Transcription
Nếu bạn đang tự hỏi, đây là cách khóa học cách mạng nhất về sinh học mọi thời đại bắt đầu. Hãy đến hôm nay để tìm hiểu về liên kết cộng hóa trị, liên kết ion và liên kết hydro. Còn về orbital electron và quy tắc bát tử thì sao? Và tất cả điều đó có liên quan gì đến một người điên tên là Gilbert Lewis? Tất cả đều có trong [Âm nhạc]
Chào, tôi là Hank. Tôi cho rằng bạn ở đây vì bạn quan tâm đến sinh học, và nếu đúng như vậy thì điều đó hợp lý, bởi vì giống như bất kỳ bài hát nào hay ho nào, sinh học chỉ là về tình dục và không chết. Mọi người đang xem điều này nên quan tâm đến tình dục và không chết. Vì bạn là một con người, tôi cho rằng tôi sẽ dạy khóa học sinh học này khác với hầu hết các khóa học bạn từng học trong đời. Ví dụ, tôi sẽ không dành buổi học đầu tiên để nói về cách tôi sẽ dành phần còn lại của buổi học. Tôi chỉ cần bắt đầu dạy bạn ngay bây giờ. Tôi có thể nói thêm một điều nữa trước khi bắt đầu dạy. Vâng, tôi sẽ nói. Đó là ừm, nếu tôi nói quá nhanh đối với bạn, điều tuyệt vời về YouTube là bạn chỉ cần tua lại, xem lại nhiều lần nếu thấy khó hiểu, và hy vọng nó sẽ trở nên ít khó hiểu hơn. Và bạn thậm chí được phép tua nhanh qua những phần mà bạn đã biết. Một mẹo khác là bạn thực sự thậm chí có thể sử dụng các phím số trên bàn phím của mình để di chuyển xung quanh trong video, và tôi hứa bạn có thể làm điều này với tôi bất cứ khi nào bạn muốn và tôi hoàn toàn không phiền. Một giáo sư tuyệt vời của tôi đã từng nói với tôi rằng để thực sự hiểu bất kỳ chủ đề nào, bạn phải hiểu một chút về mức độ phức tạp ngay bên dưới chủ đề đó. Mức độ phức tạp ngay bên dưới sinh học là hóa học, và trừ khi bạn là một nhà sinh hóa học, trong trường hợp đó bạn sẽ lập luận rằng đó là sinh hóa học. Dù sao thì chúng ta cũng sẽ phải biết một chút về hóa học để vượt qua sinh học, và vì vậy, các bạn của tôi, đó là nơi chúng ta sẽ bắt đầu.
Tôi là một tập hợp các phân tử hữu cơ được gọi là Hank Green. Hợp chất hữu cơ là một loại hợp chất chứa carbon. Tôi nói carbon nhỏ, ý tôi là nó thực sự, bạn biết đấy, như một nguyên tử, nó là một nguyên tử tương đối nhỏ. Nó có sáu proton và sáu neutron, với tổng trọng lượng nguyên tử là 12. Vì điều đó, carbon không chiếm nhiều không gian, vì vậy carbon có thể tự tạo thành các vòng, tấm và xoắn ốc kỳ lạ, và liên kết đôi, thậm chí cả liên kết ba. Nó có thể làm tất cả mọi thứ mà không bao giờ có thể đạt được bởi các nguyên tử cồng kềnh hơn. Về cơ bản, bạn biết đấy, bạn là nguyên tử tương đương với một vận động viên thể dục dụng cụ Olympic. Nó chỉ có thể làm tất cả những điều tuyệt vời, đẹp đẽ, thanh lịch đó bởi vì nó khá nhỏ. Cũng nói rằng carbon tốt bụng, và đó là một điều thú vị để nói về một nguyên tử. Nó không giống như một số nguyên tố khác chỉ đang cố gắng hết sức để lấp đầy các orbital electron của chúng. Không, carbon biết cảm giác cô đơn là như thế nào, vì vậy nó không phải là tất cả "làm ơn, tôi sẽ làm bất cứ điều gì cho electron của bạn" cần thiết như flo, clo hoặc natri. Các nguyên tố như clo, nếu bạn hít phải chúng, chúng sẽ thực sự làm rách ruột bạn. Và natri, natri là điên rồ, nếu bạn, nếu bạn cho nó vào nước, nó sẽ phát nổ. Carbon thì sao, ừm, nó muốn nhiều electron hơn, nhưng nó sẽ không giết để có được chúng. Nó tạo ra và phá vỡ các liên kết như một con chuột ở trung tâm thương mại 13 tuổi, và nó thậm chí không giữ thù. Carbon cũng như tôi đã đề cập trước đây, hơi là một… bởi vì nó cần bốn electron nữa, vì vậy nó sẽ liên kết với hầu hết mọi người ở gần đó. Và cũng bởi vì nó cần bốn electron, nó sẽ liên kết với hai hoặc ba hoặc thậm chí bốn thứ đó cùng một lúc. Và carbon, bạn biết đấy, sẵn sàng và quan tâm đến việc liên kết với nhiều phân tử khác nhau như hydro, oxy, photpho, nitơ hoặc với các phân tử carbon khác. Nó có thể làm điều này trong các cấu hình vô hạn, cho phép nó trở thành nguyên tử cốt lõi của các cấu trúc phức tạp tạo nên sinh vật sống như chúng ta. Sự sống hoàn toàn dựa trên nguyên tố này. Carbon là nền tảng của sinh học. Nó cơ bản đến nỗi các nhà khoa học gặp khá nhiều khó khăn thậm chí để hình dung ra sự sống không dựa trên carbon.
