Skip to main content
Query

7.2: Suala

  • Page ID
    165777
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Jambo ni “mambo” yaliyopatikana katika mazingira. Kitaalam, jambo linafafanuliwa kama kitu chochote kinachukua nafasi au kina wingi. Misa ni upinzani wa kuongeza kasi. Weka zaidi kwa urahisi, wingi ni sawa na uzito, lakini akaunti za uzito kwa kasi kutokana na mvuto. Matter hatua kati ya vipengele biotic na abiotic mazingira kupitia mizunguko biogeochemical. Kuelewa kikamilifu mzunguko huu, inahitaji background katika chembe kwamba wanaunda jambo, atomi.

    Atomi na Molekuli

    Elementi ni dutu ambazo haziwezi kuvunjika au kubadilishwa kikemia kuwa dutu nyingine (takwimu\(\PageIndex{a}\)). Jumla ya elementi 118 zimefafanuliwa; hata hivyo, 92 pekee hutokea kiasili na chini ya 30 hupatikana katika viumbe. Elementi 26 zilizobaki ni thabiti na kwa hiyo hazipo kwa muda mrefu sana au ni kinadharia na bado hazijatambuliwa. Kila kipengele kinateuliwa na ishara yake ya kemikali (kama vile H, N, O, C, na Na), na ina mali ya kipekee. Mali hizi za kipekee zinaruhusu vipengele kuchanganya na kushikamana kwa njia maalum.

    Jedwali la mara kwa mara la vipengele
    Kielelezo\(\PageIndex{a}\): Jedwali la mara kwa mara la vipengele huandaa vipengele vya kemikali kulingana na mali zao. Kila kipengele kinawakilishwa na ishara moja au mbili. Zaidi ya hayo, namba ya atomiki, jina, na molekuli ya atomiki huorodheshwa kwa kila elementi. Bonyeza hapa kwa ajili ya kupatikana mara kwa mara meza ya mambo. Picha na OpenStax (CC-BY)

    Atomu ni sehemu ndogo kabisa ya elementi inayohifadhi mali zote za kemikali za elementi hiyo. Kwa mfano, atomi moja ya hidrojeni ina sifa zote za elementi hidrojeni, kama vile ipo kama gesi kwenye joto la kawaida na inaunganisha na oksijeni ili kuunda molekuli ya maji. Atomi za hidrojeni haziwezi kuvunjwa kuwa kitu chochote kidogo huku bado zikihifadhi tabia za hidrojeni. Kama atomu ya hidrojeni ilivunjika kuwa chembe ndogo, ingekuwa tena na mali ya hidrojeni. Katika ngazi ya msingi zaidi, viumbe vyote hufanywa kwa mchanganyiko wa vipengele. Zina atomi zinazochanganya pamoja ili kuunda molekuli. Molekuli zinaweza kuingiliana ili kuunda seli, vitengo vya kimuundo na kazi vya maisha. Katika viumbe mbalimbali, kama vile wanyama, seli hizi huchanganya kuunda tishu, ambazo hufanya viungo. Mchanganyiko huu unaendelea mpaka viumbe vyote vya multicellular vinapoundwa.

    Atomi huchanganya kuunda molekuli. Molekuli ni kemikali zilizotengenezwa kutoka atomi mbili au zaidi zilizounganishwa pamoja. Baadhi ya molekuli ni rahisi sana, kama O 2, ambayo inajumuisha atomi mbili tu za oksijeni. Baadhi ya molekuli zinazotumiwa na viumbe, kama vile DNA, hutengenezwa kwa mamilioni mengi ya atomi. Atomi zote zina protoni, elektroni, na nyutroni (takwimu\(\PageIndex{b}\)). Mbali pekee ni hidrojeni (H), ambayo kwa kawaida hutengenezwa kwa protoni moja na elektroni moja. Protoni ni chembe yenye chaji chanya inayokaa katika kiini (kiini cha atomi) cha atomi na ina masi ya 1 na chaji ya +1. Elektroni ni chembe yenye chaji hasi inayosafiri angani kuzunguka kiini. Kwa maneno mengine, inakaa nje ya kiini. Ina molekuli duni na ina chaji ya —1. Neutroni, kama protoni, hukaa katika kiini cha atomu. Wana wingi wa 1 na hakuna malipo. Chanya (protoni) na hasi (elektroni) mashtaka yanafanana katika atomi ya neutral, ambayo ina malipo ya sifuri wavu.

