Informatie

2.12: Atomen - Biologie


Leerresultaten

Leg de structuur en componenten van een atoom uit

Om te begrijpen hoe elementen samenkomen, moeten we eerst de kleinste component of bouwsteen van een element, het atoom, bespreken. Een atoom is de kleinste eenheid van materie die alle chemische eigenschappen van een element behoudt. Eén goudatoom heeft bijvoorbeeld alle eigenschappen van goud omdat het bij kamertemperatuur een vast metaal is. Een gouden munt is gewoon een zeer groot aantal goudatomen die in de vorm van een munt zijn gegoten en kleine hoeveelheden andere elementen bevatten die onzuiverheden worden genoemd. Goudatomen kunnen niet worden afgebroken tot iets kleiners met behoud van de eigenschappen van goud.

Alle atomen bevatten protonen, elektronen en neutronen (Figuur 1). De enige uitzondering is waterstof (H), dat bestaat uit één proton en één elektron.

EEN proton is een positief geladen deeltje dat zich in de bevindt kern (de kern van het atoom) van een atoom en heeft een massa van 1 en een lading van +1.

Neutronen, zoals protonen, bevinden zich in de kern van een atoom. Ze hebben een massa van 1 en geen lading.

Een elektron is een negatief geladen deeltje dat in de ruimte rond de kern reist. Met andere woorden, het bevindt zich buiten de kern. Het heeft een verwaarloosbare massa en een lading van -1.

De positieve (protonen) en negatieve (elektronen) ladingen balanceren elkaar in een neutraal atoom, dat een netto nullading heeft.

Omdat protonen en neutronen elk een massa van 1 hebben, is de massa van een atoom gelijk aan het aantal protonen en neutronen van dat atoom. Het aantal elektronen speelt geen rol in de totale massa, omdat hun massa zo klein is.

Bouw een atoom

Bouw een atoom van protonen, neutronen en elektronen en zie hoe het element, de lading en de massa veranderen. Speel dan een spel om je ideeën te testen!

Een link naar een interactief element vindt u onderaan deze pagina.


Granzymes: een familie van serineproteasen van lymfocytkorrels

Granzymes, een familie van serineproteasen, worden uitsluitend tot expressie gebracht door cytotoxische T-lymfocyten en natural killer (NK)-cellen, componenten van het immuunsysteem die hogere organismen beschermen tegen virale infectie en cellulaire transformatie. Na receptor-gemedieerde conjugaatvorming tussen een granzyme-bevattende cel en een geïnfecteerde of getransformeerde doelcel, komen granzymen de doelcel binnen via endocytose en induceren apoptose. Granzyme B is het krachtigste pro-apoptotische lid van de granzyme-familie. Net als caspasen, cysteïneproteasen die een belangrijke rol spelen bij apoptose, kan het eiwitten splitsen na zure resten, vooral asparaginezuur. Andere granzymen kunnen aanvullende functies hebben en sommige induceren mogelijk geen apoptose. Granzymen zijn alleen goed gekarakteriseerd bij mensen en knaagdieren en kunnen worden gegroepeerd in drie subfamilies op basis van substraatspecificiteit: leden van de granzyme-familie die een enzymatische activiteit hebben die vergelijkbaar is met het serineprotease chymotrypsine, worden gecodeerd door een genencluster genaamd de 'chymase locus' granzymen met trypsine-achtige specificiteiten worden gecodeerd door de 'tryptase-locus' en een derde onderfamilie splitst zich na onvertakte hydrofobe residuen, vooral methionine, en wordt gecodeerd door de 'Met-ase-locus'. Alle granzymen worden gesynthetiseerd als zymogenen en, na knippen van het leiderpeptide, wordt maximale enzymatische activiteit bereikt door verwijdering van een amino-terminaal dipeptide. Ze kunnen allemaal worden geblokkeerd door serineproteaseremmers en onlangs is een nieuwe groep remmers geïdentificeerd: serpinen, waarvan sommige specifiek zijn voor granzymen. Toekomstige studies van serpins kunnen inzicht geven in hoe cellen die granzymes synthetiseren, worden beschermd tegen onbedoelde celzelfmoord.


2 &12. Atomaire structuur (1)

Kies voor elke vraag het antwoord dat u het beste vindt.1. Wat is de juiste definitie van het atoomnummer van een atoom? A. Het totale aantal neutronen en protonen in de kern van een atoomB. Het totale aantal neutronen, protonen en elektronen in een atoomC. Het aantal elektronen in het buitenste energieniveau van een atoom D. Het aantal protonen in de kern van een atoom

Om toegang te krijgen tot de volledige inhoud van deze site, moet u inloggen of u erop abonneren.


2.12: Atomen - Biologie

Een deel van onze verantwoordelijkheid als bètadocenten is om onze bètastudenten te leren hoe ze een goede rentmeester van het milieu kunnen zijn. Ik denk dat de eerste stap is om onze kinderen enthousiast te maken over de levende organismen die deze planeet bewonen. Als biologiedocent doe ik dit elke dag! Elke dag in mijn klas, gooi ik een beetje leuke weetjes, of bespreek de kenmerken van een ongewoon wezen of laat een 1-2 minuten durende video van YouTube zien. Ik doe dit elke dag. Het duurt maar een paar minuten en dan gaan we verder met de les van de dag.

