ЯКІ РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ МАТЕРІЇ? (ІЗ ПРИКЛАДАМИ) - НАУКА - 2025

У рівнях організації матерії є тими фізичними проявами , які складають Всесвіт в її різних масових масштабах. Хоча багато фізичних явищ можна пояснити з фізики, є регіони такої шкали, які більше стосуються досліджень хімії, біології, мінералогії, екології, астрономії та інших природничих наук.

В основі речовини ми маємо субатомні частинки, вивчені фізикою частинок. Піднімаючись по сходах вашої організації, ми входимо в область хімії, а потім переходимо до біології; Із дезінтегрованої та енергетичної матерії можна закінчити спостереження за мінералогічними тілами, живими організмами та планетами.

Рівні організації матерії інтегровані та згуртовані для визначення тіл унікальних властивостей. Наприклад, клітинний рівень складається з субатомного, атомного, молекулярного та клітинного, але він має різні властивості від усіх них. Так само верхні рівні мають різні властивості.

Які рівні організації матерії?

Тема організована за такими рівнями:

Субатомний рівень

Почнемо з найнижчого переліку: з частинками, меншими за сам атом. Цей крок є об’єктом вивчення фізики частинок. Дуже спрощеним чином ми маємо кварки (вгору та вниз), лептони (електрони, мюони та нейтрино) та нуклони (нейтрони та протони).

Маса і розміри цих частинок настільки мізерні, що звичайна фізика не підлаштовується під їх поведінку, тому необхідно вивчати їх з призмою квантової механіки.

Атомний рівень

Ще у галузі фізики (атомної та ядерної) ми виявляємо, що деякі первісні частинки об'єднуються завдяки сильній взаємодії, щоб породити атом. Це блок, який визначає хімічні елементи та всю періодичну таблицю. Атоми по суті складаються з протонів, нейтронів та електронів. На наступному зображенні можна побачити подання атома з протонами та нейтронами в ядрі та електронами назовні:

Протони відповідають за позитивний заряд ядра, який разом з нейтронами складає майже всю масу атома. Електрони, з іншого боку, відповідають за негативний заряд атома, розсіяний навколо ядра в електронно щільних областях, званих орбіталями.

Атоми відрізняються один від одного кількістю протонів, нейтронів та електронів. Однак протони визначають атомне число (Z), яке в свою чергу характерне для кожного хімічного елемента. Таким чином, всі елементи мають різну кількість протонів, і їх впорядкованість можна побачити в порядку збільшення в періодичній таблиці.

Молекулярний рівень

Молекула води, безумовно, є найбільш знаковою та дивовижною з усіх. Джерело: DiamondCoder

На молекулярному рівні ми вступаємо в сферу хімії, фізикохімії та трохи більш віддаленої - фармації (синтез лікарських засобів).

Атоми здатні взаємодіяти один з одним за допомогою хімічного зв’язку. Коли цей зв’язок є ковалентним, тобто при максимально рівномірному розподілі електронів, атоми, як кажуть, з'єдналися між собою, щоб створити молекули.

З іншого боку, металеві атоми можуть взаємодіяти через металевий зв’язок, не визначаючи молекули; але так кристали.

Продовжуючи кристали, атоми можуть втрачати або отримувати електрони, стаючи відповідно катіонами або аніонами. Ці два утворюють дует, відомий як іони. Також деякі молекули можуть набувати електричних зарядів, називаючись молекулярними або багатоатомними іонами.

З іонів та їх кристалів народжується величезна кількість їх, мінералів, які складають та збагачують земну кору та мантію.

Ця об'ємна молекула поліфеніленового дендримеру є прикладом макромолекули. Джерело: М камінь у англомовній Вікіпедії

Залежно від кількості ковалентних зв’язків деякі молекули є більш масивними, ніж інші. Коли ці молекули мають структурну і повторювану одиницю (мономер), вони кажуть, що це макромолекули. Серед них, наприклад, є білки, ферменти, полісахариди, фосфоліпіди, нуклеїнові кислоти, штучні полімери, асфальтени тощо.

Необхідно підкреслити, що не всі макромолекули є полімерами; але всі полімери є макромолекулами.

Цей ікосаедричний скупчення (100) молекул води утримується разом їх водневими зв’язками. Це приклад надмолекули, керованої взаємодіями Ван дер Уоллса. Джерело: Danski14

Ще на молекулярному рівні молекули та макромолекули можуть агрегуватися через взаємодії Ван-дер-Уоллса, утворюючи конгломерати або комплекси, які називаються надмолекулами. Серед найвідоміших у нас міцели, везикули та двошарова ліпідна стінка.

