3.2: Mfumo wa Mfumo na Dhana ya Mole

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Tumia raia ya formula kwa misombo ya covalent na ionic
• Kufafanua kiasi kitengo mole na kiasi kuhusiana idadi Avogadro ya Eleza uhusiano kati ya molekuli, moles, na idadi ya atomi au molekuli, na kufanya mahesabu deriving hizi kiasi kutoka kwa mtu mwingine

Wengi wanasema kuwa sayansi ya kisasa ya kemikali ilianza wakati wanasayansi walianza kuchunguza upimaji pamoja na mambo ya ubora wa kemia. Kwa mfano, nadharia atomia ya Dalton ilikuwa jaribio la kueleza matokeo ya vipimo vilivyomruhusu kuhesabu raia wa jamaa wa elementi zilizounganishwa katika misombo mbalimbali. Kuelewa uhusiano kati ya raia wa atomi na formula za kemikali za misombo inatuwezesha kuelezea kwa kiasi kikubwa muundo wa vitu.

formula Misa

Sura ya awali ya maandishi haya ilielezea maendeleo ya kitengo cha molekuli cha atomiki, dhana ya raia wa atomiki wastani, na matumizi ya formula za kemikali ili kuwakilisha maandalizi ya msingi ya vitu. Mawazo haya yanaweza kupanuliwa ili kuhesabu molekuli ya formula ya dutu kwa kuhesabu raia wa atomiki wastani wa atomi zote zinazowakilishwa katika formula ya dutu.

Mfumo wa Mfumo wa Vipengele vya Covalent

Kwa vitu vyema, formula inawakilisha namba na aina za atomi zinazounda molekuli moja ya dutu hii; kwa hiyo, molekuli ya formula inaweza kutajwa kwa usahihi kama molekuli ya molekuli. Fikiria chloroform (ChCl ₃), kiwanja covalent mara moja kutumika kama upasuaji anesthetic na sasa kimsingi kutumika katika uzalishaji wa tetrafluoroethylene, jengo la “kupambana na fimbo” polymer, Teflon. Fomu ya molekuli ya klorofomu inaonyesha kwamba molekuli moja ina atomi moja ya kaboni, atomi moja ya hidrojeni, na atomi tatu za klorini. Masi ya molekuli ya wastani ya molekuli ya klorofomu kwa hiyo ni sawa na jumla ya raia atomia wastani wa atomi hizi. Kielelezo 3.2 kinaelezea mahesabu yaliyotumiwa kupata molekuli ya molekuli ya klorofomu, ambayo ni 119.37 amu.

Kielelezo 3.2 Masi ya wastani ya molekuli ya chloroform, ChCl ₃, ni 119.37 amu, ambayo ni jumla ya raia wa atomiki wastani wa kila atomi zake. Mfano unaonyesha muundo wa Masi ya klorofomu.

Vivyo hivyo, molekuli Masi ya molekuli aspirin, C ₉ H ₈ O ₄, ni jumla ya raia atomiki ya atomi tisa kaboni, atomi nane hidrojeni, na atomi nne oksijeni, ambayo ni sawa na 180.15 amu (Kielelezo 3.3).

Kielelezo 3.3 Masi ya wastani ya molekuli ya aspirini ni 180.15 amu. Mfano unaonyesha muundo wa Masi ya aspirini, C ₉ H ₈ O ₄.

Mfano 3.1

Computing Masi Masi kwa kiwanja Covalent

Ibuprofen, C ₁₃ H ₁₈ O ₂, ni kiwanja cha covalent na viungo vinavyofanya kazi katika dawa kadhaa za maumivu zisizo za kawaida, kama vile Advil na Motrin. Masi ya Masi (amu) ni nini kwa kiwanja hiki?