Maar nu zijn we in de tijd van het jaar dat we moeten nadenken over een aantal speciale activiteiten voor Earth Day. Ik heb een reeks PowerPoint-dia's ontwikkeld die ik 'The Mother Nature Awards for the Planet Earth' noem.

De lijst voor de klassen 6-12 wordt geleverd met een werkblad voor studenten om hun eigen onderzoek te doen om een ​​PowerPoint-dia te ontwikkelen voor een Moeder Natuur Award naar eigen keuze. Dit is een leuke huiswerkopdracht voor een cijfer, of voor een mooie extra studiepunt.


Onderwerp 2: Atomic Structure (6 uur) - S & HL Students

2.1 Het kernatoom

Wereldburgers, morele burger - Isotopen van uranium, kernenergie, kernwapens, gebruik van radio-isotopen in de geneeskunde.

  • Leid de structuur van een atoom of ionen af ​​uit kernsymbolen
  • Bereken relatieve atomaire massa's en overvloed aan isotopen op basis van gegeven gegevens

2.2 Elektronenconfiguratie

  • Kan de relatie beschrijven tussen kleur, golflengte, frequentie en energie over het elektromagnetische spectrum
  • Begrijpt het verschil tussen een continu en een lijnspectrum
  • Kan het emissiespectrum van het waterstofatoom beschrijven
  • Kan de vormen van atomaire orbitalen (s & p) herkennen
  • Kan het Aufbau-principe, de regel van Hund en het uitsluitingsprincipe van Pauli toepassen om elektronenconfiguraties te schrijven voor atomen en ionen tot Z = 36
  • Kan het emissiespectrum van het waterstofatoom beschrijven

Onderwerp 12: Atomic Structure (2 uur) - alleen HL-studenten

12.1 Elektronen in atomen

  • Kan problemen oplossen met E = hf
  • Kan de waarde van de eerste ionisatie-energie berekenen uit spectrale gegevens
  • Kan elementgroep afleiden uit ionisatie-energiegegevens
  • een uitleg van trends en discontinuïteiten in de eerste ionisatie-energiegegevens over een periode

Het uitgebreide curriculum is hier te raadplegen.

IB Chemie

  • Onderwerp 1: Stoichiometrische relaties
  • Onderwerp 2 & 12: Atoomstructuur
  • Onderwerp 3 & 13: Periodiciteit
  • Onderwerpen 4 & 14: Bonding
  • Onderwerpen 5 & 15: Energetica
  • Onderwerpen 6 & 16: Kinetiek
  • Onderwerpen 7 & 17: Evenwicht
  • Onderwerpen 8 & 18: Zuren en basen
  • Onderwerpen 9 & 19: Redox-processen
  • Onderwerpen 10 & 20: Organische chemie
  • Onderwerp 11: Meting en gegevensverwerking
  • Optie A: Materialen
  • Laboratoriumvaardigheden
  • IB Chemie Individuele onderzoeken

Laatste video


2.12: Atomen - Biologie

In deze sectie onderzoek je de volgende vragen:

  • Hoe bepaalt de atomaire structuur de eigenschappen van elementen, moleculen en materie?
  • Wat zijn de verschillen tussen ionische bindingen, covalente bindingen, polaire covalente bindingen en waterstofbruggen?

Aansluiting voor AP ® Cursussen

Levende systemen gehoorzamen aan de wetten van scheikunde en natuurkunde. Materie is alles wat ruimte en massa inneemt. De 92 natuurlijk voorkomende elementen hebben unieke eigenschappen en verschillende combinaties ervan creëren moleculen, die samen organellen, cellen, weefsels, orgaansystemen en organismen vormen. Atomen, die bestaan ​​uit protonen, neutronen en elektronen, zijn de kleinste eenheden van materie die al hun kenmerken behouden en het meest stabiel zijn wanneer hun buitenste of valentie-elektronenschillen het maximale aantal elektronen bevatten. Elektronen kunnen worden overgedragen, gedeeld of ladingsverschillen tussen atomen veroorzaken om bindingen te creëren, inclusief ionische, covalente en waterstofbindingen, evenals van del Waals-interacties. Isotopen zijn verschillende vormen van een element die verschillende aantallen neutronen hebben, terwijl ze hetzelfde aantal protonen behouden. Veel isotopen, zoals koolstof-14, zijn radioactief.

De informatie die in dit gedeelte wordt gepresenteerd en de voorbeelden die worden benadrukt, ondersteunen concepten en leerdoelen die worden beschreven in Big Idea 2 van het AP ® Biology Curriculum Framework. De leerdoelen die in het leerplankader worden vermeld, bieden een transparante basis voor de cursus AP ® Biologie, een op onderzoek gebaseerde laboratoriumervaring, educatieve activiteiten en AP ® -examenvragen. Een leerdoel voegt vereiste inhoud samen met een of meer van de zeven wetenschapspraktijken.

