في حال كنتم تتساءلون
فإنه هكذا يبدأ أحدث كورس في علم الحياة (البيولوجيا)
هيا بنا اليوم لنتعلم عن الروابط التساهمية والأيونية و الهيدروجينية
ماذا عن مدارات الإلكترونات ؟
و قاعدة الثمانية ؟
و ما علاقة كل هذا الأمور برجل مجنون يدعى جيلبرت لويس ؟
هذا ما سنتكلم عنه
مرحباً ، أنا هانك
أفترض أنكم هنا لكونكم مهتمين بعلم البيولوجيا
إذا كنتم كذلك، فهذا معقول لأنه
كأية أغنية جيدة ل 50 cent البيولوجيا هي فقط عن الجنس و عدم الموت
و كل من يشاهد هذا الفيديو يجب أن يكون مهتماً بالجنس و عدم الموت
لكونكم - أفترض- بشر
سأقوم بتعليم هذا الكورس في البيولوجيا بشكل مختلف عن أي كورس أخر
كنتم قد تعلمتموه في حياتكم
مثلا، أنا لن أقوم بتمضية الدرس الأول
أتكلم عن كيفية تمضيتي لباقي الدروس
سأبدا فقط بتعليمكم، كما سيحدث الآن
أود أن أقول شيئاً واحداً قبل البدأ
أجل، سأقوم بذلك !
إذا كنت أتكلم بشكل سريع بالنسبة لكم فإن الشيء الرائع بخصوص الفيديو
أنه يمكنك ترجيع الفيديو
و مشاهدة أي شي عدة مرات إذا كان غير واضح
على أمل أنه سيصبح أكثر وضوحاً
ويمكنك أيضاً تسريع المقاطع التي تعرفها مسبقاً
نصيحة أخرى ، يمكنك أيضاً استخدام الأرقام الموجودة على لوحة المفاتيح للتنقل
ضمن الفيديو
وأعدكم أنكم تستطيعون فعل هذا بي بقدر ما تشاؤون ولن أمانع على الإطلاق
بروفيسور عظيم أعرفه أخبرني ذات مرة أنه من أجل فهم أي موضوع بشكل كامل
يجب عليك أن تفهم قليلاً من درجة التعقيد لموضوع أدنى منه
و الموضوع المعقد الأدنى من البيولوجيا هو الكيمياء
إلا إذا كنت مختصاُ بالكيمياء الحيوية ، عندها ستقول أن الكيمياء الحيوية هي الموضوع الأدنى
في الحالتين ، يجب عليك أن تعرف قليلاً من الكيمياء إن أردت أن تخوض في البيولوجيا
و هكذا ، أصدقائي ، من هنا سنبدأ
أنا مجموعة من الجزيئات العضوية التي تدعى " هانك غرين "
المركبات العضوية هي صنف المركبات التي تحتوي الكربون
و الكربون هو تلك الفتاة المثيرة في الجدول الدوري
هذا ، كما تعلمون ...
لا يبالي بالزواج من شخص واحد
إيزابيل ، القليل من التسكع ، أيتها الفتاة المشاكسة
عندما أقول إن الكربون صغير ، أعني أنه حقاً كذلك !
كذرّة ، هو ذرّة صغيرة نسبياً
يمتلك 6 بروتونات و 6 نيترونات بمجمل وزن ذرّي هو 12
لهذا السبب ، فإن الكربون لا يحتل الكثير من المساحة
فالكربون يستطيع تشكيل نفسه ضمن حلقات ، مسطحات و لوالب غريبة
و روابط ثنائية و ثلاثية أيضاً
يمكنه أن يقوم بكافة الأعمال التي لايمكن للذرات الأكبر القيام بها
هو بشكل أساسي النظير الذري لبطل جمباز أولمبي
يمكنه القيام بكل تلك الأعمال الجميلة ، الرائعة ، و الراقية لأنه ضئيل نوعاً ما
كما يقال عنه أيضاً أنه لطيف
و هذا شيء مثير للاهتمام عندما يتم وصف ذرّة به
فهو ليس كبعض العناصر التي
تحاول بشكل يائس أن تقوم بأي شيء
كي تملأ مداراتها الإلكترونية
كلا ، الكربون يعلم ماهية أن تكون وحيداً ، فهو ليس كهؤلاء
" أرجوك ! ، سأقوم بأي شيء من أجل إلكتروناتك "
ليس مُحتاجاً كالفلور والكلور والصوديوم
العناصر كالكلور إن قمت بتنشقها فهي بشكل حرفي تمزق ما في داخلك
و الصوديوم ، الصوديوم مجنون ، اذا ما وضعته في الماء فإنه ينفجر !
لكن الكربون ....