Suluhisho

Molekuli za kiwanja hiki zinajumuisha atomi 13 za kaboni, atomi 18 za hidrojeni, na atomi 2 za oksijeni. Kufuatia mbinu iliyoelezwa hapo juu, molekuli wastani wa Masi kwa kiwanja hiki ni kwa hiyo:

Angalia Kujifunza Yako

Acetaminophen, C ₈ H ₉ NO ₂, ni kiwanja cha covalent na viungo vinavyofanya kazi katika dawa kadhaa za maumivu zisizo za kawaida, kama vile Tylenol. Masi ya Masi (amu) ni nini kwa kiwanja hiki?

Jibu:

151.16 amu

Mfumo wa Misa kwa misombo ya Ionic

Misombo ya ionic inajumuisha cations za kipekee na anions pamoja katika uwiano wa kuzalisha suala la wingi wa umeme. Masi ya formula kwa kiwanja cha ionic imehesabiwa kwa njia sawa na molekuli ya formula kwa misombo ya covalent: kwa kuhesabu raia wa atomiki wastani wa atomi zote katika formula ya kiwanja. Kumbuka, hata hivyo, kwamba formula ya kiwanja cha ionic haiwakilishi muundo wa molekuli isiyo ya kawaida, hivyo haiwezi kutajwa kwa usahihi kama “molekuli ya molekuli.”

Kwa mfano, fikiria kloridi ya sodiamu, NaCl, jina la kemikali kwa chumvi ya kawaida ya meza. Kloridi ya sodiamu ni kiwanja cha ioniki kinachojumuisha cations ya sodiamu, Na ⁺, na anioni za ^{kloridi, Cl -}, pamoja na uwiano wa 1:1. Masi ya formula kwa kiwanja hiki imehesabiwa kama 58.44 amu (angalia Mchoro 3.4).

Kielelezo 3.4 Chumvi ya meza, NaCl, ina safu ya ioni za sodiamu na kloridi pamoja na uwiano wa 1:1. Masi yake ya formula ni 58.44 amu.

Kumbuka kuwa raia wa wastani wa atomi za sodiamu na klorini zilitumiwa katika hesabu hii, badala ya raia wa cations ya sodiamu na anions za klorini. Njia hii inakubalika kabisa wakati wa kompyuta molekuli ya formula ya kiwanja cha ionic. Ingawa cation ya sodiamu ina molekuli ndogo kidogo kuliko atomi ya sodiamu (kwa kuwa inakosa elektroni), tofauti hii itakabiliwa na ukweli kwamba anion ya kloridi ni kubwa zaidi kuliko atomi ya kloridi (kutokana na elektroni ya ziada). Aidha, wingi wa elektroni ni mdogo sana kwa heshima na wingi wa atomi ya kawaida. Hata wakati wa kuhesabu wingi wa ioni pekee, elektroni zilizopo au za ziada zinaweza kupuuzwa kwa ujumla, kwa kuwa mchango wao kwa wingi wa jumla ni mdogo, unaonekana tu katika tarakimu zisizo na maana ambazo zitapotea wakati molekuli iliyohesabiwa imefungwa vizuri. Isipokuwa chache kwa mwongozo huu ni ions nyepesi sana inayotokana na elementi na raia atomiki inayojulikana.

Mfano 3.2

Computing Mfumo Misa kwa ajili ya kiwanja Ionic

Aluminium sulfate, Al ₂ (SO ₄) ₃, ni kiwanja cha ionic kinachotumiwa katika utengenezaji wa karatasi na katika michakato mbalimbali ya utakaso wa maji. Je, ni molekuli ya formula (amu) ya kiwanja hiki?

Suluhisho

Fomu ya kiwanja hiki inaonyesha ina Al ³⁺ na SO ₄ ^{2 -} ions pamoja katika uwiano wa 2:3. Kwa madhumuni ya kompyuta molekuli formula, ni muhimu kuandika upya formula katika muundo rahisi, Al ₂ S ₃ O ₁₂. Kufuatia mbinu iliyoelezwa hapo juu, molekuli ya formula kwa kiwanja hiki imehesabiwa kama ifuatavyo:

Angalia Kujifunza Yako

Calcium phosphate, Ca ₃ (PO ₄) ₂, ni kiwanja cha ionic na wakala wa kawaida wa kupambana na caking aliongeza kwa bidhaa za chakula. Je, ni molekuli ya formula (amu) ya phosphate ya kalsiamu?

