Care este un exemplu într-un sistem viu de cât de critică este forma moleculară?

De-a lungul călătoriilor voastre în lumea științifică sau doar în viața de zi cu zi, este posibil să fi întâlnit termenul „formă se potrivește funcției” sau o variantă a aceleiași expresii. În general, înseamnă că apariția a ceva prin care vă întâlniți este un indiciu probabil despre ceea ce face sau cum este folosit. În multe contexte, această maximă este atât de evidentă încât să sfideze explorarea.

De exemplu, dacă întâlniți un obiect care poate fi ținut în mână și emite lumină de la un capăt la atingerea unui comutator, puteți avea încredere că dispozitivul este un instrument pentru iluminarea mediului imediat în absența unui mediu natural adecvat ușoară.

În lumea biologiei (adică a viețuitoarelor), această maximă se menține încă cu câteva avertismente. Una este că nu totul despre relația dintre formă și funcție este neapărat intuitiv.

Al doilea, care urmează din primul, este că scările minuscule implicate în evaluarea atomilor și moleculele și compușii care apar din combinații de atomi fac legătura dintre formă și funcționează greu de apreciat, cu excepția cazului în care știți puțin mai mult despre modul în care interacționează atomii și moleculele, mai ales în contextul unui sistem de viață dinamic cu diferite momente și momente în schimbare are nevoie.

Înainte de a explora modul în care forma unui dat atom, o moleculă, un element sau un compus sunt indispensabile funcției sale, este necesar să înțelegem exact ceea ce înseamnă acești termeni în chimie, deoarece aceștia sunt adesea folosiți interschimbabil - uneori corect, uneori nu.

Un atom este cea mai simplă unitate structurală a oricărui element. Toți atomii constau dintr-un număr de protoni, neutroni și electroni, hidrogenul fiind singurul element care nu conține neutroni. În forma lor standard, toți atomii fiecărui element au același număr de protoni încărcați pozitiv și electroni încărcați negativ.

Pe măsură ce vă deplasați mai sus tabelul periodic de elemente (a se vedea mai jos), constatați că numărul de neutroni în cea mai comună formă a unui atom dat tinde să crească oarecum mai repede decât numărul de protoni. Un atom care pierde sau câștigă neutroni în timp ce numărul de protoni rămâne fix se numește izotop.

Izotopi sunt versiuni diferite ale aceluiași atom, cu totul la fel, cu excepția numărului de neutroni. Acest lucru are implicații pentru radioactivitatea atomilor, așa cum veți afla în curând.

Un element este un tip dat de substanță și nu poate fi separat în componente diferite, ci doar în cele mai mici. Fiecare element are propria sa intrare în tabelul periodic al elementelor, unde puteți găsi proprietățile fizice (de ex., dimensiunea, natura legăturilor chimice formate) care disting orice element de celelalte 91 care apar în mod natural elemente.

O aglomerare de atomi, oricât de mare ar fi, se consideră că există ca element dacă nu include alți aditivi. Prin urmare, s-ar putea să vă întâlniți cu gazul „elementar” cu heliu (He), care constă doar din atomi de He. Sau s-ar putea să se întâmple peste un kilogram de „pur” (adică aur elementar, care ar conține un număr de neînțeles de atomi de Au; probabil că aceasta nu este o idee pe care să îți joci viitorul financiar, dar este posibil din punct de vedere fizic.

A moleculă este cel mai mic formă a unei substanțe date; când vedeți o formulă chimică, cum ar fi C₆H₁₂O₆ (glucoza din zahăr), de obicei îl vedeți molecular formulă. Glucoza poate exista în lanțuri lungi numite glicogen, dar aceasta nu este forma moleculară a zahărului.

• Unele elemente, cum ar fi He, există ca molecule sub formă atomică sau monatomică. Pentru acestea, un atom este o moleculă. Altele, cum ar fi oxigenul (O₂) există în formă diatomică în starea lor naturală, deoarece acest lucru este favorabil din punct de vedere energetic.

În cele din urmă, a compus este ceva care conține mai mult de un fel de element, cum ar fi apa (H₂O). Astfel, oxigenul molecular nu este oxigen atomic; în același timp, sunt prezenți doar atomi de oxigen, deci oxigenul gazos nu este un compus.

Nu numai că formele reale ale moleculelor sunt importante, dar este important doar să le puteți remedia în minte. Puteți face acest lucru în „lumea reală” cu ajutorul modelelor cu bilă și stick sau vă puteți baza pe altele util al reprezentărilor bidimensionale ale obiectelor tridimensionale disponibile în manuale sau pe net.

Elementul care se află în centrul (sau, dacă preferați, nivelul molecular superior) al practic al tuturor chimiei, în special al biochimiei, este carbon. Acest lucru se datorează capacității carbonului de a forma patru legături chimice, făcându-l unic printre atomi.

De exemplu, metanul are formula CH₄ și constă dintr-un carbon central înconjurat de patru atomi de hidrogen identici. Cum se face hidrogen atomii se spațiuesc în mod natural astfel încât să permită distanța maximă dintre ei?

După cum se întâmplă, CH₄ își asumă o formă aproximativ tetraedrică sau piramidală. Un model cu bile și lipici așezat pe o suprafață plană ar avea trei atomi de H care formează baza piramidei, cu atomul C puțin mai înalt și al patrulea atom H cocoțat direct deasupra atomului C. Rotirea structurii astfel încât o combinație diferită de atomi de H formează baza triunghiulară a piramidei nu schimbă efectiv nimic.

Azotul formează trei legături, oxigenul doi și hidrogenul una. Aceste legături pot apărea în combinație pe aceeași pereche de atomi.

De exemplu, molecula de hidrogen cianură, sau HCN, constă dintr-o legătură simplă între H și C și dintr-o legătură triplă între C și N. Cunoașterea atât a formulei moleculare a unui compus, cât și a comportamentului de legare a atomilor săi individuali vă permite adesea să preziceți multe despre structura acestuia.

patru clase de biomolecule sunt acizi nucleici, glucide, proteine, și lipide (sau grăsimi). Este posibil ca ultimele trei dintre acestea să fie cunoscute ca „macro”, deoarece sunt cele trei clase de macronutrienți care alcătuiesc dieta umană.

Cei doi acizi nucleici sunt acidul dezoxiribonucleic (ADN) și acidul ribonucleic (ARN) și transportă cod genetic necesare pentru adunarea viețuitoarelor și a tot ce este în interiorul lor.

Carbohidrații sau „carbohidrații” sunt compuși din atomi de C, H și O. Acestea sunt întotdeauna în raport de 1: 2: 1 în această ordine, arătând din nou importanța formei moleculare. Grăsimile au, de asemenea, numai atomi de C, H și O, dar acestea sunt aranjate foarte diferit decât în ​​carbohidrați; proteinele adaugă niște atomi de N la ceilalți trei.

aminoacizi în proteine ​​sunt exemple de acizi din sistemele vii. Lanțurile lungi formate din cei 20 de aminoacizi diferiți din corp sunt definiția unei proteine, odată ce aceste lanțuri de acizi sunt suficient de lungi.

S-au spus multe despre legături aici, dar ce anume sunt acestea în chimie?

În legaturi covalente, electronii sunt împărțiți între atomi. În legături ionice, un atom renunță la electroni complet celuilalt atom. Legături de hidrogen poate fi considerat ca un tip special de legătură covalentă, dar una la un nivel molecular diferit, deoarece hidrogenii au doar un singur electron pentru a începe.

Interacțiunile Van der Waals sunt „legături” care apar între moleculele de apă; legăturile de hidrogen și interacțiunile van der Waals sunt altfel similare.