    Atomu ya heliamu, yenye protoni mbili, nyutroni mbili, na elektroni mbili
    Kielelezo\(\PageIndex{b}\): Atomi zinajumuisha protoni (nyekundu na ishara ya pamoja, +) na nyutroni (njano) ziko ndani ya kiini, na elektroni (bluu na ishara ndogo, -) zinazozunguka kiini. Kiini cha atomi haipaswi kuchanganyikiwa na kiini cha seli.

    Kila elementi ina idadi tofauti ya protoni na nyutroni, ikitoa namba atomia yake na namba ya molekuli. Nambari atomia ya elementi ni sawa na idadi ya protoni ambayo elementi ina. Nambari ya wingi ni idadi ya protoni pamoja na idadi ya nyutroni za elementi hiyo. Kwa hiyo, inawezekana kuamua idadi ya neutroni kwa kuondoa namba ya atomiki kutoka namba ya wingi.

    Kemikali vifungo

    Jinsi elementi zinavyoingiliana hutegemea idadi ya elektroni na jinsi zinavyopangwa. Wakati atomu haina idadi sawa ya protoni na elektroni inaitwa ioni. Kwa sababu idadi ya elektroni haina sawa na idadi ya protoni, kila ion ina chaji wavu. Kwa mfano, ikiwa sodiamu inapoteza elektroni, sasa ina protoni 11 na elektroni 10 tu, na kuiacha kwa malipo ya jumla ya +1. Ions nzuri huundwa kwa kupoteza elektroni na huitwa cations. Ions hasi huundwa kwa kupata elektroni na huitwa anions. Majina ya anioniki ya msingi yanabadilishwa hadi mwisho katika -ide. Kwa mfano, wakati klorini inakuwa ion inajulikana kama kloridi.

    Vifungo vya Ionic na covalent ni vifungo vikali vinavyotengenezwa kati ya atomi mbili. Vifungo hivi vinashikilia atomi pamoja katika hali thabiti kiasi. Vifungo vya Ionic vinaundwa kati ya ions mbili za kushtakiwa kinyume (anion na cation). Kwa sababu chanya na hasi mashtaka kuvutia, ions hizi ni uliofanyika pamoja kiasi kama mbili oppositely kushtakiwa sumaku ingekuwa fimbo pamoja. Vifungo vyema vinaunda wakati elektroni zinashirikiwa kati ya atomi mbili. Kila atomu inashiriki moja ya elektroni zao, halafu huzunguka nuclei ya atomi zote mbili, ikishikilia atomi hizo mbili pamoja. Vifungo vyema ni aina ya nguvu na ya kawaida ya dhamana ya kemikali katika viumbe. Tofauti na vifungo vingi vya ionic, vifungo vya covalent havijitenganishi katika maji. Vifungo vya hidrojeni huunda wakati molekuli zina usambazaji usiofaa wa elektroni na hivyo zina mwisho wa sehemu chanya na sehemu hasi. Kwa hiyo huvutiwa na kila mmoja (takwimu\(\PageIndex{c}\)). Kitaalam, vifungo vya hidrojeni hutokea tu kati ya hidrojeni na ama oksijeni (O), nitrojeni (N), au fluorini (F). Wakati mwingine vifungo vya hidrojeni huunganisha sehemu tofauti au molekuli kubwa, kama ilivyo katika DNA na protini. Vifungo vya hidrojeni ni dhaifu kuliko vifungo vya ionic na vyema na vinaweza kuvunja kwa urahisi. (Kumbuka kuwa vifungo vya hidrojeni ni miongoni mwa nguvu zaidi ya vikosi vya intermolecular, wale ambao hutokea kati ya molekuli, hata hivyo.)

    Mchoro kuonyesha vifungo hidrojeni sumu kati ya molekuli karibu maji.
    Kielelezo\(\PageIndex{c}\): Hidrojeni vifungo fomu kati ya mashtaka kidogo chanya na kidogo hasi ya molekuli fulani, kama vile maji. Kila molekuli ya maji ina atomi ya oksijeni (O) iliyounganishwa na atomi mbili za hidrojeni (H) na vifungo vya covalent (mistari imara). Dashed mistari kuwakilisha vifungo hidrojeni kati ya molekuli maji.

    Biolojia Macromolecules

    Viumbe vyenye molekuli kubwa, hai inayoitwa macromolecules ya kibiolojia Molekuli za kikaboni ni zile ambazo zina kaboni kwa ushirikiano unaohusishwa na hidrojeni. (Kwa upande mwingine, molekuli isokaboni hawana kaboni iliyounganishwa na hidrojeni na mara nyingi huwa rahisi kuliko molekuli za kikaboni. Aidha, wanaweza kuwa na oksijeni, nitrojeni, fosforasi, sulfuri, na vipengele vya ziada.Kuna madarasa manne makubwa ya macromolecules ya kibiolojia: wanga, lipids, protini, na asidi nucleic. Kila ni sehemu muhimu ya seli na hufanya kazi mbalimbali.