امممم
هو يودّ المزيد من الإلكترونات لكنه لن يقتل أحداً ليحصل عليهم
لكنه يؤسس و يحطم روابط كجرذ هرم في متجر
حتى إنه لا يحمل أيّة ضغينة
و الكربون أيضاً ، كما ذكرت سابقاً ، مشاكس قليلاً ، فهو يحتاج الى أربع الكترونات
لذلك فهو سيرتبط بأي شيء يمكن أن يوجد بجواره
و كونه يحتاج إلى أربع الكترونات فهو سيرتبط مع اثنين أو ثلاثة أشياء
حتى أنه سيرتبط بأربع أشياء بنفس الوقت
والكربون مهتم و مستعد للارتباط مع العديد من الجزيئات المغايرة
كالهيدروجين الأكسجين الفوسفور النيتروجين
و جزيئات أُخرى من الكربون
و يمكنه القيام بها وفق تشكيلات لا نهائية
سامحة للكربون بأن يكون الذرة الأساس في البُنى المعقدة التي تصنع الكائنات الحية مثلنا
لأن الكربون هو ذلك الخليط المثالي من الصغر و اللطف و المشاكسة
الحياة معتمدة بشكل أساسي على هذا العنصر
الكربون هو الأساس في علم الحياة
إنه شيء أساسي لدرجة جعلت العلماء لا يستطيعون
حتى تصور أي حياة غير معتمدة على الكربون
الحياة ممكنة على الأرض بفضل جزيئات الكربون الطافية بشكل دائم ضمن الغلاف الجوي
على شكل غاز ثاني أوكسيد الكربون
من المهم أن أنبه ، عندما أتكلم عن الكربون و ارتباطه مع عناصر ثانية
أنا لست أتكلم عن الجنس ، هذه فقط مقارنة جيدة للفهم
ذرة الكربون لوحدها فيها 6 بروتونات و 6 نيترونات و 6 إلكترونات
الذرات تحوي على مدارات إلكترونية ، و يجب عليها أن تملأ هذه المدارات
إذا أرادت أن تكون ذرات ممتلئة سعيدة
فالكربون لديه 6 إلكترونات ، اثنان للمدار الأول
لذلك هي سعيدة تماماً
و أربعة موجودة من أصل ثمانية تحتاجها كي تملأ ثاني مدار
الكربون يشكل نمط من الروابط ندعوه بالرابطة التساهمية
هذه الرابطة تحدث عندما تتشارك الذرات في الإلكترونات
ففي حالة الميثان ، و هو أبسط مركب للكربون على الإطلاق
الكربون يشارك أربع ذرات من مداره الخارجي مع أربع ذرات من الهيدروجين
ذرات الهيدروجين تحتوي على الكترون وحيد لذلك فهي تسعى لملئ مدارها الأول S
الكربون يشارك إلكتروناته الأربعة مع أربع ذرات هيدروجين
وهذه الذرات الأربع تشارك الكترون وحيد مع الكربون
وهكذا يكون الجميع سعيد
في الكيمياء و البيولوجيا هذا ما يُمثل غالباً بما نسميه تراكيب لويس النقطية
يا إلهي ، أنا على كرسي !
أنا على كرسي و هناك كتاب
من الواضح أني سأقول لكم شيئاً موجوداً في هذا الكتاب
المسمى ب لويس : أحماض و قواعد
من تأليف هانك غرين
جيلبرت لويس ، الرجل الذي أوجد تراكيب لويس النقطية
كان نفس الشخص الذي نسبت إليه مسميات أحماض وقواعد لويس
و رُشح لنيل جائزة نوبل
35 مرة
هذا أكبر عدد من الترشيحات لهذه الجائزة في التاريخ
و عدد المرات التي نال بها هذه الجائزة ، كان تقريباً نفس عدد المرات
التي فاز بها كل الأشخاص الآخرين بالعالم
والذي كان : صفر
لويس لم يعجبه هذا الأمر
هذا يشبه لاعب بيسبول يحصل على ضربات أكثر من أي شخص آخر عبر التاريخ
لكنه لا يحرز أياً منها
لربما كان أكثر الكيمائيين تأثيراً على مر التاريخ
فقد صاغ مصطلح الفوتون و غير جذرياً طريقة تفكيرنا بالأحماض و القواعد
كما أنه قدم أول جزيئة من الماء الثقيل
بالإضافة الى أنه كان الشخص الأول الذي يضع تصوراً للرابطة التساهمية التي نتكلم عنها الآن
توفى جيلبرت لويس وحيداً فى مختبره أثناء عمله على مركبات السيانيد
