과학 세계를 여행하거나 일상 생활에서 "형태에 맞는 기능"이라는 용어 또는 동일한 문구의 변형을 접했을 수 있습니다. 일반적으로, 당신이 겪는 일의 모습은 그것이 무엇을하는지 또는 어떻게 사용되는지에 대한 단서 일 가능성이 있음을 의미합니다. 많은 맥락에서, 이 격언은 탐험을 거부 할 정도로 명백합니다.
예를 들어 손에 쥐고 스위치를 터치하면 한쪽 끝에서 빛을 발하는 물체를 마주 치면 당신은 장치가 적절한 자연의 부재에서 즉각적인 환경을 조명하는 도구임을 확신 할 수 있습니다 빛.
생물학 (즉, 생물)의 세계에서이 격언은 여전히 몇 가지주의 사항과 함께 유지됩니다. 하나는 형태와 기능의 관계에 관한 모든 것이 반드시 직관적 인 것은 아니라는 것입니다.
두 번째는 첫 번째에 이어 원자를 평가하는 데 관련된 작은 규모와 원자의 조합에서 발생하는 분자 및 화합물이 형태와 원자와 분자가 상호 작용하는 방식에 대해 조금 더 알지 않는 한, 특히 다양하고 순간적으로 변화하는 역동적 인 생활 시스템의 맥락에서 이해하기 어려운 기능 필요합니다.
원자는 정확히 무엇입니까?
주어진 모양을 탐구하기 전에 원자, 분자, 원소 또는 화합물은 그 기능에 없어서는 안될 요소이므로 이해하는 것이 필요합니다. 이 용어는 화학에서 정확히 무엇을 의미하는지, 종종 같은 의미로 사용됩니다. 때로는 그렇지 않습니다.
안 원자 모든 요소의 가장 단순한 구조 단위입니다. 모든 원자는 몇 개의 양성자, 중성자 및 전자로 구성되며 수소는 중성자를 포함하지 않는 유일한 원소입니다. 표준 형태에서 각 원소의 모든 원자는 동일한 수의 양전하를 띤 양성자와 음전하를 띤 전자를 가지고 있습니다.
더 높이 올라 갈수록 주기율표 원소의 수 (아래 참조)에서, 주어진 원자의 가장 일반적인 형태의 중성자의 수는 양성자의 수보다 다소 빠르게 증가하는 경향이 있습니다. 양성자의 수가 고정되어있는 동안 중성자를 잃거나 얻는 원자를 동위 원소라고합니다.
동위 원소 중성자 수를 제외하고는 모든 것이 동일한 동일한 원자의 다른 버전입니다. 이것은 곧 배우게 될 원자의 방사능과 관련이 있습니다.
원소, 분자 및 화합물: "Stuff"의 기본
안 요소 주어진 유형의 물질이며 다른 구성 요소로 분리 될 수 없으며 더 작은 구성 요소로만 분리됩니다. 각 원소는 원소 주기율표에 고유 한 항목이 있으며 여기에서 물리적 속성 (예: 크기, 형성된 화학적 결합의 특성) 자연적으로 발생하는 다른 요소와 다른 요소를 구별 집단.
원자의 덩어리는 아무리 크더라도 다른 첨가제가 포함되어 있지 않으면 원소로 존재하는 것으로 간주됩니다. 따라서 He 원자로 만 구성된 "원소"헬륨 (He) 가스에서 발생할 수 있습니다. 또는 1kg의 "순수한"(즉, 헤아릴 수없는 수의 Au 원자를 포함하는 원소 금; 이것은 아마도 당신의 재정적 미래를 걸기위한 아이디어는 아니지만 물리적으로 가능합니다.
ㅏ 분자 가장 작다 형태 주어진 물질의; C와 같은 화학식을 볼 때6H12영형6 (당 포도당), 일반적으로 분자 공식. 포도당은 글리코겐이라고 불리는 긴 사슬에 존재할 수 있지만 이것은 당의 분자 형태가 아닙니다.
- He와 같은 일부 원소는 원자 또는 단일 원자 형태의 분자로 존재합니다. 이들에게 원자는 분자입니다. 산소 (O2) 자연 상태에서 이원자 형태로 존재합니다.
