Anatomie a Fyziologie (Čeština)

látka vesmíru—od zrnka písku na star—se nazývá hmota., Vědci definují hmotu jako cokoli, co zabírá prostor a má hmotnost. Hmotnost objektu a jeho hmotnost jsou související pojmy, ale ne úplně stejné. Hmotnost objektu je množství hmoty obsažené v objektu a hmotnost objektu je stejná, ať už je tento objekt na zemi nebo v prostředí s nulovou gravitací vesmíru. Hmotnost objektu, na druhé straně, je jeho hmotnost, jak je ovlivněna tahem gravitace. Tam, kde gravitace silně táhne hmotu objektu, je jeho hmotnost větší než tam, kde je gravitace méně silná., Například objekt určité hmotnosti váží na Měsíci méně než na Zemi, protože gravitace Měsíce je menší než gravitace Země. Jinými slovy, hmotnost je variabilní a je ovlivněna gravitací. Kus sýra, který váží libru na Zemi, váží jen pár uncí na Měsíci.

prvky a sloučeniny

veškerá hmota v přírodním světě se skládá z jedné nebo více z 92 základních látek nazývaných prvky., Prvek je čistá látka, která se odlišuje od všech ostatních látek tím, že ji nelze vytvořit nebo rozložit běžnými chemickými prostředky. Zatímco vaše tělo může sestavit mnoho chemických sloučenin potřebných pro život z jejich základních prvků, nemůže vytvářet prvky. Musí pocházet z prostředí. Známým příkladem prvku, který musíte vzít, je vápník (Ca++). Vápník je nezbytný pro lidské tělo; je absorbován a používán pro řadu procesů, včetně posilování kostí., Když konzumujete mléčné výrobky, trávicí systém rozkládá potraviny na složky dostatečně malé, aby se dostaly do krevního řečiště. Mezi nimi je vápník, který, protože je to prvek, nelze dále rozkládat. Elementární vápník v sýru je tedy stejný jako vápník, který tvoří vaše kosti. Některé další prvky, které byste mohli znát, jsou kyslík, sodík a železo. Prvky v lidském těle jsou uvedeny v tabulce 1, počínaje nejhojnějším: kyslíkem (o), uhlíkem (C), vodíkem (H) a dusíkem (N)., Jméno každého prvku může být nahrazeno jedním nebo dvěma písmeny; během tohoto kurzu se s některými z nich seznámíte. Všechny prvky ve vašem těle jsou odvozeny z potravin, které jíte, a vzduchu, který dýcháte.

V přírodě se prvky zřídka vyskytují samostatně. Místo toho se kombinují a vytvářejí sloučeniny. Sloučenina je látka složená ze dvou nebo více prvků spojených chemickými vazbami. Například sloučenina glukóza je důležitým tělesným palivem. Vždy se skládá ze stejných tří prvků: uhlíku, vodíku a kyslíku., Navíc prvky, které tvoří danou sloučeninu, se vždy vyskytují ve stejných relativních množstvích. V glukóze je vždy šest uhlíkových a šest kyslíkových jednotek na každých dvanáct vodíkových jednotek. Ale co přesně jsou tyto“ jednotky “ prvků?

Atomy a Subatomární Částice

atom je nejmenší množství prvku, které si zachovává jedinečné vlastnosti tohoto prvku. Jinými slovy, atom vodíku je jednotka vodíku-nejmenší množství vodíku, které může existovat. Jak asi tušíte, atomy jsou téměř nepochopitelně malé., Období na konci této věty je široké miliony atomů.

Atomová struktura a energie

atomy jsou tvořeny ještě menšími subatomárními částicemi, z nichž jsou důležité tři typy: proton, neutron a elektron. Počet kladně nabitých protonů a ne-nabitých („neutrálních“) neutronů dává atomu hmotnost a počet každého v jádru atomu určuje prvek. Počet záporně nabitých elektronů, které „točit“ kolem jádra téměř rychlostí světla se rovná počtu protonů., Elektron má asi 1/2000th hmotnost protonu nebo neutronu.

Obrázek 1 ukazuje dva modely, které vám pomohou představit strukturu atomu—v tomto případě helium (He). V planetárním modelu jsou dva elektrony helia znázorněny kroužením jádra na pevné oběžné dráze zobrazené jako prsten. I když je tento model užitečný při vizualizaci atomové struktury, ve skutečnosti elektrony necestují v pevných oběžných drahách, ale kolem jádra nepravidelně v takzvaném elektronovém oblaku.

