מהי דוגמה במערכת חיה לאופן שבו צורה מולקולרית היא קריטית?

לאורך מסעותייך בעולם המדע או סתם בחיי היומיום, יתכן שנתקלת במונח "צורה המתאימה לתפקוד" או בווריאציה כלשהי של אותו ביטוי. באופן כללי, זה אומר שהמראה של משהו שאתה קורה בו הוא רמז אפשרי לגבי מה שהוא עושה או איך משתמשים בו. בהקשרים רבים, המקסימום הזה ניכר כל כך בבירור שהוא מתריס בחקר.

לדוגמא, אם אתה נתקל באובייקט שניתן להחזיק ביד ופולט אור מקצה אחד בלחיצת מתג, אתה יכול להיות בטוח שהמכשיר הוא כלי להארת הסביבה המיידית בהיעדר טבעי מתאים אוֹר.

בעולם הביולוגיה (כלומר, יצורים חיים), מקסימום זה עדיין מתקיים עם כמה אזהרות. האחת היא שלא כל מה שקשור ליחס בין צורה לתפקוד הוא בהכרח אינטואיטיבי.

השני, בעקבות הראשון, הוא שהקשקשים הזעירים המעורבים בהערכת אטומים והמולקולות והתרכובות הנובעות משילובי אטומים יוצרים את הקשר בין צורה לבין לתפקד קשה להערכה אלא אם כן אתה יודע קצת יותר על האופן שבו אטומים ומולקולות מתקשרים, במיוחד בהקשר של מערכת חיים דינמית עם רגע ורגע שונים ומשתנים צרכי.

לפני שנבדוק איך הצורה של נתון אָטוֹם, מולקולה, יסוד או תרכובת הכרחית לתפקידם, יש צורך להבין בדיוק מה פירושם של מונחים אלה בכימיה, מכיוון שלעתים קרובות משתמשים בהם לסירוגין - לפעמים נכון, לפעמים לא.

An אָטוֹם היא היחידה המבנית הפשוטה ביותר של כל אלמנט. כל האטומים מורכבים ממספר כלשהו של פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים, כאשר המימן הוא היסוד היחיד שאינו מכיל נויטרונים. בצורתם הסטנדרטית, לכל האטומים של כל יסוד אותו מספר פרוטונים טעונים חיובי ואלקטרונים טעונים שלילית.

ככל שעולים גבוה יותר במעלה טבלה מחזורית של אלמנטים (ראה להלן), אתה מוצא שמספר הנייטרונים בצורה הנפוצה ביותר של אטום נתון נוטה לעלות מעט מהר יותר ממספר הפרוטונים. אטום שמאבד או צובר נויטרונים בזמן שמספר הפרוטונים נשאר קבוע נקרא איזוטופ.

איזוטופים הם גרסאות שונות של אותו אטום, כשהכל זהה למעט מספר נויטרונים. יש לכך השלכות על רדיואקטיביות באטומים, כפי שתלמד בקרוב.

An אֵלֵמֶנט הוא סוג נתון של חומר, ולא ניתן להפריד אותו לרכיבים שונים, רק קטנים יותר. לכל אלמנט יש ערך משלו בטבלה המחזורית של האלמנטים, שם תוכלו למצוא את המאפיינים הפיזיים (למשל, גודל, אופי הקשרים הכימיים שנוצרו) המבדילים כל יסוד משאר 91 המופיעים באופן טבעי אלמנטים.

צבירת אטומים, גדולה ככל שתהיה, נחשבת לקיימת כאלמנט אם אינה כוללת תוספים אחרים. לכן אתה עלול להתרחש על פני גז הליום (He) "אלמנטרי", שמורכב רק מאטומי He. או שאתה עלול לקרות על פני קילוגרם של "טהור" (כלומר, זהב אלמנטלי, שיכיל מספר בלתי נתפס של אטומי Au; זה כנראה לא רעיון שעליו ניתן להניח את עתידך הכלכלי, אך זה אפשרי מבחינה פיזית.

א מולקולה הוא הקטן ביותר טופס של חומר נתון; כאשר אתה רואה נוסחה כימית, כגון C₆ה₁₂או₆ (גלוקוז הסוכר), בדרך כלל אתה רואה את זה מולקולרית נוּסחָה. גלוקוז יכול להתקיים בשרשראות ארוכות הנקראות גליקוגן, אך זו אינה הצורה המולקולרית של הסוכר.

