IEVADS ŠŪNAS BIOLOĢIJĀ

1. IEVADS ŠŪNAS BIOLOĢIJĀ I DZĪVĪBAS ĶĪMIJA ATOMA UZBŪVE, ELEMENTU PERIODISKĀ SISTĒMA, ĶĪMISKĀS SAITES, ŪDENS ĪPAŠĪBAS, pH

2. 2. LEKCIJA ATOMA UZBŪVE, ELEMENTU PERIODISKĀ SISTĒMA, ĶĪMISKĀS SAITES, ŪDENS ĪPAŠĪBAS, pH • Atomu uzbūves principi. • Elementu periodiskā sistēma. Biogēnie elementi. • Ķīmiskās saites un starpmolekulu mijiedarbības: jonu saite; kovalentā saite; Van-der-Valsa spēki; ūdeņraža saite • Ūdens bioloģiski nozīmīgās īpašības • pH, skābes un sārmi

3. 2. LEKCIJA MĒRVIENĪBAS

4. 2. LEKCIJA MĒRVIENĪBAS Dažu bioloģijā izmantojamo ārpussitēmas mērvienību izcelsme: Atmosfēra – zemes atmosfēras spiediens jūras līmenī. Kalorija – siltuma daudzums, kas jāizlieto, lai uzsildītu vienu gramu ūdens par vienu grādu celsija.

5. 2. LEKCIJA Atomu uzbūves principi. Atomu veidojošās daļiņas Protoni + neitroni = atoma kodols, pozitīvs elektriskais lādiņš. Elektroni veido atoma apvalku, negatīvs elektriskais lādiņš.

6. 2. LEKCIJA Atomu uzbūves principi. Atoma skaitlis – protonu vai elektronu skaits atomā Atoma masas skaitlis – protonu un neitronu kopskaits atoma kodolā http://biology.wright.edu/faculty/krane/112/lectures/96/lec2.html#hy

7. 2. LEKCIJA Atomu uzbūves principi. Izotopi Viena un tā paša elementa atomu masas varianti Ir stabili un nestabili izotopi. Nestbilo izotopu kodoli spontāni sabrūk, izstarojot enerģiju (radioaktivitāte)

8. 2. LEKCIJA Atomu uzbūves principi. Atoma masas vienība – viena divpadsmitā daļa no oglekļa atoma masas, aptuveni vienlīdzīga protona masai. Molekulas masa - molekulu veidojošo atomu masas summa. Atoma masas vienības ekvivalents gramos: Daltons (Da) ~ 1,66 x 10-24 grami.

9. 2. LEKCIJA Ķīmiskā saite: mola jēdziens Veidojot ķīmiskās saites atomi mijiedarbojas noteiktās veselu skaitļu attiecībās: viens atoms ar vienu, diviem, trim, utt., bet ne ar pusotru citu atomu (stehiometrija). Atomu (arī molekulu un jonu) daudzuma mērvienība ir mols. Viens mols jebkura atoma (molekulas, jonu) satur 6,02 x 1023 daļiņu.

10. 2. LEKCIJA Ķīmiskā saite: mola jēdziens 6,02 x 1023 = Avogadro skaitlis, ķīmiska konstante: oglekļa atomu skaits, kuru kopējā masa ir 12 grami. Avogadro skaitlis norāda atomu vai molekulu skaitu molā. Amadeus Avogadro (1776 - 1856) - itāļu ķīmiķis, kurš ievēroja, ka gāzes savā starpā reaģē noteiktās tilpuma attiecībās. 22,4 litri = gāzu molārais tilpums, ko aizpilda viens mols jebkuras gāzes atomu vai molekulu http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/Mole/MolarMass.html http://ask.yahoo.com/ask/19991123.html

11. 2. LEKCIJA Ķīmiskā saite: mola jēdziens GRAMMOLS Jebkuru 6,02 x 1023 atomu vai molekulu masa gramos, kas ir skaitliski vienāda ar viena atoma vai molekulas masu, kas aprēķināta atoma masas vienībās.