Jibu:

310.18 hivi

Mole

Utambulisho wa dutu hufafanuliwa si tu kwa aina za atomi au ioni zilizo nazo, bali kwa wingi wa kila aina ya atomi au ioni. Kwa mfano, maji, H ₂ O, na peroxide ya hidrojeni, H ₂ O ₂, ni sawa kwa kuwa molekuli zao zinajumuisha atomi za hidrojeni na oksijeni. Hata hivyo, kwa sababu molekuli ya peroxide ya hidrojeni ina atomi mbili za oksijeni, kinyume na molekuli ya maji, ambayo ina moja tu, vitu viwili vinaonyesha mali tofauti sana. Leo, vyombo vya kisasa vinaruhusu kipimo cha moja kwa moja cha sifa hizi zinazofafanua microscopic; Hata hivyo, sifa hizo zilikuwa awali zinatokana na kipimo cha mali macroscopic (raia na kiasi cha wingi wa suala) kwa kutumia zana rahisi (mizani na glasi ya volumetric ). Njia hii ya majaribio ilihitaji kuanzishwa kwa kitengo kipya kwa kiasi cha vitu, mole, ambayo inabakia muhimu katika sayansi ya kisasa ya kemikali.

Mole ni kitengo cha kiasi kinachofanana na vitengo vya kawaida kama jozi, dazeni, jumla, nk Inatoa kipimo maalum cha idadi ya atomi au molekuli katika sampuli ya suala. Kidokezo kimoja cha Kilatini kwa neno “mole” ni “molekuli kubwa” au “wingi,” ambayo inafanana na matumizi yake kama jina la kitengo hiki. Mole hutoa kiungo kati ya mali ya macroscopic iliyopimwa kwa urahisi, wingi wa wingi, na mali muhimu sana ya msingi, idadi ya atomi, molekuli, na kadhalika. Mole ya dutu ni kiasi ambacho kuna 6.02214076$\times$10 ²³ vyombo vya kipekee (atomi au molekuli). Idadi hii kubwa ni mara kwa mara ya msingi inayojulikana kama namba ya Avogadro (N _A) au mara kwa mara ya Avogadro kwa heshima ya mwanasayansi wa Italia Amedeo Avogadro. Mara kwa mara hii inaripotiwa vizuri na kitengo cha wazi cha “kwa mole,” toleo la mviringo linalofaa kuwa 6.022$\times$10 ²³ /mol.

Sambamba na ufafanuzi wake kama kitengo cha kiasi, mole 1 ya elementi yoyote ina idadi sawa ya atomi kama mole 1 ya elementi nyingine yoyote. Misa ya mole 1 ya vipengele tofauti, hata hivyo, ni tofauti, kwani raia wa atomi za mtu binafsi ni tofauti sana. Masi ya molar ya kipengele (au kiwanja) ni wingi katika gramu ya mole 1 ya dutu hiyo, mali iliyoelezwa katika vitengo vya gramu kwa mole (g/mol) (angalia Mchoro 3.5).

Kielelezo 3.5 Kila sampuli ina 6.022$\times$10 ²³ atomi —1.00 mol ya atomi. Kutoka kushoto kwenda kulia (mstari wa juu): 65.4 g zinki, 12.0 g kaboni, 24.3 g magnesiamu, na 63.5 g shaba. Kutoka kushoto kwenda kulia (mstari wa chini): 32.1 g sulfuri, 28.1 g silicon, 207 g risasi, na 118.7 g bati. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Mark Ott)

Masi ya molar ya dutu yoyote ni sawa na uzito wake wa atomiki au formula katika amu. Kwa ufafanuzi wa amu, atomu moja ya C ¹² ina uzito wa amu 12 (masi yake atomia ni 12 amu). Mole ya ¹² C ina uzito wa 12 g (molekuli yake ya molar ni 12 g/mol). Uhusiano huu ana kwa mambo yote, tangu raia zao atomiki ni kipimo jamaa na ile ya dutu amu-kumbukumbu, ¹² C. kupanua kanuni hii, molekuli molar ya kiwanja katika gramu ni vivyo hivyo numerically sawa na formula yake molekuli katika amu (Kielelezo 3.6).

