Pri svojich cestách po vedeckom svete alebo v každodennom živote ste sa mohli stretnúť s výrazom „forma vyhovuje funkcii“ alebo s variáciou tej istej frázy. Spravidla to znamená, že vzhľad niečoho, čo sa stane, je pravdepodobným vodítkom o tom, čo robí alebo ako sa používa. V mnohých kontextoch je táto zásada taká zjavná, že sa prieči prieskumu.
Napríklad, ak narazíte na objekt, ktorý je možné držať v ruke a jedným dotykom vypínača vyžaruje svetlo z jedného konca, môžete si byť istí, že zariadenie je nástrojom na osvetlenie bezprostredného prostredia bez adekvátneho prírodného prostredia svetlo.
Vo svete biológie (t. J. Živých tvorov) táto maxima stále platí s niekoľkými výhradami. Jednou z nich je, že nie všetko o vzťahu medzi formou a funkciou je nevyhnutne intuitívne.
Druhá, ktorá vyplýva z prvej, spočíva v tom, že malé škály používané pri hodnotení atómov a molekuly a zlúčeniny, ktoré vznikajú z kombinácií atómov, vytvárajú väzbu medzi formou a je ťažké oceniť, pokiaľ neviete niečo viac o tom, ako atómy a molekuly interagujú, najmä v kontexte dynamického živého systému s rôznymi a meniacimi sa okamihmi k okamihom potreby.
Čo sú to vlastne atómy?
Pred skúmaním, ako tvar daného atóm, molekula, prvok alebo zlúčenina je pre svoju funkciu nepostrádateľná, je potrebné ju pochopiť čo presne tieto pojmy znamenajú v chémii, pretože sa často používajú zameniteľné - niekedy správne, niekedy nie.
An atóm je najjednoduchšia štruktúrna jednotka ktoréhokoľvek prvku. Všetky atómy pozostávajú z určitého počtu protónov, neutrónov a elektrónov, pričom vodík je jediný prvok neobsahujúci žiadne neutróny. V štandardnej forme majú všetky atómy každého prvku rovnaký počet kladne nabitých protónov a záporne nabitých elektrónov.
Keď sa posúvate vyššie, periodická tabuľka prvkov (pozri nižšie), zistíte, že počet neutrónov v najbežnejšej forme daného atómu má tendenciu stúpať o niečo rýchlejšie ako počet protónov. Atóm, ktorý stráca alebo získava neutróny, zatiaľ čo počet protónov zostáva pevný, sa nazýva izotop.
Izotopy sú rôzne verzie toho istého atómu a všetky sú rovnaké, okrem neutrónového čísla. Ako sa čoskoro dozviete, má to dôsledky na rádioaktivitu v atómoch.
Prvky, molekuly a zlúčeniny: základy „látky“
An element je daný typ látky a nemožno ho rozdeliť na rôzne zložky, iba na menšie. Každý prvok má svoju vlastnú položku v periodickej tabuľke prvkov, kde nájdete fyzikálne vlastnosti (napr. veľkosť, povaha vytvorených chemických väzieb), ktoré odlišujú akýkoľvek prvok od ostatných 91 prirodzene sa vyskytujúcich prvkov.
Aglomerácia atómov, nech je akákoľvek veľká, sa považuje za existujúcu ako prvok, ak neobsahuje žiadne ďalšie prísady. Mohli by ste sa preto stretnúť s „elementárnym“ plynom hélia (He), ktorý pozostáva iba z atómov He. Alebo by ste mohli naraziť na kilogram „čistého“ (tj. Elementárneho zlata, ktoré by obsahovalo neprekonateľný počet atómov Au; toto pravdepodobne nie je nápad, na ktorý by ste sa mohli zamerať vo svojej finančnej budúcnosti, ale je to fyzicky možné.
A molekula je najmenší formulár danej látky; keď vidíte chemický vzorec, napríklad C6H12O6 (cukor glukóza), obvykle vidíte jeho hladinu molekulárne vzorec. Glukóza môže existovať v dlhých reťazcoch nazývaných glykogén, ale nejde o molekulárnu formu cukru.
- Niektoré prvky, ako napríklad He, existujú ako molekuly v atómovej alebo monatomickej forme. Pre nich je atóm molekula. Ostatné, napríklad kyslík (O.2) existujú v dvojatómovej forme v prirodzenom stave, pretože je to energeticky priaznivé.