12. 2. LEKCIJA Atomu uzbūves principi. ATOMA UZBŪVES SHĒMA Elektronu orbitāles Attēlojot vienkār-šotā veidā Mazs, blīvs kodols, kurā koncentrēta gandrīz visa atoma masa Dažādu elementu atomu izmēri ir atšķirīgi. Oglekļa atoma diametrs ir 0.154 nanometri (1 nm = 10-9 m). Atomu kodolu izmēra dimensija ir 10-14 m (10 femtometri; 1 fm = 10-15 m)

13. 2. LEKCIJA Atomu uzbūves principi: kvantu ķīmija ATOMA ELEKTRONU APVALKA UZBŪVE Elektroni ap atoma kodolu izvietoti noteiktos enerģijas līmeņos, kurus apzīmē ar burtiem: K; L; M, utt. Vienu enerģijas līmeni veido viens vai vairāki apakšlīmeņi, kurus apzīmē ar burtiem: s; p; d, utt. Katru enerģijas apakšlīmeni aizpilda raksturīgas un noteikta skaita formas elektronu orbitāles (čaulas).

14. 2. LEKCIJA Atomu uzbūves principi: kvantu ķīmija ATOMA ELEKTRONU APVALKA UZBŪVE Telpas daļu, kurā ar noteiktu varbūtību atrodas elektrons, sauc par elektrona orbitāli. Vienā orbitālē vienlaikus var atrasties divi elektroni ar pretējiem magnētiskajiem griezes momentiem - spiniem. Orbitāles un apakšlīmeņi aizpildās pakāpeniski, maksimāli izmantojot zemākos enerģētiskos līmeņus.

15. Atomu uzbūves principi: kvantu ķīmija 2. LEKCIJA BIOGĒNO MAKROELEMENTU ATOMU UZBŪVE Viens enerģijas līmenis - ūdeņradis, 1H. Divi enerģijas līmeņi - ogleklis, 6C; slāpeklis, 7N; skābeklis, 8O. Trīs enerģijas līmeņi - fosfors, 15P; sērs, 16S.

16. Atomu uzbūves principi: kvantu ķīmija 2. LEKCIJA ELEKTRONU ORBITĀĻU FORMA

17. Atomu uzbūves principi: kvantu ķīmija 2. LEKCIJA ELEKTRONU ORBITĀĻU TELPISKAIS NOVIETOJUMS

18. Atomu uzbūves principi: kvantu ķīmija 2. LEKCIJA ELEKTRONU ORBITĀĻU IZMĒRI

19. Atomu uzbūves principi: kvantu ķīmija 2. LEKCIJA ELEKTRONU ORBITĀĻU UZBŪVE Hibrīdu orbitāļuveidošanās

20. 2. LEKCIJA Atomu uzbūves principi. ELEMENTU ĪPAŠĪBAS NOSAKA TO ELEKTRONU APVALKU UZBŪVE, ĪPAŠI ĀRĒJĀ ELEKTRONU ENERĢĒTISKĀ LĪMEŅA AIZPILDĪJUMS SAKĀRTOJOT ELEMENTUS ELEKTRONU ENERĢĒTISKO LĪMEŅU SKAITA PIEAUGUMA UN ŠO LĪMEŅU AIZPILDĪJUMA SECĪBĀ, IEGŪSTAM ELEMENTU PERIODISKO SISTĒMU

21. 2. LEKCIJA Elementu periodiskā sistēma un dzīvajā dabā sastopamie ķīmiskie elementi.

22. 2. LEKCIJA ŠŪNAS ĶĪMISKAIS SASTĀVS, GALVENIE BIOGĒNIE ELEMENTI. Dabā satopami 92 ķīmiskie elementi, vēl 17 elementi (109. – meitnerijs) iegūti laboratorijas apstākļos. Dzīvās dabas objektus veido 25 – 26 elementi; vēl 10 – 15 elementi ir sastopami toksisko savienojumu vai ārstniecisko preparātu sastāvā.