Kielelezo 3.6 Kila sampuli ina 6.02$\times$10 ²³ molekuli au vitengo formula - 1.00 mol ya kiwanja au elementi. Saa busara kutoka upande wa kushoto juu: 130.2 g ya C ₈ H ₁₇ OH (1-octanol, formula molekuli 130.2 amu), 454.4 g ya HgI ₂ (zebaki (II) iodidi, formula molekuli 454.4 amu), 32.0 g ya CH ₃ OH (methanol, formula molekuli 32.0 amu) na 256.5 g ya S ₈ (sulfuri, formula molekuli 256. 5 amu). (mikopo: Sahar Atwa)

Element	Wastani wa Misa ya Atomiki (amu)	Misa ya Molar (g/mol)	Atoms/Mole
C	12.01	12.01	6.022$\times$10 ^23
H	1.008	1.008	6.022$\times$10 ^23
O	16.00	16.00	6.022$\times$10 ^23
Na	22.99	22.99	6.022$\times$10 ^23
Cl	35.45	35.45	6.022$\times$10 ^23

Wakati molekuli ya atomiki na molekuli ya molar ni sawa sawa, kukumbuka kwamba wao ni tofauti sana katika suala la kiwango, kama inawakilishwa na tofauti kubwa katika ukubwa wa vitengo vyao (amu dhidi ya g). Ili kufahamu ukubwa wa mole, fikiria tone ndogo la maji yenye uzito wa karibu 0.03 g (angalia Mchoro 3.7). Ingawa hii inawakilisha sehemu ndogo tu ya 1 mole ya maji (~18 g), ina molekuli zaidi ya maji kuliko inaweza kufikiri wazi. Kama molekuli zilisambazwa kwa usawa kati ya takribani watu bilioni saba duniani, kila mtu angepokea molekuli zaidi ya bilioni 100.

Kielelezo 3.7 Idadi ya molekuli katika droplet moja ya maji ni takribani mara bilioni 100 zaidi kuliko idadi ya watu duniani. (mikopo: “tanakawho” /Wikimedia commons)

Unganisha na Kujifunza

Mole hutumiwa katika kemia kuwakilisha 6.022$\times$10 ²³ ya kitu, lakini inaweza kuwa vigumu conceptualize idadi kubwa kama hiyo. Tazama video hii na kisha ukamilisha maswali ya “Fikiria” yanayofuata. Kuchunguza zaidi kuhusu mole kwa kupitia upya habari chini ya “Dig Deeper.”

Uhusiano kati ya molekuli ya formula, mole, na idadi ya Avogadro inaweza kutumika ili kuhesabu kiasi mbalimbali kinachoelezea muundo wa vitu na misombo, kama ilivyoonyeshwa katika matatizo kadhaa ya mfano.

Mfano 3.3

Kupata Moles kutoka Gramu kwa Element

Kwa mujibu wa miongozo ya lishe kutoka Idara ya Kilimo ya Marekani, wastani wa mahitaji ya potasiamu malazi ni 4.7 g makadirio ya wastani mahitaji ya potasiamu katika moles nini?

Suluhisho

Masi ya K hutolewa, na kiasi kinachofanana cha K katika moles kinaombwa. Akizungumzia meza ya mara kwa mara, molekuli ya atomiki ya K ni 39.10 amu, na hivyo molekuli yake ya molar ni 39.10 g/mol. Masi iliyotolewa ya K (4.7 g) ni kidogo zaidi ya moja ya kumi molekuli ya molar (39.10 g), hivyo makadirio ya “ballpark” ya busara ya idadi ya moles itakuwa kidogo zaidi ya 0.1 mol.

