ชีวโมเลกุล

1. ชีวโมเลกุล

2. ชีวโมเลกุล คือ โมเลกุลที่มีความสำคัญต่อชีวิต ได้แก่ น้ำ คาร์โบไฮเดรต ไขมันโปรตีน และกรดนิวคลีอิค

3. น้ำ(H2O) น้ำเป็นชีวโมเลกุลที่เป็นสารประกอบอนินทรีย์

4. H2O Fish in an icy Minnesota lake

5. H2O Algae that lend their colors to the hot springs at Yellowstone National Park

6. น้ำเป็นชีวโมเลกุลที่มีคุณสมบัติพิเศษเฉพาะตัวน้ำเป็นชีวโมเลกุลที่มีคุณสมบัติพิเศษเฉพาะตัว แตกต่างจากสารอื่น ๆ (Unique properties) คุณสมบัติเฉพาะตัวนี้เกิดจาก 1) การมีขั้ว (Polarity) 2)การมีพันธะไฮโดรเจน (Hydrogen bond)

7. H2O : polarity H แต่ละอะตอมจะใช้ e 1 คู่ร่วมกับอะตอมO เกิดเป็นcovalent bondอะตอมทั้ง 3 ที่รวมกันเป็นH2Oไม่ได้เรียงกันเป็นเส้นตรง แต่ H 2 อะตอมจะสร้างพันธะเป็นมุม 105 องศา และนิวเคลียสของ O มีประจุ + มากกว่า จึงสามารถดึง e - จาก H มาใกล้มากกว่า ผลคือในโมเลกุล H2O มีการกระจายของประจุไฟฟ้าแยกกัน ด้าน H มีประจุเป็น + ส่วน ทางด้าน O มีประจุเป็น - ทำให้เกิดการมีขั้ว (polarity)

8. H2O : Hydrogen bond ผลจากการมีขั้วทำให้เกิดแรง ยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม H ของ H2O โมเลกุลหนึ่งกับ อะตอม O ของ H2O อีก โมเลกุลหนึ่ง หรือกับ Polar molecule อื่น ๆ พันธะนี้ เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน ซึ่ง แข็งแรงมาก

9. Unique Properties of Water 1. น้ำมีสถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง 2. น้ำมีค่าความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ สูงกว่าสารอื่น (540 คาลอรี่ / กรัม ) 3. น้ำมีค่าความร้อนแฝงของการหลอมเหลว (การละลาย) สูง (80 คาลอรี่ / กรัม ) 4. น้ำมีค่าความร้อนจำเพาะสูง(1 คาลอรี/กรัม/1 oC) 5. น้ำมีปริมาตรเพิ่มขึ้นเมื่อแข็งตัว จึงมีความหนาแน่น น้อยลง (D = m /v ) 6. น้ำเป็นตัวทำละลายที่ดี (universal solvent)

10. Unique Properties of Water 7.น้ำมีแรงตึงผิวสูง (High surface tension) 8. Visible light ส่องผ่านน้ำได้แต่รังสีอินฟาเรดไม่สามารถส่องผ่านน้ำ 9. น้ำแตกตัวเป็นอิออนให้ H+ และ OH- ซึ่งมีผลต่อค่า pH 10.น้ำมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลต่างชนิดกัน (adhesive force)และระหว่างน้ำด้วยกัน (cohesive force)

11. โมเลกุล น้ำหนักโมเลกุล จุดหลอมเหลว(๐C) จุดเดือด CH416 -184 -161 NH3 17 -78 -33 H2O 18 0 +100 HF 20 -92 +19 Unique Properties of Water 1. น้ำมีสถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง ตารางที่ 1 จุดหลอมเหลวและจุดเดือดของสารบางชนิด

12. 2. น้ำมีค่าความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอสูงกว่าสารอื่น ตารางที่ 2 ค่าของความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ (heat of vaporization, calg-1) ของสารบางชนิด ชนิดสาร ค่าความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ(คาลอรี่/กรัม) เอธิลอัลกอฮอล 204 ออกซิเจน 51 น้ำ540 เมธานอล 263 อะซิโตน 125 แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ 313

13. Cooling Effect น้ำมีค่าความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอสูง (540cal/g) น้ำช่วยลดความร้อนในพืชด้วยการคายน้ำ เพราะจะมีการดึงความร้อนจากผิวใบ 540 คาลอรี่ / น้ำ 1 กรัมที่ระเหย ทำให้อุณหภูมิของต้นพืชคงที่ได้และทำให้เรารู้สึกเย็นลงเมื่อมีเหงื่อออกมากในวันที่อากาศร้อนและแห้ง

14. 3. น้ำมีค่าความร้อนแฝงของการหลอมเหลวการละลายสูง ตารางที่ 3ค่าความร้อนแฝงของการหลอมเหลว (heat of fusion, calg-1) ของสารบางชนิด ชนิดสาร ค่าความร้อนแฝงของการหลอมเหลว เอธิลอัลกอฮอล 25.0 ออกซิเจน 3.3 น้ำ 80.0 เมธานอล 22 อะซิโตน 20 แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ 84

