Rozdział 1 · Chemia życia
Chemia leży u podstaw nauk o życiu. Organizmy można traktować jak chemiczne fabryki, które w każdej sekundzie przeprowadzają niezliczone reakcje, aby utrzymać się przy życiu. Dlatego zanim zaczniemy omawiać podstawowe składniki życia, musimy najpierw poznać podstawy chemii.
Ta sekcja wprowadza biologicznie istotne pierwiastki, budowę atomu, izotopy i powłoki elektronowe.
W układzie okresowym znajduje się ponad sto pierwiastków chemicznych, ale tylko stosunkowo niewielka część ma szczególne znaczenie biologiczne.
Około 98% masy większości organizmów tworzy sześć pierwiastków zaznaczonych na czerwono: wodór (H), węgiel (C), azot (N), tlen (O), fosfor (P) i siarka (S). Inne pierwiastki, pokazane na żółto, występują w mniejszych ilościach, ale nadal są bardzo ważne. Należą do nich między innymi potas (K), wapń (Ca), sód (Na), chlor (Cl) i magnez (Mg).
Atomy składają się z trzech rodzajów cząstek: ujemnie naładowanych elektronów, dodatnio naładowanych protonów i obojętnych neutronów. Jądro atomowe zawiera protony i neutrony, a elektrony znajdują się wokół jądra. Na przykład atom węgla (C) ma 6 protonów, 6 neutronów i 6 elektronów, więc jako całość jest elektrycznie obojętny. Liczba atomowa (6) odpowiada liczbie protonów, która decyduje o tym, z jakim pierwiastkiem mamy do czynienia. Masa atomowa 12,011 wynika głównie z cząstek znajdujących się w jądrze, ponieważ elektrony wnoszą do całkowitej masy bardzo niewiele.
Typowy rysunek atomu jest uproszczeniem i nie zachowuje proporcji. Orbity lepiej traktować jako różne poziomy energii. Elektrony są bardzo małe w porównaniu z protonami i neutronami, ale powłoka elektronowa, czyli obszar, w którym mogą znajdować się elektrony, jest ogromna. Gdyby jądro atomowe miało wielkość główki od szpilki, powłoka miałaby rozmiar katedry. Mimo to taki uproszczony model jest bardzo użyteczny i wystarczający, aby przejść dalej.
Jak widzieliśmy wcześniej, liczba protonów określa pierwiastek. Ten sam pierwiastek może jednak występować w wersjach różniących się liczbą neutronów. Takie wersje nazywamy izotopami.
Wodór (H lub ¹H) ma najprostszą budowę atomową: składa się tylko z jednego protonu i jednego elektronu. Deuter (²H) i tryt (³H) to izotopy wodoru zawierające dodatkowe neutrony w jądrze. Izotopy bywają niestabilne; ich jądra mogą się rozpadać, emitując przy tym promieniowanie.
Liczba elektronów charakterystyczna dla danego pierwiastka decyduje o tym, jak zachowuje się on w reakcjach chemicznych, które polegają na zmianach oddziaływań między elektronami.
Elektrony znajdują się na różnych powłokach wokół jądra. Najbardziej wewnętrzna powłoka mieści do dwóch elektronów, kolejna do ośmiu, a trzecia do 18. Najbardziej zewnętrzna powłoka atomu to powłoka walencyjna; ma ona największe znaczenie dla oddziaływań chemicznych.
W obrębie powłok elektrony zajmują tak zwane orbitale i często tworzą pary. Atomy dążą do wypełnienia orbitali swojej powłoki walencyjnej parami elektronów, aby osiągnąć stabilniejszy stan. To właśnie dlatego wiele pierwiastków jest reaktywnych. Tlen potrzebuje na przykład dwóch dodatkowych elektronów, aby wypełnić powłokę walencyjną. Siarka, mimo że ma trzecią powłokę, również potrzebuje dwóch elektronów, a węgiel, podobnie jak krzem, potrzebuje czterech.
W następnej sekcji zobaczymy, jak powstają wiązania chemiczne.
Sześć pytań do tego rozdziału — bez rejestracji, po prostu sprawdź swoją wiedzę.
To rozdział 1 bezpłatnego modułu. W aplikacji Codon One znajdziesz quizy po każdym rozdziale, fiszki, serie i 5 kolejnych modułów.
Pobierz wApp Store