Kiasi cha molar cha dutu kinaweza kuhesabiwa kwa kugawanya molekuli yake (g) na molekuli yake ya molar (g/mol):

Njia ya studio ya sababu inasaidia mbinu hii ya hisabati tangu kitengo “g” kinafuta na jibu lina vitengo vya “mol:”

$$4.7\sout{\text{g}}\sout{\text{K}}\left(\frac{\text{mol K}}{39.10\sout{\text{g K}}}\right)=0.12\text{mol K}$$

Ukubwa wa mahesabu (0.12 mol K) ni sawa na matarajio yetu ya ballpark, kwani ni kubwa zaidi kuliko 0.1 mol.

Angalia Kujifunza Yako

Beryllium ni metali nyepesi inayotumiwa kutengeneza madirisha ya X-ray ya uwazi kwa vyombo vya upigaji picha za kimatibabu. Ni moles ngapi za Kuwa ziko kwenye dirisha nyembamba-foil uzito 3.24 g?

Jibu:

0.360 mol

Mfano 3.4

Kupata Gramu kutoka kwa Moles kwa Element

Lita moja ya hewa ina 9.2$\times$10 ^-4 mol argon. Je, ni wingi wa Ar katika lita moja ya hewa?

Suluhisho

Kiasi cha molar cha Ar kinatolewa na kinatakiwa kutumiwa kupata molekuli inayofanana kwa gramu. Kwa kuwa kiasi cha Ar ni chini ya 1 mole, wingi utakuwa chini ya molekuli ya 1 mole ya Ar, takriban 40 g. kiasi cha molar katika swali ni takriban moja elfu (~10 ^-3) ya mole, na hivyo molekuli sambamba lazima takribani moja elfu ya molekuli molar (~0.04 g):

Katika kesi hii, mantiki inaelezea (na njia ya studio ya sababu inasaidia) kuzidisha kiasi kilichotolewa (mol) na molekuli ya molar (g/mol):

$$9.2\times {10}^{-4}\sout{\text{mol}\text{Ar}}\left(\frac{39.95\text{g Ar}}{\sout{\text{mol}\text{Ar}}}\right)=0.037\text{g Ar}$$

Matokeo yake ni kwa makubaliano na matarajio yetu, karibu 0.04 g Ar.

Angalia Kujifunza Yako

Je, ni wingi wa 2.561 mol ya dhahabu?

Jibu:

504.4 g

Mfano 3.5

Kupata Idadi ya Atomi kutoka Misa kwa Element

Copper hutumiwa kutengeneza waya wa umeme (Kielelezo 3.8). Ni atomi ngapi za shaba ziko katika 5.00 g ya waya wa shaba?

Kielelezo 3.8 waya wa shaba hujumuisha atomi nyingi, nyingi za Cu. (mikopo: Emilian Robert Vicol)

Suluhisho

Idadi ya atomi za Cu katika waya inaweza kuwa rahisi inayotokana na wingi wake kwa hesabu ya hatua mbili: kwanza kuhesabu kiasi cha molar cha Cu, halafu kutumia namba ya Avogadro (N _A) kubadilisha kiasi hiki cha molar kuwa idadi ya atomi za Cu:

Kwa kuzingatia kwamba molekuli ya sampuli iliyotolewa (5.00 g) ni kidogo chini ya moja ya kumi masi ya mole 1 ya Cu (~64 g), makadirio ya busara kwa idadi ya atomi katika sampuli itakuwa juu ya utaratibu wa moja ya kumi N _A, au takriban atomi 10 ²² Cu. Kufanya mazao ya hesabu ya hatua mbili:

$$5.00\sout{\text{g}}\sout{\text{Cu}}\left(\frac{\sout{\text{mol}\text{Cu}}}{63.55\sout{\text{g Cu}}}\right)\left(\frac{6.022\times {10}^{23}\text{Cu atomi}}{\sout{\text{mold Cu}}}\right)=4.74\times {10}^{22}\text{Cu atomi}$$

Njia ya studio ya sababu hutoa kufuta taka ya vitengo, na matokeo ya computed ni juu ya utaratibu wa 10 ²² kama inavyotarajiwa.