Groot idee 2 Biologische systemen gebruiken vrije energie en moleculaire bouwstenen om te groeien, te reproduceren en om dynamische homeostase te behouden.
Blijvend begrip 2.A Voor groei, reproductie en instandhouding van levende systemen is vrije energie en materie nodig.
Essentiële kennis 2.A.1 Alle levende systemen vereisen een constante input van vrije energie.
wetenschap praktijk 4.1 De student kan de selectie verantwoorden van het soort gegevens dat nodig is om een ​​bepaalde wetenschappelijke vraag te beantwoorden.
wetenschap praktijk 6.2 De student kan verklaringen van fenomenen construeren op basis van wetenschappelijke bewijzen.
wetenschap praktijk 6.4 De student kan beweringen en voorspellingen doen over natuurlijke fenomenen op basis van wetenschappelijke theorieën en modellen.
Leerdoel 2.8 De student kan de selectie van gegevens over de soorten moleculen die een dier, plant of bacterie zal opnemen als noodzakelijke bouwstenen en als afvalstof uitscheiden, verantwoorden.

De Science Practice Challenge-vragen bevatten aanvullende testvragen voor dit gedeelte die u zullen helpen bij de voorbereiding op het AP-examen. Deze vragen hebben betrekking op de volgende normen:
[APLO 1.12] [APLO 2.9] [APLO 2.42] [APLO 2.22]

Op het meest fundamentele niveau bestaat het leven uit materie. Materie is elke substantie die ruimte inneemt en massa heeft. Elementen zijn unieke vormen van materie met specifieke chemische en fysische eigenschappen die door gewone chemische reacties niet in kleinere stoffen kunnen worden afgebroken. Er zijn 118 elementen, maar slechts 98 komen van nature voor. De overige elementen worden gesynthetiseerd in laboratoria en zijn onstabiel.

Elk element wordt aangeduid met zijn chemische symbool, dat een enkele hoofdletter is of, wanneer de eerste letter al door een ander element is "genomen", een combinatie van twee letters. Sommige elementen volgen de Engelse term voor het element, zoals C voor koolstof en Ca voor calcium. De chemische symbolen van andere elementen zijn afgeleid van hun Latijnse namen, het symbool voor natrium is bijvoorbeeld Na, verwijzend naar: natrium, het Latijnse woord voor natrium.

De vier elementen die alle levende organismen gemeen hebben, zijn zuurstof (O), koolstof (C), waterstof (H) en stikstof (N). In de niet-levende wereld komen elementen in verschillende verhoudingen voor, en sommige elementen die levende organismen gemeen hebben, zijn relatief zeldzaam op de aarde als geheel, zoals blijkt uit tabel 2.1. De atmosfeer is bijvoorbeeld rijk aan stikstof en zuurstof, maar bevat weinig koolstof en waterstof, terwijl de aardkorst, hoewel deze zuurstof en een kleine hoeveelheid waterstof bevat, weinig stikstof en koolstof bevat. Ondanks hun verschillen in overvloed, gehoorzamen alle elementen en de chemische reacties daartussen aan dezelfde chemische en fysische wetten, ongeacht of ze deel uitmaken van de levende of niet-levende wereld.

Geschat percentage elementen in levende organismen (mensen) in vergelijking met de niet-levende wereld
ElementLeven (mensen)AtmosfeerAardkorst
Zuurstof (O) 65% 21% 46%
Koolstof (C) 18% spoor spoor
Waterstof (H) 10% spoor 0.1%
Stikstof (N) 3% 78% spoor

De structuur van het atoom

Om te begrijpen hoe elementen samenkomen, moeten we eerst de kleinste component of bouwsteen van een element, het atoom, bespreken. Een atoom is de kleinste eenheid van materie die alle chemische eigenschappen van een element behoudt. Eén goudatoom heeft bijvoorbeeld alle eigenschappen van goud omdat het bij kamertemperatuur een vast metaal is. Een gouden munt is gewoon een zeer groot aantal goudatomen die in de vorm van een munt zijn gegoten en kleine hoeveelheden andere elementen bevatten die onzuiverheden worden genoemd. Goudatomen kunnen niet worden afgebroken tot iets kleiners met behoud van de eigenschappen van goud.

Een atoom bestaat uit twee gebieden: de kern, die zich in het midden van het atoom bevindt en protonen en neutronen bevat, en het buitenste gebied van het atoom dat zijn elektronen in een baan rond de kern houdt, zoals geïllustreerd in figuur 2.2. Atomen bevatten onder andere protonen, elektronen en neutronen. De enige uitzondering is waterstof (H), dat is gemaakt van één proton en één elektron zonder neutronen.

