H και O. Αυτά είναι πάντα στην αναλογία 1: 2: 1 με αυτήν τη σειρά, δείχνοντας και πάλι τη σημασία του μοριακού σχήματος. Τα λίπη έχουν επίσης μόνο άτομα C, H και O, αλλά αυτά είναι διατεταγμένα πολύ διαφορετικά από ό, τι σε υδατάνθρακες. Οι πρωτεΐνες προσθέτουν μερικά Ν άτομα στα άλλα τρία.

ο αμινοξέα στις πρωτεΐνες είναι παραδείγματα οξέων στα ζωντανά συστήματα. Οι μακρές αλυσίδες που κατασκευάζονται από τα 20 διαφορετικά αμινοξέα στο σώμα είναι ο ορισμός μιας πρωτεΐνης, όταν αυτές οι αλυσίδες οξέων είναι αρκετά μεγάλες.

Πολλά έχουν ειπωθεί για τους δεσμούς εδώ, αλλά τι ακριβώς είναι αυτά στη χημεία;

Σε ομοιοπολικούς δεσμούς, τα ηλεκτρόνια μοιράζονται μεταξύ ατόμων. Σε ιοντικοί δεσμοί, ένα άτομο παραδίδει πλήρως τα ηλεκτρόνια του στο άλλο άτομο. Δεσμοί υδρογόνου μπορεί να θεωρηθεί ως ένα ειδικό είδος ομοιοπολικού δεσμού, αλλά ένας σε διαφορετικό μοριακό επίπεδο επειδή τα υδρογόνα έχουν μόνο ένα ηλεκτρόνιο για να ξεκινήσουν.

Αλληλεπιδράσεις Van der Waals είναι "δεσμοί" που εμφανίζονται μεταξύ των μορίων του νερού. Οι αλληλεπιδράσεις υδρογόνου και van der Waals είναι κατά τα άλλα παρόμοιες.