23. 2. LEKCIJA Elementu periodiskā sistēma un dzīvajā dabā sastopamie ķīmiskie elementi. Sr

24. 2. LEKCIJA ŠŪNAS ĶĪMISKAIS SASTĀVS, GALVENIE BIOGĒNIE ELEMENTI. Nozīmīgāko biogēno makroelementu procentuālā koncentrācija cilvēka organismā

25. 2. LEKCIJA ŠŪNAS ĶĪMISKAIS SASTĀVS, GALVENIE BIOGĒNIE ELEMENTI. Šūnas masas lielāko daļu veido ūdens. Šūnas karsējot, ūdens iztvaiko, paliek šūnas sausne.

26. 2. LEKCIJA ŠŪNAS ĶĪMISKAIS SASTĀVS, GALVENIE BIOGĒNIE ELEMENTI. Šūnas sadedzinot, oglekli saturošie organiskie savieno-jumi pārvēršas gāzēs , paliek minerālvielas (pelni)

27. 2. LEKCIJA ŠŪNAS ĶĪMISKAIS SASTĀVS. Citu nozīmīgāko elementu procentuālā koncentrācija cilvēka organismā

28. 2. LEKCIJA ŠŪNAS ĶĪMISKAIS SASTĀVS. Nozīmīgāko mikroelementu procentuālā koncentrācija cilvēka organismā Mikroelementi atrodami organismā koncentrācijā, kas mazāka par vienu procenta simtdaļu (0,01 %) Kopumā tie veido ap 0,1% no organisma masas Dzelzs (Fe) – biežāk sastopamais mikroelements 0,0050 – 0,0075 % cilvēka masas jeb 4 – 5 g 70 kg smaga cilvēka organismā.

29. 2. LEKCIJA ŠŪNAS ĶĪMISKAIS SASTĀVS. Nozīmīgāko mikroelementu procentuālā koncentrācija cilvēka organismā

30. 2. LEKCIJA ŠŪNAS ĶĪMISKAIS SASTĀVS. Nozīmīgāko mikroelementu procentuālā koncentrācija cilvēka organismā Citi nozīmīgākie mikroelementi: litijs (Li) – nervu darbības regulēšana; selēns (Se) – olbaltumvielu biosintēze, mati; fluors (F) – kaulu un zobu attīstība; jods (I) – hormonu sintēze, nervu darbības regulēšana. Ultramikroelementi: arsēns (As) un kadmijs (Cd) – augšanas un vielmaiņas regulēšana.

31. 2. LEKCIJA ĶĪMISKĀ SAITE Atomi veido molekulas, izmantojot mijiedarbību starp ārējā enerģētiskā līmeņa elektroniem. Ārējā enerģētiskā līmeņa elektroni = valences elektroni, nosaka, cik ķīmisko saišu spēj veidot atoms.

32. 2. LEKCIJA ĶĪMISKĀ SAITE Mijiedarbības starp atomiem aizpilda elektronu ārējos enerģētiskos līmeņus. • Ārējos enerģētiskos līmeņus var aizpildīt: • atdodot • pievienojot elektronus; • veidojot kopējus elektronu pārus.

33. 2. LEKCIJA ĶĪMISKĀ SAITE Elektronus atdod atomi, kuru ārējais enerģetiskais līmenis ir maz aizpildīts, tipiski: 1 - 2 elektroni. Elektronus pievieno atomi, kuru ārejais enerģētiskais līmenis gandrīz pilns, tipiski: 6 - 7 elektroni. Kopējus elektronu pārus veido atomi, kuru ārējais enerģetiskais līmenis ir vidēji aizpildīts, tipiski: 3 - 5 elektroni.

34. 2. LEKCIJA ĶĪMISKĀ SAITE Atomi, kuru ārejais enerģetiskais līmenis ir pilns ( 8 elektroni) ķīmiskās saites neveido. Jo tālāk no atoma kodola ir elektronu ārējais līmenis (lielāks atoms), jo vieglāk atņemt tajos esošos elektronus. Jo tuvāk atoma kodolam ir elektronu ārējais līmenis (mazāks atoms), jo aktīvāk tas piesaista elektronus.

35. 2. LEKCIJA Daļiņas, kuras veidojas atomiem atdodot vai piesaistot elektronus sauc par JONIEM.