Angalia Kujifunza Yako

Mchapishaji wa dhahabu katika mto hukusanya 15.00 g ya dhahabu safi. Ni atomi ngapi za Au zilizo katika kiasi hiki cha dhahabu?

Jibu:

4.586$\times$10 ²² Au atomi

Mfano 3.6

Kupata Moles kutoka Gramu kwa Kiwanja

Miili yetu huunganisha protini kutoka kwa amino asidi. Moja ya asidi amino hizi ni glycine, ambayo ina formula ya Masi C ₂ H ₅ O _{2 N. ngapi} moles ya molekuli ya glycine zilizomo katika 28.35 g ya glycine?

Suluhisho

Pata idadi ya moles ya kiwanja kutoka kwa wingi wake kufuatia utaratibu huo uliotumiwa kwa elementi katika Mfano 3.3:

Masi ya molar ya glycine inahitajika kwa hesabu hii, na inahesabiwa kwa mtindo sawa na molekuli yake ya Masi. Mole moja ya glycine, C ₂ H ₅ O _{2 N, ina 2} moles ya kaboni, 5 moles ya hidrojeni, 2 moles ya oksijeni, na 1 mole ya nitrojeni:

Masi iliyotolewa ya glycine (~28 g) ni kidogo zaidi ya theluthi moja ya molekuli ya molar (~75 g/mol), hivyo matokeo ya computed inatarajiwa kuwa kidogo zaidi ya theluthi moja ya mole (~0.33 mol). Kugawanya wingi wa kiwanja kwa mazao yake ya molekuli ya molar:

$$28.35\sout{\text{g}\text{glysini}}\left(\frac{\text{mol glycine}}{75.07\sout{\text{g glycine}}}\right)=0.378\text{mol glycine}$$

Matokeo haya ni sawa na makadirio mabaya.

Angalia Kujifunza Yako

Ni moles ngapi za sucrose, C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁, ziko katika sampuli ya 25-g ya sucrose?

Jibu:

0.073 ml

Mfano 3.7

Kupata Gramu kutoka kwa Moles kwa Kiwanja

Vitamini C ni kiwanja cha covalent na formula ya Masi C ₆ H ₈ O ₆. Kizuizi cha kila siku kilichopendekezwa cha vitamini C kwa watoto wenye umri wa miaka 4-8 ni 1.42$\times$10 ^-4 mol. Je! Ni kiasi gani cha posho hii kwa gramu?

Suluhisho

Kama kwa vipengele, wingi wa kiwanja unaweza kupatikana kutokana na kiasi chake cha molar kama inavyoonyeshwa:

Masi ya molar kwa kiwanja hiki imehesabiwa kuwa 176.124 g/mol. Idadi iliyotolewa ya moles ni sehemu ndogo sana ya mole (~10 ^{-4 au moja-kumi} elfu); kwa hiyo, molekuli sambamba inatarajiwa kuwa juu ya elfu kumi ya molekuli ya molar (~0.02 g). Kufanya mazao ya mahesabu:

$$1.42\times {10}^{-4}\sout{\text{mol}\text{vitamini C}}\left(\frac{176.124\text{g vitamini C}}{\sout{\text{mol}\text{vitamini C}}}\right)=0.0250\text{g vitamini C}$$

Hii ni sawa na matokeo yaliyotarajiwa.

Angalia Kujifunza Yako

Je, ni wingi wa 0.443 mol ya hydrazine, N ₂ H ₄?

Jibu:

14.2 g

Mfano 3.8

Kupata Idadi ya Atomi na Molekuli kutoka Misa ya Kiwanja

Pakiti ya sweetener bandia ina 40.0 mg ya saccharin (C ₇ H ₅ NO ₃ S), ambayo ina formula ya miundo:

Kutokana na kwamba saccharin ina molekuli ya molar ya 183.18 g/mol, ngapi molekuli za saccharin ziko katika sampuli ya 40.0-mg (0.0400-g) ya saccharin? Ni atomi ngapi za kaboni zilizo katika sampuli sawa?

