Mokslas ir gyvenimas 2011 Nr. 5â6 1 - Vilniaus universitetas
Mokslas ir gyvenimas 2011 Nr. 5â6 1 - Vilniaus universitetas
Mokslas ir gyvenimas 2011 Nr. 5â6 1 - Vilniaus universitetas
- No tags were found...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
tinius elektronus nei didesnis <strong>ir</strong> abu jungties<br />
elektronai yra pasislinkæ link maþesniojo.<br />
Atomas, prie kurio pasislenka elektronai,<br />
ágyja neigiamà krûvá –δ, o atomas, nuo<br />
kurio atitraukiami elektronai, ágyja teigiamà<br />
krûvá +δ, <strong>ir</strong> cheminë jungtis A –δ – B +δ<br />
tampa poline. Kaip matëme, maþiausi yra<br />
antrojo periodo paskutiniai atomai, todël<br />
prie jø labiausiai pasislenka abu jungties<br />
elektronai, jie turi didþiausius neigiamus<br />
krûvius <strong>ir</strong> sudaro labiausiai polines jungtis<br />
su kitokiais atomais. Polinës jungtys yra <strong>ir</strong><br />
tarp sk<strong>ir</strong>tingø organogeniniø atomø O –δ –<br />
H +δ , N –δ –H +δ , C +δ –N –δ , C +δ –O –δ . Tuo tarpu<br />
treèiojo <strong>ir</strong> tolimesniø periodø atomø sudaromos<br />
jungtys yra daug maþiau polinës<br />
(tik halogenai Cl , Br , J sudaro labiau polines<br />
jungtis).<br />
Nepolinës jungtys susidaro tarp vienodø<br />
ar panašias jonizacijos energijas turinèiø<br />
atomø, kai abu jungties elektronai lokalizuojasi<br />
ties jungties viduriu. Labai svarbi<br />
gyvybei nepolinë jungtis yra tarp anglies<br />
<strong>ir</strong> vandenilio atomø –C–H, nes jø VE yra<br />
traukiami prie branduoliø panaðia jëga. Nepolinës<br />
jungtys yra <strong>ir</strong> tarp anglies –C–C–<br />
ar kitø vienodø atomø.<br />
Kuo didesnis atomø dydþiø sk<strong>ir</strong>tumas,<br />
tuo didesnis δ, tuo didesnis jungties poliškumas.<br />
Kai šis sk<strong>ir</strong>tumas tampa labai didelis,<br />
abu σ jungties elektronai atsiduria<br />
prie maþesnio atomo, turinèio didelá efektyvø<br />
branduolio krûvá <strong>ir</strong> daug stipriau traukianèio<br />
elektronus. Tada δ tampa beveik<br />
lygus elektrono krûviui (δ ~ 1), <strong>ir</strong> jungtis<br />
tampa jonine A – B + . Joninës jungtys susidaro<br />
tarp periodinës sistemos deðiniojo v<strong>ir</strong>ðutinio<br />
kampo maþø atomø, ypaè halogenø,<br />
<strong>ir</strong> metalø atomø.<br />
Metalai, bûdami teigiamø jonø ðaltinis<br />
gyvuose organizmuose, dalyvauja susidarant<br />
daugeliui labai svarbiø gyvybiniø procesø<br />
<strong>ir</strong> struktûrø. Á baltymø ar kitø makromolekuliø<br />
sudëtá metalai áeina kaip atsk<strong>ir</strong>i<br />
teigiami jonai, kurie sudaro metalo kompleksiná<br />
junginá su baltymo (chlorofilo, hemoglobino<br />
<strong>ir</strong> daugelio kitø) keliomis atomø<br />
grupëmis <strong>ir</strong> taip suformuoja fermento<br />
aktyvø centrà , kuriame vykdoma specifinë<br />
cheminë reakcija.<br />
Organogeniniø atomø iðsk<strong>ir</strong>tinumas<br />
<strong>ir</strong> jø molekuliø gausa bei áva<strong>ir</strong>ovë<br />
Kaip matyti, organogeniniai antrojo<br />
periodo anglies C, azoto N <strong>ir</strong> deguonies<br />
O atomai, esantys periodinës sistemos<br />
v<strong>ir</strong>ðuje, deðiniajame kampe, iðsisk<strong>ir</strong>ia ið<br />
kitø atomø daugeliu savybiø. P<strong>ir</strong>miausia<br />
jø sudaromos σ jungtys yra stipresnës uþ<br />
kitø to paties periodo <strong>ir</strong> tolimesniø periodø<br />
atomø <strong>ir</strong> todël jø sudarytos molekulës<br />
yra stipresnës <strong>ir</strong> daþnai stabilesnës.<br />
Be to, šalia σ jungties jie gali sudaryti papildomai<br />
