CARE SUNT NIVELURILE DE ORGANIZARE A MATERIEI? (CU EXEMPLE) - ŞTIINŢĂ - 2025

La niveluri de organizare a materiei sunt acele manifestări fizice care alcătuiesc Universul în solzi de masă diferite. Deși multe fenomene pot fi explicate din fizică, există această regiune care este mai relevantă pentru studiile de chimie, biologie, mineralogie, ecologie, astronomie și alte științe naturale.

La baza materiei avem particule subatomice, studiate de fizica particulelor. Urcând pașii organizației dvs., intrăm în domeniul chimiei și apoi ajungem la biologie; Din materia dezintegrată și energică, se termină prin observarea corpurilor mineralogice, a organismelor vii și a planetelor.

Nivelurile de organizare a materiei sunt integrate și coezive pentru a defini corpuri cu proprietăți unice. De exemplu, nivelul celular este format din subatomic, atomic, molecular și celular, dar are proprietăți diferite față de toate. De asemenea, nivelurile superioare au proprietăți diferite.

Care sunt nivelurile de organizare a materiei?

Subiectul este organizat în următoarele niveluri:

Nivel subatomic

Începem cu treapta cea mai joasă: cu particule mai mici decât atomul însuși. Această etapă este obiectul de studiu în fizica particulelor. Într-un mod foarte simplificat, avem quark-urile (în sus și în jos), leptonii (electroni, muoni și neutrini) și nucleonii (neutroni și protonii).

Masa și dimensiunea acestor particule sunt atât de neglijabile încât fizica convențională nu se adaptează comportamentului lor, motiv pentru care este necesar să le studiem cu prisma mecanicii cuantice.

Nivel atomic

Tot în domeniul fizicii (atomic și nuclear), descoperim că unele particule primordiale se unesc prin interacțiuni puternice pentru a da naștere atomului. Aceasta este unitatea care definește elementele chimice și întregul tabel periodic. Atomii sunt constituiți în esență din protoni, neutroni și electroni. În imaginea următoare puteți vedea o reprezentare a unui atom, cu protonii și neutronii din nucleu și electronii afară:

Protonii sunt responsabili de sarcina pozitivă a nucleului, care împreună cu neutronii alcătuiesc aproape întreaga masă a atomului. Pe de altă parte, electronii sunt responsabili de sarcina negativă a atomului, difuzată în jurul nucleului în regiuni electronice dense numite orbitale.

Atomii diferă unul de celălalt prin numărul de protoni, neutroni și electroni pe care îi au. Cu toate acestea, protonii definesc numărul atomic (Z), care la rândul său este caracteristic pentru fiecare element chimic. Astfel, toate elementele au cantități diferite de protoni, iar ordonarea lor poate fi văzută în ordine crescândă în tabelul periodic.

Nivelul molecular

Molecula de apă este de departe cea mai iconică și surprinzătoare dintre toate. Sursa: DiamondCoder

La nivel molecular intrăm în domeniul chimiei, al fizico-chimiei și al unei farmacii puțin mai îndepărtate (sinteza medicamentelor).

Atomii sunt capabili să interacționeze între ei prin legături chimice. Când această legătură este covalentă, adică cu cea mai echitabilă distribuție de electroni posibil, se spune că atomii s-au unit pentru a forma molecule.

Pe de altă parte, atomii metalici pot interacționa prin legătura metalică, fără a defini molecule; dar da cristale.

Continuând cu cristale, atomii pot pierde sau câștiga electroni pentru a deveni cationi, respectiv anioni. Aceste două formează duo-ul cunoscut sub numele de ioni. De asemenea, unele molecule pot dobândi sarcini electrice, fiind numite ioni moleculari sau poliatomici.

Din ioni și cristalele lor, se nasc cantități uriașe de minerale, care compun și îmbogățesc scoarța și mantaua pământului.

Această moleculă voluminoasă de dendrimer de polifenilenă este un exemplu de macromoleculă. Sursa: M stone la Wikipedia în limba engleză

În funcție de numărul de legături covalente, unele molecule sunt mai masive decât altele. Când aceste molecule au o unitate structurală și repetantă (monomer), se spune că sunt macromolecule. Printre ele, de exemplu, avem proteine, enzime, polizaharide, fosfolipide, acizi nucleici, polimeri artificiali, asfalteni etc.

Este necesar să subliniem că nu toate macromoleculele sunt polimeri; dar toți polimerii sunt macromolecule.

Acest grup icosaedric (100) de molecule de apă este menținut împreună prin legăturile lor de hidrogen. Acesta este un exemplu de supramolecul guvernat de interacțiunile Van der Walls. Sursa: Danski14

Tot la nivel molecular, moleculele și macromoleculele se pot agrega prin interacțiunile Van der Walls pentru a forma conglomerate sau complexe numite supramolecule. Printre cele mai cunoscute avem micelele, veziculele și peretele lipidic cu două straturi.

