campbell chương 2 khía cạnh hóa học của sự sống

khơng có hướng dẫn kiến chúa Sinh viên ngành sinh học phải nghiên Con kiến cảm nhận thứ khắp nơi để làm cơng việc ngày nó? Chủ yếu chất hố học- tín hiệu kiến dùng để đánh dấu môi trường Mối tương tác kiến với với mi trường xung quanh tâm điểm nghiên cứu Deborah M Gordon, giáo sư sinh vật học trường Đại học Tổng hợp Stanford Trong thời gian làm việc Stanford, Tiến sỹ Gordon giành nhiều giải thưởng giảng giải thưởng ghi nhận dạy gi nghiên cứu bà vùng sa mạc Arizona vùng nhiệt đới Nam Mỹ Và thông qua buổi xuất radio, chương trình TV giới thiệu tự nhiên sách bà với tiêu Xã hội côn trùng đề: Kiến làm việc: tổ chức (Free Press, 1999), Tiến sỹ Gordon chia sẻ đam mê bà với người giới xã hội loài kiến Vào năm đầu học đại học, nghĩ đến khả làm việc ngành y nên tham gia khoá học đại cương hoá học sinh học Tuy nhiên, khố học lại cho tơi thông tin lắp ghép chúng tiếng Pháp với Tôi kết thúc học Nhưng thích tốn lý thuyết hình mẫu nhạc tơi thích quan sát tìm hiểu xem chúng thay đổi qua thời gian Sau đó, vào năm cuối đại học giải phẫu học tham gia khố học sánh Khố học cho tơi thấy hố q trình làm thay đổi hình mau theo cách lý thú Sau tốt nghiệp, tơi tị mị muốn biết thể sức khoẻ người nên đến Stanford theo học khố giải phẫu người Tơi a Duke dé, nh học lủa trường y để hồn thành Sau đó, muốn làm gì, tơi bắt đầu nghiên cứu tập tính kiến - tơi u 28 chúng thơng tỉn Kiến khơng nhìn rõ được; với chủ yếu hố chất Nếu bạn nghiên cứu kiến bạn phải nghĩ đến hố ì chất hố học quan trọng Chính xác kiến thợ làm gi? kiến Ví dụ, kiến Những kiến nghiên cứu Arizona mà nghiên cứu Arizona sử dụng chất gọi kiến mắt muỗi, với đánh dấu khu vực tổ Một số hoá học tổn lâu làm tín hiệu nhận biết chúng ính Một Kiến dùng nhiều tín hiệu hoá chất nhanh bị phân giải gọi pheromone ~ chất mà chúng tiết tình mồi phải đâu vào ngày hơm Một số định Pheromone biết rõ loại pheromone báo động, làm cl kiến chạy vòng quanh chúng bị phá Một số kiến tiết pheromone cuối bụng để đánh đấu nơi chúng qua làm dấu cho kiến khác theo Kiến có từ 12 đến 14 tuyến tiết chất khác rối Chúng ta thực khơng biết chất gì, để làm kiến đáp ứng với loại hợp chất hố học Ngồi chất hố học dùng để thơng tin, số kiến cịn sinh chất kháng sinh Vi bà quan tâm đến sinh học? mà thực thụ tỉnh sinh lần năm, thời điểm để bay với inh bay giao phối tới tập tính kiến? Gordon Debora Kiến đực sinh từ trứng không cứu hố học Hố học có liên quan cá trang 30-31) làm nhiệm vụ bảo dưỡng tổ, xây sau mang đất khoang đất n khác đánh mùi đặc biệt tổ lên thứ phế Các nhóm kiến khác thực nhiệm vụ số bốn nhiệm vụ Hãy cho biết nghiên cứu bà Arizona điểm nghiên cứu Arizona, nơi Tai làm việc 20 nam, t quần thể gồm khoảng 300tí Hằng năm, sinh vién nghiên cứu mat muỗi ¡ lập đồ vị trí tổ Tơi xác định năm trước, tìm xem tổ bị chết ích đó, tơi có Tại bả nghiên cứu kiến? Điều kiến làm tơi thích thú là, kiến sống thành ¡ mà khơng có kiểm soát trung ương 'Tất nhiên, ki thực định Khơng kiến biết ì cần phải làm cho đàn Câu hỏi lớn đối Tổ kiến hoạt động mà khơng có kẻ đứng đầu kiến nhận biết cạnh nớ? Bà nói kiến chúa? Xin cho biết kỹ kiến sống nào? Có khoảng từ 10.000 đến 12.000 loài kiến Chúng sống thành đàn, đàn có nh sản gọi kiến chúa Kiến chúa đẻ trứng, dùng tỉnh trùng ‘i, giúp thiết lập đàn dự trữ qua Các cá thể bạn thấy chúng vòi quanh, thợ bất thụ Kiến nó, g chúng làm việc thợ làm việ thừa dấu thải khác Tôi biết chúng răng, tổ tồn từ 15 đến 20 b làm thí nghiệm đơn giản, Ngồi ra, để quan sát tổ kiến, chúng chúng tơi thay đổi mơi trường chúng theo cách quan sát kiến đáp ứng vài năm trước đây, lại Ví dụ, ng tơi nghiên cứu cách tổ kiến dieu g kiếm thức an Chúng lượnkiến thấy rằng, kiến sử dụng cá tương tác với khác xảy trước để t định làm Kiến dùng mùi định nhiệm vụ mà hi Mỗi kiến khoác lớp đầu hoá chất gọi hydrocarbon Mỗi nhóm - nhóm tìm thức ãn, nhóm tuần tra, nhóm bảo dưỡng tổ nhóm xử lý chất thải - có hỗn hợp hydrocarbon riêng đưc chúng tiết bôi lên cách chải chải lông ngựa Chúng phát rằng, kiến ngồi tổ lâu tỷ lệ ¡ hydrocarbon khác thể thay đổi Điều gây nên thay đổi đó? Nhiệt Mặt Trời Chúng tơi biết điều Gần nghiên cứu xem, cách kiến kiếm mổi sử dụng kiến làm việc tổ ăn tổ để định có kiếm thức ăn Sau xử lý nhiệt độ cao độ ẩm ngược việc ngồi cịn thức an Một kiến kiếm mồi khơng quay từ thí nghiệm, chúng tơi lấy xử lý chúng với điều kiện khác thấp với thời gian đủ lâu chúng có mùi giống kiến kiếm mổi Như vậy, kiến kiếm tiết khác chúng làm việc mà việc thực nhiệm vụ làm thay đổi chúng, giống người thợ mộc đục vụn gỗ từ dụng cụ đục lỗ, kiến có mùi khác cơng việc mà làm Những kiến tổ tiết hồn hợp hydrocarbon bị thay đổi phụ thuộc vào kiến làm việc Cải báo cho kiến biết phải lam gi? Vi du, báo cho kiến biết phải kiếm mồi? Chúng thấy rằng, kiến dùng kinh nghiệm tiếp xúc gần anten tốc độ mà kiến khác mang thức hay không Tốc độ có mối liên hệ tổ tì thấy đó; kiến khác Chúng phát rằng, cà ngửi để thể thức gậj“ới truyền thông tin, Bằng Lam `3 Xi bà phát điều đớ? việc với Michael Greene, làm việc Đại hị người Calorado Denver, chiết chất hydrocarbon từ thể kiến bôi chúng lên viên thuy tinh nhỏ, thấy kiến lâm tưởng viên thuỷ tỉnh bọc ydrocarbon kiến khác Bằng với kiến đó, có lẽ khác Đáp ứng nhanh chóng đến tập tính kiến (nếu có) điều khiển trí nhớ ngắn ngủi kiến - khoảng 10 giây Tại lại làm cho đàn kiến hành động Như vậy, câu trả lời cho câu hỏi Bây giờ, xin có câu hỏi thực tế: kiểm sốt đàn kiến là: tập hợp ương, xây dựng từ hợp phần đơn giản, tương tác với nhau, gọi quan tâm đến hệ thống Một tương tự thấy rõ với tổ kiến não Não bạn cấu tạo từ neuron (tế bào thần kinh) không neuron đơn lẻ biết kiến - bạn biết không cẩn kiến loan bộ não Não bạn hoạt động kiểm sốt trung ương theo nghĩa khơng có neuron chủ để lệnh “OK, nao anh, nhận biết kiến đi” Tất nhiên, cách đó, tất h thả viên thuỷ tỉnh vào tổ phản ứng với chạm trán với kiến làm nhiệm vụ cụ thể khác sinh trưởng phôi: Các tế bào phơi có DNA nhau, phơi eeu Tập tính đàn xác định tạo đàn Về lâu dài, tơi muốn tìm hiểu, chọn lọc tự nhiên tác với thay đổi tần số gặp gỡ mối tương tác đơn giản neuron gop lai tao nên hoạt động chức „ chúng tơi phát én đực nhằm phát triển đàn đáp ứng nhanh cách đáng ngạc nhiên "hệ thống phức tạp”, nhà khoa học nhiều lĩnh vực sinh học khơng phải liệ ì đàn hợp tác để tạo nhiều kiến chúa kiến mắt muỗi phát chất ho; chúng làm nghĩa đàn khơng? Kiến quay lại nhanh có nhiều Một hệ thống khơng có kiểm sốt trung chứng Bất kỳ xem ki thấy thể Tiến hố có tác động mức bay chóng mối liên hệ ngược đương tính chúng gặp đụng awen Với nhau; Anten quan nhận biết hoáchất Trong sách bà, dường đàn kiến hình dung ngồi 45 phút, tìm Tuy nhiên, có nhiều thức an cạnh tổ, kiến kiếm mồi nhanh chóng quay lại Sự quay lại nhanh “quyết định" đưa mối tương tác đơn giản cá thể kiến Có tương tự lĩnh vực khác sinh học không? với khác để định làm cịn anh thành tế bào xương”.Thay vào đó, kết tương tác phân tử tế bào, phôi phát triển loại mô khác phức tạp não Một hình ảnh tương tự kre Guta ke cal chi huy va méi kién chi nhan biét duoc quanh ? theo cách vậy? Chúng ta giải vấn đề kiến xâm nhập vào nhà nào? Điều phụ thuộc Ở Bắc Califomia, kiến Argentine; việc vào bạn sống đâu kiến vào nhà thường chúng vào nhà rõ ràng có liên quan đến thời tiết Kiến vào tất nhà thời điểm - mưa, q nóng khơ - khỏi nhà thời điểm Điều quan trọng cân nhớ phun thuốc diệt côn trùng, đặc biệt nhà khơng có kiến, thuốc diệt ngấm xuống nước ngầm làm ảnh hưởng tới số lượng