מֵידָע

2.1: הכימיה של החיים - ביולוגיה


כל החיים קיימים בהקשר של סביבתו. נחקור כמה נכסים אלה במעבדה של היום.

חלק 1: pH כימיה

למרות שמים נחשבים בדרך כלל כתרכובת יציבה, מולקולות מים בודדות צוברות, מפסידות ומחליפות אטומי מימן ללא הרף. תהליך זה מיוצג על ידי התגובה הכימית הבאה:

ח2O ↔ OH + H

למים טהורים עם pH של 7 יש מספר שווה של יוני מימן והידרוקסיד בכל רגע נתון. מים נחשבים כחומר ניטרלי. ניתן לקבוע את ה- pH של כל פתרון על ידי חישוב הריכוז הכולל של יוני מימן בתמיסה.

מהו MOLE?

שומה היא מונח המשמש לתיאור כמותו של משהו. אם יש לך שומה של מהדקים, זה אומר שיש לך מהדקים. הדבר דומה לאופן בו אנו משתמשים במילה "תריסר". אנו יודעים שאם יש לך תריסר מהדקים, זה אומר שיש לך 12 מהם.

1 תריסר = 12

1 שומה = 6.02 × 1023

מדענים מודדים את החומציות באמצעות סולם ה- pH. סולם ה- pH נע בין 0 ל -14, והמספרים מייצגים את ריכוז יוני המימן–1 בחומר. לדוגמה, לחומצת הסוללה, עם pH של 1, יש 1 × 10 שומות של יוני מימן לליטר תמיסה. לאמוניה, שהוא חומר בסיסי מאוד עם pH 12, יש 1 × 10–12 שומות של יוני מימן לליטר תמיסה. ככל שהתמיסה חומצית יותר כך היא מכילה יותר יוני מימן.

שינויים מוגזמים ב- pH יכולים לגרום לבעיות מטבוליות ואקולוגיות. לדוגמה, ה- pH של הדם נשמר בקפידה בין 7.35 ל- 7.45. כל סטייה מעל או מתחת לטווח זה תגרום לאלקלוזיס או לחמצת, ושני המצבים יכולים להיות קטלניים. גשם חומצי, לעומת זאת, יכול להמיס מתכות רעילות מחלקיקי הקרקע לתמיסת האדמה ולפגוע בצמיחת הצמחים. כפי שנראה בקרוב, בריאות הצמחים היא גורם המשפיע במהירות על רוב צורות החיים האחרות על פני כדור הארץ.

חומרים

  • נייר pH (1–14)
  • מגש פלסטיק עם בארות
  • עיפרון שעווה

תהליך

בהתאם להנחיות שנתן המורה שלך, מדוד את ה- pH של כל פתרון בעזרת נייר pH. רשום למטה את ה- pH של פריטים אלה.

  • מי ברז
  • מים מזוקקים
  • לְהַלבִּין
  • אַספִּירִין
  • מיץ לימון
  • חלב

חלק 2: מאגרים

מאגרים הם מולקולות המתנגדות לשינויים ב- pH. הם יכולים לקחת ולשחרר עודפי מימן בתמיסה ולכן מונעים שינויים דרסטיים ב- pH, ללא קשר אם מתווספת חומצה או בסיס לתמיסה. התוצאה נטו היא ש- pH התמיסה נשאר יציב יחסית (עד שהחיץ מוצף). מאגרים נמצאים בדרך כלל במינרלים מומסים, בקרקע ובאורגניזמים חיים.

לדוגמה, מאגרים יכולים לשחק תפקיד מגן במערכות האקולוגיות של האגם. באגם שפלה, גשם חומצי גורם לתנודות מעטות מאוד ב- pH מכיוון שאגמים אלה בדרך כלל עתיקים במולקולות אורגניות הפועלות כמאגרים. אגם בעל יכולת חיץ קטנה, כגון אגם אלפיני גבוה דל במולקולות אורגניות, יחווה שינוי גדול בהרבה ב- pH הכללי כתוצאה ממשקעים חומציים.

