Informație

5.4: Proprietăți și modificări chimice și fizice - Biologie

5.4: Proprietăți și modificări chimice și fizice - Biologie



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Un bulgăre de aur poate fi ciocănit într-o foaie foarte subțire de folie de aur (este cel mai mult maleabil a tuturor elementelor). Cu toate acestea, aurul din folie este încă doar aur elementar; nimic nu s-a schimbat în afară de aspectul fizic al probei. Același lucru este valabil dacă luați orice substanță solidă pură și o topiți sau o transformați într-un gaz. Structura atomică sau moleculară a substanței nu s-a schimbat, pur și simplu are un aspect fizic diferit. Se numesc modificări ale aspectului exterior care nu modifică natura chimică a substanței și nu produc substanțe noi modificări fizice. Carbonul pur, sub forma unei brichete, poate fi spart la o putere fină fără a schimba faptul că este încă doar carbon elementar (deci, aceasta este o schimbare fizică), dar dacă carbonul pur este încălzit în prezența oxigenului, se întâmplă altceva. Carbonul dispare încet (adesea în flăcări), iar atomii de carbon apar acum ca un compus cu oxigen cu formula CO2. Dioxidul de carbon este o substanță total diferită de carbonul sau oxigenul cu care am început. De exemplu, carbonul este un solid negru, iar dioxidul de carbon este un gaz incolor. Știți că a schimbare chimica a avut loc atunci când compoziția chimică a materialului se modifică și se produce o nouă substanță.

La fel cum am definit un set de proprietăți fizice pentru substanțe, putem defini și un set de proprietăți chimice. Proprietățile chimice sunt pur și simplu setul de modificări chimice care sunt posibile pentru acea substanță. Pentru elementul magneziu (Mg), am putea spune că proprietățile chimice includ:

  • reacția cu oxigenul pentru a forma MgO
  • reacția cu acidul clorhidric pentru a forma MgCl2 și hidrogen gazos (H2)
  • reacția cu dioxid de carbon solid (gheață carbonică) pentru a forma MgO și carbon

Modificările chimice pot fi aproape întotdeauna detectate cu unul dintre simțurile noastre fizice. Astfel, atunci când magneziul reacționează cu oxigenul (arde în aer) se produce o flacără albă strălucitoare, se degajă căldură și magneziul metalic strălucitor este transformat într-o pulbere albă sfărâmicioasă MgO. În reacția cu acidul clorhidric (molecula HCl dizolvată în apă), magneziul metalic solid dispare, bule de hidrogen gazos (H2) sunt dezvoltate, se produce căldură și o soluție limpede care conține MgCl2 este formata. În reacția cu dioxid de carbon solid (gheață carbonică), se produce o flacără albă strălucitoare, se degajă căldură și magneziul metalic strălucitor este transformat într-o pulbere albă sfărâmicioasă și carbon solid. În general, atunci când încercați să identificați o modificare chimică, căutați dovezi de căldură sau lumină, evoluția unui gaz, o schimbare a culorii sau formarea de noi produse solide din soluții altfel clare.


Compoziția chimică și proprietățile fizice

În funcție de specie, vârstă și tip de os, celulele osoase reprezintă până la 15 la sută din volumul de os din osul matur la majoritatea animalelor superioare, ele reprezintă de obicei doar până la 5 la sută. Materialul intercelular neviu al osului constă dintr-o componentă organică numită colagen (o proteină fibroasă dispusă în fire lungi sau mănunchiuri similare ca structură și organizare cu colagenul ligamentelor, tendoanelor și pielii), cu cantități mici de proteinpolizaharide, glicoaminoglicani (cunoscute anterior). ca mucopolizaharide) legate chimic de proteine ​​și dispersate în și în jurul fasciculelor de fibre de colagen și o componentă minerală anorganică sub formă de cristale în formă de baston. Aceste cristale sunt aranjate paralel cu axele lungi ale fasciculelor de colagen și multe se află de fapt în goluri în cadrul fasciculelor în sine. Materialul organic constituie 50% din volumul și 30% din greutatea uscată a compozitului intercelular, restul fiind mineralele. Principalele minerale ale compozitului intercelular sunt calciul și fosfatul. La prima depunere, mineralul este amorf cristalografic, dar odată cu maturarea devine tipic pentru mineralele apatite, componenta majoră fiind hidroxiapatita. Carbonatul este, de asemenea, prezent - în cantități care variază de la 4% din cenușa osoasă la pești și 8% la majoritatea mamiferelor până la mai mult de 13% la broasca testoasă - și apare în două faze distincte, carbonat de calciu și o apatită carbonatată. Cu excepția celor asociate cu elementele sale celulare, există puțină apă liberă în osul mamiferelor adulte (aproximativ 8% din volumul total). Ca rezultat, difuzia de la suprafețe în interiorul substanței intercelulare are loc la viteze lente mai tipice difuziei de pe suprafețele solide decât în ​​interiorul lichidelor.