Protonen en neutronen hebben ongeveer dezelfde massa, ongeveer 1,67 × 10-24 gram. Wetenschappers definiëren deze hoeveelheid massa willekeurig als één atomaire massa-eenheid (amu) of één Dalton, zoals weergegeven in tabel 2.2. Hoewel ze qua massa vergelijkbaar zijn, verschillen protonen en neutronen in hun elektrische lading. Een proton is positief geladen, terwijl een neutron ongeladen is. Daarom draagt ​​het aantal neutronen in een atoom aanzienlijk bij aan zijn massa, maar niet aan zijn lading. Elektronen zijn veel kleiner in massa dan protonen, met een gewicht van slechts 9,11 × 10-28 gram, of ongeveer 1/1800 van een atomaire massa-eenheid. Daarom dragen ze niet veel bij aan de totale atomaire massa van een element. Daarom is het gebruikelijk om bij het beschouwen van atomaire massa de massa van elektronen te negeren en de massa van het atoom te berekenen op basis van het aantal protonen en neutronen alleen. Hoewel ze niet significant bijdragen aan de massa, dragen elektronen in hoge mate bij aan de lading van het atoom, aangezien elk elektron een negatieve lading heeft die gelijk is aan de positieve lading van een proton. In ongeladen, neutrale atomen is het aantal elektronen dat om de kern draait gelijk aan het aantal protonen in de kern. In deze atomen heffen de positieve en negatieve ladingen elkaar op, wat leidt tot een atoom zonder nettolading.

Rekening houdend met de afmetingen van protonen, neutronen en elektronen, is het grootste deel van het volume van een atoom - groter dan 99 procent - in feite lege ruimte. Met al deze lege ruimte zou je je kunnen afvragen waarom zogenaamde vaste objecten niet gewoon door elkaar heen gaan. De reden dat ze dat niet doen, is dat de elektronen die alle atomen omringen negatief geladen zijn en negatieve ladingen elkaar afstoten.

Protonen, neutronen en elektronen
OpladenMassa (amu)Plaats
Proton +1 1 kern
Neutron 0 1 kern
Elektron –1 0 orbitalen

Atoomgetal en massa

Atomen van elk element bevatten een karakteristiek aantal protonen en elektronen. Het aantal protonen bepaalt het atoomnummer van een element en wordt gebruikt om het ene element van het andere te onderscheiden. Het aantal neutronen is variabel, wat resulteert in isotopen, dit zijn verschillende vormen van hetzelfde atoom die alleen variëren in het aantal neutronen dat ze bezitten. Samen bepalen het aantal protonen en het aantal neutronen het massagetal van een element, zoals geïllustreerd in figuur 2.3. Merk op dat de kleine bijdrage van massa van elektronen buiten beschouwing wordt gelaten bij het berekenen van het massagetal. Deze benadering van massa kan worden gebruikt om eenvoudig te berekenen hoeveel neutronen een element heeft door simpelweg het aantal protonen af ​​te trekken van het massagetal. Omdat de isotopen van een element enigszins verschillende massagetallen zullen hebben, bepalen wetenschappers ook de atomaire massa, wat het berekende gemiddelde is van het massagetal voor zijn natuurlijk voorkomende isotopen. Vaak bevat het resulterende getal een breuk. De atomaire massa van chloor (Cl) is bijvoorbeeld 35,45 omdat chloor is samengesteld uit verschillende isotopen, sommige (de meerderheid) met atomaire massa 35 (17 protonen en 18 neutronen) en sommige met atomaire massa 37 (17 protonen en 20 neutronen) .

VISUELE VERBINDING

    1. Koolstof-12 bevat 6 neutronen, terwijl koolstof-13 7 neutronen bevat.
    2. Koolstof-12 bevat 7 neutronen, terwijl koolstof-13 6 neutronen bevat.
    3. Koolstof-12 bevat 12 neutronen, terwijl koolstof-13 13 neutronen bevat.
    4. Koolstof-12 bevat 13 neutronen, terwijl koolstof-13 12 neutronen bevat.

    Isotopen

    Isotopen zijn verschillende vormen van een element met hetzelfde aantal protonen maar een ander aantal neutronen. Sommige elementen, zoals koolstof, kalium en uranium, hebben van nature voorkomende isotopen. Koolstof-12 bevat zes protonen, zes neutronen en zes elektronen, daarom heeft het een massagetal van 12 (zes protonen en zes neutronen). Koolstof-14 bevat zes protonen, acht neutronen en zes elektronen, de atoommassa is 14 (zes protonen en acht neutronen). Deze twee alternatieve vormen van koolstof zijn isotopen. Sommige isotopen kunnen neutronen, protonen en elektronen uitstoten en een stabielere atomaire configuratie bereiken (lager niveau van potentiële energie). Dit zijn radioactieve isotopen of radio-isotopen. Radioactief verval (koolstof-14 verliest neutronen om uiteindelijk stikstof-14 te worden) beschrijft het energieverlies dat optreedt wanneer de kern van een onstabiele atoom straling afgeeft.