마지막으로 화합물 물 (H2영형). 따라서 분자 산소는 원자 산소가 아닙니다. 동시에 산소 원자 만 존재하므로 산소 가스는 화합물이 아닙니다.
분자 수준, 크기 및 모양
분자의 실제 모양이 중요 할뿐만 아니라 단순히 마음 속에이를 고칠 수있는 것도 중요합니다. 볼-앤-스틱 모델의 도움으로 "실제 세계"에서이를 수행 할 수 있습니다. 교과서에서 사용할 수있는 3 차원 개체의 2 차원 표현에 유용하거나 온라인.
사실상 모든 화학, 특히 생화학의 중심 (또는 선호하는 경우 최상위 분자 수준)에있는 요소는 다음과 같습니다. 탄소. 이는 탄소가 4 개의 화학 결합을 형성하여 원자간에 고유하게 만드는 능력 때문입니다.
예를 들어, 메탄은 공식 CH4 4 개의 동일한 수소 원자로 둘러싸인 중앙 탄소로 구성됩니다. 어떻게 수소 원자 사이의 최대 거리를 허용하기 위해 원자가 자연스럽게 공간을 차지합니까?
일반적인 단순 화합물의 배열
그렇게되면 CH4 대략 사면체 또는 피라미드 모양을 가정합니다. 평평한 표면에 놓인 볼 앤 스틱 모델은 피라미드의 바닥을 형성하는 3 개의 H 원자를 가지며, C 원자는 약간 더 높고 네 번째 H 원자는 C 원자 바로 위에 자리 잡고 있습니다. H 원자의 다른 조합이 피라미드의 삼각형 바닥을 형성하도록 구조를 회전시키는 것은 사실상 아무런 변화가 없습니다.
질소는 산소 2와 수소 1의 3 개의 결합을 형성합니다. 이러한 결합은 동일한 원자 쌍에서 결합하여 발생할 수 있습니다.
예를 들어, 분자 수소 시안화물 또는 HCN은 H와 C 사이의 단일 결합과 C와 N 사이의 삼중 결합으로 구성됩니다. 화합물의 분자식과 개별 원자의 결합 거동을 모두 알면 종종 그 구조에 대해 많은 것을 예측할 수 있습니다.
생물학의 기본 분자
그만큼 네 가지 종류의 생체 분자 입니다 핵산, 탄수화물, 단백질, 및 지질 (또는 지방). 이들 중 마지막 3 개는 인간의 식단을 구성하는 3 가지 종류의 다량 영양소이기 때문에 "매크로"로 알 수 있습니다.
두 핵산 데 옥시 리보 핵산 (DNA)과 리보 핵산 (RNA)이 있으며 유전 암호 생명체와 그 안에있는 모든 것의 집합에 필요합니다.
탄수화물 또는 "탄수화물"은 C, H 및 O 원자로 구성됩니다. 이것들은 항상 그 순서대로 1: 2: 1의 비율로되어있어 분자 모양의 중요성을 다시 한번 보여줍니다. 지방은 또한 C, H 및 O 원자 만 가지고 있지만 이들은 탄수화물과는 매우 다르게 배열되어 있습니다. 단백질은 다른 세 개에 N 원자를 추가합니다.
그만큼 아미노산 단백질에서 살아있는 시스템의 산의 예입니다. 신체에있는 20 개의 다른 아미노산으로 구성된 긴 사슬은 일단 이러한 산 사슬이 충분히 길면 단백질의 정의입니다.
화학 접착제
여기서 결합에 대해 많이 언급되었지만 화학에서는 정확히 무엇입니까?
에 공유 결합, 전자는 원자간에 공유됩니다. 에 이온 결합, 한 원자는 다른 원자에게 전자를 완전히 포기합니다. 수소 결합 이것은 특별한 종류의 공유 결합으로 생각할 수 있지만, 수소는 시작할 전자가 하나뿐이기 때문에 분자 수준이 다릅니다.
Van der Waals 상호 작용 물 분자 사이에서 발생하는 "결합"입니다. 수소 결합과 반 데르 발스 상호 작용은 다른 점에서 유사합니다.