Cristalele minerale sunt responsabile de duritatea, rigiditatea și marea rezistență la compresiune a osului, dar ele împărtășesc cu alte materiale cristaline o mare slăbiciune în tensiune, care decurge din tendința de a se concentra stresul asupra defectelor și de propagarea acestor defecte. Pe de altă parte, fibrilele de colagen ale osului posedă elasticitate ridicată, rezistență redusă la compresiune și rezistență la tracțiune intrinsecă considerabilă. Rezistența la tracțiune a osului depinde, totuși, nu numai de colagen, ci de asocierea intima a mineralelor cu colagenul, care conferă oaselor multe dintre proprietățile generale prezentate de materialele în două faze precum fibra de sticlă și bambusul. În astfel de materiale, dispersia unui material rigid, dar casant într-o matrice cu elasticitate destul de diferită, previne propagarea eșecului de tensiune prin materialul fragil și, prin urmare, permite o abordare mai apropiată a rezistenței teoretice limită a monocristalelor.

Structura fină a osului a frustrat până acum încercările de a determina adevărata rezistență a compozitului cu matrice minerală la nivelul structural „unității”. S-a descoperit că specimenele de os compact (cortical) au rezistență la tracțiune în intervalul 700–1400 kg pe cm pătrat (10000–20000 de lire pe inch pătrat) și rezistențe la compresiune în intervalul 1400–2100 kg pe cm pătrat (20000–2000). 30.000 de lire sterline pe inch pătrat). Aceste valori sunt de aceeași ordine generală ca și pentru aluminiu sau oțel moale, dar osul are un avantaj față de astfel de materiale prin faptul că este considerabil mai ușor. Rezistența mare a osului există în principal de-a lungul axei sale lungi și este aproximativ paralelă atât cu axa fibrei de colagen, cât și cu axa lungă a cristalelor minerale.

Deși aparent rigide, oasele prezintă un grad considerabil de elasticitate, ceea ce este important pentru capacitatea scheletului de a rezista la impact. Estimările modulului de elasticitate al probelor osoase sunt de ordinul 420 până la 700 kg pe cm pătrat (6.000 până la 10.000 de lire sterline pe inch pătrat), o valoare mult mai mică decât oțelul, de exemplu, indicând elasticitatea mult mai mare a osului. Elasticitatea perfectă există cu sarcini de până la 30 până la 40 la sută din rezistența la rupere peste aceasta, „fluaj” sau deformare treptată, are loc, probabil, de-a lungul defectelor naturale din structura osoasă. Modulul de elasticitate în os depinde în mod izbitor de rata la care sunt aplicate încărcăturile, oasele fiind mai rigide în timpul deformării rapide decât în ​​timpul lent, acest comportament sugerează un element de curgere vâscoasă în timpul deformării.

După cum ar putea fi anticipat din luarea în considerare a compoziției în două faze a osului, variația raportului mineral-colagen duce la modificări ale proprietăților fizice: mai puțin mineral tinde în cele din urmă la o flexibilitate mai mare și mai mult mineral la o fragilitate crescută. Rapoartele optime, așa cum se reflectă în rezistența maximă la tracțiune, sunt observate la un conținut de cenușă de aproximativ 66 la sută, o valoare care este caracteristică oaselor care poartă greutatea mamiferelor.


Cinci stări ale materiei

Care sunt principalele stări ale materiei? Toată lumea ar trebui să știe despre solide, lichide, gaze și plasme. Oamenii de știință au știut întotdeauna despre solide, lichide și gaze. Plasma a fost o idee nouă când a fost identificată de William Crookes în 1879. Ne place să vorbim și despre condensatul Bose-Einstein (BEC). Este o stare distractivă a materiei când eliminați aproape toată energia dintr-un sistem. Oamenii de știință (Cornell, Ketterle și Wieman) care au lucrat cu condensatul Bose-Einstein au primit un premiu Nobel pentru munca lor în 2001.

Ce face o stare a materiei? Totul este despre stare fizică și energie în atomi și molecule. Gândiți-vă la solide. Proprietățile fizice ale unui solid includ deseori „tare” și „frapantă”. Lichidele sunt fluide, se mișcă puțin și umplu recipientele. Gazele sunt întotdeauna în jurul tău, dar moleculele unui gaz sunt mult mai îndepărtate decât moleculele dintr-un lichid. Dacă un gaz are miros, vei putea adesea să-l mirosi înainte de a-l putea vedea. BEC se referă la atomi care sunt mai apropiați și mai puțin energici decât atomii dintr-un solid.


Priveste filmarea: Lipidele grăsimile - proprietăți fizice și chimice (August 2022).