Obrázek 1. Dva modely atomové struktury., (a) v planetárním modelu jsou elektrony helia zobrazeny v pevných oběžných drahách, zobrazených jako kroužky, v přesné vzdálenosti od jádra, poněkud jako planety obíhající kolem Slunce. b) v modelu elektronového mraku jsou elektrony uhlíku zobrazeny v různých místech, která by v průběhu času měly v různých vzdálenostech od jádra.

protony a elektrony atomu nesou elektrické náboje. Protony s kladným nábojem jsou označeny p+. Elektrony, které mají záporný náboj, jsou označeny e -. Neutrony atomu nemají žádný náboj: jsou elektricky neutrální., Stejně jako magnet přilne k ocelové lednici, protože jejich protilehlé náboje přitahují, pozitivně nabité protony přitahují negativně nabité elektrony. Tato vzájemná přitažlivost dává atomu určitou strukturální stabilitu. Přitažlivost pozitivně nabitého jádra pomáhá udržet elektrony od bloudění daleko. Počet protonů a elektronů v neutrálním atomu je stejný, takže celkový náboj atomu je vyvážený.

atomové číslo a hmotnostní číslo

atom uhlíku je jedinečný pro uhlík, ale proton uhlíku není., Jeden proton je stejný jako druhý, ať už se nachází v atomu uhlíku, sodíku (Na) nebo železa (Fe). Totéž platí pro neutrony a elektrony. Takže, co dává prvku jeho charakteristické vlastnosti-co dělá uhlík tak odlišný od sodíku nebo železa? Odpověď je jedinečné množství protonů, které každý obsahuje. Uhlík podle definice je prvek, jehož atomy obsahují šest protonů. Žádný jiný prvek nemá ve svých atomech přesně šest protonů. Navíc všechny atomy uhlíku, ať už se nacházejí v játrech nebo v kusu uhlí, obsahují šest protonů., Atomové číslo, což je počet protonů v jádru atomu, tedy identifikuje prvek. Protože atom má obvykle stejný počet elektronů jako protony, atomové číslo identifikuje také obvyklý počet elektronů.

ve své nejběžnější formě obsahuje mnoho prvků stejný počet neutronů jako protony. Nejběžnější forma uhlíku má například šest neutronů a šest protonů, celkem 12 subatomických částic v jeho jádru. Hmotnostní číslo prvku je součet počtu protonů a neutronů v jeho jádru., Takže nejběžnější forma hmotnostního čísla uhlíku je 12. (Elektrony mají tak malou hmotnost, že významně nepřispívají k hmotnosti atomu.) Uhlík je relativně lehký prvek. Uran (U) má naproti tomu hmotnostní číslo 238 a označuje se jako těžký kov. Jeho atomové číslo je 92 (má 92 protonů), ale obsahuje 146 neutronů; má největší hmotnost ze všech přirozeně se vyskytujících prvků.,

periodické tabulky prvků, je znázorněno na Obrázku 2 je graf identifikaci 92 prvků se vyskytuje v přírodě, stejně jako několik větších, nestabilní prvky objevena experimentálně. Prvky jsou uspořádány v pořadí podle jejich atomového čísla, s vodíkem a héliem v horní části stolu a masivnějšími prvky níže. Periodická tabulka je užitečná zařízení, protože pro každý prvek, identifikuje chemické symbol, atomové číslo a hmotnostní číslo, zatímco uspořádání prvků podle jejich tendence reagovat s jinými prvky., Počet protonů a elektronů v prvku je stejný. Počet protonů a neutronů může být pro některé prvky stejný, ale nejsou pro všechny stejné.

Obrázek 2. Periodická tabulka prvků. (kredit: R. a. Dragoset, a.Musgrove, C. W. Clark, w. c. Martin)

izotopy

přestože každý prvek má jedinečný počet protonů, může existovat jako různé izotopy. Izotop je jednou z různých forem prvku, odlišující se od sebe různými počty neutronů. Standardní izotop uhlíku je 12C, běžně nazývaný uhlík dvanáct. 12C má šest protonů a šest neutronů, pro hmotnostní číslo dvanáct., Všechny izotopy uhlíku mají stejný počet protonů; proto, 13C má sedm neutronů, a 14C má osm neutronů. Různé izotopy prvku mohou být také označeny hmotnostním číslem rozděleným (například C-12 místo 12c). Vodík má tři společné izotopy, znázorněné na obrázku 3.