kiến Tơi khơng thích có kiến bếp - tơi ln tự Bát - tơi biết tơi làm có người khác làm Che phủ xóa dấu vết có tác dụng ngăn - theo thí nghiệm tơi, khoảng 20 phút kiến Argentine Ngăn chặn lối vào kiến cách tốt Dụng cụ mồi kiến để từ kiến mang mồi độc tổ dùng cho lồi kiến có kiến chúa Những lồi kiến gồm kiến đục lỗ, loài kiến hay vào nhà nhiều vùng Mỹ Những kiến làm tổ gỗ bị phân huỷ, trái với tiếng tăm chúng, chúng không ăn g6 Dung cu mdi kiến hồn tồn khơng có kiến Argentine chúng có kiến chúa nhiều tổ nên chất độc khó đến với tất kiến chúa Bà có lời khun cho sinh viên quan tâm đến công việc nghiên cứu? Sinh viên nên thử nghiệm nghiên cứu khác nhau, bao gồm hoạt động khác Cách tốt để tìm xem bạn có thích làm nghiên cứu khơng - dù nghiên cứu thực địa hay phịng thí nghiệm - làm thử Thực hành tìm hiểu Tìm hiểu thí nghiệm Deborah Gordon sinh viên bà Megan Frederickson tiến hành Hình 2.2, trang 31 Từ trái sang phải: Deborah Gordon, Megan Frederickson, Lisa Urry Jane Reece 29 Á_ Vật chất cấu tạo từ nguyên tố hoá học dạng tinh khiết hợp chất Các đặc tính nguyên tố hoá học phụ thuộc vào cấu trúc nguyên tử Sự hình thành chức phân tử phụ thuộc vào liên kết hoá học nguyên tử Các phản ứng hoá học tạo phá vỡ liên kết hoá học 2.1 22: 2.3 24 Sự kết nối hoá học với sinh học ừng mưa Amazon Nam Mỹ hình ảnh vẻ tính đa dạng sống Trái Đất Những È chim, côn trùng nhiều màu sắc sống to, bụi, leo động vật khác hoa đại, du ngoạn đọc theo luồng nước hay đường rừng mở trước mắt ta đa dạng phong phú khách thăm quan gân đời sống thực vật Vì vậy, đâu nguồn Peru phải ngạc nhiên qua dấu vết khu rừng giống ta thấy cận cảnh Hình 2.1 Đoạn đường gần có lồi thực vật - liễu có hoa có tên Duroia hirsuta Du khách ngạc nhiên muốn biết mảnh vườn có phải người dân địa phương trồng gìn giữ hay không, người dân xứ bối rối du Duroia mọc khách Họ gọi khu vực có “những khu vườn quý ˆ' xuất phát từ truyền thuyết ví chúng linh hồn quỷ rừng kiếm cách lý gi Để tìm nhóm nghiên cứu Deborah Gordon dẫn đầu, ngư i trả lời vấn trang 28-29, giải đáp bí “vườn quỷ” Hình 2.2 mơ tả thí nghiệm huyền họ Các nhà nghiên cứu cho thấy, người "nơng dân” tạo trì khu vườn kiến sống cành rỗng Dưzøia 30 Hình 2.1 Ai chăm sóc khu vườn này? Kiến không trồng 2uzøia chúng ngăn cản loài thực vật khác phát triển cách tiêm vào chúng chất độc Bằng cách đó, kiến tạo không gian lãnh địa cho Ðuzøia phát triển Với khả nang trì mở rộng nơi định cư nó, đàn Chất hố học mà kiến dùng để loại bỏ k khu vườn chúng acid formic Nhiều loài sinh chất này, thực tên acid tên latin kiến, formica Trong nhiều trường hợp, có lẽ, acid formic la chất tẩy uế, bảo vệ kiến chống lại vi sinh vật ký sinh Kiến Vườn quý Để loài Xin dùng acid formic lam chất điệt có quan trọng vào danh mục chức năng, mà hoá chất làm nhà khoa trung gian thực giới trùng chất hố học đóng vai trị quan trọng học È việc thơng tin trùng, hấp dẫn bạn tình bảo chống lại vật san ghiên cứu vườn quỷ ví dụ mối liên sống Khơng quan hố học với việc nghiên cứu giống danh mục khoá học trường đại học, tự nhiên không nằm gọn ngành Khoa! học tự Các nhà sinh học nhiên - sinh học, hoá học, vật lý học chuyên nghiên cứusự sống sinh vật môi trường chúng hệ thống tự nhiên mà khái niệm hoá lý cần phải áp dụng Sinh học học khoa học đa ngành niệm Phần giới thiệu với khái hố học áp dụng suốt q trình nghiên cứu sống Chúng ta tạo nhiều mối liền kết với chủ đề Chương Một số chủ đề cấu trúc với tổ chức sống thành hệ thống phân đặc tính trội bổ sung xuất cấp bậc “Trong phần này, thấy đặc tính trội xuất cấp tổ chức sinh học thấp - xếp nguyên tử phân tử mối tương tác phân tử bên tế bào Ở chuyển từ phân tử sang tế bào, vượt qua ranh giới không rõ không sống sống Chương tập trung ràng vào thành phần hoá học cấu tạo nên vật chất Cái tạo nên “vườn quỷ' rừng mưa? |_THÍNGHIỆM py; sy huang din cia Deborah Gordon cling vai Michael Greene, sinh vién Megan Frederickson da tim kiếm nguyên nhân “vườn quỷ”, nơi có lồi cây, Duroiahirsuta Một giả thuyết đưa là, kiến sống đó, Myrmelachista schumanni, sinh chất độc giết loài khác; giả thuyết khác là, Dưroia tự giết cạnh tranh khác, có lẽ chất hố học Để kiểm chứng giả thuyết đó, Frederickson tiến hành thí nghiệm thực địa Peru Hai non loài địa phương khơng phải lồi chủ, Cedrela odorata, trồng bên mười khuvườn quỷ, vườn có 10 Gốc phủ lớp rào cản trùng chất dính quanh gốc Các khác không bảo vệ Hai non Cedreia khác trồng bên khu vườn, cách khu vườn 50 m không bảo vệ cay Duroia Cây Codrela Rào cản trùng » Ất | Bên ngồi, | bảo vệ - TR Vườn quỷ Bên— không bảo vệ Các nhà khoa học quan sát hoạt động kiến Cedrela đo vùng mô bị chết sau ngày Họ phân tích hàm lượng tuyến độc kiến Từ gai đuôi đốt bụng cuối cùng, kiến tiêm vào không bảo vệ khu vườn quỷ (xem | anh) Trong vòng ngày, xuất vung | mô chết (xem đồ thị) Những bảo vệ không bị tiêm, giống trồng khu vườn Acid formic chất phát tuyến độc kiến Ê ° Ss Bez 12 l8 28 Sẽ % » ip N 2.1 Vật chất cấu tạo từ nguyên tố hoá học dạng tỉnh khiết hợp chất Sinh vật cấu tạo từ vật chất, chốn khơng gian có khối lượng.* Vật chất tơn nhiều dạng Hịn đá, kim loại, dầu, khí người vài ví dụ số ví dụ vô tận vật chất Nguyên tố hợp chất Vật chất tạo nên từ nguyên tố Nguyên tố chất bị phá hủy thành chất khác phản ứng hoá học Ngày nay, nhà khoa học xác nhận có 92 nguyên tố tự nhiên; vàng, đồng, carbon oxygen ví dụ Mỗi ngun tố có biểu tượng, thường chữ đầu hai chữ đầu tên Một số biểu tượng có nguồn gốc từ chữ Latin Đức; ví dụ, biểu tượng natri Na, từ chữ latin natriiun Hop chất chất cấu tạo từ hai nhiều nguyên tố kết hợp lại theo tỷ lệ định Ví dụ, muối ăn natri chloride (NaCl), hợp chất cấu tạo từ nguyên tố natri (Na) chlorine (Cl) theo tỷ lệ 1:1 Natri tinh khiết kim loại chlorine tỉnh khiết chất khí độc Tuy nhiên, kết hợp hod hoc lai, natri va chlorine tao hợp chat khong độc Nước, hợp chất khác, cấu tạo từ nguyên tố hydrogen (H) oxygen (O) theo tỷ lệ 2:1 Đó ví dụ đơn giản ật chất tổ chức lại, có tính chất xuất hiện: Hợp chất có đặc tính khác với ngun tố (Hình 2.3) » a Bên lrong, Bén trong, Bênngồi — Bên ngồi, khơng được bảo vệ khơng được bảo vệ bảo vệ bảo vệ Các Cedrla bên bên vườn quỷ, Loài kiến Myrmelachista schumanni giết chết không vật chủ cách tiêm vào acid formic, tạo nên khu vực sống có vật chủ ¡_ (wườn quỷ) cho đàn kiến |NGUONTAILIEU sy, « reaerckon WJ Green and DM Gordon, “Devil's gardens” bedev illed by ants, Nature 437; 495-496 (2005) Kết không bảo vệ không sinh trưởng vườn quỷ hố chất Duroia tiết kiến tiết ra? Natri Chlorine Natri chloride A Hinh 2.3 Nhiing đặc tính trội hợp chất Natri kim loại kết hợp với chất khí chlorine độc tạo nên hợp chất natri chloride, hay muối ăn, không độc ` Đôi khi, chứng ta dùng thuật ngữ /zợng iượng thay cho khối lượng, hai thuật ngữ khơng giống Khối lượng lượng vật chất vật thể, khí trọng lượng vật thể khối lượng bị trọng lực hút mạnh đến mức “Trọng lượng nhà du hành vũ try di mật trăng khoảng 1/6 trọng lượng Trái Đất, nhiên, khối lượng vậy, Hơn nữa, lu mặt đải trọng lượng vật thể số đo khối lượng cửa nó: ngơn ngữ hãng ngày, có xu hướng dùng hai thuật ngữ thay cho CHƯƠNG HAI _ Khía cạnh hoá học sống 31 Các nguyên tố quan trọng sống Khoảng 25 số 92 nguyên tố biết quan trọng rbon (C), oxygen sống Chỉ bốn số vat (O), hydrogen (H) va nitrogen (N)-cấu tạo nên 96% chất sống Phosphorus (P), lu huỳnh (S), calcium (Ca), tạo nên 4% lại trọng vài nguyên tố khác kali (K) lượng thể Bảng 2.1 liệt kê tỷ lệ phần trăm nguyên tố cấu tạo nên thể người; tỷ lệ tương tự sinh vật khác