თქვენი მოგზაურობის დროს სამეცნიერო სამყაროში ან უბრალოდ ყოველდღიურ ცხოვრებაში შეიძლება შეგხვედრიათ ტერმინი "ფორმა შეესაბამება ფუნქციას" ან იგივე ფრაზის რაიმე ვარიაცია. საერთოდ, ეს ნიშნავს, რომ რაღაცის გამოჩენა, სავარაუდოდ, მიანიშნებს იმაზე, თუ რას აკეთებს ის ან როგორ გამოიყენება. მრავალ კონტექსტში ეს მაქსიმალურად აშკარად ჩანს, რომ ეწინააღმდეგება კვლევას.
მაგალითად, თუ მოხდა რაიმე ობიექტის გასწვრივ, რომელიც შეიძლება ხელში გეჭიროს და ერთი ბოლოდან ასხივებს სინათლეს გადართვის შეხებით, შეგიძლიათ დარწმუნებული იყოთ, რომ მოწყობილობა არის უახლოესი გარემოს განათების საშუალება ადეკვატური ბუნებრივი არარსებობის შემთხვევაში მსუბუქი.
ბიოლოგიის სამყაროში (ე.ი. ცოცხალი არსებები), ეს მაქსიმუმი მაინც აქვს რამდენიმე სიფრთხილით. ერთია, რომ ფორმასა და ფუნქციას შორის ურთიერთობის შესახებ ყველაფერი ინტუიციური არ არის.
მეორე, პირველიდან გამომდინარე, არის ის, რომ ატომების და მოლეკულების და ნაერთების შეფასებაში მონაწილე პატარა მასშტაბები აყალიბებს კავშირს ფორმასა და ფუნქცია ძნელად დასაფასებელია, თუ ოდნავ მეტი არ იცით, თუ როგორ ურთიერთქმედებენ ატომები და მოლეკულები, განსაკუთრებით დინამიური ცხოვრების სისტემის პირობებში საჭიროებებს.
რა არის ატომები?
სანამ შეისწავლიდა როგორ მოცემული ფორმის ატომი, მოლეკულა, ელემენტი ან ნაერთი შეუცვლელია მისი ფუნქციისთვის, ამის გაგება აუცილებელია ზუსტად რას ნიშნავს ეს ტერმინები ქიმიაში, რადგან ისინი ხშირად იყენებენ ერთმანეთს - ზოგჯერ სწორად, ზოგჯერ არა.
ან ატომი ნებისმიერი ელემენტის უმარტივესი სტრუქტურული ერთეულია. ყველა ატომი შედგება პროტონის, ნეიტრონისა და ელექტრონის გარკვეული რაოდენობისგან, წყალბადის ერთადერთი ელემენტია, რომელიც არ შეიცავს ნეიტრონებს. მათი სტანდარტული ფორმით, თითოეული ელემენტის ყველა ატომს აქვს იგივე რაოდენობის დადებითად დამუხტული პროტონი და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონი.
როგორც თქვენ უფრო მაღლა მიდიხართ პერიოდული ცხრილი ელემენტების (იხ. ქვემოთ), თქვენ აღმოაჩენთ, რომ ნეიტრონების რაოდენობა მოცემული ატომის ყველაზე გავრცელებულ ფორმაში ოდნავ უფრო სწრაფად იზრდება, ვიდრე პროტონის რაოდენობა. ატომს, რომელიც კარგავს ან იძენს ნეიტრონებს, ხოლო პროტონის რაოდენობა ფიქსირდება, უწოდებენ იზოტოპს.
იზოტოპები ერთი და იგივე ატომის სხვადასხვა ვერსიაა, ყველაფერი ერთნაირია, გარდა ნეიტრონული რიცხვისა. ამას აქვს გავლენა რადიოაქტივობაზე ატომებში, რასაც მალე გაიგებთ.
