Contenu
- Que sont exactement les atomes?
- Éléments, molécules et composés: les bases de la "substance"
- Niveau, taille et forme moléculaires
- Arrangements de composés simples communs
- Les molécules primaires en biologie
- Liaisons chimiques
Au cours de vos voyages dans le monde scientifique ou simplement dans la vie quotidienne, vous avez peut-être rencontré le terme "fonction de forme" ou une variante de la même phrase. En règle générale, cela signifie que l'apparence de quelque chose que vous rencontrez est un indice probable de ce que cela fait ou de la façon dont vous l'utilisez. Dans de nombreux cas, cette maxime est si évidente qu'elle défie l'exploration.
Par exemple, si vous rencontrez un objet qui peut être tenu dans la main et émet de la lumière par une touche en appuyant sur un commutateur, vous pouvez être assuré que l'appareil est un outil permettant d'éclairer l'environnement immédiat en l'absence de lumière.
Dans le monde de la biologie (c’est-à-dire des êtres vivants), cette maxime tient toujours avec quelques réserves. La première est que tout ce qui concerne la relation entre forme et fonction n’est pas nécessairement intuitif.
La seconde, qui suit la première, est que les très petites échelles impliquées dans l'évaluation des atomes et des molécules et composés issus d'associations d'atomes rendent difficile le lien entre la forme et la fonction, sauf si vous en savez un peu plus sur la manière dont les atomes et les molécules interagissent. , en particulier dans le contexte d’un système de vie dynamique aux besoins divers et changeants.
Que sont exactement les atomes?
Avant d'explorer à quel point la forme d'un atome, d'une molécule, d'un élément ou d'un composé est indispensable à sa fonction, il est nécessaire de comprendre avec précision ce que ces termes signifient en chimie, car ils sont souvent utilisés de manière interchangeable - parfois correctement, parfois non.
Un atome est l’unité structurelle la plus simple de tout élément. Tous les atomes sont constitués d'un certain nombre de protons, de neutrons et d'électrons, l'hydrogène étant le seul élément ne contenant aucun neutron. Sous leur forme standard, tous les atomes de chaque élément ont le même nombre de protons chargés positivement et d'électrons chargés négativement.
En vous déplaçant plus haut dans le tableau périodique des éléments (voir ci-dessous), vous constaterez que le nombre de neutrons dans la forme la plus courante d'un atome donné tend à augmenter un peu plus rapidement que le nombre de protons. Un atome qui perd ou gagne des neutrons pendant que le nombre de protons reste fixe s'appelle un isotope.
Les isotopes sont des versions différentes du même atome, toutes identiques sauf le nombre de neutrons. Ceci a des implications pour la radioactivité dans les atomes, comme vous allez bientôt le constater.
Éléments, molécules et composés: les bases de la "substance"
Un élément est un type de substance donné, et ne peut pas être séparé en différents composants, seulement les plus petits. Chaque élément a sa propre entrée dans le tableau périodique des éléments, où vous pouvez trouver les propriétés physiques (par exemple, la taille, la nature des liaisons chimiques formées) qui distinguent tout élément des 91 autres éléments naturels.
Une agglomération d'atomes, quelle que soit sa taille, est considérée comme un élément si elle ne comprend aucun autre additif. Il est donc possible que vous rencontriez des gaz "élémentaux" d'hélium (He), composés uniquement d'atomes de He.Ou vous pourriez rencontrer un kilogramme d’Or pur (c’est-à-dire d’or élémental, qui contiendrait un nombre insondable d’atomes Au; c’est probablement pas une idée sur laquelle jalonner votre avenir financier, mais c’est physiquement possible.
UNE molécule est le plus petit forme d'une substance donnée; quand vous voyez une formule chimique, telle que C6H12O6 (le glucose de sucre), vous voyez habituellement son moléculaire formule. Le glucose peut exister dans de longues chaînes appelées glycogène, mais ce n’est pas la forme moléculaire du sucre.