Hình 2.4a minh hoạ hiệu ứng thiếu vật hut nitrogen, mot nguyén tố quan trọng thực nguyên tố vi lượng nguyên tố thể Các cần với số lượng nhỏ Một số nguyên tố vi lượng sắt (Fe) nguyên tố mà dạng sống cần; Số g ngun tố khác lồi định cần Ví dụ, độn vật có xương sống, trọng hormone hang ngày 0,15 mg tuyến giáp Sự nguyên tố iodine (1) thành phần quan tuyến giáp tạo Lượng ăn vào iodine đủ cho hoạt động bình thường thiếu hụt iodine thức ăn làm cho tuyến giáp có kích thước khơng bình thường, trạng thái gọi bướu cổ (Hình 2:4b) Muối iodine làm giảm tỷ lệ mắc bệnh bướu cổ ố Nguyên tố oa Ký hiệu Số thứ tự nguyên tử (xem tr 33) Tỷ lệ phần trăm g trọng lượn so với thể người Các nguyên tố tạo nên 96% trọng lượng thể người Oxygen Carbon Hydrogen Nitrogen o c H N 65.0 185 95 33 Các nguyên tố tạo nên 4% lượng 'thể người 20 Ca — Calcium Phosphorus — lỗ P 19 Potassium K (Kali) 16 Sulfur § (Lưu huỳnh) " Sodium Na 15 10 04 17 12 02 0.1 (Natri) Chlorine cl Mg — Magnesium = 03 02 Các nguyên tố tạo nên 0,01% trọng lượng thể người (các nguyên tố vi lượng) Boron (B), chromium (C1), cobalt (Co), coper (Cu), Fluorine (F), iodine (1), iron (Fe), manganese (Mn), molybdenum (Mo), selenium (Se), silicon (Si), tin (Sn), vanadium (V), zine (Zn) 32 PHAN1 Hod hoc sy'séng (b) Bénh thiéu hut (a) Su thiếu hut nitrogen iodine A Hinh 2.4 Hiéu tng thiếu hụt nguyên tố quan trọng (a) Bức ảnh cho thấy hiệu ứng thiếu hut nitrogen ởngơ Trong thi nghiệm kiểm sốt này, cao bên trái sinh trưởng đất giàu nitrogen, ogen thấp bên phải sinh trưởng đất nghèo nitr vi (b) Bướu cổ phình đại tuyển giáp thiếu nguyên tố lượng iodine Bướu cổ người phụ nữ Malaysia chữa cách bổ sung iodine 2.1 Giải thích cách mudi an có đặc tính trội Ngun tố vi lượng có quan trọng khơng? Giải thích a Sát (Fe) nguyên tố vi lượng cần để hemoglobin, phan tir van chuyển oxygen tế bào hồng cầu, hoạt động chức hoàn hảo Hiệu ứng thiếu hụt Fe nào? Câu trả lời có Phụ lục A Các đặc tính nguyên tố hoá học phụ thuộc vào cấu trúc nguyên tử Mỗi nguyên tố gồm loại nguyên tử định, khác với nguyên tử nguyên tố khác Nguyên tử đơn vị nhỏ vật chất mà giữ tính chất nguyên tố Nguyên tử nhỏ tới mức phải tử để kéo ngang qua dau cl khoảng triệu nguyên này, Chúng ta dùng biểu tượng nguyên tố để biểu diễn nguyên tử cấu tạo nên ngun tố Ví dụ, biểu tượng C dùng để biểu diễn nguyên tố carbon nguyên tử carbon Các hạt nguyên tử Mặc dù nguyên tử đơn vị nhỏ giữ đặc tính nguyên tố mẩu nhỏ vật chất cấu tạo từ phần nhỏ gọi hạt nguyên tử Các nhà vật lý học phân cất nguyên tử thành hàng trăm loại hạt, nhiên có ba loại hạt Đảm mây điện tích âm (2 electron) Electron Hạt nhân {a) Mơ hình cho thấy electron giống mây điện tích âm A đám (b) Trong mơ hình đơn giản hon này, electron thể hai hình cầu nhỏ màu vàng vịng trịn quanh hạt nhân Hinh 2.5 Các mơ hình nguyên tử helium (He) đơn giản Hạt nhân nguyên tử helium có neutron (màu nâu) prot on (màu hồng) Hai electron (màu vàng) nằm hạt nhân Những mơ hình khơng theo tỷ lệ mà ước lượng kích thước hạt nhân so với đám mây electron neutron, proton eleetron Proton electron hạt tích điện Mỗi proton có đơn vị điện tích dương electron'có đơn vị điện tích âm Neutron, tên „ EỌI nó, trung tính vẻ điện Proton va neutron cing duoc bao gói chặt lõi đậm đặc hay hạt nhân nguyên tử, nằm trung tâm nguyên tử; proton làm cho hạt nhân tích điện đương Các electron tạo nên kiểu đám mây tích điện âm bao quanh hạt nhân, hấp dẫn điện tích trái dấu giữ cho electron xung quanh hạt nhân Hình 2.5 mơ hình cấu trúc nguyên tử helium lấy làm ví dụ Neutron proton có khối lượng gần nhau, khoảng 17 X 10”! gram (g) Gram đơn vị đo lường thuận tiện khác khơng thích hợp để mơ tả khối lượng vật thể nhỏ Vì vậy, nguyên tử hạt ngu yên tử (và cho phân tử), dùng đơn vị đo lường gọi đalton để tưởng nhớ John Dalton, nhà khoa học Anh - người giúp phát triển thuyết nguyên tử vào năm 1800 (Dalton, hay cịn gọi đơn vị &hốï lượng ngun nt, k¥ higu amu - atomic mass unite, ban c6 thé di bat gặp đâu đó) Neutron proton có khối lượng gần dalton Vì khối lượng electron 1/2.000 khối lượng neutron proton nên bỏ qua tính khối lượng tổng số nguyên tử, Số nguyên tử khối lượng nguyên tử Nguyên tử nguyên tố khác số lượng hạt nguyên tử Tất nguyên tử nguyên tố có số proton hạt nhân ng Số proton cho nguyên tố gọi số nguyên tử (số thứ tự nguyên tử) viết đưới dạng số bên trái biểu tượng nguyên tử Ví dụ, ký hiệu ,He cho ta biết nguyên tử nguyên tố helium có proton hạt nhân Ngồi ra, ký hiệu cịn cho thấy ngun tử trung hoà điện, nghĩa số proton với số electron, Vì Vậy, Số nguyên tử cho ta biết số proton đồng thời cho biết số electron ngun tử trung hồ điện Chúng ta suy số neutron từ đại lượng định lượng thứ hai số khối lượng, tổng proton cộn g với neutron hat nhân nguyên tử Số khối lượ ng viết dạng số bên trái biểu tượng nguyên tử Ví dụ, viết 3H cho ngun tử helium Vì số nguyên tử cho thấy có proton nên xác định số neutron bảng cách lấy khối lượng nguyên tử trừ số nguyên tử: Nguyên tử ?H có neutron Ngun tử natri TÌNa có 11 proton, 11 electron 12 neutron, Ng uyên tử hydrogen ;H đơn giản nhất, khơng có neutron; có | proton va | electron Nhu nói trên, đóng góp vào khối lượng nguyên tử electron bỏ qua Vì vay, khối lượng nguyên tử tập trung chủ yếu vào hạt nhân Vì neutron proton có khối lượng gần | dalton nên số khối lượng xấp xỉ tổng khối lượng nguyên tử gọi khối lượng nguyên tử Vậy, nói rằng, khối lượng nguyên tử natri (Na) 23 dalton, xác 22.9898 dalton Các chất đồng vị Mọi nguyên tử nguyên tố có số Proton, số nguyên tử có nhiều neutron nguyên tử khác nguyên tố Những dạn g nguyên tử khác gọi chất đồng vị củ nguyên tố Trong tự nhiên, nguyên tố tồn dạng hỗn hợp chất đồng vị Ví dụ, xét ba chất đồn g vị nguyên tố carbon có số nguyên tử Chất đồng vị phổ biến carbon-12, '2C, chiếm 99% carbon tự nhiên Chất đồng vị '*C có neutron Phần lớn số 1% carbon lại chất đồng vị JẢC, có neutron Dạn g thứ ba, gặp, '*C, có neutron Chú ý rằng, ba chất đồng vị carbon có proton, khơng chúng khơng cịn carbon Mặc dù chất đồng vị nguyên tố có khối lượng khác nhau, chúng hoạt động phản ứng hoá học (Con số khối lượng nguyên tử đưa ra, ví du 22,9898 cho carbon, thường trung bình cộng khối lượng nguyên tử tất chất đồng vị nguyên tố tự nhiên) Cả 'C '°C chất đồng vị bên vững, nghĩa hạt nhân chúng khơng có xu hướng bị hạt Tuy nhiên, chất đồng vị '*C khơng bền vững, có tính phóng xạ Chất đồng vị phóng xạ chất mà hạt nhâ n bị phân hủy cách ngẫu nhiên, giải phóng hạt lượng Khi phân hủy dẫn đến thay đổi Số proton chuyển đổi ngun tử Sang ngun tử ngun tố khác Ví dụ, carbon phóng xạ phân huỷ thành nitrogen CHƯƠNG HAI _ Khía cạnh hố học sống 33 Các chất đồng vị phóng xạ có nhiều ứng dụng cứu sử sinh học Ở Chương 25 bạn biết nhà nghiên số đo mức độ phóng xạ hố thạch để định dụng o, Các chất đồng vi dõi phóng xạ cịn dùng chất đánh dấu để theo tuổi di vật khứ thếr Chất đánh dấu phóng xa Các nhà khoa học sử dụng chất đồng THÍNGH_IỆM _ vị phóng xạ để đánh dấu hợp chất hố học định, q trình nguyên tử qua trình trao đổi chất - tử hoá học thể Tế bào sử dụng nguyên phóng xạ chất đồng vị khơng phóng xạ xạ dễ dàng nguyên tố chất đánh dấu phóng nhà bị phát Hình 2.6 cho thấy ví dụ cách theo doi sinh học sử dụng chất đánh dấu phóng xạ dé q trình tổng trình sinh họ , vi du tế bào người hợp DNA trình trao tạo chất đánh dấu để theo dõi đổi chất định vị hợp chất thể Trong ví dụ này, hiệu chất đánh dầu phóng xạ dùng để xác định ứng nhiệt độ đến tốc độ chép DNA tế bào Ì_ˆ Hợp chất chứa chất — KÝTHUẬT đánh