antrà (ar <strong>ir</strong> treèià) π jungtis, kurios<br />
yra chemiškai <strong>ir</strong> optiškai (fotosintezë)<br />
aktyvesnës. Molekulës (ar jø dalys),<br />
sudarytos tik σ jungtimis sujungtais atomais,<br />
yra erdvinës trimatës, o turinèios π<br />
jungèiø grandinëles ar uþdarø þiedø formas,<br />
yra plokðèios, <strong>ir</strong> tai suteikia joms papildomø<br />
struktûriniø savybiø (pavyzdþiui,<br />
DNR dvigubos sp<strong>ir</strong>alës susidarymui).<br />
Iš organogeniniø atomø savo molekuliø<br />
formos – geometrijos <strong>ir</strong> dydþio áva<strong>ir</strong>ove<br />
iðsisk<strong>ir</strong>ia anglies atomas, nes, bûdamas<br />
keturvalentis <strong>ir</strong> sudarydamas stabiliausias<br />
π tipo jungtis, gali turëti keturis,<br />
tris ar tik du cheminëmis jungtimis prijungtus<br />
kaimyninius atomus. Tai leidþia anglies<br />
atomo pagrindu su kitais organogeniniais<br />
atomais susidaryti tokiai daugybei<br />
áva<strong>ir</strong>iausios struktûros <strong>ir</strong> áva<strong>ir</strong>iausiø savybiø<br />
molekuliø, kad iðsk<strong>ir</strong>iama atsk<strong>ir</strong>a chemijos<br />
ðaka – organinë chemija. Ypaè<br />
daug sk<strong>ir</strong>tingø molekuliø ats<strong>ir</strong>anda dël anglies<br />
atomo gebëjimo sudaryti dideles<br />
molekules <strong>ir</strong> makromolekules.<br />
Á organogeninius atomus panaðûs treèiojo<br />
periodo silicio Si, fosforo P, sieros S<br />
atomai, bet jie yra didesni, jø sudaromos<br />
cheminës jungtys silpnesnës <strong>ir</strong> molekulës<br />
maþiau stabilios. Atsk<strong>ir</strong>ai reikia aptarti<br />
silicá, kuris turëtø bûti panaðus á organogeninæ<br />
anglá, taèiau, bûdamas pastebimai<br />
didesnis, nesudaro stipriø π jungèiø <strong>ir</strong> todël<br />
vietoj dvigubø jungèiø visada jungiasi<br />
stipresnëmis viengubomis σ jungtimis<br />
su keturiais kaimyniniais atomais. Jungdamasis<br />
su deguonies atomais silicis sudaro<br />
áva<strong>ir</strong>ius silikatus, taip pat <strong>ir</strong> stiklus,<br />
kurie yra kietos <strong>ir</strong> chemiðkai labai inertinës<br />
medþiagos. Nors silikatuose silicio su<br />
deguonimi junginys paprastai vaizduojamas<br />
SiO 2<br />
, bet iš tiesø tai nëra atsk<strong>ir</strong>os molekulës,<br />
o cheminëmis jungtimis sujungtos<br />
jø iðsiðakojusios grandinëlës. Tuo tarpu<br />
CO 2<br />
yra atsk<strong>ir</strong>a stabili molekulë, kurioje<br />
anglis su kiekvienu deguonies atomu<br />
sudaro dvigubà jungtá, <strong>ir</strong> ji yra pagrindinis<br />
anglies ðaltinis gyvybei.<br />
Tokios yra pagrindinës organogeniniø<br />
anglies, azoto, deguonies <strong>ir</strong> vandenilio<br />
atomø savybës, kurios juos sk<strong>ir</strong>ia nuo kitø<br />
atomø.<br />
P.S. Reikia paþymëti dar vienà iðsk<strong>ir</strong>tinæ<br />
anglies savybæ – tai ið jos atomø sudarytø<br />
medþiagø kietumas, tv<strong>ir</strong>tumas. Iki pastarojo<br />
meto buvo manoma, kad pati kieèiausia<br />
<strong>ir</strong> tv<strong>ir</strong>èiausia medþiaga yra deimantas,<br />
sudarytas ið tetraedrinëmis kryptimis<br />
viengubomis cheminëmis jungtimis susijungusiø<br />
anglies atomø. Taèiau ðiemet fizikos<br />
Nobelio premija pask<strong>ir</strong>ta dviem<br />
Jungtinëje Karalystëje d<strong>ir</strong>bantiems <strong>ir</strong> Rusijoje<br />
gavusiems fizikiná iðsilavinimà mokslininkams<br />
uþ grafeno plokðteliø atskyrimà<br />
ið grafito <strong>ir</strong> jø savybiø tyrimà. Pas<strong>ir</strong>odë, kad<br />
