A lo largo de sus viajes por el mundo de la ciencia o simplemente en la vida cotidiana, es posible que haya encontrado el término "forma se ajusta a la función" o alguna variación de la misma frase. Generalmente, significa que la apariencia de algo con lo que se cruza es una pista probable sobre lo que hace o cómo se usa. En muchos contextos, esta máxima es tan evidente que desafía la exploración.
Por ejemplo, si se cruza con un objeto que se puede sostener en la mano y emite luz desde un extremo con solo tocar un interruptor, puede estar seguro de que el dispositivo es una herramienta para iluminar el entorno inmediato en ausencia de una adecuada luz.
En el mundo de la biología (es decir, los seres vivos), esta máxima todavía se mantiene con algunas salvedades. Una es que no todo lo relacionado con la relación entre forma y función es necesariamente intuitivo.
El segundo, que sigue al primero, es que las pequeñas escalas involucradas en la evaluación de átomos y las moléculas y compuestos que surgen de combinaciones de átomos hacen el vínculo entre forma y Funciona difícil de apreciar a menos que sepa un poco más sobre cómo interactúan los átomos y las moléculas, especialmente en el contexto de un sistema vivo dinámico con varios y cambiantes momento a momento. necesidades.
¿Qué son exactamente los átomos?
Antes de explorar cómo la forma de un determinado átomo, una molécula, un elemento o un compuesto es indispensable para su función, es necesario comprender precisamente lo que estos términos significan en química, ya que a menudo se usan indistintamente, a veces correctamente, a veces no.
Un átomo es la unidad estructural más simple de cualquier elemento. Todos los átomos constan de una cierta cantidad de protones, neutrones y electrones, siendo el hidrógeno el único elemento que no contiene neutrones. En su forma estándar, todos los átomos de cada elemento tienen el mismo número de protones cargados positivamente y electrones cargados negativamente.
A medida que te mueves hacia arriba tabla periódica de elementos (ver más abajo), se encuentra que el número de neutrones en la forma más común de un átomo dado tiende a aumentar algo más rápido que el número de protones. Un átomo que pierde o gana neutrones mientras el número de protones permanece fijo se llama isótopo.
Isótopos son versiones diferentes del mismo átomo, con todo igual excepto por el número de neutrones. Esto tiene implicaciones para la radiactividad en los átomos, como pronto aprenderá.
Elementos, moléculas y compuestos: los fundamentos de las "cosas"
Un elemento es un tipo determinado de sustancia y no se puede separar en diferentes componentes, solo en componentes más pequeños. Cada elemento tiene su propia entrada en la tabla periódica de elementos, donde puede encontrar las propiedades físicas (por ejemplo, tamaño, la naturaleza de los enlaces químicos formados) que distinguen cualquier elemento de los otros 91 que ocurren naturalmente elementos.
Una aglomeración de átomos, por grande que sea, se considera que existe como elemento si no incluye otros aditivos. Por lo tanto, podría encontrarse con el gas helio (He) "elemental", que consta únicamente de átomos de He. O puede encontrarse con un kilogramo de "puro" (es decir, oro elemental, que contendría una cantidad insondable de átomos de Au; Probablemente esta no sea una idea en la que apostar su futuro financiero, pero es físicamente posible.
A molécula es la más pequeña formulario de una sustancia determinada; cuando ve una fórmula química, como C6H12O6 (el azúcar glucosa), normalmente está viendo su molecular fórmula. La glucosa puede existir en cadenas largas llamadas glucógeno, pero esta no es la forma molecular del azúcar.
- Algunos elementos, como He, existen como moléculas en forma atómica o monoatómica. Para estos, un átomo es una molécula. Otros, como el oxígeno (O2) existen en forma diatómica en su estado natural, porque esto es energéticamente favorable.
Finalmente, un compuesto es algo que contiene más de un tipo de elemento, como el agua (H2O). Por tanto, el oxígeno molecular no es oxígeno atómico; al mismo tiempo, solo están presentes los átomos de oxígeno, por lo que el gas oxígeno no es un compuesto.
Nivel, tamaño y forma molecular
No solo son importantes las formas reales de las moléculas, sino que también es importante poder fijarlas en tu mente. Puede hacer esto en el "mundo real" con la ayuda de modelos de bolas y palos, o puede confiar en más útil de las representaciones bidimensionales de objetos tridimensionales disponibles en libros de texto o en línea.
El elemento que se encuentra en el centro (o si lo prefiere, en el nivel molecular superior) de prácticamente toda la química, en particular la bioquímica, es carbón. Esto se debe a la capacidad del carbono para formar cuatro enlaces químicos, lo que lo hace único entre los átomos.
Por ejemplo, el metano tiene la fórmula CH4 y consta de un carbono central rodeado por cuatro átomos de hidrógeno idénticos. Como hidrógeno los átomos se espacian naturalmente para permitir la máxima distancia entre ellos?
Disposiciones de compuestos simples comunes
Da la casualidad de que CH4 asume una forma aproximadamente tetraédrica o piramidal. Un modelo de bola y palo colocado en una superficie nivelada tendría tres átomos de H formando la base de la pirámide, con el átomo de C un poco más alto y el cuarto átomo de H posado directamente sobre el átomo de C. Girar la estructura de modo que una combinación diferente de átomos de H forme la base triangular de la pirámide, en efecto, no cambia nada.
El nitrógeno forma tres enlaces, el oxígeno dos y el hidrógeno uno. Estos enlaces pueden ocurrir en combinación en el mismo par de átomos.
Por ejemplo, la molécula de cianuro de hidrógeno, o HCN, consta de un enlace sencillo entre H y C y de un enlace triple entre C y N. Conocer tanto la fórmula molecular de un compuesto como el comportamiento de enlace de sus átomos individuales a menudo le permite predecir mucho sobre su estructura.
Las moléculas primarias en biología
La cuatro clases de biomoléculas son los ácidos nucleicos, carbohidratos, proteinas, y lípidos (o grasas). Puede que conozca los últimos tres como "macros", ya que son las tres clases de macronutrientes que componen la dieta humana.
Los dos ácidos nucleicos son ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN), y llevan la codigo genetico necesario para el ensamblaje de los seres vivos y todo lo que hay dentro de ellos.
Los carbohidratos o "carbohidratos" están hechos de átomos de C, H y O. Estos siempre están en la proporción de 1: 2: 1 en ese orden, mostrando nuevamente la importancia de la forma molecular. Las grasas también tienen solo átomos de C, H y O, pero estos están organizados de manera muy diferente a los carbohidratos; las proteínas agregan algunos átomos de N a los otros tres.
La aminoácidos en las proteínas son ejemplos de ácidos en los sistemas vivos. Las cadenas largas compuestas por 20 aminoácidos diferentes en el cuerpo son la definición de una proteína, una vez que estas cadenas de ácidos son lo suficientemente largas.
Enlaces químicos
Se ha hablado mucho sobre los enlaces aquí, pero ¿qué son exactamente en química?
En enlaces covalentes, los electrones se comparten entre los átomos. En enlaces iónicos, un átomo cede sus electrones completamente al otro átomo. Enlaces de hidrógeno se puede considerar como un tipo especial de enlace covalente, pero a un nivel molecular diferente porque los hidrógenos solo tienen un electrón para empezar.
Interacciones de Van der Waals son "enlaces" que ocurren entre moléculas de agua; Los enlaces de hidrógeno y las interacciones de van der Waals son similares.