dấu phóngxa — (màu xanh nhạt) Ocac hop = chất mà tế = Các chất đồng vị phóng xạ phương tiện chẩn đoán định quan trọng y học Ví dụ, hội chứng e7 e8 e 9= thận chẩn đốn cách tiêm vào lượng hợp DNA bổ surfg cho sau nhỏ chất chứa chất đồng vị phóng xạ vào máu, đánh đo lượng chất đánh dấu tiết nước tiểu Các chất cụ dấu phóng xạ cịn sử dụng phối hợp với dụng Í “s = bào dùng để tổng | ‡ Ỷ Tế bào người Lou hình tỉnh vi, máy nội soi PET °H, chất tế bào người Một thành nhần đánh dấu dõi q trình hố học, ví dụ trình diễn khối u ung thư, thực sinh trưởng điển thể (Hình 2.7) đồng vị phóng xạ hydrogen Chín đĩa ni cấy tế bàocả ủ nhiệt độ khác Tế bào lồng ghép chất đánh dấu phóng xạ °H vào DNA tổng hợp Các tế bào đặt vào ống nghiệm; tách chiết DNA chúng loại bỏ , hdấu đánt ấ hợp ch khơng sử dụng - máy theo DNA(cũ mới) ; ⁄ + + « y 40,0 43-46-18 tố m Một dung dịch gọi chất lỏng nhấp nháy thê vào ống nghiệm ống nghiệm đạt vào máy đếm nhấp nháy Vì 3H phân tử DNA tổng hợp, phân hủy nên phát xạ, kích thịch chat Máy đếm chất lỏng nhấp nháy làm cho chúng phát sáng nhấp nháy ghi nhận tia phát sáng —_KẾTQUẢ Tản số tia phát sáng tínhxạ, cho ng phút tỷ lệ thuận với lượng.chất đánh dấu phó thấy lượng chất đánh dấu phóng xạ có DNA tổng hợp Trong thí nghiệm này, so sánh số lượng tia phát sáng theo phút ặ ta với su nhiệvẽ t độ, nhiềr.đã 35 ;o tác thấy rõ nhiệt độ s3 BS = x $§ | đến tốc độ tổng hợp Phần DNA 10 DNA 10 L 34 động PHAN1 20 30 40 t độ (5C) Nhiệ Hoáhọcsựsống 50 dugc 04 lớn| téng hợởp35% ——————— À_ Hình 2.7 Phương pháp chụp cắt lớp PET, phương pháp sử dụng chất đồng vị phóng xạ y học Phươngt vị trí phá pháp PET, chữ viết tắt phương pháp nội soi ng sáng, phát vị trí có hoạt động hố học mạnh tro ng, ví dụ thể Đầu tiên, người bệnh tiêm chất dinh dưỡ glucose, chứa chất đồng vị phóng xạ phát hạt nguyên tử Các hạt va đập với electron phản ứng t hoá học tạo thể Máy nội soi PET phá lượng va dap tạo định vị “điểm nóng” Cùng với lượng chất đồng vị, màu sắc hình ảnh thay đổi, với màu vàng nhạt mô ung thư họng Mặc dù chất đồng vị phóng xạ hữu ích để nghiên cứu sinh học y học, song phóng xạ từ chất đồng vị bị phân huỷ nguy hiểm cho sống phá huỷ phân tử tế bào Tính nghiêm trọng tổn thương phụ thuộc vào loại lượng phóng xạ mà thể hấp thụ Một số mối nguy hiểm nghiêm trọng cho môi trường đồng vị phóng xạ thải từ cố hạt nhân Tuy nhiên, liễu lượng chất đồng vị dùng chẩn đoán y học tương đối an tồn Mức lượng electron Các mơ hình ngun tử đơn giản Hình 2.5 phóng đại kích thước hạt nhân so với thể tích tồn ngun tử Nếu ngun tử helium có kích thước sân vận động Yankee hạt nhân có kích thước cục tẩy nằm Ở sân Hơn nữa, hai electron giống hai muỗi mắt nhỏ bé bay vo ve xung quanh sân vận động Nguyên tử phần lớn không gian rỗng Khi hai nguyên tử tiếp cận phản ứng hoá học, hạt nhân chúng không đến đủ gần để tương tác với Trong số ba loại hạt nguyên tử mà nói, có electron trực tiếp tham gia vào phản ứng hoá học nguyên tử Các electron nguyên tử có lượng lượng thay đổi Năng lượng định nghĩa khả gây biến đổi - ví dụ, cách sinh công Thế năng lượng mà vật chất có nhờ vị trí cấu trúc cửa nó, Ví dụ, nước hồ chứa đồi nhờ độ cao Khi cửa xả mở nước chảy xuống lượng dùng để sinh cơng, ví dụ, để quay máy phát điện Vì lượng tiêu hao đi, nước chân đồi có lượng hồ chứa Vật chất có xu hướng tự nhiên chuyển sang trạng thái thấp hơn; ví dụ nước chảy xuống phía Để phục hồi lại hồ chứa, công phải sinh để đưa nước lên cao, chống lại trọng lực Các electron nguyên tử nhờ cách chúng xếp so với hạt nhân Các electron tích điện âm bị hấp dẫn hạt nhân tích điện đương Cần phải tốn công để đẩy electron xa hạt nhân nên electron xa hạt nhân cao Khơng giống đồng nước chảy liên tục từ đồi, biến đổi electron xảy giai đoạn có lượng lượng xác định Một electron có lượng lượng định giống bóng bậc cầu thang (Hình 2.8a) Quả bóng khác phụ thuộc vào bậc cầu thang khơng thể đừng lại lâu bậc Tương tự vậy, xác định mức lượng tồn bậc lượng Mức lượng electron cách trung bình tính từ hạt nhân electron Electron khơng thể tương quan với khoảng Các electron tìm thay cdc I6p electron khác nhau, lớp có khoảng (a) Quả bóng rơi xuống theo bậc cầu thang cho ta hình ảnh tương tự mức lượng electron bóng nghỉ bậc nghỉ bậc Lớp thứ ba (mức lượng cao nhất) Lớp thứ hai (mức lượng cao hơn) Lớp thứ (mức lượng thấp nhất) Hạt nhân, nguyên tử (b) Electron cé thể nhảy từ mức lượng sang mức lượng khác lượng thu vào mức sai khác mức lượng hai lớp Các mũi tên cho thấy số bước chuyển mức xảy A Hinh 2.8 Các mức lượng electron Các electron tồn mức xác định gọi lớp electron cách trung bình đặc trưng mức lượng đặc trưng Trên sơ đồ, lớp biểu diễn vịng trịn đồng tâm (Hình 2.8b) Lớp hạt nhân electron lớp nhỏ Các electron lớp thứ hai có lượng electron lớp thứ ba có thứ gần nhiều năng lượng lớn Electron thay đổi lớp cách mức vị trí nhảy hấp thụ lượng sai khác vị trí lớp Khi electron hap thụ sang lớp xa hạt nhân Ví dụ, lượng năng với lớp cũ lượng, lượng ánh sáng kích thích electron chuyển sang mức lượng cao (Thực tế, bước thứ xảy xanh khai thác lượng ánh sáng mặt trời để quang hợp - trình sản xuất thức ăn từ carbon dioxide va nuéc) Khi electron lượng, "quay trở lại” lớp gần hạt nhân hơn, lượng thường giải phóng vào mơi trường dạng nhiệt Ví dụ, ánh sáng mặt trời kích thích electron bể mặt xe tô lên mức lượng cao Khi electron quay lại mức lượng cũ, bề mặt xe toả nhiệt Năng lượng nhiệt truyền vào khơng khí, đến tay bạn bạn xờ vào xe Sự phân bố electron tính chất Tính chất hố học nguyên tử phân bố electron lớp nguyên tử Bất đầu với hydrogen, nguyên hoá học xác định electron tử đơn giản CHƯƠNG HAI _ Khía cạnh hố học sống 35 Khối lượng nguyên tử A Hinh 2.9 So dé phan bé electron 18 nguyên tố bảng hệ thống tuần hoàn Trong bảng hệ thống tuần hồn chuẩn (xem Phụ lục B), thơng tin nguyên tố trình bày hình rời cho helium Trong sơ đồ bảng này, electron ký hiệu chấm màu vàng lớp electron vòng tròn đồng tâm Sơ đồ thuận tiện để minh hoạ phân bố electron lớp electron, nhiên, mơ hình đơn giản hố khơng cho thấy xác hình dạng ngun tử vị trí electron nó, Các nguyên tổ xếp theo hàng, hàng cho thấy xây dựng nên nhất, hình dung việc ngun tử ngun tố khác bảng cách lần thêm | proton va electron (cùng với số neutron tương ứng) Hình 2.9, phiên tóm tắt gọi bảng tuần hồn nguyên tố, cho thấy phân bố electron 18 nguyên tố đầu tiên, từ hydrogen (,H) đến argon („Ar) Các nguyên tố xếp thành ba hàng, chu kỳ, tương ứng với số lớp electron nguyên tử chúng Trình tự từ trái sang phải nguyên tố hàng tương ứng với bổ sung theo trình tự electron proton (Để biết toàn hệ thống tuần hoàn, xem Phụ lục B) Mot electron hydrogen electron helium nằm lớp electron Các electron, giống vật chất, có xu hướng tồn trạng thái thấp Trong nguyên tử, trạng thái lớp thứ Tuy nhiên, lớp thứ không giữ hon electron; vi thé hydrogen va helium nguyên tố hàng bảng Nguyên tử có electron phải sử dụng lớp electron cao lớp thứ đầy Nguyên tố thứ ba, lithium, co electron Hai electron lap day Idp thit nhat cn electron Số thứ tự nguyên tử ~~ sale He 400 Ẻ _— Biểu tượng nguyêntố lấ Sơ đồ phân bố———— ` electron Ý lấp day dần lớp electron Khi electron thêm vào, chúng chiếm giữ lớp electron thấp = Chỉ số nguyên tửcủa magnesium có electron? No co lớp electron? Nó có electron hố trị? Hoạt động hoá học nguyên tử phụ thuộc chủ yếu vào số electron lớp Chúng ta gọi electron lớp ngồi electron hố trị lớp electron ngồi lớp hố trị Trong trường hợp lithium, có electron hố trị lớp thứ hai lớp hố trị Các ngun tử có