    Mara nyingi husema kuwa maisha ni “kaboni”. Hii ina maana kwamba atomi za kaboni, zilizounganishwa na atomi nyingine za kaboni au vipengele vingine, huunda vipengele vya msingi vya molekuli nyingi zinazopatikana pekee katika vitu vilivyo hai. Vipengele vingine vina majukumu muhimu katika molekuli za kibaiolojia, lakini kaboni hakika huhitimu kama kipengele cha “msingi” cha molekuli katika vitu vilivyo hai. Ni mali ya kuunganisha ya atomi za kaboni ambazo zinawajibika kwa jukumu lake muhimu. Carbon inaweza kuunda vifungo vinne vya covalent na atomi nyingine au molekuli. Molekuli rahisi ya kaboni ya kaboni ni methane (CH 4), ambayo atomi nne za hidrojeni hufunga kwa atomi ya kaboni (takwimu\(\PageIndex{d}\)).

    Karodi ni pamoja na kile kinachojulikana kama sukari rahisi, kama glucose, na wanga tata kama vile wanga. Wakati aina nyingi za wanga hutumiwa kwa nishati, baadhi hutumika kwa muundo na viumbe wengi, ikiwa ni pamoja na mimea na wanyama. Kwa mfano, selulosi ni kabohaidreti tata ambayo inaongeza rigidity na nguvu kwa safu ya nje ya seli za mimea (kuta za seli).

    Mchoro wa molekuli ya methane, ambayo ni atomu moja ya kaboni dhamana kwa atomi nne za hidrojeni.
    Kielelezo\(\PageIndex{d}\): Carbon inaweza kuunda vifungo vinne vya covalent ili kuunda molekuli ya kikaboni. Molekuli rahisi ya kaboni ni methane (CH 4), iliyoonyeshwa hapa.

    Lipids ni pamoja na kundi tofauti la misombo ambayo imeunganishwa na kipengele cha kawaida: lipids hazipatikani katika maji. Lipids hufanya kazi nyingi tofauti katika seli. Viini huhifadhi nishati kwa matumizi ya muda mrefu kwa namna ya lipids inayoitwa mafuta. Lipids pia hutoa insulation kutoka mazingira kwa mimea na wanyama. Kwa mfano, husaidia kuweka ndege wa majini na mamalia kavu kwa sababu ya asili yao ya kupindua maji. Lipids pia ni vitalu vya ujenzi wa homoni nyingi na ni sehemu muhimu ya utando unaozunguka seli na huunda miundo mingi ya ndani.

    Protini ni mojawapo ya molekuli nyingi za kikaboni katika mifumo ya maisha na zina kazi nyingi za macromolecules zote. Wote ni polima ya amino asidi. Kazi za protini ni tofauti sana kwa sababu kuna asidi amino 20 tofauti za kemikali zinazounda minyororo ndefu, na asidi amino zinaweza kuwa katika utaratibu wowote. Protini zinaweza kufanya kazi katika athari za kemikali zilizowezeshwa katika viumbe, kama vile usanisinuru, kupeleka ujumbe kama homoni, na kusababisha misuli kuwa mkataba, na mengi zaidi.

    Asidi ya nucleic ni molekuli kubwa sana ambazo ni muhimu kwa kuendelea kwa maisha. Wao hubeba mwongozo wa maumbile ya kiini na hivyo maagizo ya utendaji wake. Aina mbili kuu za asidi nucleic ni asidi deoxyribonucleic (DNA) na asidi ribonucleic (RNA). DNA ni nyenzo za maumbile zinazopatikana katika viumbe vyote, kuanzia bakteria moja ya seli hadi mamalia mbalimbali. Aina nyingine ya asidi ya nucleic, RNA, inahusika zaidi katika awali ya protini. DNA na RNA zinajumuishwa na vitalu vidogo vya ujenzi vinavyojulikana kama nucleotides. DNA ina muundo mzuri wa helical mbili (Kielelezo\(\PageIndex{e}\)).

    DNA mara mbili helix
    Kielelezo\(\PageIndex{e}\): Mfano wa mbili-helix unaonyesha DNA kama vipande viwili vya sambamba vya molekuli zinazoingiliana.

    Attribution

    Ilibadilishwa na Melissa Ha kutoka Matter kutoka Biolojia Mazingira na Mathayo R. Fisher (leseni chini ya CC-BY