36. 2. LEKCIJA Ķīmiskā saite : jonu saite - e-- Atomi ar maz aizpildītu elektronu ārējo enerģētisko līmeni elektronus viegli atdod. Elektrona atdošana - oksidēšanās

37. 2. LEKCIJA Ķīmiskā saite : jonu saite + e-- Atomi ar gandrīz pilnīgi aizpildītu elektronu ārējo enerģētisko līmeni elektronus pievieno. Elektrona piesaistīšana - reducēšanās

38. 2. LEKCIJA Ķīmiskā saite : jonu saite Oksidēšanās un reducēšanās reakcijas vienmēr ir saistītas - Red-oks reakcijas. Oksidētājs reducējas, reducētājs oksidējas

39. 2. LEKCIJA Ķīmiskā saite : jonu saite Oksidēšanās vai reducēšanās procesos atomi atdod vai pievieno elektronus OKSIDĒŠANĀS - elektrona (e-) atdošana REDUCĒŠANĀS - elektrona (e-) pievienošana

40. 2. LEKCIJA Ķīmiskā saite : jonu saite Ārējais nātrija atoma elektrons tiek pārnests uz hlora atoma ārējo elektronu čaulu. Atdoto vai pieņemto elektronu skaits nosaka elementa vērtību. Hlors un nātrijs ir vienvērtīgi elementi.

41. 2. LEKCIJA Ķīmiskā saite : jonu saite Cietā agregātstāvoklī nātrija hlorīda struktūru veido elektrostatiskas mijiedarbības starp pretēji lādētiem joniem. Elektrostatisku mijiedarbību starp pretēji lādētiem joniem sauc par JONU SAITI Enerģija: 4 – 7 kcal/mols

42. 2. LEKCIJA Ķīmiskā saite : jonu saite Oksidēt vai reducēt var arī atomus, kas atrodas molekulu sastāvā. Molekulu daļas oksidējas vai reducējas, ja mainās elektronu skaits tās veidojošajiem atomiem.

43. 2. LEKCIJA Ķīmiskā saite : jonu saite UZ MOLEKULAS OKSIDĒŠANOS norāda: Ūdeņraža atdošana Skābekļa pievienošana UZ MOLEKULAS REDUCĒŠANOS norāda: Ūdeņraža pievienošana Skābekļa atdošana

44. 2. LEKCIJA Ķīmiskā saite : kovalentā saite Kopēju elektronu pāru veidošana, aizpildot ārējās elektronu orbitāles Viens kopējs elektronu pāris Saites veidošanas shēma Struktūrformula Enerģija: ~80 kcal/mols

45. 2. LEKCIJA Ķīmiskā saite : kovalentā saite Kopēju elektronu pāru veidošana, aizpildot ārējās elektronu orbitāles Divi kopēji elektronu pāri Saites veidošanas shēma Struktūrformula Enerģija: ~150 kcal/mols

46. 2. LEKCIJA Ķīmiskā saite : kovalentā saite Kopēju elektronu pāru veidošana, aizpildot ārējās elektronu orbitāles Trīs kopēji elektronu pāri Saites veidošanas shēma Struktūrformula Enerģija: ~200 kcal/mols

47. 2. LEKCIJA Ķīmiskā saite : kovalentā saite Kovalentās saites veidošanās starp dažādiem atomiem: ogleklis un ūdeņradis Saites veidošanas shēma Struktūrformula Telpiska struktūrformula

48. 2. LEKCIJA Dzīvībai raksturīgo savienojumu molekulas sastāv lielākoties no garām oglekļa atomu ķēdēm

49. 2. LEKCIJA

50. 2. LEKCIJA Ķīmiskās saites Jonu saiti veidojot, atomu ķīmisko vērtību (valenci) nosaka atdoto vai pārņemto elektronu skaits.Kovalento saiti veidojot, atomu ķīmisko vērtību (valenci) nosaka kopējo elektronu pāru skaits. Nepolārās kovalentās saites – elektronu pāris atrodas vidū starp saiti veidojošajiem atomiem. Polārās kovalentās saites – elektronu pāris nobīdīts tuvāk elektronegatīvākajam atomam. Kovalentās saites veido bioloģisko makromolekulu struktūras pamatu.