חומרים

  • נייר pH (1–14)
  • מי ברז (ח2O)
  • 2 כוסות (250 מ"ל)
  • 1 גרם NaHCO3 (אבקת סודה לשתייה)
  • 0.001 M HCl (חומצה הידרוכלורית)
  • עיפרון שעווה

תהליך

  1. מלאו שני כוסות עם 50 מ"ל של מי ברז. סמן כוס אחת כ"נאגר "וסמן את הכוס השנייה כ"לא מאופרת".
  2. מוסיפים 1 גרם סודה לשתייה לכוס ה"נאגר ". מערבולת להתמוסס.
  3. באמצעות רצועות ה- pH, מודדים את ה- pH של שני הכוסות. רשום את כל המדידות בטבלה 1.
  4. הוסף 10 מ"ל של 0.001 M HCl (חומצה הידרוכלורית) לכל כוס ומערבב.
  5. למדוד את ה- pH של שני הכוסות ולרשום.
  6. חזור על שלבים 3-5 עד שתוסיף סך הכל 50 מ"ל של 0.001 M HCl לכל כוס.

נתונים

רשום את ה- pH של הפתרונות שנאגרו ובלתי מאגרים שלך לאחר כל תוספת של 10 מ"ל של חומצה הידרוכלורית לכל כוס.

טבלה 1. פתרונות שנאגרו ובלתי מאופרים
נפח (מ"ל) של
0.001 M HCl
ph
פתרון שנאגרפתרון לא מצומצם
0
10
20
30
40
50

ניתוח נתונים

הדגימו את יכולת החיץ של כל פתרון על ידי גרף התוצאות שלכם למטה. מניחים את נפח ה- HCl על ציר ה- x ואת ערך ה- pH על ציר ה- y. אל תשכח לתת לגרף שלך כותרת.

אתה יכול להוריד תבנית נייר גרף זו כדי להשלים חלק זה.

חלק 3: מאגרים בדם

יוני ביקרבונט משמשים כמאגר רב עוצמה בדם שלך. הם נוצרים כאשר פחמן דו חמצני (CO2), המיוצר במהלך הנשימה הסלולרית, מגיב עם מים:

שיתוף2 + ח2או, ה2שיתוף3 ↔ HCO3–+ H+

שימו לב כי גם נוצרים יוני מימן, מה שמגביר את חומציות הדם ומוריד את ה- pH. בגופך יוני המימן נספגים על ידי מולקולות המוגלובין על כדוריות הדם האדומות שלך. בינתיים, יוני הביקרבונט מסתובבים בפלזמת הדם ומונעים שינויים מהירים ב- pH. כאשר הדם שלך מסתובב מעבר לתאים המטבוזים, יותר ויותר CO2 נכנס למחזור הדם שלך ופונה ליונים ביקרבונט. כשהדם מגיע לריאות, הוא מלא ביוני ביקרבונט ומימן. יוני הביקרבונט ומימן משתלבים כעת והתגובה עוברת מימין לשמאל ומשחררת את CO2, שעכשיו נושם החוצה. בתרגיל זה תבעבע CO2 למי ברז ולהדגים את השינוי ב- pH כאשר נוצרת חומצה פחמנית. תשתמש במחוון ה- pH פנול אדום, שהופך לצהוב בתנאים חומציים ומגנטה (אדום-סגול) בתנאים בסיסיים.

חומרים

  • מי ברז
  • קשית שתיה
  • בקבוק ארלנמאייר (250 מ"ל)
  • פנול אדום
  • נייר pH

תהליך

  1. השג בקבוקון קטן וקשית, ומלא את הבקבוקון כ- ¼ מלא במי ברז.
  2. מדוד את ה- pH של המים בעזרת נייר ה- pH.
  3. מוסיפים לבקבוק 6-7 טיפות של פנול אדום.
  4. אין לסובב את הבקבוק (הדבר עלול להכניס CO2 לתוך התמיסה!), אך נסער בעדינות כדי לערבב את הפתרון.
  5. רשום את הצבע הראשוני של המים.
  6. בעזרת קש, נושפים בועות אוויר לתמיסה ומתבוננים בשינויי צבע כלשהם.
  7. רשום את ה- pH הסופי של הפתרון.