Tự nó là một nguyên tử với sáu proton, sáu neutron và sáu electron. Nguyên tử có lớp vỏ electron và chúng cần phải có những lớp vỏ này được lấp đầy để được hạnh phúc, hoàn thành. Vì vậy, carbon có tổng cộng sáu electron, hai cho lớp vỏ đầu tiên, vì vậy nó hoàn toàn hạnh phúc và bốn trong số tám electron cần thiết để lấp đầy lớp vỏ thứ hai. Carbon tạo ra loại liên kết mà chúng ta gọi là liên kết cộng hóa trị. Đây là khi các nguyên tử thực sự đang chia sẻ electron với nhau. Vì vậy, trong trường hợp của methane, đây là hợp chất carbon đơn giản nhất, carbon đang chia sẻ bốn electron của nó trong lớp vỏ electron ngoài cùng với bốn nguyên tử hydro. Nguyên tử hydro chỉ có một electron, vì vậy chúng muốn orbital s đầu tiên của chúng được lấp đầy. Carbon chia sẻ bốn electron của nó với bốn nguyên tử hydro đó, và bốn nguyên tử hydro đó mỗi nguyên tử chia sẻ một electron với carbon, vì vậy mọi người đều hạnh phúc trong hóa học và sinh học. Điều này thường được biểu diễn bằng những gì chúng ta gọi là cấu trúc Lewis. [Âm nhạc]
Lạy Chúa, tôi đang ngồi trên ghế. Tôi đang ngồi trên ghế và có một cuốn sách. Rõ ràng là tôi có điều gì đó cần nói với bạn, điều đó có trong cuốn sách này, đó là một cuốn sách có tên Lewis Asses and Bases của Hank Green. Gilbert Lewis, người đã nghĩ ra cấu trúc Lewis, cũng là người đứng sau các axit và bazơ Lewis, và ông đã được đề cử giải Nobel 35 lần. Đây là số đề cử nhiều hơn bất kỳ ai khác trong lịch sử, và số lần ông thắng xấp xỉ bằng số lần mọi người khác trên thế giới đã thắng, đó là bằng không. Lewis rất ghét điều này. Nó giống như một cầu thủ bóng chày có nhiều cú đánh hơn bất kỳ cầu thủ nào khác trong lịch sử và không có cú đánh nào về nhà. Ông ấy có thể là nhà hóa học có ảnh hưởng nhất mọi thời đại. Ông ấy đã đặt ra thuật ngữ photon, ông ấy đã cách mạng hóa cách chúng ta suy nghĩ về axit và bazơ, và ông ấy đã tạo ra phân tử nước nặng đầu tiên, và ông ấy là người đầu tiên hình dung ra liên kết cộng hóa trị mà chúng ta đang nói đến ngay bây giờ. Gilbert Lewis đã chết một mình trong phòng thí nghiệm của mình khi đang nghiên cứu các hợp chất xyanua sau khi ăn trưa với một đồng nghiệp trẻ tuổi, lôi cuốn hơn, người đã giành được giải Nobel và người đã làm việc trong dự án Manhattan. Nhiều người nghi ngờ rằng ông đã tự sát bằng các hợp chất xyanua mà ông đang nghiên cứu, nhưng người khám nghiệm tử thi cho biết bị đau tim mà không thực sự xem xét kỹ. Tôi đã nói với bạn tất cả những điều đó bởi vì, cái cấu trúc Lewis nhỏ mà chúng ta sử dụng để biểu diễn cách các nguyên tử liên kết với nhau là một thứ được tạo ra bởi một thiên tài điên loạn, gặp rắc rối. Nó không phải là một thứ khoa học trừu tượng nào đó luôn luôn tồn tại. Nó là một công cụ được nghĩ ra bởi một người đàn ông và nó hữu ích đến mức chúng ta đã sử dụng nó kể từ đó. Trong sinh học, hầu hết các hợp chất có thể được hiển thị ở dạng cấu trúc Lewis, và đây là cách hoạt động. Những cấu trúc này về cơ bản cho thấy cách các nguyên tử liên kết với nhau để tạo thành các phân tử, và một trong những quy tắc kinh nghiệm khi tạo ra các sơ đồ này là các nguyên tố mà chúng ta đang làm