grafeno plokðtelës yra dar kietesnës nei<br />
deimanto kristalai, nes grafeno plokðtelëse<br />
anglies atomai yra sujungti ne viengubomis<br />
σ cheminëmis jungtimis, kaip deimante,<br />
bet <strong>ir</strong> konjuguotomis π jungtimis,<br />
kaip benzolo þieduose, <strong>ir</strong> grafeno plokðtelës<br />
yra iðtisiniai sujungti ðeðiakampiai<br />
benzolo þiedai. Kitaip sakant, grafeno<br />
plokðtelëse anglies atomai yra sujungti ne<br />
viena chemine jungtimi, o „pusantros“ cheminës<br />
jungties (π jungtys yra silpnesnës<br />
nei σ jungtys) <strong>ir</strong> todël grafeno plokštelës<br />
yra kietesnës bei tv<strong>ir</strong>tesnës nei deimanto.<br />
Nors grafità sudaro kieèiausiø grafeno<br />
plokðteliø makrosluoksnis, taèiau pats grafitas<br />
yra minkðta medþiaga. Taip yra todël,<br />
kad grafite grafeno plokðtelës yra sulipusios<br />
silpnomis dispersinëmis Londono sàveikomis<br />
<strong>ir</strong> tos plokðtelës lengvai slenka<br />
viena kitos atþvilgiu (panaðiai kaip slenka<br />
dvi drëgnos sulipusios stiklo plokðtelës).<br />
Tai <strong>ir</strong> sàlygoja grafito minkðtumà, nes raðant<br />
pieðtuku vienas grafeno plokðteliø<br />
sluoksnelis nuslysta nuo kitø <strong>ir</strong> sulûþinëja,<br />
o tie nuolauþø sluoksneliai stipriai prilimpa<br />
prie popieriaus nelygaus pav<strong>ir</strong>ðiaus,<br />
vëlgi dispersinëmis Londono sàveikomis.<br />
Bet egzistuoja <strong>ir</strong> dar viena ið anglies atomø<br />
sudaryta molekulë, kuri yra dar kietesnë<br />
<strong>ir</strong> tv<strong>ir</strong>tesnë nei grafeno plokðtelë <strong>ir</strong>, þinoma,<br />
kietesnë nei deimantas. Tokiose kumulenais<br />
vadinamose molekulëse anglies atomai<br />
yra iðsidëstæ vienoje tiesëje <strong>ir</strong> sudaro<br />
grandinëlæ – siûlà, kurioje anglies atomai<br />
sudaro dvi nepriklausomas konjuguotø π<br />
jungèiø grandines, o ne vienà kaip grafene.<br />
Todël kumulenuose anglies atomai yra<br />
sujungti nebe „pusantros“ cheminës jungties,<br />
kaip grafene, bet jau bent „dviejø“ cheminiø<br />
jungèiø. Dël to kumuleninë grandinëlë<br />
yra tv<strong>ir</strong>tesnë nei grafeno plokðtelë ar<br />
deimantas. Ið tokiø kumuleniniø grandiniø<br />
susukta v<strong>ir</strong>vë bûtø tv<strong>ir</strong>èiausia ið visø kitø.<br />
Galima paþymëti vienà „paradoksà“,<br />
paremtà mûsø kasdiene buitine pat<strong>ir</strong>timi.<br />
Paprastai manoma, kad kietos medþiagos<br />
yra sunkios. Taèiau ið anglies sudarytos tv<strong>ir</strong>tosios<br />
medþiagos yra palyginti lengvos, nedaug<br />
sunkesnës uþ vandená. Taip yra dël<br />
to, kad medþiagos svoris (masë) labiausiai<br />
priklauso nuo jà sudaranèiø atomø branduoliø<br />
masës–svorio, kuriø kiekis tûryje priklauso<br />
nuo branduoliø atominio svorio <strong>ir</strong><br />
atomø dydþiø. Tolimesniø periodø atomø<br />
dydþiai yra panaðûs, tik apie du kartus didesni<br />
nei anglies <strong>ir</strong> todël neturi didelës reikðmës<br />
medþiagø masei – svoriui. Tuo tarpu<br />
anglies atomo branduolio atominis svoris<br />
yra tik dvylika (12), o, pavyzdþiui, geleþies<br />
beveik penkis kartus didesnis (~56), sidabro<br />
– devynis kartus (~108), o aukso – daugiau<br />
kaip ðeðiolika kartø (~197). Tad ið šiø<br />
atomø sudarytos medþiagos yra daug sunkesnës<br />
nei sudarytos ið anglies, nors <strong>ir</strong> daug<br />
minkðtesnës.<br />
(Bus daugiau)<br />
<strong>Mokslas</strong> <strong>ir</strong> <strong>gyvenimas</strong> <strong>2011</strong> <strong>Nr</strong>. 5–6 35