Supramoleculele pot avea dimensiuni și mase moleculare mai mici sau mai mari decât macromoleculele; Cu toate acestea, interacțiunile lor ne-covalente sunt bazele structurale ale unei multitudini de sisteme biologice, organice și anorganice.

Nivelul organelor celulare

Reprezentarea mitocondriilor, unul dintre cele mai importante organule celulare.

Supramoleculele diferă prin natura lor chimică, motiv pentru care se coeză între ele într-un mod caracteristic pentru a se adapta mediului care le înconjoară (apos în cazul celulelor).

Acest lucru se întâmplă atunci când apar diferite organele (mitocondrii, ribozomi, nucleu, aparat Golgi etc.), fiecare destinat să îndeplinească o funcție specifică în cadrul fabricii vii colosale pe care o cunoaștem ca celulă (eucariote și procariote): „atomul” a vieții.

Nivelul celular

Exemplu de celulă eucariotă (celulă animală) și părțile sale (Sursa: Alejandro Porto prin Wikimedia Commons)

La nivel celular, intră în joc biologia și biochimia (pe lângă alte științe conexe). În organism există o clasificare pentru celule (eritrocite, leucocite, spermatozoizi, ouă, osteocite, neuroni etc.). Celula poate fi definită ca unitatea de bază a vieții și există două tipuri principale: eucariote și procatiote.

Nivel multicelular

Seturile distincte de celule definesc țesuturile, aceste țesuturi provin din organe (inimă, pancreas, ficat, intestine, creier), iar în final organele integrează diferite sisteme fiziologice (respiratorii, circulatorii, digestive, nervoase, endocrine etc.). Acesta este nivelul multicelular. De exemplu, un set de mii de celule alcătuiesc inima:

În această etapă este dificil să studiezi fenomenele din punct de vedere molecular; deși farmacia, chimia supramoleculară axată pe medicină și biologia moleculară, mențin această perspectivă și acceptă astfel de provocări.

organisme

În funcție de tipul de celule, ADN și factorii genetici, celulele ajung să creeze organisme (plantă sau animal), despre care am menționat deja ființa umană. Acesta este pasul vieții, a cărui complexitate și imensitate este de neimaginat chiar și în zilele noastre. De exemplu, un tigru este considerat un panda este considerat un organism.

Nivelul populației

Grupurile acestor fluturi monarhici demonstrează modul în care organismele se asociază în populații. Sursa: Pixnio.

Organismele răspund la condițiile de mediu și se adaptează creând populații pentru a supraviețui. Fiecare populație este studiată de una dintre numeroasele ramuri ale științelor naturii, precum și de comunitățile care derivă din ele. Avem insecte, mamifere, păsări, pești, alge, amfibieni, arahnide, octopode și multe altele. De exemplu, un set de fluturi alcătuiesc o populație.

Ecosistemul

Ecosistemul. Sursa: De LA turrita, de la Wikimedia Commons

Ecosistemul include relațiile dintre factorii biotici (care au viață) și factorii abiotici (non-viață). Este format dintr-o comunitate de specii diferite care au același loc în care să trăiască (habitat) și care folosesc componente abiotice pentru a supraviețui.

Apa, aerul și solul (minerale și roci) definesc componentele abiotice („fără viață”). Între timp, componentele biotice sunt alcătuite din toate ființele vii, în toată expresia și înțelegerea lor, de la bacterii până la elefanți și balene, care interacționează cu apa (hidrosfera), aerul (atmosfera) sau solul (litosfera).

Ansamblul ecosistemelor întregului Pământ compune următorul nivel; biosfera.

Biosferă

Diagrama atmosferei, hidrosferei, litosferei și biosferei Pământului. Sursa: Bojana Petrović, de la Wikimedia Commons

Biosfera este nivelul compus din toate ființele vii care trăiesc pe planetă și din habitatele lor.

Revenind pe scurt la nivelul molecular, moleculele singure pot compune amestecuri de dimensiuni exorbitante. De exemplu, oceanele sunt formate prin molecula de apă, H ₂ O. La rândul său, atmosfera este formata din molecule gazoase și gaze nobile.

Toate planetele apte pentru viață au propria biosferă; deși atomul de carbon și legăturile sale sunt neapărat fundamentul său, oricât de evoluate ar fi creaturile sale.

Dacă doriți să continuați crescând scara materiei, am intra în sfârșit pe culmile astronomiei (planete, stele, pitici albe, nebuloase, găuri negre, galaxii).

Referințe

1. Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
2. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică. (A patra editie). Mc Graw Hill.
3. Susana G. Morales Vargas. (2014). Niveluri de organizare a materiei. Recuperat din: uaeh.edu.mx
4. Tania. (4 noiembrie 2018). Nivelul de organizare a materiei. Recuperat de la: scientificskeptic.com
5. Sufleur. (2019). Care sunt nivelurile de organizare a materiei? Recuperat de la: apuntesparaestudiar.com