số electron lớp hoá trị chúng biểu hoạt động hoá học giống Vi du, fluorine (F) chlorine (Cl) có electron hố trị hai tạo hợp chất kết hợp với natri (xem Hình 2.3) Ngun tử có lớp hố trị hồn chỉnh khơng hoạt động hố học mạnh; nghĩa khơng sản sàng tương tác với ngun tử khác Ở góc phải bảng tuần hồn Hình 2.9 ba nguyên tố helium, neon va argon có lớp hố trị đầy Các ngun tố coi rrơ, nghĩa khơng hoạt động hố học Tất nguyên tố khác Hình 2.9 hoạt động hố học chúng có lớp hố trị khơng hồn chỉnh thứ ba chiếm giữ lớp thứ hai Lớp thứ hai giữ tối đa Quỹ đạo electron Vao đầu nam 1900, lớp electron ngun tử hình tượng hố đường quay đồng tâm electron quanh hạt nhân, tương tự lớp thứ hai có tổng cộng 10 electron hai chiều vòng tròn đồng tâm để thể lớp electron Neon đứng cuối hàng thứ hai có electron 36 PHAN1 Hoa hoc sy s6ng hành tỉnh quay quanh mặt trời Việc dùng sơ đồ (a) So đồ phân bố electron Sơ đồ phân bố electron Neon véi hai lớp electron (10 electron) nguyên tử neon; có 10 electron Mỗi vòng tròn đồng tâm lớp electron; lớp electron phân nhỏ thành quỹ đạo electron ˆ (b) Các quỹ đạo electron tách biệt Hình ảnh ba chiều quỹ đạo electron - thể tích khoảng khơng gian nơi electron ngun tử tìm thấy Mỗi quỹ đạo giữ tối đa electron Lớp electron thứ bên trái có quỹ đạo hình cầu (s), ký hiệu 1s Lớp thứ hai bên phải có quỹ đạo lớn (lớp thứ hai ký hiệu 2s) cộng với ba quy đạo hình tạ gọi quỹ đạo p (ký hiệu 2p cho lớp thứ hai) Ba quỹ đạo 2p nằm vng góc với theo trục tưởng tượng a sme x-, y- z- nguyên tử Mỗi quỹ đạo 2p thể màu khác | Quy dao ts (c) Lồng ghép quỹ đạo Để có hình ảnh hồn chỉnh quỹ đạo electron neon, lồng quỳ đạo 1s lớp thứ nhất, quỹ đạo 2s 2p lớp thứ hai với | Quy dao 2s Các quỹ đạo 1s, 2s 2p Á Hình 2.10 Các quỹ đạo electron electron Hình 2.9 cịn thuận tiện Tuy gian khác Tính hoạt động hố học ngun tử có nguồn ỐC từ có mặt electron khơng có đơi nhiều quỹ đạo lớp electron chúng Như bạn nhiên, bạn cần phải nhớ rằng, vòng tròn đồng tâm thể khoảng cách trung bình electron lớp hạt nhân Theo đó, sơ đồ đường trịn đồng tâm khơng'cho tranh thật nguyên tử Trong thực tế, khơng biết thấy phân sau, nguyên tử tương tác theo cách để hồn chỉnh lớp hố trị chúng Khi chúng làm điều thi cdc electron khơng có đơi tham gia vào vị trí xác electron Thay vào đó, điều làm mơ tả khoảng khơng gian ©lectron lại lâu Khoảng không gian ba chiều, nơi khoảng 90% thời gian ta tìm thấy electron gọi quỹ đạo Lớp electron mức lượng cụ thể chứa electron phân bố theo số lượng quỹ đạo đặc trưng, có hình dạng định hướng khác Hình 2.10 cho thấy quỹ đạo neon ví dụ Bạn cho quỹ đạo thành phần lớp electron Lớp TT nitrogen có neutron Chất đồng vị phóng xạ nitrogen có neutron Hãy viết số nguyên tử số khối lượng nitrogen phóng xạ đưới dạng biểu tượng hoá học số chúng dịch chuyển thể tích khơng Fluorine có electron? Có lớp electron? Ké tén lớp bị chiếm giữ Cân electron để làm lớp hố trị? Khơng thể có hai electron chiếm giữ quỹ đạo Vì thế, lớp electron thứ đủ chỗ cho electron quỹ đạo Electron đơn độc nguyên tử hydrogen chiếm quỹ đạo 1s, giống electron nguyên tử helium Bốn quỹ đạo lớp electron thứ hai giữ electron Các electron quỹ đạo số bốn quỹ đạo gần có lượng 22 TL Nguyên tử nitrogen có proton chất đồng vị phổ biến hình cầu lớn (gọi 2s) ba quỹ đạo hình tạ p (gọi quỹ đạo 2p) (Lớp thứ ba lớp electron cao có quỹ đạo s p có thêm quỹ đạo khác, hình dạng phức tạp hơn) HT Nguyên tử lithium có proton neutron Khối lượng ngun tử tính đalton bao nhiêu? ©lectron thứ có quỹ đạo hình cầu (gọi Is), lớp thứ hai có bốn quỹ đạo: quỹ đạo Ba quỹ đạo 2p Trên Hình 2.9, có hai nhiều nguyên tố hàng, chúng có điểm gi chung? Néu có hai nhiều nguyên tố cột, chúng có điểm chung? Câu trả lời có Phụ lục A CHƯƠNG HAI Khia cạnh hoá học sống 37 tạo thành phân tử Trong trường hợp phân tử 2.3 hydrogen Sự hình thành chức phân tử phụ thuộc vào liên kết hoá học nguyên tử hợp chất ion Các nguyên tử với lớp electron hố trị khơng hồn chỉnh tương tác với nguyên tử khác cho để đối tác hồn chỉnh hố trị mình: Các ngun tử, electron hoá trị truyền chúng Các thường làm cho nguyên tử đứng nhờ hấp dẫn gọi mối liên kết hoá cho electron ngồi Có lẽ bạn thấy sơ đồ gọi sơ đồ cấu trúc dấu chấm Lewis sách hoá học Cấu trúc đấu chấm Lewis phân tử hydrogen, H:H, thể Hình 2.12a Chúng ta biểu diễn cấu trúc phân tử hydrogen Bây giờ, tìm hiểu cấu trúc nguyên tử, dịch lên theo thang phân cấp tổ chức xem nguyên tử kết hợp lại để tạo nên phân tử lớp sẻ chung tương tác Su chia sé electron c6 thé biểu diễn cách dùng biểu tượng nguyên tố với dấu chấm tượng trưng chia mối gần học Loại liên kết hoá học mạnh liên kết cộng hoá trị liên kết ion H-H, với dấu gạch ngang mội kết cộng hoá trị, hay gọi đơn giản liên kết đơn - nghĩa cặp electron nguyên tử liên kết góp chung Ký hiệu thể gọi cơng thức cấu tạo Thậm chí cịn viết gọn H, - công thức phân tử cho thấy phân tử cấu tạo từ hai nguyên tử hydrogen Oxygen có clectron lớp electron thứ hai và, cân electron để hồn chỉnh lớp chức nang Hai nguyên tử oxygen tạo thành phân tử cách chia sẻ hai cấp electron hố trị (Hình 2.12b) Như vậy, nguyên tử liên kết gọi liên kết hố trị đơi, liên kết đơi Liên kết cơng hố trị Liên kết cộng hố trị hai nguyên tử chia sẻ cặp electron Ví dụ, xem điều xảy hai nguyên tử hydrogen tiến tới Nhớ lại rằng, hydrogen có Ï electron hod tri lớp thứ nhất, nhiên khả mang duoc electron Khi hai nguyén tir hydrogen dén dit gan để quỹ đạo 1s chúng phủ lên chúng chia sẻ electron chúng (Hình 2.11) Lúc này, nguyên tử hydrogen có electron liên kết với nó, đủ số lượng cho lớp hố trị hoàn chỉnh Hai nhiều nguyên tử kết hợp lại nhờ liên kết cộng hoá trị ẤỞ Trong nguyên tử hydrogen, mot electron trụ lại quỹ đạo nhờ hấp dẫn với proton hat nhan 'Ê) Khi hai nguyên tử hydrogen tiến đến nhau, electron nguyên tử bị hấp Các nguyên tử hydrogen (2H) (a) Hydrogen (H,) Hai ngun tử hydrogen hình thành liên kết đơn (b) Oxygen (0,) Hai nguyên tử oxygen ¢ electron dé hinh ø—o cing chia sé cặpC® thành liên kết đơi (c) Nước (H,©) Hai ngun tử hydrogen nguyên tử oxygen kết hợp lại liên kết cộng hoá trị tạo phân tử nước \ (d) Methane (CH,) Bốn nguyên tử hydrogen đáp ứng hoá trị cho nguyên dẫn proton hạt nhân tử carbon, tạo Hai electron trở lên dùng chung nhờ liên kết cộng hoá trị, tạo nên phân tử H, | thành methane Á Hình 2.12 Liên kết hoá trị bốn loại phân tử Liên kết hố trị đơn bao gồm cặp electron góp chung Nói chung, số electron cần để hồn chỉnh lớp hố trị nguyên tử xác định Phân tử hydrogen (H;) À 38 Hình 2.11 Sự hình thành liên kết cộng hố trị PHAN1 Hoa hocsuséng ngun tử hình thành liên kết Có bốn cách thể liên kết; mơ hình khơng gian gần với hình dạng thực phân tử (xem thêm Hình 2.17) Mỗi ngun tử chia sé electron hố Vì oxygen (O) có độ âm điện cao hydrogen (H) nên ©lectron góp chung bị kéo phía oxygen mạnh trị, có khả tạosố liên kết tương ứng với số liên kết hoá trị mà nguyên tử hình thành Khi liên kết oe hình thành, chúng bù thêm electron vao lớp hố trị cho đầy đủ Ví dụ, khả hình thành liên kết oxygen Điều tạo nên tích điện âm Khả hình thành liên kết gọi hố trị ngun tử thường với số electron cân ' phần ngun tử ghép đơi để hồn chỉnh lớp ngồi (lớp hố trị) Hãy xem bạn xác định hoá trị hydrogen, oXygen, nitrogen carbon cách xem xét sơ đồ phâ n 5H bố electron Hình 2.9 khơng Bạn thấy rằng, hoá trị hydrogen l; oxygen 2; nitrogen Á Hình 2.13 Các liên kết cộng hố trị phân cực phtử ân nước carbon Tuy nhiên, có trường hợp phức tạp hơn, phosphorus (P) - nguyên tố quan trị phân cực Những liên kết thay