נתונים

פתרון ראשוניפתרון סופי
pH
צֶבַע

שאלות מעבדה

  1. מה קורה כאשר פחמן דו חמצני משתלב עם מים?
  2. מדוע הפך הפתרון האדום של הפנול לצבע לאחר שהפצת בועות אוויר לתוכו?
  3. אם אדם עוצר את נשימתה, CO2 מצטבר במחזור הדם. איזו השפעה יש לזה על רמת ה- pH בדם?
  4. אם אדם מתנשא יתר על המידה, יותר מדי CO2 מוסר ממחזור הדם. איזו השפעה יש לזה על ה- pH בדם?
  5. מדוע "נשימה לתוך שקית" היא טיפול טוב למטופל היתר -אוורור?
  6. מדוע הומאוסטזיס של pH כל כך קריטי באורגניזמים חיים?

חלק 4: תרכובות קוטביות ובלתי קוטביות

מים הם מולקולה מרתקת שהמבנה הכימי שלה אחראי במידה רבה לחיים על פני כדור הארץ. תגובות כימיות המתרחשות בתוך התא קיימות בסביבה מימית המורכבת בעיקר ממים. המאפיין העיקרי של מולקולת המים המקנה את תכונותיה הייחודיות הרבות הוא העובדה הפשוטה כי מים הם מולקולה קוטבית. כאשר בוחנים את הקוטביות של המים, תחילה עליך לזכור שקשרים כימיים מתרחשים כאשר 2 אטומים או יותר "חולקים" אלקטרונים. במולקולת המים, אטום החמצן 'מחזיר' את האלקטרונים שהוא חולק עם יוני המימן. מכיוון שהאלקטרונים קרובים יותר לאטום החמצן, צד זה של מולקולת המים בסופו של דבר שלילי חלקית ואילו צד המימן של המולקולה בסופו של דבר חיובי חלקית. זה הופך מים לממס מעולה. חומרים הידרופיליים (מי אהבה) הם בדרך כלל מולקולות קוטביות או יוניות עצמן, ויתמוססו בקלות במים. חומרים הידרופוביים (מים שונאים) הם בדרך כלל מולקולות לא קוטביות, ולא יתמוססו במים. חומרים לא קוטביים יתמוססו בממס לא קוטבי כמו שמן. חומרי שטח הם מולקולות מיוחדות שהן הידרופיליות והידרופוביות כאחד. הם מאפשרים לערבב מים ושמן. סבונים וחומרי ניקוי הם דוגמאות של חומרים פעילים.

חומרים

  • 2 מבחנות
  • שמן
  • מי ברז
  • מיץ סלק
  • שמן צ'ילי
  • חומר ניקוי

תהליך

  1. השג שני מבחנות והוסף 5 מ"ל מים ו -5 מ"ל שמן לכל צינורית. הניחו לצינורות לעמוד במשך דקה אחת. רשום את המראה של הצינורות ותייג את המרכיבים בצינור.
  2. הוסף ≈6 טיפות תמצית מיץ סלק לצינור מס '1 ו- drops6 טיפות שמן צ'ילי לצינור מס' 2. אפשרו להתפשטות למשך 1-2 דקות. רשום את המראה של הצינורות.
  3. לנער כל צינור בעדינות ולתת לעמוד מספר דקות. רשום את המראה של הצינורות.
  4. לאחר מכן הוסף כמה טיפות של חומר ניקוי לכל צינור; לנער בעדינות ולהתבונן. רשום את המראה הצינור.

הורד דף זה כדי לתעד את המראה של הצינורות בכל שלב.

שאלות מעבדה

  1. מה קורה כשמשלבים שומנים ומים? למה?
  2. במה שונה תמצית מיץ סלק ושמן צ'ילי בתכונותיהם הכימיות? איך אתה יודע?
  3. הסבר מה קרה כאשר הצינורות רעדו. מה קרה לאחר הוספת חומר הכביסה? כיצד תוכל להסביר תוצאות אלו?
  4. כיצד הדו -שכבה הפוספוליפידית המרכיבה קרום תא הן הידרופילית והן הידרופובית?
  5. מהו חומר פעילי שטח? איך זה עובד?


צפו בסרטון: הסבר וירוס הקורונה- מחזור החיים - ביולוגיה לבגרות (יָנוּאָר 2022).