Transpor pasif adalah transpor zat sepanjang gradien konsentrasi yang tidak memerlukan energi. Zat hidrofobik secara pasif diangkut melalui lapisan ganda lipid. Semua saluran protein dan beberapa pembawa melewati zat secara pasif melalui diri mereka sendiri. Transpor pasif yang melibatkan protein membran disebut difusi terfasilitasi.

Protein pembawa lainnya (kadang-kadang disebut protein pompa) mengangkut zat melintasi membran dengan mengorbankan energi, yang biasanya disuplai oleh hidrolisis ATP. Jenis transpor ini terjadi melawan gradien konsentrasi zat yang diangkut dan disebut transpor aktif.

Symport, antiport dan uniport

Transpor zat melalui membran juga berbeda dalam arah pergerakannya dan jumlah zat yang dibawa oleh pembawa ini:

1) Uniport - pengangkutan satu zat dalam satu arah tergantung pada gradien

2) Symport - pengangkutan dua zat dalam satu arah melalui satu pembawa.

3) Antiport - pergerakan dua zat dalam arah yang berbeda melalui satu pembawa.

Uniport melakukan, misalnya, saluran natrium yang bergantung pada tegangan melalui mana ion natrium bergerak ke dalam sel selama pembangkitan potensial aksi.

simport melakukan transporter glukosa yang terletak di sisi luar (menghadap lumen usus) sel-sel epitel usus. Protein ini secara bersamaan menangkap molekul glukosa dan ion natrium dan, mengubah konformasinya, mentransfer kedua zat ke dalam sel. Dalam hal ini, energi gradien elektrokimia digunakan, yang, pada gilirannya, dibuat karena hidrolisis ATP oleh natrium-kalium ATP-ase.

Antiport melakukan, misalnya, natrium-kalium ATPase (atau ATPase yang bergantung pada natrium). Ini mengangkut ion kalium ke dalam sel. dan keluar sel - ion natrium.

Kerja natrium-kalium atPase sebagai contoh antiport dan transpor aktif

Awalnya, pembawa ini menempelkan tiga ion ke bagian dalam membran tidak+ . Ion-ion ini mengubah konformasi situs aktif ATPase. Setelah aktivasi tersebut, ATPase mampu menghidrolisis satu molekul ATP, dan ion fosfat difiksasi pada permukaan pembawa dari bagian dalam membran.

Energi yang dilepaskan dihabiskan untuk mengubah konformasi ATPase, setelah itu tiga ion tidak+ dan ion (fosfat) berada di luar membran. Di sini ion tidak+ terbelah, dan digantikan oleh dua ion K+ . Kemudian konformasi pembawa berubah menjadi yang asli, dan ion K+ muncul di sisi dalam membran. Di sini ion K+ dipisah, dan pengangkut siap bekerja lagi.

Secara lebih singkat, aksi ATPase dapat digambarkan sebagai berikut:

1) Ia “mengambil” tiga ion dari dalam sel tidak+ , kemudian memecah molekul ATP dan menempelkan fosfat ke dirinya sendiri

2) "Membuang" ion tidak+ dan menambahkan dua ion K+ dari lingkungan eksternal.

3) Menghilangkan fosfat, dua ion K+ melempar ke dalam sel

Akibatnya, konsentrasi tinggi ion dibuat di lingkungan ekstraseluler. tidak+ , dan di dalam sel - konsentrasi tinggi K+ . Kerja tidak + , K+ - ATPase tidak hanya menciptakan perbedaan konsentrasi, tetapi juga perbedaan muatan (bekerja seperti pompa elektrogenik). Muatan positif dibuat di bagian luar membran, dan muatan negatif di bagian dalam.

text_fields

text_fields

panah_ke atas

Pada hewan dengan sistem vaskular tertutup, cairan ekstraseluler secara konvensional dibagi menjadi dua komponen:

1) cairan interstitial
2) plasma darah yang bersirkulasi.

Cairan interstisial adalah bagian dari cairan ekstraseluler yang terletak di luar sistem vaskular dan membasahi sel-sel.

Sekitar 1/3 dari total air tubuh adalah cairan ekstraseluler, 2/3 sisanya adalah cairan intraseluler.

Konsentrasi elektrolit dan zat koloid berbeda secara signifikan dalam plasma, cairan interstisial dan intraseluler. Perbedaan yang paling menonjol adalah kandungan protein anionik yang relatif rendah dalam cairan interstisial, dibandingkan dengan cairan intraseluler dan plasma darah, dan konsentrasi natrium dan klorin yang lebih tinggi dalam cairan interstisial, dan kalium dalam cairan intraseluler.