Suluhisho

Idadi ya molekuli katika molekuli iliyotolewa ya kiwanja huhesabiwa kwa kwanza kupata idadi ya moles, kama ilivyoonyeshwa katika Mfano 3.6, na kisha kuzidisha kwa idadi ya Avogadro:

Kutumia molekuli iliyotolewa na molekuli ya molar kwa mavuno ya saccharin:

$$\begin{array}{l}0.0400\sout{\text{g}{\text{C}}_7{\text{H}}_5{\text{HAPANA}}_3\text{S}}\left(\frac{\sout{\text{mol}{\text{C}}_7{\text{H}}_5{\text{HAPANA}}_3\text{S}}}{183.18\sout{\text{g}{\text{C}}_7{\text{H}}_5{\text{HAPANA}}_3\text{S}}}\right)\left(\frac{6.022\times {10}^{23}{\text{C}}_7{\text{H}}_5{\text{HAPANA}}_3\text{S}\text{molekuli}}{1\sout{\text{mol}{\text{C}}_7{\text{H}}_5{\text{HAPANA}}_3\text{S}}}\right)\\ =1.31\times {10}^{20}{\text{C}}_7{\text{H}}_5{\text{HAPANA}}_3\text{S}\text{molekuli}\end{array}$$

Fomu ya kiwanja inaonyesha kwamba kila molekuli ina atomi saba za kaboni, na hivyo idadi ya atomi C katika sampuli iliyotolewa ni:

$$1.31\times {10}^{20}{\text{C}}_7{\text{H}}_5{\text{HAPANA}}_3\text{S molekuli}\left(\frac{7\text{C atomi}}{1{\text{C}}_7{\text{H}}_5{\text{HAPANA}}_3\text{S molekuli}}\right)=9.17\times {10}^{20}\text{C atomi}$$

Angalia Kujifunza Yako

Ni molekuli ngapi za C ₄ H ₁₀ zilizomo katika 9.213 g ya kiwanja hiki? Ngapi atomi za hidrojeni?

Jibu:

9.545$\times$10 ²² molekuli C ₄ H ₁₀; 9.545$\times$10 ²³ atomi H

Jinsi Sayansi Kuunganisha

Kuhesabu Molekuli za Neurotransmitter katika

Ubongo ni kituo cha udhibiti wa mfumo mkuu wa neva (Kielelezo 3.9). Inatuma na kupokea ishara na kutoka kwa misuli na viungo vingine vya ndani kufuatilia na kudhibiti kazi zao; inachukua uchochezi unaogunduliwa na viungo vya hisia ili kuongoza mwingiliano na ulimwengu wa nje; na ina nyumba za michakato tata ya kisaikolojia ambayo hutoa akili na hisia zetu. Shamba pana la sayansi ya neuroscience huzunguka masuala yote ya muundo na kazi ya mfumo mkuu wa neva, ikiwa ni pamoja na utafiti juu ya anatomy na physiolojia ya ubongo. Maendeleo makubwa yamefanywa katika utafiti wa ubongo katika miongo michache iliyopita, na Mpango wa BRAIN, mpango wa shirikisho uliotangazwa mwaka 2013, una lengo la kuharakisha na kuimarisha maendeleo haya kupitia jitihada za pamoja za mashirika mbalimbali ya viwanda, kitaaluma, na serikali (maelezo zaidi inapatikana katika www.whitehouse.gov/share/brain-initiative).

Kielelezo 3.9 (a) ubongo wa kawaida wa binadamu una uzito wa kilo 1.5 na inachukua kiasi cha takribani 1.1 L. (b) Habari huambukizwa katika tishu za ubongo na katika mfumo mkuu wa neva na seli maalumu zinazoitwa neurons (micrograph inaonyesha seli saa 1600× ukuzaji).