    EVOLUTIE VERBINDING

    Koolstofdatering

    Koolstof is normaal gesproken in de atmosfeer aanwezig in de vorm van gasvormige verbindingen zoals koolstofdioxide en methaan. Koolstof-14 (14 C) is een natuurlijk voorkomende radio-isotoop die in de atmosfeer wordt gecreëerd uit atmosferisch 14 N (stikstof) door de toevoeging van een neutron en het verlies van een proton door kosmische straling. Dit is een continu proces, dus er wordt altijd meer 14C gecreëerd. Aangezien een levend organisme 14 C aanvankelijk opneemt als koolstofdioxide dat tijdens het fotosyntheseproces wordt gefixeerd, is de relatieve hoeveelheid 14 C in zijn lichaam gelijk aan de concentratie van 14 C in de atmosfeer. Wanneer een organisme sterft, neemt het geen 14 C meer op, dus de verhouding tussen 14 C en 12 C zal afnemen naarmate 14 C geleidelijk vervalt tot 14 N door een proces dat bètaverval wordt genoemd - de emissie van elektronen of positronen. Dit verval geeft in een langzaam proces energie af.

    Na ongeveer 5.730 jaar is de helft van de beginconcentratie van 14 C weer omgezet in 14 N. De tijd die nodig is om de helft van de oorspronkelijke concentratie van een isotoop terug te laten vervallen tot zijn stabielere vorm, wordt de halfwaardetijd genoemd. Omdat de halfwaardetijd van 14 C lang is, wordt het gebruikt om voorheen levende objecten zoals oude botten of hout te dateren. Door de verhouding van de 14 C-concentratie in een object te vergelijken met de hoeveelheid 14 C die in de atmosfeer is gedetecteerd, kan de hoeveelheid van de isotoop die nog niet is vergaan, worden bepaald. Op basis van deze hoeveelheid kan de ouderdom van het materiaal, zoals de dwergmammoet in figuur 2.4, nauwkeurig worden berekend als het niet veel ouder is dan ongeveer 50.000 jaar. Andere elementen hebben isotopen met verschillende halfwaardetijden. 40 K (kalium-40) heeft bijvoorbeeld een halfwaardetijd van 1,25 miljard jaar en 235 U (Uranium 235) heeft een halfwaardetijd van ongeveer 700 miljoen jaar. Door het gebruik van radiometrische datering kunnen wetenschappers de ouderdom van fossielen of andere overblijfselen van uitgestorven organismen bestuderen om te begrijpen hoe organismen zijn geëvolueerd uit eerdere soorten.

    1. De verhouding zou hetzelfde zijn bij de olifant en de mammoet.
    2. De verhouding zou bij de olifant lager zijn dan bij de mammoet.
    3. De verhouding zou bij de olifant hoger zijn dan bij de mammoet.
    4. De verhouding zou afhangen van het dieet van elk dier.

    LINK NAAR LEREN

    Voor meer informatie over atomen, isotopen en hoe u de ene isotoop van de andere kunt onderscheiden, bezoekt u deze site en voert u de simulatie uit.

    1. K-41 heeft in totaal 24 neutronen en normaal K-atoom heeft 22 neutronen
    2. K-41 heeft in totaal 22 neutronen en normaal K-atoom heeft 20 neutronen
    3. K-41 heeft één neutron meer dan het normale K-atoom
    4. K-41 heeft één neutron minder dan normaal K-atoom

    Het periodiek systeem

    De verschillende elementen worden georganiseerd en weergegeven in het periodiek systeem. De tabel, bedacht door de Russische chemicus Dmitri Mendelejev (1834-1907) in 1869, groepeert elementen die, hoewel uniek, bepaalde chemische eigenschappen delen met andere elementen. De eigenschappen van elementen zijn verantwoordelijk voor hun fysieke toestand bij kamertemperatuur: het kunnen gassen, vaste stoffen of vloeistoffen zijn. Elementen hebben ook een specifieke chemische reactiviteit, het vermogen om te combineren en zich chemisch met elkaar te verbinden.

    In het periodiek systeem, weergegeven in figuur 2.5, zijn de elementen gerangschikt en weergegeven volgens hun atoomnummer en gerangschikt in een reeks rijen en kolommen op basis van gedeelde chemische en fysische eigenschappen. Naast het atoomnummer voor elk element, geeft het periodiek systeem ook de atoommassa van het element weer. Als we bijvoorbeeld naar koolstof kijken, verschijnen het symbool (C) en de naam ervan, evenals het atoomnummer zes (in de linkerbovenhoek) en de atoommassa van 12,11.

    Het periodiek systeem groepeert elementen op basis van chemische eigenschappen. De verschillen in chemische reactiviteit tussen de elementen zijn gebaseerd op het aantal en de ruimtelijke verdeling van de elektronen van een atoom. Atomen die chemisch reageren en aan elkaar binden, vormen moleculen. Moleculen zijn gewoon twee of meer atomen die chemisch aan elkaar zijn gebonden. Logischerwijs, wanneer twee atomen zich chemisch binden om een ​​molecuul te vormen, komen hun elektronen, die het buitenste gebied van elk atoom vormen, eerst samen omdat de atomen een chemische binding vormen.

    Elektronenschillen en het Bohr-model

    Benadrukt moet worden dat er een verband bestaat tussen het aantal protonen in een element, het atoomnummer dat het ene element van het andere onderscheidt, en het aantal elektronen dat het heeft. In alle elektrisch neutrale atomen is het aantal elektronen gelijk aan het aantal protonen. Elk element heeft dus, tenminste als het elektrisch neutraal is, een karakteristiek aantal elektronen dat gelijk is aan zijn atoomnummer.