Komposisi yang tidak merata dari berbagai media cair tubuh sebagian besar disebabkan oleh sifat penghalang yang memisahkannya. Membran sel memisahkan cairan intraseluler dari cairan ekstraseluler, sedangkan dinding kapiler memisahkan cairan interstisial dari plasma. Transportasi zat melintasi penghalang ini dapat terjadi secara pasif melalui difusi, filtrasi dan osmosis, serta melalui transportasi aktif.

Transportasi pasif

text_fields

text_fields

panah_ke atas

Beras. 1.12 Jenis transpor pasif dan aktif zat melintasi membran.

Secara skematis, jenis utama transportasi zat melalui membran sel ditunjukkan pada Gambar. 1.12

Gbr.1.12 Jenis transpor pasif dan aktif zat melalui membran.

3 - difusi terfasilitasi,

Pemindahan zat secara pasif melalui membran sel tidak memerlukan pengeluaran energi metabolik.

Jenis transpor pasif

text_fields

text_fields

panah_ke atas

Jenis transpor pasif zat:

• difusi sederhana
• Osmosa
• Difusi ion
• Difusi yang terfasilitasi

difusi sederhana

text_fields

text_fields

panah_ke atas

Difusi adalah proses dimana gas atau zat terlarut menyebar dan mengisi seluruh volume yang tersedia.

Molekul dan ion yang dilarutkan dalam cairan bergerak kacau, saling bertabrakan, molekul pelarut dan membran sel. Tabrakan molekul atau ion dengan membran dapat memiliki hasil ganda: molekul "memantul" dari membran atau melewatinya. Ketika probabilitas kejadian terakhir tinggi, membran dikatakan permeabel untuk inizat.

Jika konsentrasi zat pada kedua sisi membran berbeda, aliran partikel terjadi, diarahkan dari larutan yang lebih pekat ke larutan yang lebih encer. Difusi terjadi sampai konsentrasi zat pada kedua sisi membran menjadi sama. Mereka melewati membran sel karena sangat larut dalam air. (hidrofilik) zat, dan hidrofobik, buruk atau sama sekali tidak larut di dalamnya.

Hidrofobik, zat yang sangat larut dalam lemak berdifusi karena pelarutan dalam lipid membran.

Air dan zat yang larut di dalamnya menembus melalui cacat sementara di wilayah hidrokarbon membran, yang disebut. keriting, dan juga melalui pori-pori, daerah hidrofilik membran yang ada secara permanen.

Dalam kasus ketika membran sel tidak permeabel atau kurang permeabel terhadap zat terlarut, tetapi permeabel terhadap air, itu tunduk pada aksi kekuatan osmotik. Pada konsentrasi zat yang lebih rendah di dalam sel daripada di lingkungan, sel menyusut; jika konsentrasi zat terlarut dalam sel lebih tinggi, air mengalir ke dalam sel.

Osmosa

text_fields

text_fields

panah_ke atas

Osmosa- pergerakan molekul air (pelarut) melalui membran dari area yang lebih rendah ke area dengan konsentrasi zat terlarut yang lebih tinggi.

Tekanan osmotik disebut tekanan terkecil yang harus diterapkan pada larutan untuk mencegah pelarut mengalir melalui membran ke dalam larutan dengan konsentrasi zat yang lebih tinggi.

Molekul pelarut, seperti molekul zat lain, digerakkan oleh gaya yang timbul dari perbedaan potensial kimia. Ketika suatu zat larut, potensi kimia pelarut berkurang. Oleh karena itu, di daerah di mana konsentrasi zat terlarut lebih tinggi, potensi kimia pelarut lebih rendah. Dengan demikian, molekul pelarut, bergerak dari larutan dengan konsentrasi lebih rendah ke larutan dengan konsentrasi lebih tinggi, bergerak dalam arti termodinamika "turun", "sepanjang gradien".