obrázek 3. Izotopy vodíku. Protium, označený 1H, má jeden proton a žádné neutrony. Je to zdaleka nejhojnější izotop vodíku v přírodě. Deuterium, označené 2H, má jeden proton a jeden neutron., Tritium, označené 3H, má dva neutrony.

izotop, který obsahuje více než obvyklý počet neutronů se označuje jako těžký izotop. Příkladem je 14C. těžké izotopy bývají nestabilní, a nestabilní izotopy jsou radioaktivní. Radioaktivní izotop je izotop, jehož jádro se snadno rozkládá, vydávat subatomární částice a elektromagnetickou energii. Různé radioaktivní izotopy (také nazývané radioizotopy) se liší svým poločasem rozpadu, čas potřebný k rozpadu poloviny jakéhokoli vzorku izotopu., Například poločas rozpadu tritia-radioizotopu vodíku-je asi 12 let, což naznačuje, že trvá 12 let, než se polovina jader tritia ve vzorku rozpadne. Nadměrné vystavení radioaktivním izotopům může poškodit lidské buňky a dokonce způsobit rakovinu a vrozené vady, ale při kontrole expozice mohou být některé radioaktivní izotopy užitečné v medicíně. Pro více informací, viz kariéra Connections.

Kariéra Připojení: Intervenční Radiolog

kontrolované použití radioizotopů má pokročilou lékařskou diagnostiku a léčbu onemocnění., Intervenční radiologové jsou lékaři, kteří léčí onemocnění pomocí minimálně invazivních technik zahrnujících záření. Mnoho podmínek, které by mohly být jednou léčeny pouze zdlouhavou a traumatickou operací, lze nyní léčit chirurgicky, což snižuje náklady, bolest, délku pobytu v nemocnici a dobu zotavení pacientů. Například v minulosti byly jedinými možnostmi pro pacienta s jedním nebo více nádory v játrech operace a chemoterapie (podávání léků k léčbě rakoviny)., Některé nádory jater jsou však obtížně přístupné chirurgicky a jiné mohou vyžadovat, aby chirurg odstranil příliš mnoho jater. Kromě toho je chemoterapie vysoce toxická pro játra a některé nádory na ni stejně nereagují dobře. V některých takových případech může intervenční radiolog léčit nádory narušením jejich přívodu krve, které potřebují, pokud mají pokračovat v růstu. V tomto postupu, tzv. radioembolization, radiolog přistupuje játra s tenkou jehlou, se závitem prostřednictvím jednoho pacienta cév., Radiolog pak vloží do krevních cév drobná radioaktivní „semena“, která zásobují nádory. Ve dnech a týdnech po zákroku, záření emitovaného ze semen ničí cévy a přímo zabíjí nádorové buňky v blízkosti léčbě.

radioizotopy emitují subatomární částice, které mohou být detekovány a sledovány zobrazovacími technologiemi., Jeden z nejvíce pokročilé využití radioizotopů v medicíně je pozitronová emisní tomografie (PET) skener, který detekuje aktivitu v těle velmi malé injekce radioaktivního glukózy, jednoduchého cukru, který buňky využívají energii. PET kamera odhalí lékařskému týmu, která z tkání pacienta zabírá nejvíce glukózy. Nejvíce metabolicky aktivní tkáně se tak na obrázcích zobrazují jako jasné „horké skvrny“ (obrázek 4). PET může odhalit některé rakovinné hmoty, protože rakovinné buňky konzumují glukózu vysokou rychlostí, aby podpořily jejich rychlou reprodukci.,

obrázek 4. PET Scan. PET upozorňuje na oblasti v těle, kde je relativně vysoká spotřeba glukózy, která je charakteristická pro rakovinné tkáně. Toto PET skenování ukazuje místa šíření velkého primárního nádoru na jiná místa.

chování elektronů

v lidském těle atomy neexistují jako nezávislé entity. Spíše neustále reagují s jinými atomy, aby se vytvořily a rozložily složitější látky., Chcete-li plně porozumět anatomii a fyziologii, musíte pochopit, jak se atomy účastní takových reakcí. Klíčem je pochopení chování elektronů.