đổi tính trọng khác sống Phosphorus có hố thấy có electron khơng ghép đ: lớp hố trị Tuy nhiên, phân tử có ý nghĩa sinh học quan trọng, phosphorus tạo ba liên kết đơn liên kết đơi Vì vậy, có hố trị Các phân tử H, O, nguyên tố tỉnh khiết so với hợp chất, hợp chất kết hợp hai nhiều nguyên tố khác Nước có cơng thức hố học H,O hợp chất Cần hai nguyên tử hydrogen để đáp ứng hoá trị cho nguyên tử oxygen Hình 2.12c cho thấy cấu trúc phân tử nước Nước quan trọng sống nên Chương giành riêng để trình bày cấu trúc hoạt động Một phân tử hợp chất khác methane - thành phan chủ yếu khí tự nhiên, có cơng thức phân tử CH, (Hình 2.12d) Mỗi phân tử gồm nguyên tử hydrogen hoa tri I nguyén tircarbon hod tri Ching ta sé tìm hiểu nhiều hợp chất khác carbon Chương Kha nang hut electron cia mot loại nguyên tử định liên kết hoá trị gọi độ âm điện Một nguyên tử có độ âm điện lớn, kéo mạnh electron góp chung vẻ phía Trong liên kết cộng hố trị hai nguyên tử nguyên tố, lực kéo electron góp chung hai phía cân nhau; hai ngun tử cân vẻ độ âm điện Kiểu liên kết, @ Electron hoa tri đơn độc natri truyền sang kết hợp với electron electron góp chung sử dụng cân nguyên tử ết phân oe rư.c bằng, gọi kết cộng hoá trị H, la khong phan cuc, giéng liên kết đôi O Tuy nhiên, hợp chất khác, nguyên tử liên kết với nguyên tử khác có độ âm điện lớn electron liên kết không chia sẻ Kiểu liên kết gọi liên kết hố chlorine phân cực chúng, phụ thuộc vào độ âm điện tương đối hai nguyên tử Ví dụ, liên kết nguyên tử oxygen với hai nguyên tử hydrogen phân tử nước phân cực (Hình 2.13) Oxygen SỐ nguyên tố có độ âm điện cao số tất nguyên tố; hút electron góp chung mạnh hydrogen nhiều Trong liên kết cộng hoá trị oxygen va hydrogen, céc electron nam gần hạt nhân oxygen lau hon so với nằm gần hạt nhân hydrogen Vi cdc electron tích điện âm nên chia sẻ khơng ©lectron phân tử nước làm cho nguyên tử oxygen tich điện âm phần (được biểu diễn chữ Hy Lạp với dấu trừ, ỗ-, hay '*delta trừ"), nguyên tử hydrogen tích điện dương phan (5+, hay ‘‘delta cộng``) Ngược lại, liên kết methane (CH,) it phan cuc hon nhiéu vi carbon va hydrogen rat khác mức điện tích âm so với oxygen hydrogen Liên kết ion Trong số trường hợp, hai nguyên tử khơng cân độ hút electron hố trị tới mức ngun tử có độ âm điện cao hồn tồn giành lấy electron khỏi đối tác Đó điều xảy nguyên tử natri (,,Na) phản ứng với chlorine (;CI) (Hình 2.14) Ngun tử natri có tổng số II electron với electron hố trị © Mỗi ion tạo có lớp hố trị hồn chỉnh Liên kết ion hình thành ion tích điện trái dấu + liên cộng hố trị khơng cực Ví dụ, liên i H20 ` oxygen tích điện dương phần /_ nguyên tử hydrogen = $( ©) © Na Nguyên tử natri a Nguyên tử chlorine \ lon natri (cation) - Natri a < - ton chlorine (anion) chloride (NaCl) Á Hình 2.14 Sự truyền electron hình thành liên kết ion Lực hút nguyên tử trái dấu, ion, liên kết ion Liên kết ion hình thành hai ion tích điện trái dấu, chí kh chúng hình thành chuyền electron từ phân tử sang phân tử khác, CHƯƠNG HAI _ Khía cạnh hoá học sống 39 hoá trị lớp electron thứ ba Nguyên tử chlorine có tổng số 17 electron với electron lớp hoá trị Khi hai nguyên yền tử gặp nhau, electron đơn độc natri tru nguyên tử có lớp sang nguyên tử chlorine hai thứ hố trị hồn chỉnh (Vì natri khơng cịn electron lớp ba nên lúc lớp thứ hai lớp hoá trị.) Sự truyền electron hai nguyên tử làm dịch ne chuyển đơn vị điện tích âm từ natri sang chlori Lúc natri, với 11 proton có 10 electron, tích có điện tích thật I+ Ngun tử (hoặc phân tử) điện gọi ion Khi tích điện dương, ion có tên gọi riêng cation; nguyên tử natri trở cation Nguoc lại, nguyén tr chlorine lúc nay, thu thém mot electron thừa, có 17 proton 18 electron, có điện tích thật I- Nó trở thành ion chlorine - anion, hay ion tích điện âm atio i n cácá Do tích điện trái dấu chúng, anion hấp dẫn nhau; hấp dẫn gọi liên kết hình thành liên ion Sự truyền electron kết mà cho phép liên kết hình thành tạo loại ion Bất kỳ hai ion tích điện trái đấu hai hình thành liên kết ion Các ion tích điện khơng phải nhờ truyền electron cho Các hợp chất hình thành liên kết ion Chúng ta biết hợp gọi hợp chất ion, hay mu chat ion natri chloride (NaCl) mudi an (Hinh 2.15) g Các muối thường tìm thấy tự nhiên dạn tỉnh thể có hình dạng kích thước khác Mỗi tỉnh thể muối tích tụ lượng lớn cation anion liên kết lại hấp dẫn điện chúng xếp chồng lớp theo không gian ba chiều Không giống c hợp chất liên kết cộng hố trị thường có kích thướ số lượng nguyên tử xác định, hợp chất ion khơng íu tạo từ phân tử theo nghĩa Công thứ biểu diễn hợp chất ion, NaCl, chi cho thay ty lệ nguyên tố tỉnh thể muối "NaCT” tự phân tử Không phải tất muối có số lượng cation anion Ví dụ, hợp chất ion magnesium chloride (MgCl) co hai ion chlorine cho mot ion magnesium Magnesium (,,.Mg) phải electron ngồi để h hồn chỉnh lớp hố trị nên có xu hướng trở thàn cation với điện tích thật 2+ (Mg**) Vì vậy, cation on magnesium tạo liên kết ion với hai ani chlorine “Thuật ngữ ion cling 4p dụng cho tồn phân tử tích điện Ví dụ, muối ammonium chloride (NH,CI), lại anion 1a ion chlorine (Cl-) cation amonia (NH,*) gồm nguyên tử nirogen liên kết cộng hố m có trị với bốn ngun tử hydrogen Tồn ion amoniu điện tích I+ di | electron Mơi trường tác động đến độ bền liên kết ion liên kết khoẻ tới mức cần búa Ở nh thể muối khô, đục để phá cục tỉnh thể làm đôi Tuy nhiên, cục tỉnh thể hồ vào nước liên kết ion yếu nhiều ion bị chia sẻ phần mối tương tác với phân tử nước Phần lớn thuốc bệnh bên vững khô sản xuất dạng muối chúng dàng tách nước Ở chương sau, có thị biết nước hoà tan muối thể Các liên kết hoá học yếu Trong thể, hầu hết liên kết hoá học mạnh liên kết cộng hoá trị, chúng kết nối nguyên tử để tạo nên phân tử tế bào Nhưng liên kết yếu bên ‘a phân tử khơng thể thiếu tế bào, đóng góp to lớn cho hình thành đặc tính trội sống Hầu h c phân tử sinh liên học lớn giữ dạng hoạt động chức nhờ kết yếu Ngoài ra, hai phân tử tế bào tiếp xúc, thuận chúng gắn bó tạm thời nhờ liên kết yếu Tính nghịch liên kết yếu có t š ưu thế: Hai phân tử đến với đáp lại theo cách sau tách Những kiểu liên kết hố học yếu định có ý nghĩa quan trọng thể Một kiểu liên kết ion ta tồn ion hoà tan nước mà chúng liên kết yếu khác, gọi liên kết vừa thảo luận Loại hydrogen, có ý nghĩa định sống Liên kết hydrogen loại liên kết hoá học hoá học xứng sống, liên kết hydrogen quan trọng tới mức chúng hình đáng quan tâm đặc biệt Liên kết hydrogen trị thành nguyên tử hydrogen liên kết cộng hoá với nguyên tử có độ âm điện, bị hút tới nguyên đối tác tử có độ âm điện khác Trong tế bào sống, có độ âm điện thường oxygen nitrogen Tham khảo Hình 2.16 để kiểm tra trường hợp liên kết (NH,) hydrogen đơn giản nước (H,O) va ammonia Ở chương sau, thấy liên kết hydrogen phân tử nước cho phép số côn trùng nước Tương tác Van der Waals A Hinh 2.15Tinh thể natri chioride Các ion natri (Na') ion chloride (CI) liên kết lại nhờ liên kết ion Công thức Nacl cho ta thay ty Ié Na* so vai CI la 1:1 40 PHAN Hoá học sống trị Thậm chí phân tử với liên kết cộng hố điện khơng phân cực có vùng tích khơng âm vùng tích điện đương Các electron qugag Ế Bấdúỹ điob Kết hợp bổn quỷ đạo Nước (H,O) Liên kết hydrogen tạo hấp dẫn nguyên tử hydrogen tích điện dương phần nước nguyên tử Khối tứ diện nitrogen tich điện âm phần ammonia Ammonia (NH;} hoa tri phối hợp tham gia vào hình thành liên kết hoá trị tạo nên khối tứ diện kết hợp quỹ đạo Các quỹ đạo mở rộng tới bốn góc khối tứ diện tưởng tượng (nét màu đỏ) Bt A Hinh 2.16 Lién két