Nakoniec a zlúčenina je niečo, čo obsahuje viac ako jeden druh prvku, napríklad vodu (H2O). Molekulárny kyslík teda nie je atómový kyslík; súčasne sú prítomné iba atómy kyslíka, takže plynný kyslík nie je zlúčenina.
Molekulárna úroveň, veľkosť a tvar
Nielenže sú dôležité skutočné tvary molekúl, ale tiež je dôležitá iba ich schopnosť fixovať si ich vo svojej mysli. Môžete to urobiť v „skutočnom svete“ pomocou modelov s guľkami a tyčami, alebo sa môžete spoľahnúť na viac užitočné z dvojrozmerných zobrazení trojrozmerných objektov, ktoré sú k dispozícii v učebniciach alebo online.
Prvok, ktorý sedí v strede (alebo ak chcete, na najvyššej molekulárnej úrovni) prakticky celej chémie, najmä biochémie, je uhlík. Je to tak kvôli schopnosti uhlíka vytvárať štyri chemické väzby, čo ho robí medzi atómami jedinečným.
Napríklad metán má vzorec CH4 a pozostáva z centrálneho uhlíka obklopeného štyrmi rovnakými atómami vodíka. Ako vodík atómy sa prirodzene rozprestierajú tak, aby medzi nimi bola maximálna vzdialenosť?
Usporiadanie bežných jednoduchých zlúčenín
Ako to už býva, CH4 predpokladá zhruba štvorboký alebo pyramídový tvar. Model s guľkou a tyčou umiestnený na rovnom povrchu by mal tri atómy H tvoriace základňu pyramídy, pričom atóm C by bol o niečo vyšší a štvrtý atóm H bol umiestnený priamo nad atómom C. Otočenie štruktúry tak, že trojkomorovú základňu pyramídy vytvorí iná kombinácia atómov H, v skutočnosti nič nezmení.
Dusík vytvára tri väzby, kyslík dve a vodík jednu. Tieto väzby sa môžu vyskytovať v kombinácii na rovnakom páre atómov.
Napríklad molekula kyanovodík alebo HCN pozostáva z jednoduchej väzby medzi H a C a z trojitej väzby medzi C a N. Poznanie molekulárneho vzorca zlúčeniny a väzbového správania jej jednotlivých atómov vám často umožní veľa predpovedať o jej štruktúre.
Primárne molekuly v biológii
The štyri triedy biomolekúl sú nukleové kyseliny, sacharidy, bielkovinya lipidy (alebo tuky). Posledné tri z nich môžete poznať ako „makrá“, pretože sú to tri triedy makroživín, ktoré tvoria ľudskú stravu.
Dva nukleové kyseliny sú kyselina deoxyribonukleová (DNA) a kyselina ribonukleová (RNA) a sú nositeľmi genetický kód potrebné na zhromažďovanie živých vecí a všetkého v nich.
Sacharidy alebo „sacharidy“ sú vyrobené z atómov C, H a O. Tie sú vždy v tomto poradí v pomere 1: 2: 1, čo opäť ukazuje dôležitosť molekulárneho tvaru. Tuky tiež majú iba atómy C, H a O, ale sú usporiadané veľmi odlišne ako v sacharidoch; proteíny pridávajú niektoré N atómy k ďalším trom.
The aminokyseliny v proteínoch sú príkladmi kyselín v živých systémoch. Dlhé reťazce vyrobené z 20 rôznych aminokyselín v tele sú definíciou proteínu, akonáhle sú tieto reťazce kyselín dostatočne dlhé.
Chemické väzby
O väzbách sa tu už popísalo veľa, ale čo to vlastne je v chémii?
V Kovalentné väzby, elektróny sú zdieľané medzi atómami. V iónové väzby, jeden atóm sa úplne vzdá svojich elektrónov druhému atómu. Vodíkové väzby možno považovať za zvláštny druh kovalentnej väzby, ale jednu na inej molekulárnej úrovni, pretože vodíky majú na začiatok iba jeden elektrón.
Van der Waalsove interakcie sú „väzby“, ktoré sa vyskytujú medzi molekulami vody; vodíkové väzby a van der Waalsove interakcie sú inak podobné.
