الكيمياء في علم الأحياء
الفصل الدراسي الأول للعام الدراسي 2019/2020
إعداد المعلم / سامي أبو الغيط
الصف التاسع متقدم
الذرات والعناصر والمركبات
1- المادة : هي أي شيء له كتلة ويشغل حيز من الفراغ
2- تتكون جميع أجسام الكائنات الحية من مادة
3- الذرة هي وحدة بناء المادة
تاريخ اكتشاف
1- في القرن الخامس اقترح الفلاسفة ليوسيبوس وديمقراطيوس أن المادة تتكون من جسيمات صغيرة غير قابلة للتجزئة
2- في القرن السابع عشر أثبت العلماء وجود الذرة
3- في القرن 18 و 19 أثبت العلماء وجود الذرات وأنها تتكون من جسيمات صغيرة
تركيب الذرة
1- الذرة متناهية في الصغر
2- تتكون الذرة من ثلاث جسيمات
أولا في النواة توجد
أ- البروتونات : وهي جسيمات موجبة الشحنة
ب- النيوترونات : وهي جسيمات غير مشحونة
ثانيا : حول النواة توجد
أ- الإلكترونات : وهي جسيمات سالبة الشحنة توجد خارج النواة وتدور حولها في مستويات الطاقة ينشأ التركيب الأساسي للذرة نتيجة الجذب بين البروتونات الموجبة والإلكترونات السالبة
يفسر التعادل الكهربائي للذرة
بسبب تساوي عدد البروتونات الموجبة والإلكترونات السالبة
العناصر :
هو مادة نقية لا يمكن تقسيمها إلى مواد أخرى بالوسائل الكيميائية أو الفيزيائية وتتكون من نوع واحد من الذرات
1- يبلغ عدد العناصر 100 عنصر تقريبا منها 92 معروف طبيعيا
2- تم جمع معلومات عن العناصر من قبل العلماء مثل
عدد البروتونات والإلكترونات
الكتلة الذرية
تم تسمية كل عنصر باسم ورمز فريد
3- في الجدول الدوري تسمي الصفوف الأفقية (الدورات) والأعمدة الرأسية (مجموعات) كل عنصر يمثل وحدة فردية في الشبكة
4- سبب تسمية الجدول الدوري بهذا الاسم ؟
أ- لأن كل العناصر الموجودة في المجموعة لها نفس الخواص الكيميائية والفيزيائية
ب- يسمح هذا الترتيب بتوقع العناصر التي لم تكتشف
النظائر
هي ذرات عنصر تتفق في عدد الإلكترونات والبروتونات وتختلف في عدد النيوترونات
كيفية تحديد النظائر عن طريق جمع عدد البروتونات والنيوترونات في النواة
مثال ذرة الكربون
له ثلاث صور كما بالشكل
أ- کربون -12 يحتوي على 6 نیوترون و 6 بروتون في نواة الذرة والعدد الكتلي 12 وهو النظير الأكثر وفرة في الطبيعة
ب- کربون - 13 يحتوي على 6 بروتون و 7 نیوترون في النواة والعدد الكتلي 13
ت- کربون - 14 يحتوي على 6 بروتون و 8 نیوترون ويصبح العدد الكتلي 14 النظائر للعنصر الواحد تتفق في العدد الذري وتختلف في العدد الكتلي
نلاحظ في كلا من نظائر الكربون والهيدروجين لا يؤثر التغير في عدد النيوترونات على شحنة الذرة ( لأن النيوترونات ليس لها شحنة )
3- كلما زاد عدد النيوترونات يؤثر على استقرار النواة ويسمح بالتحلل وتطلق إشعاعات
4- النظير المشع : هو عنصر يطلق أشعة للوصول إلى حالة الاستقرار ( مثل الكربون - 14 يوجد في جميع الكائنات الحية )
5- يحدد العلماء عمر النصف وهو الوقت المستغرق لكي يتحلل نصف المادة أو العنصر المشع وهي ثابتة لكل عنصر
الكربون - 14 هو نظير مشع تبلغ فترة عمر النصف له 5730 سنة وبعد معرفة عمر النصف نستطيع حساب عمر الجسم عن طريق حساب ما تبقى من مقدار کربون - 14 في العينة أو الجسم ا
الاستخدامات الطبية للنظائر
1- تساعد في تشخيص المرض
2- تحديد أماكن السرطان في الجسم
المركبات
المركب : هو مادة نقية تتكون عندما يتحد عنصران مختلفان أو أكثر
1- يوجد ملايين من المركبات معروفة
2- لكل مركب صيغة كيميائية مكونة من العناصر الموجودة في الجدول الدوري
3- أمثلة على المركبات
أ- الماء
ب- كلوريد الصوديوم
ج- رابع كلوريد الكربون
د- الميثان
4- الهيدركربونات : هي مركب يتكون من الكربون والهيدروجين
5- الميثان : يتكون من ذرة كربون وأربعة هيدروجين