ელემენტები, მოლეკულები და ნაერთები: "ნივთის" საფუძვლები
ან ელემენტი არის მოცემული ტიპის ნივთიერება და მისი გამოყოფა არ შეიძლება სხვადასხვა კომპონენტად, მხოლოდ უფრო მცირე კომპონენტებად. თითოეულ ელემენტს აქვს საკუთარი ჩანაწერი ელემენტების პერიოდულ ცხრილში, სადაც შეგიძლიათ იპოვოთ ფიზიკური თვისებები (მაგალითად, ზომა, წარმოქმნილი ქიმიური ობლიგაციების ხასიათი), რომლებიც განასხვავებს ნებისმიერ ელემენტს დანარჩენი 91 ბუნებრივად ელემენტები.
ატომების აგლომერაცია, რაც არ უნდა დიდი იყოს, ითვლება ელემენტად, თუ ის არ შეიცავს სხვა დანამატებს. ამიტომ შეიძლება მოხდეს "ელემენტარული" ჰელიუმის (ის) აირის გასწვრივ, რომელიც შედგება მხოლოდ ის ატომებისაგან. ან შეიძლება მოხდეს კილოგრამი "სუფთა" (ანუ ელემენტარული ოქრო) მასშტაბით, რომელიც შეიცავს Au ატომის ამოუცნობ რაოდენობას; ეს, ალბათ, არ არის იდეა, რომელზეც უნდა დააყენოთ თქვენი ფინანსური მომავალი, მაგრამ ეს ფიზიკურად შესაძლებელია.
ა მოლეკულა ყველაზე პატარაა ფორმა მოცემული ნივთიერების; როდესაც ხედავთ ქიმიურ ფორმულას, როგორიცაა C6ჰ12ო6 (შაქრის გლუკოზა), როგორც წესი, ხედავთ მის მოლეკულური ფორმულა გლუკოზა შეიძლება არსებობდეს გრძელი ჯაჭვებით, რომელსაც გლიკოგენი ეწოდება, მაგრამ ეს არ არის შაქრის მოლეკულური ფორმა.
- ზოგიერთი ელემენტი, მაგალითად ის, არსებობს მოლეკულების სახით ატომური, ან მონატომიური ფორმით. მათთვის ატომი არის მოლეკულა. სხვები, როგორიცაა ჟანგბადი (O2) დიატომიური ფორმით არსებობს ბუნებრივ მდგომარეობაში, რადგან ეს ენერგეტიკულად ხელსაყრელია.
დაბოლოს, ა რთული არის რაღაც, რომელიც შეიცავს ერთზე მეტ ელემენტს, მაგალითად წყალს (H2ო) ამრიგად, მოლეკულური ჟანგბადი არ არის ატომური ჟანგბადი; ამავდროულად, მხოლოდ ჟანგბადის ატომებია წარმოდგენილი, ამიტომ ჟანგბადის გაზი არ წარმოადგენს ნაერთს.
მოლეკულური დონე, ზომა და ფორმა
არა მხოლოდ მნიშვნელოვანია მოლეკულების რეალური ფორმები, არამედ მნიშვნელოვანია ისიც, რომ შეძლოთ ამის გამოსწორება თქვენს გონებაში. ამის გაკეთება შეგიძლიათ "რეალურ სამყაროში" ბურთულიანი და ჯოხის მოდელების დახმარებით, ან შეგიძლიათ დაეყრდნოთ უფრო მეტს სასარგებლო სახელმძღვანელოებში სამგანზომილებიანი ობიექტების ორგანზომილებიანი გამოსახულების ან ონლაინ რეჟიმში.
ელემენტი, რომელიც მდებარეობს პრაქტიკულად მთელი ქიმიის, განსაკუთრებით ბიოქიმიის ცენტრში (ან თუ გირჩევნიათ, ზედა მოლეკულური დონე) არის ნახშირბადის. ეს არის იმის გამო, რომ ნახშირბადს შეუძლია შექმნას ოთხი ქიმიური ბმა, რაც მას უნიკალურს ხდის ატომებს შორის.
მაგალითად, მეთანს აქვს CH ფორმულა4 და შედგება ცენტრალური ნახშირბადისგან, რომელიც გარშემორტყმულია ოთხი იდენტური წყალბადის ატომით. როგორ წყალბადის ატომები ბუნებრივად იკავებენ თავს ისე, რომ მათ შორის მაქსიმალური დაშორება მოხდეს?
