Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.3: Хімія життя

  • Page ID
    6170
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Щоб зрозуміти життя, необхідні базові знання хімії. Сюди входять атоми (і його компоненти, такі як протони, нейтрони та електрони), атомна маса, ізотопи, елементи, періодична таблиця, хімічні зв'язки (іонні, ковалентні та водневі), валентність, молекули та молекулярна маса:

    Атоми

    Найменша одиниця речовини, що не ділиться хімічним шляхом. Атом складається з двох основних частин: ядра, що вібрує в центрі, і віртуальної хмари електронів, що обертаються навколо в зонах на різній відстані від ядра (не плутати з ядрами клітини). Коли атоми взаємодіють, це менше нагадує натикання куль і більше питання тяжіння та відштовхування; на атомних рівнях маса є набагато менш важливим фактором, ніж заряди, які є електричними: позитивними, негативними або нейтральними (збалансованими).

    протони

    Стабільні елементарні частинки, що мають найменший відомий позитивний заряд, знаходяться в ядрах всіх елементів. Протонна маса менше, ніж у нейтрона. Протон - це ядро легкого атома водню, тобто іона водню.

    Нейтрони

    Як і протони, але нейтральний заряд і також розташовані в ядрі.

    Радіоактивний

    розпад відбувається в нестабільних атомних ядрах - тобто тих, які не мають достатньої енергії зв'язку, щоб утримувати ядро разом через надлишок або протонів, або нейтронів.

    Електрони

    визначити, як будуть взаємодіяти атоми. Розташований на зовнішній стороні ядра, відомого як зовнішня оболонка, і має негативний заряд, який визначає, який тип змін воно має.

    Атомна вага

    є середнім показником мас природних ізотопів.

    Ізотопи

    кожна з двох або більше форм одного і того ж елемента, що містять однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів.

    Періодична таблиця елементів

    Таблиця Менделєєва, яку ми використовуємо сьогодні, заснована на тій, яка була розроблена і опублікована Дмитром Менделєєвим у 1869 році. Періодична таблиця хімічних елементів відображає організацію речовини.

    Хімічні зв'язки

    є привабливими силами між атомами.

    Валентність

    Типова кількість хімічних зв'язків в цьому елементі. Наприклад, азот (N) має валентність 3 і тому зазвичай робить три зв'язку.

    Молекули

    Молекули утворюються, коли два або більше атомів утворюють хімічні зв'язки один з одним.

    Молекулярна маса

    обчислюється як сума атомних ваг.

    ковалентні зв'язки

    Коли два атоми зв'язуються в одній молекулі, можливі два варіанти. Неполярний зв'язок - це коли електрони однаково розподіляються між атомами. Полярний зв'язок - це коли один з атомів притягує електрони більше, ніж інший, і тому стає частково негативним, тоді як другий - частково позитивним.

    Іонні зв'язки

    Іонний зв'язок - це повна передача деякого електрона (ів) між атомами і являє собою тип хімічного зв'язку, який генерує два протилежно заряджених іона.

    Важливо знати, що протони мають заряд\(+1\), нейтрони не мають заряду, а електрони мають заряд\(-1\). Атомна маса дорівнює масі протонів і нейтронів. Ізотопи мають однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів; деякі ізотопи нестабільні (радіоактивні).

    Однією з найвидатніших молекул є вода. Теоретично вода повинна кипіти при набагато більш низькій температурі, але вона закипає при 100\(^\circ\) С тільки через водневих зв'язків, що герметизують молекули води. Ці зв'язки виникають через те, що молекула води полярна: водні трохи позитивно заряджені, а кисень трохи негативно заряджений.

    Ще одне важливе поняття, пов'язане з водою - кислотність. Якщо в розчині води молекула виводить протон (Н\(^+\)), то це кислота. Одним із прикладів цього може бути соляна кислота (HCl), яка дисоціює на H\(^+\) і Cl\(^-\). Якщо молекула виводить ОН\(^-\) (гідроксид-іон), це основа. Прикладом цього може бути гідроксид натрію (NaOH), який дисоціює на Na\(^+\) та гідроксид-іон.

    Щоб правильно спланувати хімічні реакції, нам потрібно знати про молярну масу та молярну концентрацію. Молярна маса - це грамовий еквівалент молекулярної маси. Це означає, що (наприклад) молекулярна маса солі (NaCl) дорівнює\(23 + 35\) 58. Отже, одна моль солі становить 58 грам. Один моль будь-якої речовини (молекулярної структури) завжди містить\(6.02214078 \times 10^{23}\) молекули (число Авогадро).

    Щільність розчиненого речовини - це концентрація. Якщо в 1 літрі дистильованої води розведено 58 грам солі, маємо 1М (одну молярну) концентрацію солі. Концентрація не зміниться, якщо ми візьмемо будь-яку кількість цієї рідини (ложка, крапля або півлітра).

    Залежно від концентрації протонів в речовині розчин може бути дуже кислим. Кислотність розчину можна визначити за допомогою рН. Наприклад, якщо концентрація протонів становить 0,1 М (\(1 \times 10^{-1}\)що 0,1 грама протонів в 1 літрі води), це надзвичайно кислий розчин. РН його становить всього 1 (негативний логарифм, або негативний ступінь десяти концентрації протонів). Інший приклад - дистильована вода. Концентрація протонів там дорівнює\(1 \times 10^{-7}\) М, а тому рН дистильованої води дорівнює 7. Дистильована вода набагато менш кисла, оскільки молекули води дисоціюють рідко.

    Коли два або більше атомів вуглецю з'єднані, вони утворюють вуглецевий скелет. Всі органічні молекули складаються з якогось органічного скелета. Крім С, елементи беруть участь в органічних молекулах (біогенних елементів) є H, O, N, P і S. Ці шість елементів утворюють чотири типи біомолекул: (1) ліпіди - гідрофобні органічні молекули, які не легко розчиняються у воді; (2) вуглеводи або цукру, такі як глюкоза (родзинки містять багато глюкози) і фруктоза (мед); за визначенням вуглеводи мають множинну групу\(-\) OH, є також полімерні вуглеводи (полісахариди), такі як целюлоза і крохмаль; (3) амінокислоти (компоненти білків), які завжди містять N, C, O і H; і (4) нуклеотиди, поєднані з вуглецевого циклу з азот (гетероцикл), цукор та фосфорна кислота; полімерні нуклеотиди - це нуклеїнові кислоти, такі як ДНК та РНК.

    На наступній сторінці найголовніше для всіх, кому потрібно вивчити хімію (і так, потрібно): таблиця Менделєєва. Він був винайдений Дмитром Менделєєвим в 1869 році і оновлений з тих пір, в основному шляхом додавання знову відкритих і/або синтезованих елементів. Зверніть увагу, що римські цифри були додані до стандартної таблиці, щоб показати номери основних груп.

    Рисунок Template:index: Періодична таблиця.