מהן דרגות ארגון החומר? (עם דוגמאות) - מַדָע - 2025

רמות הארגון של חומר הן אלה ביטויים פיסי שמרכיבים את היקום בקשקשים ההמוניים השונים שלה. למרות שניתן להסביר תופעות רבות מהפיזיקה, ישנם אזורים בסולם זה הרלוונטיים יותר למחקרים של כימיה, ביולוגיה, מינרלוגיה, אקולוגיה, אסטרונומיה ומדעי טבע אחרים.

בבסיס החומר יש לנו חלקיקים תת אטומיים שנלמדו על ידי פיזיקת החלקיקים. בטיפוס במדרגות הארגון שלך, אנו נכנסים לתחום הכימיה ואז נגיע לביולוגיה; מהחומר המתפורר והאנרגטי מסתכלים על גופים מינרלוגיים, אורגניזמים חיים וכוכבי לכת.

רמות הארגון של החומר משולבות ומגובשות להגדרת גופים בעלי תכונות ייחודיות. לדוגמה, הרמה התאית מורכבת מהתת-אטומי, האטומי, המולקולרי והתא, אך יש לה תכונות שונות מכולן. באופן דומה, למפלסים העליונים יש תכונות שונות.

מהן דרגות ארגון החומר?

הנושא מאורגן ברמות הבאות:

רמה תת אטומית

אנו מתחילים עם הצליל הנמוך ביותר: עם חלקיקים קטנים מהאטום עצמו. שלב זה הוא מושא המחקר בפיזיקת החלקיקים. בצורה מאוד מפושטת ישנם קווארקים (למעלה ולמטה), לפטונים (אלקטרונים, מואונים ונייטרינים) ונוקלאונים (נויטרונים ופרוטונים).

המסה והגודל של חלקיקים אלה הם כל כך זניחים עד שהפיזיקה הקונבנציונאלית אינה מסתגלת להתנהגותם, וזו הסיבה שיש צורך ללמוד אותם בפריזמה של מכניקת הקוונטים.

ברמה האטומית

עדיין בתחום הפיזיקה (אטומי וגרעיני) אנו מגלים כי חלקיקים קדמוניים מתאחדים באמצעות אינטראקציות חזקות כדי להצמיח את האטום. זו היחידה המגדירה את היסודות הכימיים ואת כל הטבלה המחזורית. האטומים מורכבים למעשה מפרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים. בתמונה הבאה ניתן לראות ייצוג של אטום, עם הפרוטונים והנויטרונים בגרעין והאלקטרונים שבחוץ:

הפרוטונים אחראים למטען החיובי של הגרעין, שיחד עם נויטרונים מהווים כמעט את כל המסה של האטום. לעומת זאת, אלקטרונים אחראים למטען השלילי של האטום, המפוזר סביב הגרעין באזורים צפופים אלקטרוניים הנקראים אורביטלים.

האטומים נבדלים זה מזה במספר הפרוטונים, הנויטרונים והאלקטרונים שיש להם. עם זאת, הפרוטונים מגדירים את המספר האטומי (Z), שהוא בתורו מאפיין עבור כל יסוד כימי. כך, לכל האלמנטים יש כמויות שונות של פרוטונים, וניתן לראות את סדרם בסדר גובר בטבלה המחזורית.

ברמה המולקולרית

מולקולת המים היא ללא ספק האייקונית והמפתיעה מכולן. מקור: DiamondCoder

ברמה המולקולרית אנו נכנסים לתחום הכימיה, הפיזיקו-כימיה, ובתי מרקחת מעט רחוקים יותר (סינתזת תרופות).

אטומים מסוגלים לתקשר זה עם זה באמצעות קשר כימי. כאשר קשר זה הוא קוולנטי, כלומר, עם השיתוף השוויוני ביותר של אלקטרונים שאפשר, אומרים שהאטומים התחברו זה לזה כדי להצמיח מולקולות.