việc ở đây phản ứng với nhau theo cách mà mỗi nguyên tử cuối cùng có tám electron trong lớp vỏ ngoài cùng của nó. Đó được gọi là quy tắc bát tử, bởi vì các nguyên tử muốn hoàn thành bát tử electron của chúng để được hạnh phúc và hài lòng. Oxy có sáu electron trong bát tử và cần hai, đó là lý do tại sao chúng ta có H2O. Nó cũng có thể liên kết với carbon, cần bốn, vì vậy bạn sẽ nhận được hai liên kết đôi với hai nguyên tử oxy khác nhau và bạn sẽ nhận được CO2, khí gây hiệu ứng nhà kính khó chịu đó và cũng là thứ tạo ra mọi sự sống trên trái đất. Nitơ có năm electron trong lớp vỏ ngoài cùng của nó. Đây là cách chúng ta đếm chúng. Có bốn vị trí giữ chỗ, mỗi vị trí muốn hai nguyên tử và giống như mọi người lên xe buýt, họ thích bắt đầu không ngồi cạnh nhau. Tôi không đùa về điều này, họ thực sự không xếp chồng lên nhau cho đến khi họ có, vì vậy để có được hạnh phúc tối đa, nitơ liên kết với ba hydro tạo thành amoniac hoặc với hai hydro dính vào một nhóm nguyên tử khác mà chúng ta gọi là nhóm amino, và nếu nhóm amino đó liên kết với một carbon liên kết với một nhóm axit cacboxylic thì bạn sẽ có một axit amin. Bạn đã nghe nói về chúng rồi phải không? Đôi khi electron được chia sẻ đều trong liên kết cộng hóa trị, giống như với O2, điều đó được gọi là liên kết cộng hóa trị không phân cực, nhưng thường thì một trong những người tham gia tham lam hơn. Trong nước, ví dụ, phân tử oxy hút các electron vào và chúng dành nhiều thời gian hơn với oxy so với hydro. Điều này tạo ra một điện tích dương nhỏ xung quanh hydro và một điện tích âm nhỏ xung quanh oxy. Khi một thứ gì đó có điện tích, chúng ta nói rằng nó có cực, nó có cực dương và cực âm, vì vậy đó là một liên kết cộng hóa trị phân cực. Bây giờ, hãy nói một chút về một loại liên kết hoàn toàn khác, đó là liên kết ion, và đó là khi thay vì chia sẻ electron, các nguyên tử chỉ hoàn toàn, toàn tâm toàn ý tặng hoặc nhận một electron từ một nguyên tử khác, và sau đó sống hạnh phúc như một nguyên tử tích điện. Và thực sự không có thứ gọi là nguyên tử tích điện. Nếu một nguyên tử có điện tích, nó là một ion. Nói chung, các nguyên tử thích trung hòa, nhưng so với việc có một bát tử đầy đủ, nó không phải là vấn đề lớn. Giống như chúng ta thường chọn giữa việc cân bằng về mặt cảm xúc và thỏa mãn về tình dục, các nguyên tử đôi khi sẽ hy sinh cho bát tử đó. Hợp chất ion phổ biến nhất trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta là muối, natri clorua, NaCl. Mặc dù rất ngon, như tôi đã đề cập trước đây, nó được tạo thành từ hai hóa chất thực sự khó chịu là natri và clo. Clo là những gì chúng ta gọi là halogen, đó là một nguyên tố chỉ cần một electron để lấp đầy bát tử của nó, và natri là một kim loại kiềm, có nghĩa là nó chỉ có một electron trong bát tử của nó. Vì vậy, clo và natri rất gần với việc được thỏa mãn đến mức chúng sẽ sẵn sàng phá hủy bất cứ thứ gì trên đường đi của chúng để lấp đầy bát tử của chúng, và do đó, thực sự không có kết quả nào tốt hơn là chỉ cần cho clo và natri lại với nhau và cho chúng yêu thương nhau. Chúng ngay lập tức chuyển electron của chúng để natri không có một electron nào