Quel est un exemple dans un système vivant de la façon dont la forme moléculaire est critique ?

Au cours de vos voyages dans le monde scientifique ou simplement dans la vie de tous les jours, vous avez peut-être rencontré le terme « forme correspond à la fonction » ou une variante de la même phrase. Généralement, cela signifie que l'apparence de quelque chose que vous rencontrez est un indice probable sur ce qu'il fait ou comment il est utilisé. Dans de nombreux contextes, cette maxime est si évidente qu'elle défie l'exploration.

Par exemple, si vous tombez sur un objet qui peut être tenu dans la main et émet de la lumière à une extrémité en appuyant sur un interrupteur, vous pouvez être sûr que l'appareil est un outil pour éclairer l'environnement immédiat en l'absence d'un éclairage naturel adéquat lumière.

Dans le monde de la biologie (c'est-à-dire les êtres vivants), cette maxime tient toujours avec quelques mises en garde. La première est que tout dans la relation entre forme et fonction n'est pas nécessairement intuitif.

La seconde, issue de la première, est que les échelles minuscules impliquées dans l'évaluation des atomes et des molécules et composés qui résultent des combinaisons d'atomes font le lien entre la forme et fonction difficile à apprécier à moins d'en savoir un peu plus sur la façon dont les atomes et les molécules interagissent, en particulier dans le contexte d'un système vivant dynamique avec des instants divers et changeants Besoins.

Avant d'explorer comment la forme d'un atome, une molécule, un élément ou un composé est indispensable à sa fonction, il faut comprendre précisément ce que ces termes signifient en chimie, car ils sont souvent utilisés de manière interchangeable - parfois correctement, parfois non.

Un atome est l'unité structurelle la plus simple de tout élément. Tous les atomes sont constitués d'un certain nombre de protons, de neutrons et d'électrons, l'hydrogène étant le seul élément ne contenant pas de neutrons. Dans leur forme standard, tous les atomes de chaque élément ont le même nombre de protons chargés positivement et d'électrons chargés négativement.

Au fur et à mesure que vous montez le tableau périodique d'éléments (voir ci-dessous), vous constatez que le nombre de neutrons sous la forme la plus courante d'un atome donné a tendance à augmenter un peu plus rapidement que le nombre de protons. Un atome qui perd ou gagne des neutrons alors que le nombre de protons reste fixe s'appelle un isotope.

Isotopes sont des versions différentes du même atome, avec tout le même à l'exception du nombre de neutrons. Cela a des implications pour la radioactivité dans les atomes, comme vous l'apprendrez bientôt.

Un élément est un type de substance donné, et ne peut pas être séparé en différents composants, seulement des plus petits. Chaque élément a sa propre entrée dans le tableau périodique des éléments, où vous pouvez trouver les propriétés physiques (par exemple, taille, la nature des liaisons chimiques formées) qui distinguent tout élément des 91 autres naturels éléments.

Une agglomération d'atomes, quelle que soit sa taille, est considérée comme un élément si elle n'inclut pas d'autres additifs. Vous pourriez donc tomber sur du gaz "élémentaire" d'hélium (He), qui ne se compose que d'atomes d'He. Ou vous pourriez tomber sur un kilogramme d'or "pur" (c'est-à-dire d'or élémentaire, qui contiendrait un nombre insondable d'atomes d'Au; ce n'est probablement pas une idée sur laquelle miser votre avenir financier, mais c'est physiquement possible.

UNE molécule est le plus petit forme d'une substance donnée; quand vous voyez une formule chimique, telle que C₆H₁₂O₆ (le sucre glucose), vous voyez généralement son moléculaire formule. Le glucose peut exister dans de longues chaînes appelées glycogène, mais ce n'est pas la forme moléculaire du sucre.

• Certains éléments, tels que He, existent sous forme de molécules sous forme atomique ou monoatomique. Pour ceux-ci, un atome est une molécule. D'autres, comme l'oxygène (O₂) existent sous forme diatomique dans leur état naturel, car celui-ci est énergétiquement favorable.