מצד שני, אטומים מתכתיים יכולים לקיים אינטראקציה דרך הקשר המתכתי, מבלי להגדיר מולקולות; אבל כן גבישים.

בהמשך לקריסטלים, אטומים יכולים לאבד או להשיג אלקטרונים כדי להפוך לקטיונים או לאנונים בהתאמה. שני אלה יוצרים את הצמד המכונה יונים. כמו כן, מולקולות מסוימות יכולות להשיג מטענים חשמליים, המכונות יוני מולקולרי או פוליטומי.

מיונים והגבישים שלהם, כמויות אדירות מהם, נולדים מינרלים, המרכיבים ומעשירים את קרום כדור הארץ ומעטפתו.

מולקולת דנדרימר פוליפניילן מגושמת זו היא דוגמה למיקרולולה. מקור: אבן M בוויקיפדיה בשפה האנגלית

תלוי במספר הקשרים הקובלים, מולקולות מסוימות הן מסיביות יותר מאחרות. כאשר למולקולות אלה יחידה מבנית וחוזרת (מונומר), אומרים שהן מקרומולקולות. ביניהם, למשל, יש לנו חלבונים, אנזימים, פוליסכרידים, פוספוליפידים, חומצות גרעין, פולימרים מלאכותיים, אספלטנים וכו '.

יש להדגיש כי לא כל המקרו-מולקולות הן פולימריות; אבל כל הפולימרים הם מקרומולקולות.

מקבץ המים (100) של מולקולות מים מוחזק יחד על ידי קשרי המימן שלהם. זוהי דוגמא ל superpramolecule שנשלט על ידי אינטראקציות של ואן דר וולס. מקור: Danski14

עדיין ברמה המולקולרית, מולקולות ומיקרומולקולות יכולות להצטבר דרך אינטראקציות של ואן דר וול ליצירת קונגלומרטים או מתחמים הנקראים supramolecules. בין הידועים ביותר יש לנו מיקרונים, שלפוחית ​​ודופן השומנים הכפולים.

ל superpramolecules יכולות להיות גדלים והמונים מולקולריים קטנים או גדולים יותר מה- macromolecules; עם זאת, האינטראקציות הלא-קוולנטיות שלהם הן הבסיסים המבניים של שלל מערכות ביולוגיות, אורגניות ואי-אורגניות.

רמת האברונים התא

ייצוג המיטוכונדריה, אחד האברונים התאיים החשובים ביותר.

מולקולות Supramolec נבדלות זו מזו באופיין הכימי, וזו הסיבה שהן מתלכדות זו עם זו באופן אופייני להתאמה לסביבה הסובבת אותם (מימית במקרה של תאים).

זה כאשר מופיעים אברונים שונים (מיטוכונדריה, ריבוזומים, גרעין, מנגנון גולגי וכו '), כל אחד מהם מיועד למלא פונקציה ספציפית בתוך המפעל החי הקולוסאלי המוכר לנו בתא (האוקריוטי והפרוקריוטי): "האטום" של החיים.

רמת התא

דוגמה לתא אוקריוטי (תא בעלי חיים) וחלקיו (מקור: Alejandro Porto דרך Wikimedia Commons)

ברמה התאית, ביולוגיה וביוכימיה (בנוסף למדעים קשורים אחרים) נכנסים לפעולה. בגוף קיימת סיווג לתאים (אריתרוציטים, לויקוציטים, זרע, ביצים, אוסטאוציטים, נוירונים וכו '). ניתן להגדיר את התא כיחידת החיים הבסיסית וישנם שני סוגים עיקריים: איוקריוטים ופרוקוטיוטים.

רמה רב-תאית

קבוצות תאים מובחנות מגדירות רקמות, רקמות אלו מקורן באיברים (לב, לבלב, כבד, מעיים, מוח), ולבסוף האיברים משלבים מערכות פיזיולוגיות שונות (נשימה, מחזור הדם, עיכול, עצבים, אנדוקריניים וכו '). זו הרמה הרב-תאית. לדוגמה, קבוצה של אלפי תאים מהווים את הלב:

בשלב זה קשה ללמוד תופעות מנקודת מבט מולקולרית; אף על פי שבית מרקחת, כימיה סופרמרקולקולרית המתמקדת ברפואה ובביולוגיה מולקולרית, שומרים על נקודת מבט זו ומקבלים אתגרים כאלה.