thừa và clo lấp đầy bát tử của nó. Chúng trở thành Na+ và Cl− và bị tích điện đến mức chúng dính vào nhau và chúng ta gọi sự dính đó là liên kết ion. Và giống như nếu bạn có hai người bạn thực sự điên rồ, có lẽ nên cho họ lại với nhau để họ ngừng làm phiền bạn. Điều tương tự cũng hoạt động với natri và clo. Cho hai thứ đó lại với nhau và chúng sẽ không làm phiền ai nữa, và đột nhiên chúng không muốn phá hủy, chúng chỉ muốn trở nên ngon miệng. Những thay đổi hóa học như thế này là một vấn đề rất lớn. Hãy nhớ rằng clo và natri chỉ trong giây lát trước đã chắc chắn giết chết bạn và bây giờ chúng ngon miệng. Bây giờ chúng ta đang đến với liên kết cuối cùng mà chúng ta sẽ thảo luận trong phần giới thiệu về hóa học của chúng ta ở đây, và đó là liên kết hydro. Hãy tưởng tượng rằng bạn nhớ nước. Tôi hy vọng bạn không quên nước, vì nước được kết dính lại với nhau trong một liên kết cộng hóa trị phân cực, phần hydro mang điện tích dương và phần oxy mang điện tích âm. Vì vậy, khi các phân tử nước di chuyển xung quanh, chúng ta thường nghĩ về chúng như một chất lỏng hoàn hảo, nhưng chúng thực sự dính vào nhau một chút, từ phía hydro đến phía oxy. Bạn thực sự có thể nhìn thấy điều này bằng mắt thường nếu bạn đổ đầy một ly nước quá đầy, nó sẽ nổi bọt ở trên cùng, nước sẽ dính vào nhau ở trên cùng. Những liên kết hydro tương đối yếu này xảy ra trong tất cả các loại hợp chất hóa học, chúng không chỉ xảy ra trong nước và chúng thực sự đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong protein, đó là các hóa chất tạo nên hầu hết cơ thể chúng ta. Một điều cuối cùng cần lưu ý ở đây là các liên kết, ngay cả liên kết cộng hóa trị, liên kết ion, ngay cả với lớp của chúng, thường có sức mạnh rất khác nhau và chúng ta, bạn biết đấy, có xu hướng chỉ viết chúng bằng một đường kẻ nhỏ, nhưng đường kẻ đó có thể biểu thị một liên kết cộng hóa trị rất rất mạnh hoặc một liên kết cộng hóa trị tương đối yếu. Đôi khi liên kết ion mạnh hơn liên kết cộng hóa trị, mặc dù điều đó thường không phải là trường hợp, và sức mạnh của liên kết cộng hóa trị khác nhau rất nhiều. Cách các liên kết này được tạo ra và phá vỡ là vô cùng quan trọng đối với sự sống và cuộc sống của chúng ta. Tạo ra và phá vỡ liên kết thực tế là chìa khóa của sự sống và cũng là chìa khóa của cái chết. Ví dụ, nếu bạn nuốt phải một ít kim loại natri, hãy nhớ điều này khi chúng ta tiến lên trong sinh học. Ngay cả người quyến rũ nhất mà bạn từng gặp trong đời cũng chỉ là một tập hợp các hợp chất hữu cơ lang thang xung quanh và một túi nước. Giờ đến thời gian ôn tập. Bây giờ chúng ta có mục lục, điều mà tôi biết là được cho là sẽ đến vào đầu các sự việc, nhưng chúng ta là những người cách mạng ở đây, chúng ta đang làm điều đó khác đi, vì vậy bạn có thể nhấp vào bất kỳ điều gì ở đây và bạn có thể quay lại và xem lại những gì bạn đã học hoặc không học, và nếu bạn có câu hỏi, xin vui lòng, xin vui lòng, xin vui lòng, xin vui lòng, hãy đặt câu hỏi trong phần bình luận và chúng tôi sẽ ở đó để trả lời chúng cho bạn. Vì vậy, cảm ơn bạn đã tham gia cùng chúng tôi. Thật vinh hạnh, thật vinh hạnh được làm việc với bạn hôm nay.