Contenido
- ¿Qué son exactamente los átomos?
- Elementos, moléculas y compuestos: los fundamentos de las "cosas"
- Nivel molecular, tamaño y forma
- Arreglos de compuestos simples comunes
- Las moléculas principales en biología
- Enlaces químicos
A lo largo de sus viajes en el mundo de la ciencia o simplemente en la vida cotidiana, es posible que haya encontrado el término "función de ajuste de forma" o alguna variación de la misma frase. En general, significa que la aparición de algo con lo que te encuentras es una pista probable sobre lo que hace o cómo se usa. En muchos contras, esta máxima es tan evidente que desafía la exploración.
Por ejemplo, si se encuentra con un objeto que puede sostenerse en la mano y emite luz desde un extremo con solo tocar un interruptor, puede estar seguro de que el dispositivo es una herramienta para iluminar el entorno inmediato en ausencia de una iluminación natural adecuada. ligero.
En el mundo de la biología (es decir, los seres vivos), esta máxima todavía tiene algunas advertencias. Una es que no todo sobre la relación entre forma y función es necesariamente intuitivo.
El segundo, que sigue al primero, es que las pequeñas escalas involucradas en la evaluación de los átomos y las moléculas y compuestos que surgen de las combinaciones de átomos hacen que el vínculo entre la forma y la función sea difícil de apreciar a menos que sepa un poco más sobre cómo interactúan los átomos y las moléculas. , especialmente en la estafa de un sistema de vida dinámico con diversas y cambiantes necesidades momento a momento.
¿Qué son exactamente los átomos?
Antes de explorar cómo la forma de un átomo, una molécula, un elemento o un compuesto dado es indispensable para su función, es necesario comprender con precisión qué significan estos términos en química, ya que a menudo se usan indistintamente, a veces correctamente, a veces no.
Un átomo es la unidad estructural más simple de cualquier elemento. Todos los átomos consisten en una cierta cantidad de protones, neutrones y electrones, siendo el hidrógeno el único elemento que no contiene neutrones. En su forma estándar, todos los átomos de cada elemento tienen el mismo número de protones cargados positivamente y electrones cargados negativamente.
A medida que avanzas en la tabla periódica de elementos (ver más abajo), descubres que la cantidad de neutrones en la forma más común de un átomo dado tiende a aumentar algo más rápido que la cantidad de protones. Un átomo que pierde o gana neutrones mientras el número de protones permanece fijo se llama isótopo.
Los isótopos son versiones diferentes del mismo átomo, con todo lo mismo excepto el número de neutrones. Esto tiene implicaciones para la radiactividad en los átomos, como pronto aprenderá.
Elementos, moléculas y compuestos: los fundamentos de las "cosas"
Un elemento es un tipo dado de sustancia y no puede separarse en diferentes componentes, solo en los más pequeños. Cada elemento tiene su propia entrada en la tabla periódica de elementos, donde puede encontrar las propiedades físicas (por ejemplo, el tamaño, la naturaleza de los enlaces químicos formados) que distinguen a cualquier elemento de los otros 91 elementos naturales.
Una aglomeración de átomos, no importa cuán grande sea, se considera que existe como un elemento si no incluye otros aditivos. Por lo tanto, puede pasar a través del gas "elemental" de helio (He), que consiste solo en átomos de He.O podría pasar a través de un kilogramo de "puro" (es decir, oro elemental, que contendría un número insondable de átomos de Au; esta no es una idea sobre la cual apostar su futuro financiero, pero es físicamente posible.
UNA molécula es el más pequeño formar de una sustancia dada; cuando veas una fórmula química, como C6H12O6 (la glucosa de azúcar), generalmente está viendo su molecular fórmula. La glucosa puede existir en largas cadenas llamadas glucógeno, pero esta no es la forma molecular del azúcar.
Finalmente un compuesto es algo que contiene más de un tipo de elemento, como el agua (H2O) Por lo tanto, el oxígeno molecular no es oxígeno atómico; Al mismo tiempo, solo están presentes los átomos de oxígeno, por lo que el gas oxígeno no es un compuesto.
Nivel molecular, tamaño y forma
No solo son importantes las formas reales de las moléculas, sino que también es importante poder arreglarlas en su mente. Puede hacerlo en el "mundo real" con la ayuda de modelos de bolas y bastones, o puede confiar en las representaciones bidimensionales más útiles de objetos tridimensionales disponibles en libros o en línea.
El elemento que se encuentra en el centro (o si lo prefiere, el nivel molecular superior) de prácticamente toda la química, en particular la bioquímica, es carbón. Esto se debe a la capacidad de los carbonos de formar cuatro enlaces químicos, lo que lo hace único entre los átomos.
Por ejemplo, el metano tiene la fórmula CH4 y consiste en un carbono central rodeado por cuatro átomos de hidrógeno idénticos. ¿Cómo se espacian naturalmente los átomos de hidrógeno para permitir la máxima distancia entre ellos?
Arreglos de compuestos simples comunes
Como sucede, CH4 asume una forma aproximadamente tetraédrica o piramidal. Un modelo de bola y palo colocado en una superficie nivelada tendría tres átomos de H formando la base de la pirámide, con el átomo de C un poco más alto y el cuarto átomo de H encaramado directamente sobre el átomo de C. Girar la estructura de modo que una combinación diferente de átomos de H forme la base triangular de la pirámide en efecto no cambia nada.
El nitrógeno forma tres enlaces, oxígeno dos e hidrógeno uno. Estos enlaces pueden ocurrir en combinación a través del mismo par de átomos.
Por ejemplo, la molécula de cianuro de hidrógeno, o HCN, consiste en un enlace simple entre H y C y en un enlace triple entre C y N. Conocer tanto la fórmula molecular de un compuesto como el comportamiento de enlace de sus átomos individuales a menudo le permite predecir mucho sobre su estructura.
Las moléculas principales en biología
Las cuatro clases de biomoléculas son las ácidos nucleicos, carbohidratos, proteínasy lípidos (o grasas) Los últimos tres de estos pueden ser conocidos como "macros", ya que son las tres clases de macronutrientes que conforman la dieta humana.
Los dos ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN), y transportan el codigo genetico necesario para el montaje de los seres vivos y todo lo que hay dentro de ellos.
Los carbohidratos o "carbohidratos" están hechos de átomos de C, H y O. Estos siempre están en la proporción de 1: 2: 1 en ese orden, mostrando nuevamente la importancia de la forma molecular. Las grasas también tienen solo átomos de C, H y O, pero estos están organizados de manera muy diferente a los carbohidratos; Las proteínas agregan algunos átomos de N a los otros tres.
Los aminoácidos en las proteínas son ejemplos de ácidos en los sistemas vivos. Las cadenas largas hechas de los 20 aminoácidos diferentes en el cuerpo son la definición de una proteína, una vez que estas cadenas de ácidos son lo suficientemente largas.
Enlaces químicos
Mucho se ha dicho sobre los enlaces aquí, pero ¿qué son exactamente estos en química?
En enlaces covalentes, los electrones se comparten entre los átomos. En enlaces iónicos, un átomo cede sus electrones completamente al otro átomo. Enlaces de hidrógeno puede considerarse como un tipo especial de enlace covalente, pero uno a un nivel molecular diferente porque los hidrógenos solo tienen un electrón para comenzar.
Interacciones de Van der Waals son "enlaces" que ocurren entre las moléculas de agua; Los enlaces de hidrógeno y las interacciones de van der Waals son similares.