    Een vroeg model van het atoom werd in 1913 ontwikkeld door de Deense wetenschapper Niels Bohr (1885-1962). Het Bohr-model toont het atoom als een centrale kern die protonen en neutronen bevat, met de elektronen in cirkelvormige orbitalen op specifieke afstanden van de kern, zoals geïllustreerd in figuur 2.6. Deze banen vormen elektronenschillen of energieniveaus, die een manier zijn om het aantal elektronen in de buitenste schillen te visualiseren. Deze energieniveaus worden aangeduid met een cijfer en het symbool "n". Zo vertegenwoordigt 1n het eerste energieniveau dat zich het dichtst bij de kern bevindt.

    Elektronen vullen orbitalen in een consistente volgorde: ze vullen eerst de orbitalen die zich het dichtst bij de kern bevinden, daarna blijven ze orbitalen met toenemende energie verder van de kern vullen. Als er meerdere orbitalen met gelijke energie zijn, worden ze gevuld met één elektron in elk energieniveau voordat een tweede elektron wordt toegevoegd. De elektronen van het buitenste energieniveau bepalen de energetische stabiliteit van het atoom en zijn neiging om chemische bindingen te vormen met andere atomen om moleculen te vormen.

    Onder standaardomstandigheden vullen atomen eerst de binnenschillen, wat vaak resulteert in een variabel aantal elektronen in de buitenste schil. De binnenste schil heeft maximaal twee elektronen, maar de volgende twee elektronenschillen kunnen elk maximaal acht elektronen hebben. Dit staat bekend als de octetregel, die stelt, met uitzondering van de binnenste schil, dat atomen energetisch stabieler zijn wanneer ze acht elektronen in hun valentieschil hebben, de buitenste elektronenschil. Voorbeelden van enkele neutrale atomen en hun elektronenconfiguraties worden getoond in figuur 2.7. Merk op dat in deze figuur 2.7 helium een ​​volledige buitenste elektronenschil heeft, met twee elektronen die de eerste en enige schil vullen. Evenzo heeft neon een complete buitenste 2n-schil die acht elektronen bevat. Daarentegen hebben chloor en natrium respectievelijk zeven en één in hun buitenste schil, maar theoretisch zouden ze energetisch stabieler zijn als ze de octetregel zouden volgen en er acht zouden hebben.

    VISUELE VERBINDING

    1. Elementen van groep 1 moeten één elektron verliezen, elementen van groep 14 moeten 4 elektronen winnen en elementen van groep 17 moeten 1 elektron winnen
    2. Elementen van groep 1 moeten 4 elektronen verliezen, terwijl elementen van groep 14 en 17 elk 1 elektron moeten winnen.
    3. Elementen van groep 1 moeten 2 elektronen verliezen, elementen van groep 14 moeten 4 elektronen krijgen en elementen van groep 17 moeten 1 elektron krijgen.
    4. Elementen van groep 1 moeten 1 elektron krijgen, terwijl elementen van groep 14 4 elektronen moeten verliezen en elementen van groep 17 1 elektron moeten verliezen.

    Als we begrijpen dat de organisatie van het periodiek systeem is gebaseerd op het totale aantal protonen (en elektronen), weten we hoe elektronen over de schillen zijn verdeeld. Het periodiek systeem is gerangschikt in kolommen en rijen op basis van het aantal elektronen en waar deze elektronen zich bevinden. Bekijk enkele elementen in de uiterst rechtse kolom van de tabel in het periodiek systeem (Figuur 2.5). De groep 18 atomen helium (He), neon (Ne) en argon (Ar) hebben allemaal gevulde buitenste elektronenschillen, waardoor het voor hen niet nodig is om elektronen te delen met andere atomen om stabiliteit te bereiken. Ze zijn zeer stabiel als enkele atomen. Hun niet-reactiviteit heeft ertoe geleid dat ze de inerte gassen (of edelgassen) worden genoemd. Vergelijk dit met de groep 1 elementen in de linkerkolom. Deze elementen, waaronder waterstof (H), lithium (Li) en natrium (Na), hebben allemaal één elektron in hun buitenste schil. Dat betekent dat ze een stabiele configuratie en een gevulde buitenste schil kunnen bereiken door een elektron te doneren of te delen met een ander atoom of een molecuul zoals water. Waterstof zal zijn elektron doneren of delen om deze configuratie te bereiken, terwijl lithium en natrium hun elektron zullen doneren om stabiel te worden. Als gevolg van het verlies van een negatief geladen elektron, worden ze positief geladen ionen. Groep 17-elementen, waaronder fluor en chloor, hebben zeven elektronen in hun buitenste schil, dus hebben ze de neiging om deze schil te vullen met een elektron van andere atomen of moleculen, waardoor ze negatief geladen ionen worden. Groep 14-elementen, waarvan koolstof het belangrijkste is voor levende systemen, hebben vier elektronen in hun buitenste schil waardoor ze verschillende covalente bindingen (hieronder besproken) met andere atomen kunnen maken. De kolommen van het periodiek systeem vertegenwoordigen dus de potentiële gedeelde toestand van de buitenste elektronenschillen van deze elementen die verantwoordelijk is voor hun vergelijkbare chemische eigenschappen.

