หลกการทางเคมของสงมชวต

The hierarchy of

biological order

from atom to

organism

สสารตางๆในธรรมชาตประกอบดวยธาต

Sodium Chlorine Sodium chloride

The sodium metal combines with the

poisonous gas chlorine to form the edible

compound sodium chloride, or table salt.

+

ธาตทมความจ าเปนตอสงมชวตมมากกวา 25 ชนด แตมเพยง 4 ชนดนนทเปนองคประกอบหลก ไดแก

Carbon ( C)

Hydrogen (H)

Oxygen (O)

Nitrogen (N)

(มากกวา 95 % ของน าหนกตว)

The effect of nitrogen

deficiency in corn

Goiter, iodine

deficiency

ธาตเหลานลวนมความจ าเปนตอสงมชวตทงสน ถาขาดธาตใดธาตหนงอาจท าใหเกดความผดปกตและอาจถงตายได

โครงสรางอะตอม อะตอมเปนโครงสรางทเลกทสดของธาตทมสมบตเฉพาะตวของธาตหนงๆ โครงสรางอะตอมประกอบดวยอนภาคหลก คอ

โปรตอน (Proton)

อเลกตรอน (Electron)

และ นวตรอน (Neutron)

Helium (He) atom

อะตอมของธาตฮเลยม (He) ม proton และ neutron อยางละ 2 อนภาคอยในนวเคลยส และ electron 2 อนภาควงอยรอบนอก

อะตอมของธาตแตละธาตมจ านวนอนภาคตางๆไมเทากน

ใหนสตทบทวน

เรอง ธาต และ อะตอม

ทเรยนในชนมธยมปลายแลวดวยตนเอง

Isotopes

ธาตบรสทธในธรรมชาต ประกอบดวยอะตอมทมจ านวน proton เทากน แตมจ านวน neutron ในนวเคลยสไมเทากน อะตอมเหลานมคณสมบตทางเคมเหมอนกน เรยกอะตอมเหลานวา Isotopes ตวอยางเชน

C ประกอบดวย isotopes ตางกน 3 ชนด ไดแก

C , C , C 12

6

13

6

14

6

C เกดการปลดปลอยพลงงานหรออนภาคออกมาตลอดเวลา หรอมการสลายตว เรยก isotope ทสลายตวไดวา radioactive isotope (สารกมมนตรงส)

Radioactive isotope ของธาตแตละชนดมคาครงชวต (half life) เฉพาะตว นกวทยาศาสตรจงใช radioactive isotope ในการหาอายของซากสงมชวตได

14

6

Using radioactive

isotopes to study

cell chemistry

The PET scan, a medical use for

radioactive isotopes

การรวมกนของอะตอมเปนโมเลกล ดวยแรงยดเหนยวระหวางอะตอมวธตางๆ หรอดวย chemical bond ตางๆ ไดแก

Covalent bond

Hydrogen bond

Ionic bond

Van der Waals interaction

Hydrophobic interaction

ใหนสตทบทวนรายละเอยดดวยตนเอง

Covalent bond

Covalent bond มความแขงแรงมาก ตองใชความรอนสงจงจะท าลายพนธะน ได

Hydrogen bond

เปนพนธะทเกดจากอะตอมของ H+ ทเกดพนธะกบอะตอมทมคา electronegativity สง ท าใหอะตอมของ H+ มประจเปนบวกนอยๆ และพรอมทจะเกดแรงดงดดกบอะตอมทมคา electronegativity สงในโมเลกลอนๆทมประจเปนลบนอยๆ เชน โมเลกลของน า

Polar covalent bonds in a water molecule

H2O

Ionic bond

Ionic bond แรงยดเหนยวระหวางอะตอมเปนผลมาจากแรงดงดดของประจ ดงนนพนธะชนดนมความแขงแรงมาก/นอยขนอยกบสภาพแวดลอมของโมเลกล

ตวอยางเชน โมเลกลของ NaCl ในตวกลางทเปนน า ionic bond ถกท าลายไดงาย เนองจากขวของโมเลกลของน าไปรบกวนแรงดงดดของประจ

Electron transfer and ionic bonding

A sodium

chloride crystal

A hydrogen bond

Van der Waals interaction

Ionic bond

Hydrogen bond

เปน bond ทมความแขงแรงนอย แตมความส าคญมากในสงมชวต เนองจากท าใหสารโมเลกลขนาดใหญ เชน Protein และ Nucleic

acid สามารถคงรปของโครงสรางอยได

ความส าคญของน า

Hydrogen bonds between water molecules

แตละโมเลกลของน าสามารถสราง H-bond กบโมเลกลของน าใกลเคยงไดสงสดถง 4 bonds

การทน าม H-bond เปนจ านวนมากนเอง ท าใหน ามคณสมบตเฉพาะตางจากของเหลวอนๆ

Water transport in plants

Walking on water Evaporative cooling

Oceans and lakes don’t

freeze solid because ice floats

A crystal of table salt

dissolving in water

น าเปนตวท าลายทด โดยเฉพาะอยางยงสารประกอบทมขวหรออออนทมประจ

A water-soluble protein

ความส าคญของ carbon

สารอนทรย (organic molecules) ตางๆในสงมชวต เปนสารทม Carbon เปนองคประกอบแกนกลาง

สาเหตท Carbon สรางสารประกอบตางๆไดหลากหลาย เพราะ อะตอมของ Carbon สามารถสราง covalent bond ไดถง 4

bonds

The shapes of three simple organic molecules

Covalent bond ทเกดขน อาจตอกบอะตอมของ Carbon ใหเปนโมเลกลของสารทเปนสายยาว หรอแตกเปนกง หรอตอเปนวงแหวนกได

ท าใหเกดเปนสารประกอบชนดตางๆทมสมบตแตกตางกน

Variations in carbon skeletons

สารบางชนดอาจมสตรโมเลกลเหมอนกนแตมการเรยงตวของอะตอมแตกตางกน และมสมบตทางเคมและชววทยาแตกตางกน เรยกสารเหลานวา Isomer

Three types

of isomers

นอกจากน functional group กเปนสวนส าคญของโมเลกลซงท าใหสารตางๆมสมบตทางเคมและชววทยาแตกตางกนมากยงขน

A comparison of functional groups of female

(estradiol) and male (testosterone) sex hormones

นอกจากน functional group กเปนสวนส าคญของโมเลกลซงท าใหสารตางๆมสมบตทางเคมและชววทยาแตกตางกนมากยงขน