15. 4. น้ำมีค่าความร้อนจำเพาะสูง (1 คาลอรี/กรัม/1oC) ตารางที่ 4ความร้อนจำเพาะของสารบางชนิด ชนิดสาร ความร้อนจำเพาะ (calg-1.C-1) น้ำ1.0 น้ำแข็ง 0.50 ไอน้ำ 0.48 เอธิลอัลกอฮอล 0.58 ไม้ 0.42 แก้ว 0.20 เหล็กกล้า 0.11

16. น้ำมีค่าความร้อนจำเพาะสูง (1 คาลอรี/กรัม/1 oC) น้ำ 1 กรัม จะมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 องศาเซลเซียส ต้องใช้พลังงานความร้อน 1 คาลอรี่ ซึ่งนับว่าใช้พลังงานสูงกว่าน้ำมัน 2 เท่า สูงกว่าเหล็ก 9 เท่า น้ำในมหาสมุทรจึงไม่เปลี่ยนแปลงง่ายนัก น้ำยังช่วยให้อุณหภูมิของพืชเพิ่มขึ้นหรือลดลงได้ช้าใบที่ขาดน้ำ จะดูดความร้อนไว้มากใบจึงไหม้

17. เพราะเหตุใดอุณหภูมิในตอนกลางวันและกลางคืนในทะเลทรายเพราะเหตุใดอุณหภูมิในตอนกลางวันและกลางคืนในทะเลทราย จึงแตกต่างกันมาก?

18. 5. น้ำมีปริมาตรเพิ่มขึ้นเมื่อแข็งตัวจึงมีความหนาแน่นน้อยลง น้ำแข็งจึงลอยบนผิวน้ำ สิ่งมีชีวิตในน้ำลึกจึงมีชีวิตอยู่ได้ Why does ice float in water ?

19. การเรียงตัวของน้ำในสถานะของแข็งการเรียงตัวของน้ำในสถานะของแข็ง การเรียงตัวของของน้ำในสถานะของเหลว มีโมเลกุลของน้ำที่ไม่สร้างพันธะไฮโดรเจน แทรกตัวอยู่ในระหว่างโมเลกุลของน้ำที่สร้างพันธะไฮโดรเจน จึงมีปริมาตร น้อย จะอยู่ในลักษณะที่เป็นรูปผลึกที่สร้างพันธะไฮโดรเจนตรึงห่างกับ H2Oอีก 4 โมเลกุลไม่เปลี่ยนแปลงจึงมีปริมาตรเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นจึงน้อยลง Hydrogen bond LIQUID WATER ICE

20. 6. H2O : Universal solvent น้ำเป็นตัวทำละลายที่ดีสำหรับ electrolyte เพราะน้ำมี polarity ขั้วด้าน + ของน้ำ ยึดเหนี่ยวกับอิออน - ขั้วด้าน-ของน้ำ ยึดเหนี่ยวกับอิออน + Sodium ion Water molecules Chloride ion

21. Sodium ion Water molecules Chloride ion H2O : Universal solvent

22. น้ำเป็นตัวทำละลายทีดีของ nonelectrolyte เช่น โปรตีน น้ำตาล อัลกอฮอล์ซึ่งมี O, OH , NH2 , C=O มาสร้าง H bond กับ H2O PROTEIN WATER

23. 7. น้ำมีแรงตึงผิวสูง (High surface tension) การมีพันธะไฮโดรเจน ทำให้น้ำมีแรงตึงผิว การที่จิ้งโจ้น้ำและแมลงอื่น ๆ เดินบนผิวน้ำได้เพราะน้ำหนักตัวของแมลงถูกพยุงโดยผิวหน้าของน้ำที่ต่อเนื่องกันเป็นแผ่นเดียวและการมีแรงตึงผิวสูงทำให้หยดน้ำจับตัวกันเป็นหยดกลม

24. 8. Visible light ส่องผ่านน้ำได้สาหร่ายในท้องทะเลลึกๆ จึงสังเคราะห์แสงได้ แต่รังสีอินฟาเรดไม่สามารถส่องผ่านน้ำ ไอน้ำที่ห่อหุ้มโลก จึงช่วยให้แสงอาทิตย์ที่มาถึงโลก ไม่ร้อนเกินไป

25. 9. น้ำแตกตัวเป็นอิออนให้ H+ และ OH- การมี Polarity ทำให้น้ำแตกตัวเป็นอิออนได้ ซึ่งมีผลต่อค่า pH H2O H+ + OH-

26. 10. น้ำมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลต่างชนิดกัน (adhesive force)และมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างน้ำด้วยกัน (cohesive force)

27. เพราะ Hydrogen-bond และ Polarityทำให้น้ำสามารถยึดเหนี่ยวกับสารอื่น ๆ เช่น เซลลูโลส แป้ง โปรตีน แก้ว อนุภาคดินเหนียว ทำให้สารนั้นเปียกได้ เรียกว่ามี Adhesion

28. H2O : Cohesion เพราะ Hydrogen-bond ทำให้น้ำยึดเหนี่ยวกับน้ำด้วยกัน เรียกว่ามีCohesion

29. Adhesion Cohesion

30. ประโยชน์ : ทำให้น้ำเคลื่อนผ่านช่องว่างเล็ก ๆ ในดิน หรือ ในผนังเซลล์ ซึ่งมีลักษณะเป็น capillary ได้ จึงช่วยในการลำเลียงน้ำจากดินเข้าสู่รากผ่านท่อลำเลียงซึ่งมีขนาดเล็กและแคบไปสู่ยอดสูงๆได้