    Elektronenorbitalen

    Hoewel het nuttig is om de reactiviteit en chemische binding van bepaalde elementen te verklaren, geeft het Bohr-model van het atoom niet nauwkeurig weer hoe elektronen ruimtelijk zijn verdeeld rond de kern. Ze cirkelen niet om de kern zoals de aarde om de zon draait, maar worden aangetroffen in elektronenorbitalen. Deze relatief complexe vormen zijn het gevolg van het feit dat elektronen zich niet alleen als deeltjes gedragen, maar ook als golven. Wiskundige vergelijkingen uit de kwantummechanica, bekend als golffuncties, kunnen binnen een bepaald waarschijnlijkheidsniveau voorspellen waar een elektron zich op een bepaald moment zou kunnen bevinden. Het gebied waar een elektron het meest waarschijnlijk wordt gevonden, wordt zijn orbitaal genoemd.

    Bedenk dat het Bohr-model de elektronenschilconfiguratie van een atoom weergeeft. Binnen elke elektronenschil bevinden zich subschillen en elke subschil heeft een bepaald aantal orbitalen die elektronen bevatten. Hoewel het onmogelijk is om precies te berekenen waar een elektron zich bevindt, weten wetenschappers dat het zich hoogstwaarschijnlijk binnen zijn baanpad bevindt. Subshells worden aangeduid met de letter s, P, NS, en F. De s subshell is bolvormig en heeft één orbitaal. Principal shell 1n heeft slechts een enkele s orbitaal, dat twee elektronen kan bevatten. Principal shell 2n heeft één s en een P subshell, en kan in totaal acht elektronen bevatten. De P subshell heeft drie haltervormige orbitalen, zoals geïllustreerd in figuur 2.8. Subshells NS en F hebben meer complexe vormen en bevatten respectievelijk vijf en zeven orbitalen. Deze zijn niet weergegeven in de afbeelding. Hoofdschil 3n heeft s, P, en NS subschillen en kunnen 18 elektronen bevatten. Hoofdschil 4n heeft s, P, NS en F orbitalen en kunnen 32 elektronen bevatten. Als we ons van de kern af bewegen, neemt het aantal elektronen en orbitalen in de energieniveaus toe. Van het ene atoom naar het andere in het periodiek systeem, kan de elektronenstructuur worden uitgewerkt door een extra elektron in de volgende beschikbare orbitaal te plaatsen.

    De dichtstbijzijnde orbitaal bij de kern, de 1s-orbitaal genoemd, kan maximaal twee elektronen bevatten. Deze orbitaal komt overeen met de binnenste elektronenschil van het Bohr-model van het atoom. Het heet de 1s orbitaal omdat het bolvormig is rond de kern. de 1s orbitaal is de orbitaal die het dichtst bij de kern ligt en wordt altijd eerst gevuld, voordat een andere orbitaal kan worden gevuld. Waterstof heeft dus één elektron, het heeft dus maar één plek binnen de 1s orbitaal bezet. Dit wordt aangeduid als 1s 1 , waarbij de superscript 1 verwijst naar het ene elektron binnen de 1sorbitaal. Helium heeft dus twee elektronen, het kan de 1 . volledig vullens orbitaal met zijn twee elektronen. Dit wordt aangeduid als 1s 2 , verwijzend naar de twee elektronen van helium in de 1s orbitaal. Op het periodiek systeem Figuur 2.5 zijn waterstof en helium de enige twee elementen in de eerste rij (periode) dit komt omdat ze alleen elektronen hebben in hun eerste schil, de 1s orbitaal. Waterstof en helium zijn de enige twee elementen die de 1 . hebbens en geen andere elektronenorbitalen in de elektrisch neutrale toestand.

    De tweede elektronenschil kan acht elektronen bevatten. Deze schaal bevat nog een bolvormig s orbitaal en drie "halter" vormige Porbitalen, die elk twee elektronen kunnen bevatten, zoals weergegeven in figuur 2.8. Na de 1s orbitaal is gevuld, de tweede elektronenschil is gevuld, vult eerst zijn 2s orbitaal en dan zijn drie P orbitalen. Bij het vullen van de P orbitalen, elk neemt één keer elk een enkel elektron op P orbitaal een elektron heeft, kan een tweede worden toegevoegd. Lithium (Li) bevat drie elektronen die de eerste en tweede schil bezetten. Twee elektronen vullen de 1sorbitaal, en het derde elektron vult dan de 2s orbitaal. De elektronenconfiguratie is 1s 2 2s 1 . Neon (Ne) daarentegen heeft in totaal tien elektronen: twee bevinden zich in de binnenste 1s orbitaal en acht vullen de tweede schaal (twee elk in de 2s en drie P orbitalen) is het dus een inert gas en energetisch stabiel als een enkel atoom dat zelden een chemische binding met andere atomen zal vormen. Grotere elementen hebben extra orbitalen, die de derde elektronenschil vormen. Hoewel de concepten van elektronenschillen en orbitalen nauw verwant zijn, geven orbitalen een nauwkeuriger beeld van de elektronenconfiguratie van een atoom omdat het orbitale model de verschillende vormen en speciale oriëntaties specificeert van alle plaatsen die elektronen kunnen innemen.