بعد تناوله وجبة الغداء مع زميل أصغر سناً و أكثر جاذبية
الزميل الذي فاز بجائزة نوبل و عمل فى مشروع مانهاتن
شكك الكثيرون فى أنه انتحر مستخدما ًمركبات السيانيد التى كان يعمل عليها
ولكن الطبيب الشرعى قال بأنه توفى بسكتة قلبية بدون فحصه جيداً
أخبركم كل هذا لأن
طريقة تركيب لويس البسيطة التى نستعملها لتمثيل كيفية ارتباط الذرات ببعضها
قد تم اختراعها من قبل عبقري مضطرب مهووس
ولم تكن نظرية علمية موجودة من قبل
إنها أداة اخترعها أحد الأشخاص
وكانت مفيدة جدا ً ولهذا لانزال نستخدمها منذ ذلك الوقت
فى علم الأحياء يمكننا تمثيل أغلب المركبات بطريقة تركيب لويس
بهذه الطريقة:
هذه التراكيب توضح كيف ترتبط الذرات ببعضها لتكون الجزيئات
وهذا شيء يجب تذكره عند رسم هذه التركيبات
وهو أن العناصر التى نرسمها هنا تتفاعل مع بعضها بحيث
أن كل ذرة سيكون لديها 8 إلكترونات فى غلافها الخارجي في النهاية
وهذا ما نسميه بقاعدة الثمانية
لأن الذرات تريد إكمال إلكتروناتها الثمانية لتكون سعيدة و راضية
فالأكسجين لديه 6 إلكترونات فى غلافه الخارجي ويحتاج لاثنان ولهذا نحصل على الماء H2O
ويمكنه أيضا الارتباط بالكربون
الذى يحتاج 4 إلكترونات
فنحصل على ارتباطين مع ذرتي أوكسجين والذي يعطينا ثاني أكسيد الكربون
ذلك الغاز الخسيس المسؤول عن الاحتباس الحراري والذى أيضاً يجعل الحياة على الأرض ممكنة
للنيتروجين 5 إلكترونات فى غلافه الخارجي ، هكذا نعدهم :
هناك 4 مقاعد وكل واحد يتسع لإلكترونين
وكما يفعل الناس عند ركوب الباصات لا أحد يريد مجاورة أحد فى البداية
لست أمزح أبدا ً ، إن الإلكترونات حقاً لا تجلس بجانب بعضها إلا إذا استلزم الأمر
ولأجل ملء المقاعد بأزواج إلكترونات يتحد النيتروجين بـ ثلاثة هيدروجينات مشكلا ً الأمونيا
أو قد يتحد بذرتي هيدروجين مُعلقتين بطرف مجموعة ذرات أخرى ما نسميه المجموعة الأمينية
وإذا اتحدت هذه المجموعة الأمينية بكربون مرتبط مع مجموعة أحماض كربوكسيلية
وقتها نحصل على ...
حمض أمينى!
لقد سمعت به من قبل,أليس كذلك؟
أحياناً تتوزع الإلكترونات بالتساوي فى الروابط التساهمية كما فى الأكسجين O2
وهذا ما نسميه رابطة تساهمية لا قطبية ولكن غالباً ما يكون أحد الأطراف طمّاعاً أكثر
ففى الماء مثلا , يجذب جزيء الأكسجين الإلكترونات إليه
فهم يقضون مع الأكسجسن وقتاً أطول من الذىي يقضونه مع الهيدروجين
وهذا يخلق شحنات موجبة حول الهيدروجين
و شحنات سالبة حول الأكسجين
عندما يكون العنصر مشحوناً, نقول عنه أنه قطبي أي لديه قطب موجب و سالب
ولهذا فهى رابطة تساهمية قطبية
والآن لنتحدث للحظة عن رابطة مختلفة تماماً
وهى الرابطة الأيونية
وهى تحدث عندما نستبدل مشاركة الإلكترونات
بتبرع أو استقبال الذرات إلكتروناً من ذرات أخرى بكل سماحة و طيبة نفس
ثم يعيشون سعداء كذرات مشحونة
وفى الحقيقة لا يوجد شىء يدعى ذرة مشحونة
لأن الذرة إذا شحنت تصبح أيون
تحب الذرات عموماً أن تكون متعادلة ولكن حال حصولها على غلاف مكتمل بـ 8 إلكترونات
يصبح الأمر غير مهم
كما يحدث عندما نختار بين التوازن العاطفي و إشباع الغرائز الجنسية
سوف تضحى الذرات أحياناً من أجل غلاف مكتمل بـ 8 إالكترونات
أشهر مركب أيوني في حياتنا اليومية هو الملح
أو كلوريد الصوديوم NaCl
والملح بالرغم من طعمه اللذيذ إلا أنه وكما ذكرت مسبقاً
مكون من مواد كيميائية مؤذية جداً وهى الصوديوم و الكلور