• כמה יסודות, כמו הוא, קיימים כמולקולות בצורה אטומית, או מונומית. עבור אלה אטום הוא מולקולה. אחרים, כמו חמצן (O₂) קיימים בצורה דיאטומית במצבם הטבעי, מכיוון שזה חיובי מבחינה אנרגטית.

לבסוף, א מתחם הוא דבר המכיל יותר מסוג אחד של יסודות, כגון מים (H₂O). לפיכך, חמצן מולקולרי אינו חמצן אטומי; יחד עם זאת, ישנם רק אטומי חמצן, ולכן גז חמצן אינו תרכובת.

לא רק הצורות האמיתיות של מולקולות חשובות, אלא גם היכולת לתקן אותן במוחך חשובה. אתה יכול לעשות זאת ב"עולם האמיתי "בעזרת דגמי כדור-מקל, או שאתה יכול להסתמך על יותר מכך שימושי בייצוגים הדו-ממדיים של אובייקטים תלת מימדיים הזמינים בספרי הלימוד או באינטרנט.

האלמנט היושב במרכז (או אם אתה מעדיף, הרמה המולקולרית העליונה) של כמעט כל הכימיה, ובמיוחד הביוכימיה, הוא פַּחמָן. הסיבה לכך היא יכולתו של פחמן ליצור ארבעה קשרים כימיים, מה שהופך אותו לייחודי בין האטומים.

לדוגמא, למתאן יש הנוסחה CH₄ ומורכב מפחמן מרכזי המוקף בארבעה אטומי מימן זהים. איך מֵימָן אטומים באופן טבעי מרווחים את עצמם כדי לאפשר את המרחק המרבי ביניהם?

כשזה קורה, CH₄ לובש צורה טטראדרלית בערך, או פירמידה. מודל כדור-מקל שמונח על משטח מישורי יכלול שלושה אטומי H המהווים את בסיס הפירמידה, כאשר אטום ה- C מעט גבוה יותר ואטום ה- H הרביעי יושב ישירות מעל אטום ה- C. סיבוב המבנה כך ששילוב שונה של אטומי H יוצר את הבסיס המשולש של הפירמידה למעשה לא משנה דבר.

חנקן יוצר שלושה קשרים, חמצן שניים ומימן אחד. קשרים אלה יכולים להתרחש בשילוב על פני אותו זוג אטומים.

לדוגמא, המולקולה מימן ציאניד, או HCN, מורכבת מקשר יחיד בין H ו- C ומקשר משולש בין C ל- N. ידיעת הן הנוסחה המולקולרית של תרכובת והן התנהגות הקשר של האטומים האינדיבידואליים שלה מאפשרת לך לעתים קרובות לחזות הרבה על המבנה שלה.

ה ארבע סוגים של ביומולקולות הם ה חומצות גרעין, פחמימות, חלבונים, ו ליפידים (אוֹ שומנים). את שלושת האחרונים הללו תוכלו להכיר בשם "פקודות מאקרו" שכן הם שלושת הסוגים של חומרי המזון המרכיבים את התזונה האנושית.

השניים חומצות גרעין הם חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA) וחומצה ריבונוקלאית (RNA), והם נושאים את קוד גנטי הדרוש להרכבת יצורים חיים וכל מה שבתוכם.

פחמימות או "פחמימות" עשויות אטומי C, H ו- O. אלה תמיד ביחס של 1: 2: 1 בסדר זה, 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.

ה חומצות אמינו בחלבונים הם דוגמאות לחומצות במערכות החיים. שרשראות ארוכות העשויות מ -20 חומצות האמינו השונות בגוף הן ההגדרה של חלבון, ברגע ששרשראות חומצות אלו ארוכות מספיק.

רבות נאמר כאן על קשרים, אך מה הם בעצם הכימיה?

ב קשרים קוולנטיים, אלקטרונים משותפים בין אטומים. ב קשרים יוניים, אטום אחד מוותר על האלקטרונים שלו לחלוטין לאטום השני. קשרי מימן ניתן לחשוב על סוג מיוחד של קשר קוולנטי, אך כזה ברמה מולקולרית שונה מכיוון שלמימנים יש רק אלקטרון אחד מלכתחילה.

אינטראקציות עם ואן דר וואלס הם "קשרים" המתרחשים בין מולקולות מים; קשרי מימן ואינטראקציות עם ואן דר וואלס דומים אחרת.