พื้นฐานทางเคมีของสิ่งมีชีวิต อาจารย์ผู้สอน : ผศ. วิไลภรณ์ บุญญกิจจินดา

1. พื้นฐานทางเคมีของสิ่งมีชีวิต : อะตอมและโมเลกุล เนื้อหาประกอบด้วย 1. พื้นฐานทางเคมีของสิ่งมีชีวิต : อะตอมและโมเลกุล 2. ชีวโมเลกุล

อะตอม (Atom)

โครงสร้างของอะตอม อะตอมเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดของธาตุ โครงสร้างของอะตอมแบ่งเป็นอนุภาคย่อย ได้แก่ - โปรตอน - นิวตรอน - อิเล็กตรอน

ตัวเลขที่แสดงจำนวนโปรตอน เรียกว่า เลขอะตอม (atomic number) ซึ่ง ธาตุแต่ละธาตุสามารถเขียนสัญลักษณ์นิวเครียส์ได้ดังภาพ

ตัวอย่างเช่น 199Fmass number = 19 (proton + neutron) = 19 atomic number = 9 (proton = 9) จำนวน neutron = mass number - atomic number = 10 การทราบค่า atomic number และ mass number ทำให้เราเข้าใจถึงการเสีย e- รับ e- หรือการใช้ e- ร่วมกันของ อะตอมซึ่งทำให้เกิดพันธะเคมีแบบต่าง ๆ

Electrons Cloud (Orbital)

แสดงโครงสร้างของอะตอมในธาตุต่างๆ

อิเล็กตรอนที่วิ่งอยู่ไกลจากนิวเคลียสมากที่สุด จะมีพลังงานสูงที่สุด เรียกอิเล็กตรอนกลุ่มที่อยู่นอกสุดนี้ว่า วาเลนซ์อิเล็กตรอน (valence electron) Valence electron

พันธะเคมี พันธะเคมี : เป็นพันธะยึดเหนี่ยวอะตอมต่างๆให้รวมกันเป็นโมเลกุล พันธะเคมี :มีหลายแบบ พันธะโควาเลนท์ (covalent bond) เป็นพันธะเคมีที่เกิดจากอะตอม 2 อะตอมใช้วาเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน พันธะไอออนนิก (ionic bond) เป็นพันธะที่เกิดขึ้นระหว่าง cation และ anion พันธะไฮโดรเจน (Hydrogen bond)

Covalent bond : H2 เมื่อไฮโดรเจน 2 อะตอม นำ e- ในวงนอก ซึ่งต่างมีอยู่ 1 อิเล็กตรอน มาใช้ร่วม กัน ทำให้ต่างมีวาเลนซ์อิเล็กตรอนครบ 2 พันธะหรือแรงที่ยึดเหนี่ยวอะตอม ทั้งสองเรียกว่า พันธะโควาเลนท์

Covalent bond : O2 ออกซิเจนแต่ละอะตอมมีอิเล็กตรอนวงนอกอยู่ 6อิเล็กตรอน เมื่อออกซิเจน 2 อะตอม ต่างใช้ 4 อิเล็กตรอน (อิเล็กตรอน 2 คู่) ร่วมกัน จึงทำให้เกิดเป็นพันธะคู่ (double bond) ซึ่งแสดงด้วยขีดสั้น ๆ 2 เส้น หรือ เครื่องหมายเท่ากับ (O = O , O2)

โมเลกุลน้ำ ออกซิเจนมี อิเล็กตรอน วงนอก = 6 อิเล็กตรอน ยังขาดอีก 2 อิเล็กตรอน จึงครบ 8 ออกซิเจนจึงสร้างพันธะกับไฮโดรเจนอะตอม อีก 2 อะตอม จนเกิดเป็นโมเลกุลของน้ำ (H-O-H)

ออกซิเจนออกแรงดึง อิเล็กตรอน ได้มากกว่าไฮโดรเจน จึงมีประจุเป็น - และด้านไฮโดรเจนมีประจุเป็น + จัดเป็น polar covalent bonding เพราะอะตอมของธาตุต่างชนิดกัน ซึ่งต่างมีจำนวนโปรตอนต่างกัน จะส่งแรงดึง อิเล็กตรอน ได้ต่างกัน ทำให้อะตอมหนึ่งมีประจุเป็น -

ภาพแสดงพันธะโควาเลนท์ในโมเลกุลก๊าซไนโตรเจน

Ionic bond : NaCl ปกติ Sodium atom และ Chloride atom ต่างไม่แสดงประจุ Na มี e- ใน outer shell 1 Na จะstable ถ้าไม่มี 1 e- คงเหลือใน outer shell และถ้า Na เสีย 1 e- ไปให้แก่ Cl ซึ่งขาด การมีประจุตรงกันข้ามกัน ทำให้ Na+และ Cl- เกิดแรงดึงดูดเข้าหากัน (electrical attraction)

Hydrogen bonds พันธะไฮโดรเจน (Hydrogen bond) เป็นพันธะระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนของโมเลกุลหนึ่ง ซึ่งมีประจุเป็น + (เพราะเป็นส่วนหนึ่งของpolar covalent bond) กับอะตอมอื่นเช่น oxygen หรือ nitrogen ของอีกโมเลกุลหนึ่งที่มีประจุเป็น – Hydrogen bonds

พันธะไฮโดรเจนในโมเลกุลน้ำ เป็นพันธะที่ยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมไฮโดรเจนของน้ำโมเลกุลหนึ่ง กับอะตอมของออกซิเจนของน้ำอีกโมเลกุลหนึ่ง น้ำแต่ละโมเลกุลจะสร้างพันธะไฮโดรเจนกับน้ำได้มากที่สุดอีก 4 โมเลกุล

Hydrocarbons are Hydrophobic

Hydrophobic interaction van der Waals forces within a droplet

Fish in an ice Minnesota lake H2O Fish in an ice Minnesota lake

Algae that lend their colors to the hot springs at Yellowstone National Park