Клетка и молекула открытие
Год открытия: 1811
Молекула — это группа связанных атомов. Атом однозначно идентифицирует один из более чем 100 химических элементов, составляющих нашу планету. Связывание определенное количество различных атомов вместе образует молекулу, которая однозначно идентифицирует одно из многих тысяч существующих веществ.
Кто это открыл? Амедео Авогадро
Почему это одно из 100 величайших открытий?
Атомы — основные строительные блоки каждого элемента, то молекулы — основные
строительные блоки каждого вещества на Земле. Учёные были озадачены своей неспособностью точно представить себе, не говоря уже о том, чтобы обнаружить, частицы размером с атом или молекулу.
Многие выдвинули теорию, что некая мельчайшая частица (которую они назвали атомом) является наименьшей возможной частицей и базовой единицей каждого элемента. Однако окружающие нас вещества не состоят из отдельных элементов. Учёные не могли объяснить базовую природу веществ.
Открытие Авогадро создало базовые основы понимания взаимосвязи между миллионами веществ на Земле и несколькими основными элементами. Оно скорректировало существующую теорию, придя к выводу, что каждый литр газа (при одинаковой температуре и давлении) содержит одинаковое количество молекул.
Это открытие позволило учёным проводить критические расчёты с газами и о газах, а также позволило учёным понять природу всех веществ. Открытие Авогадро (и связанное с ним число Авогадро) стало одним из краеугольных камней органической и неорганической химии, а также основой для газовых законов и значительной части развития количественной химии.
Как это было обнаружено?
Весной 1811 года 35-летний профессор колледжа Амедео Авогадро сидел в своей аудитории, хмурясь над двумя научными работами, разложенными на столе. Авогадро преподавал естественные науки в колледже Верчелли в итальянском горном городке Турин. Двадцать пять студентов каждый день слушали лекции профессора Авогадро, обсуждали их и задавали им вопросы по тем аспектам науки, которые его интересовали.
В этот день он прочитал эти две статьи своему классу, заявил, что увидел в них важную тайну, и бросил вызов своим ученикам, чтобы они ее разгадали.
В двух своих работах английский химик Дальтон и французский химик Гей-Люссак описали эксперимент, в котором они соединили атомы водорода и кислорода для получения воды. Оба сообщили, что для получения ровно двух литров газообразного водяного пара потребовалось ровно два литра атомов водорода и ровно один литр атомов кислорода.
Дальтон утверждал, что этот эксперимент доказывает, что вода представляет собой соединение двух атомов водорода и одного атома кислорода. Гей-Люссак также утверждал, что он доказывает, что литр любого газа должен содержать точно такое же количество атомов, как и литр любого другого газа, независимо от того, какой это был газ.
Эти исследования были объявлены крупным прорывом в области химии. Но с первого же прочтения профессора Авогадро смутило одно досадное противоречие. И Дальтон, и Гей-Люссак начали ровно с двух литров водорода и одного литра кислорода. Всего три литра газа. Но в обоих случаях осталось всего два литра воды.
Газообразный газ. Если каждый литр каждого газа должен содержать одинаковое количество атомов, то как могут ли все атомы из трех литров газа поместиться всего в два литра водяного пара?
Колокол Туринского собора пробил полночь, прежде чем ответ пришел в голову Авогадро.
Далтон и Гей-Люссак использовали неправильное слово. Что, если бы они заменили его на группа присоединенных атомов для атома.?
Авогадро придумал для этой группы связанных атомов слово «молекула» (греческое слово, означающее «свободно перемещаться в газе»). Затем он записывает уравнения на бумаге, пока не нашёл способ описать все атомы и молекулы в экспериментах Дальтона и Гей-Люссака.
Если бы каждая молекула водорода содержала два атома водорода, а каждая молекула кислород содержал два атома кислорода, тогда если каждая молекула водяного пара содержала два атома водорода и один атом кислорода, как сообщили оба ученых каждый литр водород и каждый литр кислорода имели бы точно такое же количество молекул, как и каждый из двух полученных литров водяного пара (даже если бы они содержали разное количество атомов)
Вот так, не прикасаясь к пробирке и не проводя никаких химических экспериментов, не имея даже никакого химического образования, Амедео Авогадро открыл существование молекул и сформулировал основной газовый закон: каждый литр газа содержит одинаковое количество молекул газа.
Клетки – это основные единицы жизни, сложные структуры, состоящие из бесчисленных молекул (таких как белки, липиды, ДНК, вода), которые сами по себе являются организованными группами атомов, демонстрируя иерархию, в которой атомы образуют молекулы, а молекулы собираются в клетки., обеспечивая все жизненные функции от использования энергии до воспроизводства.
Молекулы: строительные блоки
- Определение : Молекула образуется, когда два или более атомов связываются вместе, действуя как единое целое (например, вода).
𝐻2𝑂, углекислый газ
𝐶𝑂2).
- Типы в клетках : Клетки содержат небольшие органические молекулы (сахара, аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты), которые строят крупные макромолекулы (белки, ДНК, крупные углеводы).
- Примеры : ДНК — большая молекула, необходимая для генетической информации; липиды образуют клеточные мембраны; белки выполняют большинство функций клетки.
Клетки: функциональные единицы
- Определение : Наименьшая сущность, способная выполнять все жизненные процессы.
- Состав : Клетка представляет собой сложную совокупность молекул, организованных в такие структуры, как мембраны, цитоплазма и органеллы.
- Иерархия : Клетки содержат молекулы, которые состоят из атомов, что подчеркивает структурную организацию от атомного до клеточного уровня.
Отношения
- Строительство : Клетки построены из молекул; молекулы — это кирпичики, а клетка — это здание.
- Функция : Молекулы определяют функцию клетки; определенное расположение и взаимодействие молекул (например, ферментов, катализирующих реакции) позволяют клеткам расти, осуществлять обмен веществ и размножаться.
- Масштаб : Атомы -> Молекулы -> Макромолекулы -> Органеллы -> Клетки.
Интересные факты. Самая маленькая молекула — это молекула водорода, состоящая всего из двух протонов и двух электронов. ДНК — самая большая из известных молекул природного происхождения, состоящая более чем из четырёх миллиардов ионов, каждый из которых содержит несколько протонов, нейтронов и электронов.
Больше для изучения
Адлер, Роберт. Science Firsts, Нью-Йорк. John Wiley & Sons, 2002.
Чанг, Лора, редактор. Учёные на работе. Нью-Йорк. McGraw-Hill, 2000.
Даунс, Роберт. Вехи в науке. Энглвуд, Колорадо. Libraries Unlimited, 1996.
Хейвен, Кендалл. Чудеса науки. Энглвуд, Колорадо. Libraries Unlimited, 1994.
Морселли, Марио. Амедео Авогадро. Нью-Йорк: Д. Рейдель, 1995.