hydrogen Mơ hình WEEEting cong thite cd tao a8 v8 nam phân tử nước tích điện phần; cho thấy chúng tạo liên kết hydrogen với phải phân bố đối xứng phần phần phân tử Kết ln có biến đổi tích điện âm dương vùng làm cho nguyên tử phân tử hấp dẫn Các tương tác van deer Waals yếu xảy phân tử nguyên tử gần Cho dù chúng yếu gần người ta thấy tương tác van deer Waals làm cho thạch sùng (hình bên trái) có khả leo ngược lên tường Mơi ngón chân thạch sùng có hàng trăm nghìn lơng nhỏ với nhiều mấu lồi đỉnh lông làm tăng diện tích bề mặt Rõ ràng, tương tác van deer Waals phân tử đỉnh lông phân tử bề mặt tường nhiều tới mức, cho dù tương tác yếu, hợp lại chúng nâng đỡ trọng lượng thể thạch sùng Các tương tác van deer Waals, liên kết hydrogen, liên kết ion nước ic liên kết yếu khác hình thành khơng phân tử mà vùng khác phân tử lớn protein Cho dù liên kết yẻu hiệu cộng gộp chúng trì hình dạng ba chiều phân tử lớn Bạn học nhiều vai trò sinh học quan trọng liên kết yếu Chương Hình dạng phân tử chức Phân tử có kích thước hình dạng đặc trưng khơng gian Hình dạng xác phân tử thường quan trọng chức tế bào sống Mơhình Mơ hình quỹ đạo lai (chống lên mỏ hình bóng que) bóng que' Cặp electron — không tham AN gia liên kết phân tử vậy; thời điểm chúng ngẫu nhiên tích tụ ứng (a) Kết hợp quỹ đạo Một quỹ đạo s ba quỹ đạo p lớp Hy 104,55 ^H Nước (H;O) ‘Methane (CH,) (b) Các mơ hình hình dạng phân tử Ba mơ hình cho thấy hình dạng phân tử nước methane Vị trí quỹ đạo lai xác định hình dạng phân tử Á Hinh 2.17.Hình dạng phân tử quỹ đạo lai xác định Một phân tử cấu tạo từ hai nguyên tử H, O, thẳng, phân tử với hai nguyên tử có hình dạng phức tạp nhiều Hình dạng xác định vị trí quỹ đạo nguyên tử Khi nguyên tử tạo liên kết cộng hố trị quỹ đạo lớp hố trị sáp xếp lại Đối với nguyên tử có electron hố trị quỹ đạo s p (xem lại Hình 2.10) quỹ đạo s ba quỹ đạo p kết hợp lại tạo bốn quỹ đạo lai có hình dạng giống giọt nước mắt tỏa từ vùng hạt nhân nguyên tử (Hình 2.17a) Nếu nối phân đầu to giot nước mắt đường thẳng, vẽ hình hình học gọi hình tứ diện, giống hình tháp Đối với phân tử nước (H.O) hai quỹ đạo lai lớp hoá trị nguyên tử oxygen chia sẻ chung với nguyên tử hydrogen (Hình 2.17b) Kết phân tử có hình dạng hình chữ V với hai liên kết hoá trị tách với góc 104,5°, CHƯƠNG HAI _ Khía cạnh hố học sống 41 Phan ttt methane (CH,) có hình dang giống hình tứ diện phức tạp tất bốn quỹ đạo lai carbon chia sẻ với nguyên tử hydrogen (xem Hình 17b) Hạt nhân carbon trung tâm với bốn liên kết cộng hoá trị toả tới hạt nhân hydrogen đến góc khối tứ diện Những phân tử lớn chứa nhiều nguyên tử sống carbon, bao gồm nhiều phân tử cấu tạo nên vật chất nói chung, có hình dạng phức tạp Tuy nhiên, hình tứ diện nguyên tử carbon liên kết với bốn nguyên tử khác thường motif lặp lập lại bên phân tử Hình dạng phân tử quan trọng sinh học, xác định phân tử sinh học nhận biết đáp ứng đặc hiệu Chỉ phân tử có hình dạng yếu với bổ sung hình thành liên kết Chúng ta thấy tính đặc hiệu tác động thuốc gây nghiện - loại thuốc có nguồn gốc từ thuốc phiện Tác động ma túy thuốc phiện biết từ thời cổ đại Vào năm 1800, morphine tách chiết từ thuốc phiện heroin tổng hợp từ morphine Khoá màu Hl Carbon BBE Hydrogen Hl Nitrogen ÏŠỐ Lưuhuÿnh HB oxygen Endorphin tự nhiên Morphine Các thuốc gây nghiện làm dịu đau thay cảm giác đau trạng thái hưng phấn phân tử thụ thể đặc hiệu bể mặt Tại tế bào thân kinh lại mang nghiện - hợp chất mà thể chúng cách gắn với tế bào thần kinh thụ thể thuốc gây ta không tạo ra? Kham pha endorphin năm 1975 trả lời cho câu hỏi Endorphin phân tử tín hiệu tuyến yên tạo để gắn với thụ thể làm giảm đau tạo trạng thái hưng phấn thời điểm có stress tập luyện cường độ chất gây nghiện có hình dạng giống cao Hố với endorphin bắt chước chúng cách gắn với thụ thể endorphin não Đó lý chất gây nghiện endorphin lại có tác động tương tự (Hình 2.18) Vai trị hình đạng phân tử hoá học não minh hoạ cho mối quan hệ cấu trúc chức 2.3 I Tại cấu trúc ý nghĩa mặt hố học? H-C=C-H Cái giữ cho nguyên tử tỉnh thể magnesium chloride (MgCI,) kết hợp với nhau? Neu ban nhà nghiên cứu dược học, 3, EERSTE bạn lại muốn nghiên cứu hình dạng ba chiều phân tử tín hiệu có tự nhiên? Câu trả lời có Phụ lục A 24 a Các phản ứng hoá học tạo phá vỡ liên kết hoá học (a) Cấu trúc endorphin morphine Phần nằm hộp phan ti endorphin (trái) liên kết với phân tử chất nhận tế bào đích não Phần hộp phản tử morphine (phải) có cấu trúc giống liên kết hoá học, dẫn đến thay Việc tạo phá vỡ đổi thành phần vật chất gọi phản ứng hố học Một ví dụ phản ứng hydrogen oxygen tạo thành nước: 39 q@—~d2b oo 2H; + Chất phản ứng °% ————* Phan dng ` 2H,0 Sản phẩm (b) Gắn kết với chất nhận endorphin Cả endorphin morphine gắn với thụ thể endorphin bế mặt tế bào não Phản ứng phá vỡ liên kết cộng hoá trị H, O, tạo nên liên kết H,O Khi viết Á Hình 2.18 Sự bắt chước phân tit Morphine tác động đến hoá vật chất khởi đầu, gọi chất phản ứng, nhận thức cảm giác đau trạng thái cảm xúc cách bắt chước endorphin tự nhiên não 42 PHAN1 — Hod hoc su sống phản ứng hoá học, dùng, mũi tên để chuyển đến sản phẩm Các hệ số số phân tử tham gia vào phản ứng; ví dụ, hệ số đứng trước H, có nghĩa phản ứng bắt đầu với hai phân tử hydrogen Chui ý rằng, tất ác nguyên tử chất phản ứng phải tính đến ải thích cho sản phẩm Vật chất bảo tồn phản ứng hoá học: Các phản ứng tạo hay phá hủy vật chất mà cấu trúc lại Sự quang hợp xảy tế bào mô xanh ví dụ đặc biệt quan trọng cho thấy phản ứng cấu trúc lại vật chất Con người động vật khác, cuối cùng, phụ thuộc vào quang hop tao thie an va oxygen, va qué tinh n lảng hâu hết hệ sinh thái Phương trình hố học vắn tắt khái qt q trình quang hợp: CO, +6H,O —> CH,,0, +6 O, Ngun liệu thơ q trình quang hợp carbon dioxide (CO,) lấy từ khơng khí, nước (H,O) hấp thụ từ đất Bên tế bào thực ánh sáng chuyển hố chất thành đường gọi (C,H,,0,) phan tit oxygen (O,) - sản phẩm kèm mà xanh giải phóng vào mơi trường xung quanh (Hình 2.19) Mặc dù trình quang hợp thực chuỗi phản ứng hoá học kết thúc với số lượng loại nguyên tử mà có lúc khởi đâu Vật chất đơn giản xếp lại nhờ lượng ánh sáng mặt trời cung cấp Tất phản ứng hoá học thuận nghịch với sản phẩm phản ứng thuận trở thành chất phản ứng phản ứng nghịch Ví dụ, phân tử hydrogen nitrogen kết hợp để tạo nên ammonia, ammonia nitrogen: phân huỷ sinh hydrogen 3H,+N,==>2NH, Mũi tên hai chiều cho thấy phản ứng thuận nghịch Một nhân tố tác động đến tốc độ phản ứng nồng độ chất phản ứng Nông độ phân tử chất phản ứng cao chúng va chạm nhiều có phản ứng tạo nên sản phẩm Với sản phẩm Khi sản phẩm tích tụ lại, va chạm gây phản ứng nghịch trở nên thường xuyên Cuối cùng, phản ứng thuận nghịch có tốc độ cân nồng độ tương ứng sản phẩm chất phản ứng không thay đổi Điểm, mà phản ứng thuận nghịch thay cách xác gọi trạng thái cân bàng hố học Đó trạng thái cân độ phản ứng tiếp tục diễn khơng có tác động thực đến nồng độ sản phẩm chất phản ứng Cân bang &tông có nghĩa rằng, chất phản ứng sản phẩm có nồng độ bảng mà có nghĩa rằng, nồng độ chúng giữ ổn định theo có tham gia ammonia đạt ammonia phân huỷ nhanh Trong số phản ứng hoá học; tỷ lệ xác định Phản ứng trạng thái cân chúng tạo điểm cân nằm lệch bên phải đến mức phản ứng chủ yếu diễn theo hướng; nghĩa là, chất phản ứng chuyển hoá thành sản phẩm Chúng ta quay lại chủ đẻ phản ứng hoá học sau nghiên cứu kỹ loại phân tử quan trọng đối ới sống Ở chương sau, tập trung vào nước - chất mà q trình hố học diễn KIỂM TRA KHÁI NIỆM [ide @ Tham khảo phản ứng hydrogen oxygen tao