přestože elektrony nesledují tuhé oběžné dráhy nastavené vzdálenosti od jádra atomu, mají tendenci zůstat v určitých oblastech prostoru nazývaných elektronové skořápky. Elektronová skořepina je vrstva elektronů, která obklopuje jádro na odlišné energetické úrovni.,

atomy prvků nalezených v lidském těle mají jednu až pět elektronových skořápek a všechny elektronové skořápky obsahují osm elektronů kromě prvního pláště, které mohou pojmout pouze dva. Tato konfigurace elektronových skořepin je stejná pro všechny atomy. Přesný počet skořepin závisí na počtu elektronů v atomu. Vodík a helium mají pouze jeden a dva elektrony., Pokud se podíváte na periodickou tabulku prvků, zjistíte, že vodík a helium jsou umístěny samostatně na obou stranách horní řady; jsou to jediné prvky, které mají pouze jeden elektronový plášť (obrázek 5). Druhá skořápka je nezbytná k držení elektronů ve všech prvcích větších než vodík a helium.

obrázek 5. Elektronové Skořápky. Elektrony obíhají atomové jádro na různých úrovních energie zvané elektronové skořápky. a) s jedním elektronem vyplňuje vodík pouze polovinu své elektronové skořápky., Helium má také jednu skořápku, ale její dva elektrony ji zcela zaplňují. (b) elektrony uhlíku zcela zaplní svůj první elektronový plášť, ale pouze napůl vyplní svůj druhý. (c) Neon, prvek, který se v těle nevyskytuje, má 10 elektronů, které vyplňují obě jeho elektronové skořápky.

Lithium (Li), jehož atomové číslo je 3, má tři elektrony. Dva z nich vyplní první elektronový plášť a třetí se přelévá do druhého pláště. Druhý elektronový plášť může pojmout až osm elektronů., Uhlík se svými šesti elektrony zcela vyplňuje svou první skořápku a napůl vyplňuje druhou. S deseti elektrony neon (Ne) zcela vyplní své dvě elektronové skořápky. Opět pohled na periodickou tabulku ukazuje, že všechny prvky ve druhé řadě, od lithia po neon, mají jen dvě elektronové skořápky. Atomy s více než deseti elektrony vyžadují více než dvě skořápky. Tyto prvky zaujímají třetí a následující řádky periodické tabulky.

faktor, který nejsilněji vládne tendence atomu se účastní chemické reakce je počet elektronů ve valenční., Valenční skořápka je vnější elektronová skořápka atomu. Pokud je valenční skořápka Plná, je atom stabilní; což znamená, že jeho elektrony pravděpodobně nebudou odtaženy od jádra elektrickým nábojem jiných atomů. Pokud valenční není zaplněná, atom je reaktivní; což znamená, že bude mít tendenci reagovat s jinými atomy v způsoby, které se valenční plné. Zvažte vodík, přičemž jeho jeden elektron pouze napůl vyplňuje jeho valenční plášť. Tento jediný elektron bude pravděpodobně vtažen do vztahů s atomy jiných prvků, takže jediný valenční plášť vodíku může být stabilizován.,

Všechny atomy (kromě vodíku a helia s jejich náboje elektronu), jsou nejvíce stabilní, když tam jsou přesně osm elektronů ve své valenční. Tento princip je označován jako oktet pravidlo, a uvádí, že atom se vzdát, získat, nebo sdílet elektrony jiného atomu tak, že to skončí s osm elektronů v jeho vlastní valenční. Například, kyslík, s šesti elektrony ve své valenční, je pravděpodobnost, že budou reagovat s jinými atomy tak, že výsledky v přidání dvou elektronů na kyslík valenční vrstva, čímž se počet na osm., Když se dva atomy vodíku, každý sdílet svůj jeden elektron s kyslíkem kovalentní vazby vznikají, což v molekule vody H2O.

V přírodě, atomy jednoho prvku mají tendenci spojit se s atomy jiných prvků v charakteristické způsoby. Například uhlík běžně vyplňuje svůj valenční plášť spojením se čtyřmi atomy vodíku. Přitom tyto dva prvky tvoří nejjednodušší organické molekuly, metanu, který je také jedním z nejvíce bohaté a stabilní sloučenin obsahujících uhlík na Zemi. Jak bylo uvedeno výše, dalším příkladem je voda; kyslík potřebuje dva elektrony, aby naplnil svůj valenční plášť., To běžně interaguje se dvěma atomy vodíku, které tvoří H2O. Mimochodem, název „vodík“ odráží jeho příspěvek k voda (hydro = „voda“; -gen = „výrobce“). Vodík je tedy “ výrobcem vody.”