الكلور ينتمى إلى الهالوجينات, وهي عناصر تحتاج لإلكترون واحد فقط
ليكتمل غلافها الخارجى بـ 8 إلكترونات
والصوديوم معدن قلوي وهذا يعنى أن لديه إلكترون واحد في غلافه الأخير
إذن الكلور و الصوديوم قريبين جداً من تحقيق التشبع
لدرجة أنهم سيحطمون كل ما فى طريقهم ليكملوا غلافهم الخارجي
و هكذا , لا يوجد شيء أفضل من أن تجمع
الكلور و الصوديوم معاَ ليعيشوا فى تبات و نبات
فهم سيتبادلون إلكتروناتهم لحظياً
بحيث ينتقل الالكترون الزائد فى الصوديوم إالى الكلور ليكتمل غلافه الخارجى
ويصبحان Na+وcl+ وهما مشحونان جداً لدرجة التصاقهما ببعض
وهذا الالتصاق نسميه بالروابط الأيونية
كما لو كان عندك صديقين مزعجين جداُ
سيكون من الجيد جمعهم مع بعض لكي يكفوا عن إزعاجك
نفس الشىء يحدث مع الصوديوم و الكلور
إذا اجتمعا معاً فلن يزعجوا أحداً
وفجأة لن يرغبوا بالتخريب بل كل ما يريدونه هو أن يصبح طعمها لذيذأً
هذه التغييرات الكيميائية مهمة جداً
تذكر أن الكلور و الصوديوم كانا سيقتلانك قبل ثانية واحدة
والآن صار طعمهم لذيذاً
وهنا وصلنا لآخر نوع من الروابط التى سنتحدث عنها
فى مقدمتنا الكيميائية هذه وهي الرابطة الهيدروجينية
تخيل أنك تتذكر الماء , أتمنى أنك لم تنس الماء
بما أن الماء يحتوي على رابطة تساهمية قطبية
فالهيدروجين مشحون بالموجب و الأكسجين بالسالب
ولهذا فعندما تتحرك جزيئات الماء
فإننا غالباً ما نراها كسائل انسيابي ولكنها فى الواقع جزيئات ملتصقة
ببعضها البعض
جزء الهيدروجين بجانب جزء الأكسجين
ويمكنك ملاحظة ذلك بعينيك إذا ملأت كأساً بالماء حتى يفيض
فسيتشكل ما يشبه الفقاعة فى أعلى الكأس , وسيتماسك الماء مع نفسه
الروابط التساهمية القطبية هى التى تجعل جزيئات الماء متماسكة ببعضها
حتى لا تنسكب مباشرة بعد ملء الكأس
هذه الروابط الهيدروجينية الضعيفة نسبياً تتواجد فى كل أنواع المركبات الكيميائية
وليس فقط فى الماء , وتلعب هذه الروابط دوراً مهماً فى البروتينات
وهى المواد الكيميائية التى تتكون منها أجسامنا بأكملها
نقطة أخيرة يجدر الإشارة لها و هى أن الروابط التساهمية و الأيونية
و حتى بين نفس نوع الرابطة
غالباُ ما تمتلك درجات مختلفة من القوة
ولكننا نرسمهم دائماُ بنفس شكل الخط الضئيل
و هذا الخط قد يمثل رابطة تساهمية قوية جداً جداً أو رابطة تساهمية ضعيفة
-*
و أحياناً قد تكون الروابط الأيونية أقوى من الروابط التساهمية
مع أن هذا لا يحدث غالباً , و أيضاً قوة الوابط التساهمية تتفاوت بشكل كبير
كيفية تكوين هذه الروابط و تفككها هو أمر جوهرى للحياة
و لحياتنا نحن , فى الحقيقة إن تكوين و فك الروابط هو أساس الحياة كلها
وهو أساس الموت أيضاً مثال على ذلك إذا هضمت بعضاً من معدن الصوديوم
دع هذه النقطة فى بالك و نحن نتقدم فى دراسة الأحياء
وهى أن أكثر شخص جذاب قابلته فى حياتك
ما هو إلا مجموعة من المركبات العضوية الملتفة حول بعضها في كيس من الماء
حان وقت المراجعة !
لدينا هنا الفهرس
أعرف أنه يجب أن يكون فى البداية
ولكننا رائدون هنا و نقوم بالأشياء بطريقة مختلفة
بإمكانك الآن الضغط على أى من هذه النقاط
وتعود لمراجعة ما تعلمته
أو ما لم تتعلمه
وإذا كان لديك أي سؤال فأرجوك أرجوك أرجوك أرجوك أرجوك
اسأله فى التعليقات و سنقرؤه و نجيب عنه
شكرا لك لمتابعتنا
لقد تشرفنا بالعمل معك اليوم