nước thể mơ hình bóng que trang 42 Hãy vẽ cấu trúc dấu chấm Lewis để biểu diễn phản ứng Á Hình 2.19 Sự quang hợp: tái cấu trúc vật chất nhờ sức mạnh mặt trời Elodea, loại thực vật nước ngọt, tạo đường cách xếp lại nguyên tử carbon dioxide nước q trình hố học gọi quang hợp nhờ ánh sáng mặt trời Khí oxygen (O,) sản phẩm kèm q trình quang hợp; ý đến bong bóng khí oxygen từ ảnh Ri Hãy giải thích ảnh liên quan đến chất phản ứng sản phẩm phương trình quang hợp (Bạn học kỹ quang hợp Chương 10) Loại phản ứng diễn nhanh trạng thái cân bằng, phản ứng hình thành sản phẩm từ chất phản ứng, hay phản ứng hình thành chất phản ứng từ sản phẩm? Viết phương trình dùng sản phẩm trình quang hợp làm chất phản ứng chất phản ứng làm sản phẩm Bồ sung lượng sản phẩm khác Phản ứng mơ tả q trình diễn tế bào bạn Mô tả từ ngữ phương trình Phương trình liên quan đến thở nào? | Câu trả lời có Phụ lục A CHƯƠNG HAI Khia canh hoá học sống Ơn tập chương a Sư hình thành chức phân tử phụ thuộc vào liên kết hoá học nguyên tử (tr 38—42) 2.1 EU Liên kết cộng hoá trị Các liên kết hoá học hình thành Vật chất cấu tạo từ nguyên tố hoả học dạng nguyên tử tương tác hồn chỉnh lớp hố trị chúng Liên kết cộng hố trị hình thành cặp điện tử sử dụng chung: tỉnh khiết hợp chất (tr 31-32) ˆ_ Nguyên tố hợp chất Nguyên tố không bị phân nhỏ chất khác Hợp chất chứa hai mặt hoá học thành nhiều nguyên tố khác theo tỷ lệ xác định H-+H —* H:H Liên kết cộng hoá trị đơn Các nguyên tố quan trọng sống Carbon, oxygen >_ 2.3 hydrogen va nitrogen tạo nên khoảng 96% vat chat song 2.2 EE Các phân tử cấu tạo từ hai nhiều nguyên tử liên cộng hoá trị Các electron liên kết cộng hoá trị phân kết cực bị kéo gần tới nguyên tử tích điện âm Nếu hai nguyên tử giống chúng có mức electron âm liên kết cộng hod tri khong phan cực trúc nguyên tử (tr 32-37) Liên kếtion Các đặc tính ngun tố hố học phụ thuộc vào cẩu Cac hat nguyên tử Nguyên tử, đơn vị nhỏ nguyên tố, có thành phần sau: > ——— hình thành, “(®) Hạt nhân Các electron Các proton (tích điện +) xác định nguyên tố ` (tích điện -) Các neutron (khơng tích điện) xác định chất đồng vị XS tạo thành đảm may —_ Nguyên tử tích điện âm xác định tính hoạt đơng hố học nguyên tử Nguyên tử trung lượngên uy tử khối Sống hồ điện có số electron proton nhau; số proton số thứ tự nguyên tử Khối lượng nguyên tử xác đo dalton tổng proton cong vi neutron » Các chất đồng vị Các chất đồng vị nguyên tố khác số neutron, đó, khác vẻ khối lượng Các chất đồng vị khơng bên vững phóng hạt lượng dạng phóng xạ Mức lượng electron Trong nguyên tử, electron chiếm giữ lớp lượng riêng; electron lớp có mức lượng đặc trưng > Su phan bố electron tính chất hố học Sự phân bố eleetron lớp xác định hoạt động hoá học ngun tử Ngun tử có lớp hố trị khơng hồn hố học chỉnh có phản ứng > Quy dao electron Cac electron tôn theo quỹ đạo; khoảng khơng gian ba chiều với hình dạng đặc trưng thành phần lớp electron Nguyên tử natri -_ -_ 44 „ ee Suduyéndi election PHAN1 Hoáhọc sống a Nguyên tử chlorine Nat lon nati (cation) cr lon chloride (anion) Các liên kết hoá học yếu Liên kết hydrogen hấp dẫn nguyên tử hydrogen tích điện dương phần (Š+) nguyên tử tích điện âm (ỗ-) Tương tác van deer Waals xảy giữ vùng tích điện âm dương tam thời phân tử Các liên kết yếu giúp trì hình đạng phân tử lớn giúp cho phân tử dính với ˆ Hình dạng phân tử chức Hình dạng xác định vị trí quỹ đạo hố trị tử Các liên kết cộng hoá trị tạo thành quỹ quy định hình dạng H,O, CH, nhiều phân tử nguyên đạo lai, phân tử sinh học phức tạp khác Hình dạng phân tử thường sở để phân tử sinh học nhận phân tử IE 2.4 Các phản ứng hoá học tạo phá võ liên kết hoá học (tr 42-43) *ˆ Các phản thành lý thuyết, Trang thai ứng thuận ứng hoá n phẩm phản can bang nghịch học biến đổi chất phản ứng bảo tồn vật chất Theo nghịch ứng hoá học thị hoá học đạt tối độ phản KIEM TRA KIEN THUC CUA BAN TU KIEM TRA Trong thuật ngữ nguyên fố vỉ lượng, từ ví lượng có nghĩa a nguyên tố cần với số lượng nhỏ b nguyên tố dùng để đánh dấu nhằm theo dõi nguyên tử qua trình trao đổi chất thể c nguyên tố Trái Đất d nguyên tố tăng cường sức khoẻ không quan trọng tồn lâu dài sinh vật e nguyên tố nhanh chóng qua thể 9, SAGEsi: dụng số electron hoá trị cho nguyên é iu tric Lewis cho môi phan tử giả thiết Dựa vào lớp hoá trị hoàn chỉnh nguyên tử số electron liên kết, xác định công thức phân tử Giải thích phân tử khác không cách xét số liên kết mà nguyên tử tạo a O=C—H So với "'P, chất đồng vị phóng xạ '°P có a số thứ tự nguyên tử khác d nhiều electron b nhiều neutron e tích điện khác dấu c nhiêu proton Có thể biểu diễn nguyên tử đơn giản cách liệt kê số proton, neutron electron - ví dụ, helium: 23°:20/, 2z Liệt kê đưới cho chất đồng vị oxygen 'O? a 6p"; 8n"; Ge d 7p; 2n"; 9ee 10p°; 8u" ; 96- b 8p*; 10n”; 8ec 9p°; 9n"; 9e- Số thứ tự nguyên tử lưu huỳnh 16 Lưu huỳnh kết hợp với hydrogen qua liên kết cộng hoá trị để tạo thành hợp chất hydrogen sulfide Dựa số electron hố trị, phán đốn cơng thức phân tử hợp chất đó: aHS b.HS, cHS dH§, eHS a khoảng cách trung bình lớp electron ngồi tính từ hạt nhân tồn electron khơng ghép đơi lớp hố trị tổng tất lớp electron thé nang lớp hoá t hiệu lượng quỹ đạo s p Khẳng định nguyên tử anion đúng? Nguyên tử có nhiều electron proton b Nguyên tử có nhiều proton electron € Ngun tử có proton so với ngun tử trung hồ ngun tố d Nguyên tử có nhiều neutron proton e Nguyên tử có điện tích thật 1- Những hệ số phải thêm vào chỗ trống để nguyên tử tính đủ sản phẩm? a.1;2 GH,O,——>——CHO+_— b.2;2 c.l;3 đ.1;1 CO, e331 8, Điều khẳng định mô tả phản ứng hoá học đạt trạng thái cân bằng? a, Nong độ cá sản phẩm chất phản ứng b Tốc độ phản ứng thuận nghịch c Ca phản ứng thuận nghịch tạm dừng lại d Lúc phản ứng không thuận nghịch if H—O—C—C=o b H| H| H—C—H—C=o | H Ọ | H d' [ H—N=H Câu trả lời có Phụ lục A LIÊN HỆ VỚI TIẾN HOÁ 16 Tỷ lệ nguyên tố có tự nhiên cấu tạo nên thể người (xem Bảng 2.1) tương tự tỷ lệ nguyên tố sinh vật khác Bạn giải thích cho giống sinh vật? TÌM HIỂU KHOA HỌC 11 Tầm (Bombyx mori) hấp dẫn tầm đực cách tỏa tín hiệu hố học phát tán qua khong Tam Š Tính phản ứng nguyên tử xuất phát từ b c d e duc cach hàng trăm mét phát phân tử bay đến nguồn phát chúng Cơ quan cảm thụ chịu trách nhiệm thực tập tính anten nhìn thấy ảnh Mỗi sợi anten trang bị hàng nghìn tế bào thụ quan để phát c| hấp dẫn sinh dục Dựa bạn học chương này, đưa giả thuyết để giải thích cho khả phát phân tử đặc biệt số nhiều phân tử khác khơng khí tằm đực Giả thuyết bạn có cho phép tiên đốn điều ? Hãy thiết kế thí nghiệm để kiểm tra điều tiên đốn KHOA HỌC, CƠNG NGHỆ VÀ XÃ HỘI 12 Một lần, đợi sân bay, Neil Campbell nghe lời tuyên bố “That hoang tưởng ngu đốt để lo lắng công nghiệp hay nông nghiệp gây ô nhiễm môi trường chất thải hố học Cuối chất cấu tạo từ ngun tử có mơi trường chúng ta” Bạn phản bác lại luận nào? e Khong cịn lại chất phản ứng CHUONG HAI Khía cạnh hoá học sống 45 ... trúc nguyên tử Sự hình thành chức phân tử phụ thuộc vào liên kết hoá học nguyên tử Các phản ứng hoá học tạo phá vỡ liên kết hoá học 2. 1 22 : 2. 3 24 Sự kết nối hoá học với sinh học ừng mưa Amazon... nghiên cứu giống danh mục khoá học trường đại học, tự nhiên không nằm gọn ngành Khoa! học tự Các nhà sinh học nhiên - sinh học, hoá học, vật lý học chuyên nghiên cứusự sống sinh vật môi trường chúng... hướng dùng hai thuật ngữ thay cho CHƯƠNG HAI _ Khía cạnh hố học sống 31 Các nguyên tố quan trọng sống Khoảng 25 số 92 nguyên tố biết quan trọng rbon (C), oxygen sống Chỉ bốn số vat (O), hydrogen