საერთო მარტივი ნაერთების შეთანხმებები
როგორც ეს ხდება, CH4 იღებს დაახლოებით ტეტრაედრულ, ან პირამიდულ ფორმას. დონის ზედაპირზე დადებული ბურთის და ჯოხის მოდელი ექნება სამი H ატომს, რომლებიც ქმნიან პირამიდის ფუძეს, C ატომი ოდნავ უფრო მაღალია, ხოლო მეოთხე H ატომი პირდაპირ C ატომზეა. სტრუქტურის მოძრაობა ისე, რომ H ატომების განსხვავებული კომბინაცია ქმნის პირამიდის სამკუთხა ფუძეს, ფაქტობრივად, არაფერს ცვლის.
აზოტი ქმნის სამ ბმას, ჟანგბადს ორ და წყალბადს. ეს კავშირები შეიძლება წარმოიშვას ატომების ერთ და იმავე წყვილში.
მაგალითად, ციანდის წყალბადის მოლეკულა, ან HCN, შედგება ერთი ბმისა H და C და სამმაგი ბმისგან C და N. ნაერთის მოლეკულური ფორმულისა და მისი ცალკეული ატომების შემაკავშირებელი ქცევის ცოდნა ხშირად საშუალებას გაძლევთ წინასწარ გაითვალისწინოთ მისი სტრუქტურის შესახებ.
ძირითადი მოლეკულები ბიოლოგიაში
ბიომოლეკულების ოთხი კლასი არიან ნუკლეინის მჟავები, ნახშირწყლები, ცილებიდა ლიპიდები (ან ცხიმები). მათგან ბოლო სამი შეიძლება იცოდეთ როგორც "მაკრო", რადგან ისინი მაკროელემენტების სამი კლასია, რომლებიც ქმნიან ადამიანის დიეტას.
ორი ნუკლეინის მჟავა არიან დეოქსირიბონუკლეინის მჟავა (დნმ) და რიბონუკლეინის მჟავა (რნმ) და ისინი ახორციელებენ გენეტიკური კოდი საჭიროა ცოცხალი არსებისა და ყველაფრის შიგნით შესაკრებად.
ნახშირწყლები ან "ნახშირწყლები" მზადდება C, H და O ატომებისაგან. ეს ყოველთვის არის 1: 2: 1 თანაფარდობით ამ თანმიმდევრობით, რაც კვლავ აჩვენებს მოლეკულური ფორმის მნიშვნელობას. ცხიმებს აქვთ მხოლოდ C, H და O ატომები, მაგრამ ეს ძალიან განსხვავებულად არის განლაგებული, ვიდრე ნახშირწყლებში; ცილები დანარჩენ სამს უმატებენ ზოგიერთ N ატომს.
ამინომჟავების ცილებში არის მჟავების მაგალითები ცოცხალ სისტემაში. სხეულის 20 სხვადასხვა ამინომჟავისგან დამზადებული გრძელი ჯაჭვები წარმოადგენს ცილის განსაზღვრას, მჟავების ეს ჯაჭვები საკმარისად გრძელია.
ქიმიური ობლიგაციები
აქ ბევრი ითქვა ობლიგაციების შესახებ, მაგრამ კონკრეტულად რა არის ეს ქიმიაში?
შიგნით კოვალენტური ობლიგაციები, ელექტრონები ნაწილდება ატომებს შორის. შიგნით იონური ობლიგაციები, ერთი ატომი თავის ელექტრონებს მთლიანად აძლევს მეორე ატომს. წყალბადის ობლიგაციები შეიძლება ვიფიქროთ, როგორც კოვალენტური ობლიგაციის სპეციალური სახეობა, მაგრამ ერთი სხვა მოლეკულურ დონეზე, რადგან წყალბადებს მხოლოდ ერთი ელექტრონი აქვთ დასაწყებად.
ვან დერ ვაალის ურთიერთქმედება არის "ბმები", რომლებიც წყლის მოლეკულებს შორის ხდება; წყალბადის ობლიგაციები და ვან დერ ვაალის ურთიერთქმედება სხვაგვარად მსგავსია.