אורגניזמים

בהתאם לסוג התא, ה- DNA והגורמים הגנטיים, התאים בסופו של דבר בונים אורגניזמים (צמח או חיה), מהם הזכרנו כבר את האדם. זהו שלב החיים, שמורכבותם ורחבתו בלתי נתפסת אפילו בימינו. לדוגמא, נמר נחשב לפנדה נחשב לאורגניזם.

רמת האוכלוסייה

אשכולות של פרפרי מונארך אלה מדגימים כיצד אורגניזמים מתחברים לאוכלוסיות. מקור: Pixnio.

אורגניזמים מגיבים לתנאים סביבתיים ולהסתגל על ​​ידי יצירת אוכלוסיות לשרוד. כל אוכלוסייה נחקרת על ידי אחד מענפי הטבע הרבים במדעי הטבע, וכן הקהילות הנובעות מהן. יש לנו חרקים, יונקים, ציפורים, דגים, אצות, דו חיים, ערבינידים, תמנונים ועוד רבים וטובים. לדוגמה, קבוצת פרפרים מהווה אוכלוסייה.

מערכת אקולוגית

מערכת אקולוגית. מקור: מאת LA turrita, מתוך ויקימדיה Commons

המערכת האקולוגית כוללת את הקשרים בין גורמים ביוטיים (שיש להם חיים) לבין גורמים אביוטיים (שאינם חיים). זה מורכב מקהילה של מינים שונים שחולקים את אותו מקום לחיות (בית גידול) ושמשתמשים במרכיבים אביוטיים כדי לשרוד.

מים, אוויר ואדמה (מינרלים וסלעים) מגדירים את המרכיבים האביוטיים ("ללא חיים"). בינתיים, מרכיבים ביוטיים מורכבים מכל היצורים החיים במלוא ביטוים והבנתם, מחיידקים ועד פילים ולווייתנים, המקיימים אינטראקציה עם מים (הידרוספרה), אוויר (אטמוספרה) או אדמה (ליטוספרה).

מערכת המערכות האקולוגיות של כדור הארץ כולו מהווה את השלב הבא; הביוספרה.

ביוספירה

תרשים של אטמוספירת כדור הארץ, הידרוספרה, ליטוספרה וביוספרה. מקור: Bojana Petrović, מ- Wikimedia Commons

הביוספרה היא הרמה המורכבת מכל היצורים החיים החיים על הפלנטה ובתי הגידול שלהם.

כאשר חוזרים בקצרה לרמה המולקולרית, מולקולות בלבד יכולות להרכיב תערובות בממדים מופקעים. לדוגמא, האוקיינוסים נוצרים על ידי מולקולת המים, H ₂ O. בתורו, האטמוספרה נוצרת על ידי מולקולות גזים וגזים אצילים.

לכל כוכבי הלכת המותאמים לחיים יש ביוספרה משלהם; למרות שאטום הפחמן וקשריו הם בהכרח היסוד שלו, לא משנה עד כמה היצורים שלו התפתחו.

אם תרצו להמשיך לעלות בסולם החומר, היינו סוף סוף נכנסים לגבהים של האסטרונומיה (כוכבי לכת, כוכבים, גמדים לבנים, ערפיליות, חורים שחורים, גלקסיות).

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
2. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
3. סוזנה ג 'מוראלס ורגאס. (2014). רמות ארגון החומר. התאושש מ: uaeh.edu.mx
4. טניה. (4 בנובמבר 2018). רמת ארגון החומר. התאושש מ: scientskeptic.com
5. לַחְשָׁן. (2019). מהן דרגות ארגון החומר? התאושש מ: apuntesparaestudiar.com