Enfin, un composé est quelque chose contenant plus d'un type d'élément, tel que l'eau (H2O) Ainsi, l'oxygène moléculaire n'est pas l'oxygène atomique; dans le même temps, seuls des atomes d'oxygène sont présents, de sorte que l'oxygène gazeux n'est pas un composé.
Niveau, taille et forme moléculaires
Non seulement les formes réelles des molécules sont importantes, mais il est également important de pouvoir les corriger dans votre esprit. Vous pouvez le faire dans le "monde réel" à l'aide de modèles en forme de boule ou de bâton, ou vous pouvez vous fier à la plus utile des représentations bidimensionnelles d'objets tridimensionnels disponibles dans des livres ou en ligne.
L'élément qui se situe au centre (ou si vous préférez, au niveau moléculaire le plus élevé) de pratiquement toute la chimie, en particulier la biochimie, est carbone. Cela est dû à la capacité du carbone à former quatre liaisons chimiques, ce qui le rend unique parmi les atomes.
Par exemple, le méthane a la formule CH4 et consiste en un carbone central entouré de quatre atomes d'hydrogène identiques. Comment les atomes d'hydrogène s'espacent-ils naturellement de manière à laisser une distance maximale entre eux?
Arrangements de composés simples communs
Comme il arrive, CH4 prend une forme approximativement tétraédrique ou pyramidale. Un modèle bille-et-bâton placé sur une surface plane aurait trois atomes de H formant la base de la pyramide, l’atome de C étant un peu plus élevé et le quatrième atome de H perché directement sur l’atome de C. Faire pivoter la structure de sorte qu'une combinaison différente d'atomes de H forme la base triangulaire de la pyramide ne change rien.
L'azote forme trois liaisons, l'oxygène deux et l'hydrogène un. Ces liaisons peuvent être combinées entre la même paire d'atomes.
Par exemple, la molécule de cyanure d'hydrogène, ou HCN, consiste en une simple liaison entre H et C et en une triple liaison entre C et N. Connaître à la fois la formule moléculaire d'un composé et le comportement des liaisons de ses atomes individuels vous permet souvent de: prédire beaucoup de choses sur sa structure.
Les molécules primaires en biologie
Les quatre classes de biomolécules sont les acides nucléiques, glucides, les protéines, et lipides (ou les graisses). Les trois dernières d'entre elles sont des "macros", car ce sont les trois classes de macronutriments qui composent le régime alimentaire humain.
Les deux acides nucléiques sont l’acide désoxyribonucléique (ADN) et l’acide ribonucléique (ARN). code génétique nécessaire pour l'assemblage des êtres vivants et de tout ce qui les habite.
Les glucides ou "glucides" sont constitués d'atomes de C, H et O. Celles-ci sont toujours dans le rapport 1: 2: 1 dans cet ordre, ce qui montre à nouveau l'importance de la forme moléculaire. Les graisses n'ont également que des atomes de C, H et O, mais ceux-ci sont disposés de manière très différente de celle des glucides; les protéines ajoutent quelques atomes d'azote aux trois autres.
Les acides aminés dans les protéines sont des exemples d'acides dans les systèmes vivants. Les longues chaînes constituées de 20 acides aminés différents dans le corps sont la définition d'une protéine, une fois que ces chaînes d'acides sont suffisamment longues.
Liaisons chimiques
On a beaucoup parlé des liens ici, mais que sont-ils exactement en chimie?
Dans des liaisons covalentes, les électrons sont partagés entre les atomes. Dans des liaisons ioniques, un atome abandonne complètement ses électrons à l'autre atome. Liaisons hydrogène peut être considéré comme un type spécial de liaison covalente, mais à un niveau moléculaire différent, car les atomes d'hydrogène ne possèdent qu'un électron pour commencer.
Interactions de Van der Waals sont des "liens" qui se produisent entre les molécules d'eau; les liaisons hydrogène et les interactions de van der Waals sont par ailleurs similaires.