Seli maalumu zinazoitwa neuroni zinatumia habari kati ya sehemu mbalimbali za mfumo mkuu wa neva kwa njia ya ishara za umeme na kemikali. Ishara ya kemikali hutokea kwenye kiolesura kati ya neuroni tofauti wakati moja ya seli hutoa molekuli (inayoitwa neurotransmitters) inayoenea katika pengo ndogo kati ya seli (inayoitwa sinepsi) na kumfunga kwenye uso wa seli nyingine. Molekuli hizi za nyurotransmita zinahifadhiwa katika miundo midogo ya intracellular inayoitwa vilengelenge vinavyogusa kwenye utando wa seli halafu huvunja wazi ili kutolewa yaliyomo yao wakati neuroni inavyochochewa ipasavyo. Utaratibu huu unaitwa exocytosis (angalia Mchoro 3.10). Neurotransmitter moja ambayo imejifunza sana ni dopamine, C ₈ H ₁₁ NO ₂. Dopamine inahusika katika michakato mbalimbali ya neva inayoathiri tabia mbalimbali za binadamu. Dysfunctions katika mifumo ya dopamine ya ubongo husababisha magonjwa makubwa ya neva kama vile Parkinson na schizophrenia.

Kielelezo 3.10 (a) Ishara za kemikali zinaambukizwa kutoka neurons hadi seli nyingine kwa kutolewa kwa molekuli za neurotransmitter ndani ya mapungufu madogo (sinepsi) kati ya seli. (b) Dopamine, C ₈ H ₁₁ NO ₂, ni nyurotransmita inayohusika katika michakato kadhaa ya neva.

Kipengele kimoja muhimu cha michakato tata inayohusiana na ishara ya dopamini ni idadi ya molekuli za neurotransmitter iliyotolewa wakati wa exocytosis. Kwa kuwa idadi hii ni sababu kuu katika kuamua majibu ya neva (na mawazo na hatua ya baadaye ya binadamu), ni muhimu kujua jinsi namba hii inavyobadilika na kuchochea fulani kudhibitiwa, kama vile utawala wa madawa ya kulevya. Pia ni muhimu kuelewa utaratibu unaohusika na mabadiliko yoyote katika idadi ya molekuli za nyurotransmita zilizotolewa-kwa mfano, baadhi ya dysfunction katika exocytosis, mabadiliko katika idadi ya vilengelenge katika neuroni, au mabadiliko katika idadi ya molekuli nyurotransmita katika kila kilengelenge.

Maendeleo makubwa yamefanywa hivi karibuni kwa kupima moja kwa moja idadi ya molekuli za dopamini zilizohifadhiwa katika vidonda vya mtu binafsi na kiasi kilichotolewa wakati kilengelenge kinakabiliwa na exocytosis. Kutumia probes miniaturized ambayo inaweza kuchagua kuchunguza molekuli dopamine kwa kiasi kidogo sana, wanasayansi kuamua kwamba vilengelenge ya aina fulani ya panya ubongo neuron vyenye wastani wa molekuli 30,000 dopamine kwa kilengelenge (kuhusu$5\times {10}^{-20}$mol au 50 zmol). Uchambuzi wa neuroni hizi kutoka kwa panya zilizowekwa na matibabu mbalimbali ya madawa ya kulevya huonyesha mabadiliko makubwa katika wastani wa idadi ya molekuli za dopamini zilizomo katika vilengelenge binafsi, kuongezeka au kupungua kwa hadi mara tatu, kulingana na dawa maalum inayotumika. Tafiti hizi pia zinaonyesha kwamba si wote wa dopamine katika vilengelenge kutolewa wakati exocytosis, na kupendekeza kwamba inaweza kuwa inawezekana kudhibiti sehemu iliyotolewa kwa kutumia matibabu ya dawa. ¹

maelezo ya chini

• 1 Omiatek, Donna M., Amanda J. Bressler, Ann-Sofie Cans, Anne M. Andrews, Michael L. Heien, na Andrew G. Ewing. “Maudhui halisi ya Catecholamine ya Vesicles ya siri katika CNS Yalifunuliwa na Cytometry ya Electrochemical.” Ripoti ya kisayansi 3 (2013): 1447, kupatikana Januari 14, 2015, doi:10.1038/srep01447.