    LINK NAAR LEREN

    Bekijk deze visuele animatie om de ruimtelijke indeling van de P en s orbitalen.


    Sectie 1 - Inleiding

    2.1 Veiligheid - Lesplan
    2.1.Veiligheidsintroductie - Presentatie
    2.1 Veiligheidsquiz - Presentatie

    2.6 Cellen - Les Pan
    2.6 Cellen Intro - Presentatie

    2.8 Elementen - Les Pan
    2.8 Elementen Intro - Presentatie

    2.10 Lucht - Les Pan
    2.10 Air Intro - Presentatie
    2.10 Luchtquiz - Presentatie

    2.12 Atomen - Les Pan
    2.12 Atomen Intro - Presentatie

    2.13 Meting - Lespan
    2.13 Meting Intro - Presentatie

    2.14 Krachten - Les Pan
    2.14 Foces Intro - Presentatie

    2.15 Druk - Lespan
    2.15 Druk Intro -Presentatie
    2.15 Drukquiz - Presentatie

    2.16 Energie - Lespan
    2.16 Energie Intro -Presentatie
    2.16 Energiequiz - Presentatie


    Vraag #c2141

    Nu kun je gaan van mollen van sucrose naar aantal moleculen van sucrose met behulp van constante van Avogadro, wat in wezen de definitie van een mol is.

    #0.0029214 kleur(rood)(annuleren(kleur(zwart)("mol C"_12"H"_22"O"_11))) * (6.022 * 10^(22)"moleculen C"_12"H"_22"O "_11)/(1kleur(rood)(annuleren(kleur(zwart)("mol C"_12"H"_22"O"_11))))#

    #= 1.7593 * 10^(21)"moleculen C"_12"H"_22"O"_11#

    Nu, zoals de chemische formule suggereert, elke molecuul of sucrose contains

    • twelve atoms of carbon, #12 xx "C"#
    • twenty two atoms of hydrogen, #22 xx "H"#
    • eleven atoms of oxygen, #11 xx "O"#

    This means that your sample will contain

    #1.7593 * 10^(21) color(red)(cancel(color(black)("molecules C"_12"H"_22"O"_11))) * "12 atoms C"/(1color(red)(cancel(color(black)("molecule C"_12"H"_22"O"_11))))#

    # = color(darkgreen)(ul(color(black)(2.1 * 10^(22)"atoms of C")))#

    The answer is rounded to two sig figs, the number of sig figs you have for the mass of sucrose.


    Elements in various combinations comprise all matter, including living things. Some of the most abundant elements in living organisms include carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus. These form the nucleic acids, proteins, carbohydrates, and lipids that are the fundamental components of living matter. Biologists must understand these important building blocks and the unique structures of the atoms that make up molecules, allowing for the formation of cells, tissues, organ systems, and entire organisms.

    All biological processes follow the laws of physics and chemistry, so in order to understand how biological systems work, it is important to understand the underlying physics and chemistry. For example, the flow of blood within the circulatory system follows the laws of physics that regulate the modes of fluid flow. The breakdown of the large, complex molecules of food into smaller molecules—and the conversion of these to release energy to be stored in adenosine triphosphate (ATP)—is a series of chemical reactions that follow chemical laws. The properties of water and the formation of hydrogen bonds are key to understanding living processes. Recognizing the properties of acids and bases is important, for example, to our understanding of the digestive process. Therefore, the fundamentals of physics and chemistry are important for gaining insight into biological processes.


    2.12: Atoms - Biology

      Matter is anything that occupies space and has weight.

      Energy is the capacity to do work or to put matter into motion. Energy has kinetic (active) potential (stored) work capacities.

    Composition of Matter

      Each element is a unique substance that can not be decomposed into simpler substances by ordinary chemical methods. A total of 112 elements exist they differ from one another in their chemical and physical properties.

    Molecules and Compounds

    1. A molecule is the smallest unit resulting from the binding of two or more atoms. If the atoms are different, a molecule of a compound is formed.

    Chemical Bonds and Chemical Reactions

      Chemical bonds are energy relationships. Electrons in the outermost energy level (valence shell) of the reacting atoms are active in the bonding.

      Chemical reactions involve the formation or breaking of chemical bonds. They are indicated by the writing of a chemical equation, which provides information about the atomic composition (formula) of the reactant(s) and product(s).

    Biochemistry: The Chemical Composition of Living Matter

      Inorganic compounds making up living matter do not contain carbon. They include water, salts, acids, and bases.

      Organic compounds are the carbon-containing compounds that living matter comprises. Carbohydrates, lipids, proteins, and nucleic acids are examples. They all contain carbon, oxygen, and hydrogen. Proteins and nucleic acids also contain substantial amounts of nitrogen.


    Bekijk de video: H4 - Moleculaire stoffen (Januari- 2022).