Надмолекули можуть мати розміри і молекулярні маси менші або більші, ніж макромолекули; Однак їх нековалентні взаємодії є структурними основами безлічі біологічних, органічних та неорганічних систем.

Клітинний рівень органели

Представлення мітохондрій, одного з найважливіших клітинних органел.

Супрамолекули відрізняються за своєю хімічною природою, саме тому вони згуртовуються один з одним характерним чином для адаптації до навколишнього середовища (водного у випадку з клітинами).

Це коли з'являються різні органели (мітохондрії, рибосоми, ядра, апарат Гольджі тощо), кожному призначено виконувати певну функцію в колосальній живій фабриці, яку ми знаємо як клітку (еукаріотичну та прокаріотичну): "атом" життя.

Рівень клітин

Приклад еукаріотичної клітини (тваринна клітина) та її частин (Джерело: Alejandro Porto через Wikimedia Commons)

На клітинному рівні вступають у дію біологія та біохімія (крім інших суміжних наук). В організмі існує класифікація клітин (еритроцити, лейкоцити, сперма, яйця, остеоцити, нейрони тощо). Клітину можна визначити як основну одиницю життя і існує два основні типи: еукаріоти та прокатіоти.

Багатоклітинний рівень

Розрізнені набори клітин визначають тканини, ці тканини походять від органів (серце, підшлункова залоза, печінка, кишечник, мозок) і, нарешті, органи інтегрують різні фізіологічні системи (дихальну, кровоносну, травну, нервову, ендокринну тощо). Це багатоклітинний рівень. Наприклад, набір тисяч клітин складається з серця:

На цьому етапі важко вивчити явища з молекулярної точки зору; хоча фармація, орієнтована на медицину надмолекулярна хімія та молекулярна біологія підтримують цю точку зору і приймають такі проблеми.

Організми

Залежно від типу клітини, ДНК та генетичних факторів клітини закінчуються будівельними організмами (рослиною чи твариною), про які ми вже згадували людину. Це трапистий камінь життя, складність і неосяжність якого неможлива навіть сьогодні. Наприклад, тигра вважають пандою вважається організмом.

Рівень населення

Скупчення цих метеликів монарха демонструють, як організми асоціюються в популяціях. Джерело: Pixnio.

Організми реагують на умови навколишнього середовища та адаптуються, створюючи популяції для виживання. Кожне населення вивчається однією з багатьох галузей природничих наук, а також спільнотами, що випливають з них. У нас є комахи, ссавці, птахи, риби, водорості, земноводні, павукоподібні, восьминоги та багато іншого. Наприклад, набір метеликів складається з популяції.

Екосистема

Екосистема. Джерело: Автор: LA turrita, від Wikimedia Commons

Екосистема включає зв’язки між біотичними факторами (які мають життя) та абіотичними факторами (нежиттю). Він складається із спільноти різних видів, які поділяють одне і те ж місце для проживання (середовище проживання) і використовують абіотичні компоненти для виживання.

Вода, повітря та ґрунт (мінерали та гірські породи) визначають абіотичні компоненти ("без життя"). Тим часом біотичні компоненти складаються з усіх живих істот у всьому їх вираженні та розумінні, від бактерій до слонів і китів, які взаємодіють з водою (гідросфера), повітрям (атмосферою) або грунтом (літосферою).

Сукупність екосистем всієї Землі складає наступний рівень; біосфера.

Біосфера

Діаграма атмосфери Землі, гідросфери, літосфери та біосфери. Джерело: Бояна Петрович, з Wikimedia Commons

Біосфера - це рівень, що складається з усіх живих істот, які живуть на планеті та місцях їх існування.

Повернувшись ненадовго до молекулярного рівня, одні молекули можуть складати суміші непомірних розмірів. Наприклад, океани утворюються молекулою води, H ₂ O. У свою чергу атмосфера утворюється з газоподібних молекул і благородних газів.

Всі планети, придатні для життя, мають власну біосферу; хоча атом вуглецю та його зв’язки обов'язково є його основою, незалежно від того, наскільки розвинені його істоти.

Якщо ми хочемо продовжувати висхідний масштаб матерії, ми нарешті увійшли б у висоту астрономії (планети, зірки, білі карлики, туманності, чорні діри, галактики).

Список літератури

1. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія (8-е видання). CENGAGE Навчання.
2. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
3. Сусана Г. Моралес Варгас. (2014). Рівні організації матерії. Відновлено з: uaeh.edu.mx
4. Таня. (4 листопада 2018 р.). Рівень організації матерії. Відновлюється з сайту: Scientificskeptic.com
5. Повітря. (2019). Які рівні організації матерії? Відновлено з: apuntesparaestudiar.com