Rozdział 2 · Chemia życia
Wiązania chemiczne łączą atomy w mniej lub bardziej trwałe układy. Powstawanie i zrywanie wiązań w reakcjach chemicznych buduje i przekształca substancje. W każdej żywej komórce dzieje się to nieustannie, umożliwiając powstawanie dużych cząsteczek i złożonych struktur organicznych.
W tej sekcji omówimy różne rodzaje wiązań chemicznych oraz inne typy oddziaływań.
Najsilniejszym i najbardziej stabilnym oddziaływaniem między dwoma atomami jest wiązanie kowalencyjne. Aby wypełnić powłoki walencyjne i osiągnąć stabilniejszy stan, dwa atomy mogą współdzielić pary elektronów, tworząc silne wiązanie kowalencyjne.
W pokazanym przykładzie dwa atomy wodoru tworzą wiązanie, ponieważ każdy z nich współdzieli swój jedyny elektron. Wodór ma tylko jedną powłokę, która mieści do dwóch elektronów, więc oba atomy wypełniają w ten sposób swoją powłokę walencyjną. Czysty wodór zwykle występuje jako "H₂".
W biologii wiązania między wodorem a węglem występują niemal wszędzie. W tworzeniu wiązań biorą udział przede wszystkim elektrony walencyjne, a węgiel ma ich cztery na zewnętrznej powłoce. Ta powłoka może pomieścić do ośmiu elektronów, więc węgiel potrzebuje jeszcze czterech, aby osiągnąć stabilną konfigurację. Oprócz wiązań pojedynczych atomy mogą tworzyć także wiązania wielokrotne, na przykład podwójne i potrójne. Prawa część ilustracji pokazuje najczęstszy sposób zapisu struktur chemicznych, w którym wiązania są przedstawione jako linie między symbolami pierwiastków.
Ponieważ wiązania między wodorem a węglem są tak powszechne w związkach organicznych, często stosuje się uproszczony zapis struktur cząsteczek. Rysuje się tylko wiązania, które atomy węgla tworzą z atomami innymi niż wodór, a same atomy węgla są domyślne w załamaniach i wolnych końcach linii. Wiązania z wodorem pomija się całkowicie, ponieważ liczbę atomów wodoru można wywnioskować z liczby wiązań tworzonych przez dany atom węgla.
Dla biologa szczególnie przydatna jest typowa liczba wiązań, które każdy z sześciu najważniejszych biologicznie pierwiastków tworzy w cząsteczkach. Liczbę tę nazywa się wartościowością, ponieważ bezpośrednio wiąże się z liczbą elektronów potrzebnych atomowi do uzyskania stabilnej konfiguracji powłoki walencyjnej.
W przypadku niektórych pierwiastków, na przykład sodu (Na) i chloru (Cl), przyciąganie elektronów przez jeden atom jest tak silne, że nie dochodzi do współdzielenia elektronu walencyjnego. Chlor, jako atom o dużej elektroujemności, przejmuje elektron sodu. W rezultacie powstają naładowane jony, utrzymywane razem przez przyciąganie elektrostatyczne. Takie oddziaływanie, zwane wiązaniem jonowym, jest stosunkowo słabe i ma około 1/10 siły wiązania kowalencyjnego.
Czasem dwa różne atomy przyciągają elektrony z różną siłą, ale różnica elektroujemności nie wystarcza do pełnego przeniesienia elektronu. Powstaje wtedy polaryzacja cząsteczki i ładunki cząstkowe (∂⁺/∂⁻), na przykład w cząsteczce wody. Fragmenty różnych cząsteczek zawierających wodór, które mają przeciwne ładunki cząstkowe, mogą tworzyć tak zwane wiązania wodorowe. Są one stosunkowo słabe, podobnie jak wiązania jonowe.
W następnej sekcji zobaczymy, jak oddziaływania zmieniają się podczas reakcji chemicznych.
Sześć pytań do tego rozdziału — bez rejestracji, po prostu sprawdź swoją wiedzę.
To rozdział 2 bezpłatnego modułu. W aplikacji Codon One znajdziesz quizy po każdym rozdziale, fiszki, serie i 5 kolejnych modułów.
Pobierz wApp Store