6- البكتريا في الأراضي الرطبة 76 % من الإنتاج العالمي للميثان من المصادر الطبيعية عن طريق تحلل النباتات والكائنات الحية
خصائص المركبات الكيميائية
1- تتكون دائما من مجموعة معينة من العناصر بنسبة ثابتة
2- تختلف المركبات كيميائية وفيزيائية عن العناصر المكونة لها
3- لا يمكن تكسيرها إلى مركبات أو عناصر بالطرق الفيزيائية مثل التفكيك والسحق
4- يعمل التحليل الكهربي للماء إلى إنتاج غاز الأكسجين الهيدروجين الذي يستخدم في خلايا وقود
الروابط الكيميائية
هي القوة التي تربط المواد ببعضها البعض
1- تحدد النواة الهوية الكيميائية للذرة
2- الإلكترونات هي العامل الأساسي لتكوين الروابط الكيميائية
3 - تدور الالكترونات في مستويات الطاقة و لكل مستوى طاقة قدرة على استيعاب عدد محدود من الإلكترونات يبلغ عدد مستويات الطاقة ثمانية إلكترونات
4 - يجب أن يكون مستوى الطاقة أما مملوء تماما أو فارغ تماما ويميل للوصول للاستقرار
5 - المستوى الأول هو الأقرب للنواة ويتشبع بعدد 2 من الإلكترونات والمستوى الثاني بعدد 8 الكترونات
6- تميل الذرات للوصول للاستقرار الثماني عن طريق فقد أو اكتساب الكترونات من ذرات آخری
7- يتم الوصول للاستقرار عن طريق تكوين روابط كيميائية
ما أهمية تكوين الروابط في أجسام الكائنات الحية
أ- تخزين الطاقة عند تكون الروابط
ب- انطلاق الطاقة عند تكسير الروابط والطاقة اللازمة للعمليات الحيوية مثل النمو والتطور والتكاثر
الروابط التساهمية
تتكون عند مشاركة كل ذرة بعدد متساوي من الإلكترونات مثل الرابطة في جزي الماء
1- ذرة الأكسجين يحتوي المستوى الخارجي على ستة الكترونات
2- تحتوي كل ذرة هيدروجين على إلكترون وحيد في المستوى الأخير ولا تفقده بسهوله
3- تميل ذرة الأكسجين ذو السالبية العالية على اكتمال المستوي الخارجي بالمشاركة مع ذرتي هيدروجين التكوين روابط تساهمية
4- يوجد رابطتان تساهميتان أحاديتان في جزر الماء
الجزئ هو مركب ترتبط فيه الذرات بعضها ببعض بروابط تساهمية أحادية أو ثنائية أو ثلاثية
الروابط الأيونية
هي قوى تجاذب كهربائي بين ذرتين أو مجموعتي ذرات مختلفة الشحنة ( الأيونات )
الأيون : هو ذرة فقدت أو اكتسبت إلكترون أو أكثر للوصول للاستقرار الثماني
الأيون الموجب : ذرة فقدت إلكترون أو أكثر ( مثل الصوديوم )
الأيون السالب : نادرة اكتسبت إلكترون أو أكثر ( مثل الكلور )
أهمية الأيونات في الكائنات الحية
1- تساعد في الحفاظ على الاتزان الداخلي عند انتقالها من داخل الخلية وخارجها
2- تساعد في نقل السيالات العصبية بين الخلايا مما يساعد في الرؤية والتذوق والسمع والشم
لاحظ :
1- تميل الفلزات إلى تكوين أيونات موجبة عن طريق فقد الكترونات
2- تميل اللافلزات إلى اكتساب الكترونات
خصائص المركبات الأيونية
1- يذوب معظمها في الماء وعندما تذوب تتكسر إلى أيونات وتوصل التيار الكهربي
2- معظمها صلب في درجة حرارة الغرفة
3- معظمها بلوري الشكل مثل ملح الطعام
4- درجة انصهارها عالية عن المركبات التساهمية
خصائص السوائل الأيونية
1- تكون سائلة عند درجة حرارة الغرفة
2- تعتبر مذيبات أمنه وصديقة للبيئة ويمكنها أن تحل محل المذيبات الضارة لأنها لا تتبخر ولا تطلق المواد الكيميائية في الغلاف الجوي
3- علل : السوائل الأيونية جذابة للصناعات المراعية للبيئة ؟
لأنها أمنه في التعامل والتخزين ويمكن إعادة تدويرها بعد الاستخدام
قوی فان ديرفال
هي قوي ضعيفة بين الجزئيات إذا كانت قوة جذب نواة الذرة الإلكترون ضعيفة فإنها ستمنح الإلكترون للذرة ذات قوة الجذب الأقوى
سبب قوی فان ديرفال
1- لا تجذب الالكترونات بالتساوي وإن الالكترونات في الجزئ تتحرك عشوائيا حول الأنوية
تؤدي حركة الالكترونات إلى توزيع غير متساوي لسحابة الالكترونات حول الجزيء