Enfin, un composé est quelque chose qui contient plus d'un type d'élément, comme l'eau (H₂O). Ainsi, l'oxygène moléculaire n'est pas l'oxygène atomique; en même temps, seuls des atomes d'oxygène sont présents, donc l'oxygène gazeux n'est pas un composé.

Non seulement les formes réelles des molécules sont importantes, mais le simple fait de pouvoir les fixer dans votre esprit est également important. Vous pouvez le faire dans le « monde réel » à l'aide de modèles à bille et bâton, ou vous pouvez vous fier au plus utile des représentations bidimensionnelles d'objets tridimensionnels disponibles dans les manuels ou en ligne.

L'élément qui se trouve au centre (ou si vous préférez, au niveau moléculaire supérieur) de pratiquement toute la chimie, en particulier la biochimie, est carbone. Cela est dû à la capacité du carbone à former quatre liaisons chimiques, ce qui le rend unique parmi les atomes.

Par exemple, le méthane a la formule CH₄ et se compose d'un carbone central entouré de quatre atomes d'hydrogène identiques. Comment le hydrogène les atomes s'espacent naturellement de manière à permettre la distance maximale entre eux ?

Il se trouve que CH₄ prend une forme grossièrement tétraédrique ou pyramidale. Un modèle de boule et de bâton placé sur une surface plane aurait trois atomes H formant la base de la pyramide, avec l'atome C un peu plus haut et le quatrième atome H perché directement au-dessus de l'atome C. Faire tourner la structure de sorte qu'une combinaison différente d'atomes H forme la base triangulaire de la pyramide ne change en effet rien.

L'azote forme trois liaisons, l'oxygène deux et l'hydrogène une. Ces liaisons peuvent se produire en combinaison à travers la même paire d'atomes.

Par exemple, la molécule de cyanure d'hydrogène, ou HCN, est constituée d'une simple liaison entre H et C et d'une triple liaison entre C et N. Connaître à la fois la formule moléculaire d'un composé et le comportement de liaison de ses atomes individuels vous permet souvent de prédire beaucoup de choses sur sa structure.

le quatre classes de biomolécules sont les acides nucléiques, glucides, protéines, et lipides (ou alors graisses). Les trois derniers d'entre eux que vous connaissez peut-être sous le nom de « macros » car ce sont les trois classes de macronutriments qui composent l'alimentation humaine.

Les deux acides nucléiques sont l'acide désoxyribonucléique (ADN) et l'acide ribonucléique (ARN), et ils portent le code génétique nécessaires à l'assemblage des êtres vivants et de tout ce qu'ils contiennent.

Les glucides ou "glucides" sont constitués d'atomes de C, H et O. Celles-ci sont toujours dans un rapport de 1:2:1 dans cet ordre, montrant à nouveau l'importance de la forme moléculaire. Les graisses n'ont également que des atomes C, H et O, mais ceux-ci sont disposés très différemment que dans les glucides; les protéines ajoutent quelques atomes de N aux trois autres.

le acides aminés dans les protéines sont des exemples d'acides dans les systèmes vivants. De longues chaînes constituées de 20 acides aminés différents dans le corps sont la définition d'une protéine, une fois que ces chaînes d'acides sont suffisamment longues.

On a beaucoup parlé des obligations ici, mais que sont-elles exactement en chimie ?

Dans des liaisons covalentes, les électrons sont partagés entre les atomes. Dans des liaisons ioniques, un atome cède complètement ses électrons à l'autre atome. Liaisons hydrogène peut être considéré comme un type spécial de liaison covalente, mais à un niveau moléculaire différent, car les hydrogènes n'ont qu'un seul électron pour commencer.

Interactions avec Van der Waals sont des « liens » qui se produisent entre les molécules d'eau; les liaisons hydrogène et les interactions de van der Waals sont par ailleurs similaires.