Volume sel sebagian besar diatur oleh jumlah air yang dikandungnya. Sel tidak pernah berada dalam keseimbangan sempurna dengan lingkungan. Pergerakan molekul dan ion yang terus menerus melintasi membran plasma mengubah konsentrasi zat di dalam sel dan, karenanya, tekanan osmotik isinya. Jika sebuah sel mengeluarkan suatu zat, maka untuk mempertahankan nilai tekanan osmotik yang konstan, sel itu harus melepaskan sejumlah air yang sesuai, atau menyerap sejumlah zat lain yang setara. Karena lingkungan di sekitar sebagian besar sel bersifat hipotonik, penting bagi sel untuk mencegah masuknya sejumlah besar air ke dalamnya. Mempertahankan volume yang konstan bahkan dalam lingkungan isotonik membutuhkan konsumsi energi, oleh karena itu, konsentrasi zat yang tidak dapat berdifusi (protein, asam nukleat, dll.) di dalam sel lebih tinggi daripada di lingkungan periseluler. Selain itu, metabolit terus menumpuk di dalam sel, yang mengganggu keseimbangan osmotik. Kebutuhan untuk mengeluarkan energi untuk mempertahankan volume konstan mudah ditunjukkan dalam percobaan dengan pendingin atau penghambat metabolik. Dalam kondisi seperti itu, sel-sel membengkak dengan cepat.

Untuk memecahkan "masalah osmotik" sel menggunakan dua metode: mereka memompa keluar komponen isinya atau air yang masuk ke dalam interstitium. Dalam kebanyakan kasus, sel menggunakan kesempatan pertama - memompa keluar zat, lebih sering ion, digunakan untuk ini pompa natrium(Lihat di bawah).

Secara umum, volume sel yang tidak memiliki dinding kaku ditentukan oleh tiga faktor:

1) jumlah zat yang terkandung di dalamnya dan tidak mampu menembus membran;
2) konsentrasi di interstitium senyawa yang dapat melewati membran;
3) rasio laju penetrasi dan pemompaan zat dari sel.

Peran penting dalam pengaturan keseimbangan air antara sel dan lingkungan dimainkan oleh elastisitas membran plasma, yang menciptakan tekanan hidrostatik yang mencegah air memasuki sel. Jika terdapat perbedaan tekanan hidrostatis pada dua area medium, air dapat disaring melalui pori-pori penghalang yang memisahkan area tersebut.

Fenomena filtrasi mendasari banyak proses fisiologis, seperti pembentukan urin primer di nefron, pertukaran air antara darah dan cairan jaringan di kapiler.

Difusi ion

text_fields

text_fields

panah_ke atas

Difusi ion terjadi terutama melalui struktur protein khusus membran - ion katunai, ketika mereka terbuka. Tergantung pada jenis jaringan, sel dapat memiliki rangkaian saluran ion yang berbeda.

Bedakan antara saluran natrium, kalium, kalsium, natrium-kalsium, dan klorida. Pengangkutan ion melalui saluran memiliki sejumlah fitur yang membedakannya dari difusi sederhana. Hal ini terutama berlaku untuk saluran kalsium.

Saluran ion mungkin dalam keadaan terbuka, tertutup dan tidak aktif. Transisi saluran dari satu keadaan ke keadaan lain dikendalikan oleh perubahan perbedaan potensial listrik melintasi membran, atau oleh interaksi zat aktif fisiologis dengan reseptor.

Dengan demikian, saluran ion dibagi menjadi: potensi ketergantungan dan digerakkan oleh reseptor. Permeabilitas selektif saluran ion untuk ion tertentu ditentukan oleh adanya filter selektif khusus di mulutnya.

Difusi yang terfasilitasi

text_fields

text_fields

panah_ke atas

Melalui membran biologis, selain air dan ion, banyak zat (dari etanol hingga obat kompleks) menembus melalui difusi sederhana. Pada saat yang sama, bahkan molekul polar yang relatif kecil, seperti glikol, monosakarida, dan asam amino, praktis tidak menembus membran sebagian besar sel karena difusi sederhana. Mereka ditransfer melalui difusi yang terfasilitasi.

Difusi disebut cahaya zat sepanjang gradien konsentrasinya, yang dilakukan dengan partisipasi molekul pembawa protein khusus.

Transpor Na + , K + , Cl - , Li + , Ca 2+ , HCO 3 - dan H + juga dapat dilakukan operator tertentu. Ciri khas dari jenis transpor membran ini adalah laju transfer zat yang tinggi dibandingkan dengan difusi sederhana, ketergantungan pada struktur molekulnya, saturasi, kompetisi, dan kepekaan terhadap inhibitor spesifik - senyawa yang menghambat difusi terfasilitasi.

Semua fitur difusi terfasilitasi di atas adalah hasil dari spesifisitas protein pembawa dan jumlah mereka yang terbatas dalam membran. Ketika konsentrasi tertentu dari zat yang ditransfer tercapai, ketika semua pembawa ditempati oleh molekul atau ion yang diangkut, peningkatan lebih lanjut tidak akan menyebabkan peningkatan jumlah partikel yang diangkut - fenomena saturasi. Zat yang serupa dalam struktur molekul dan diangkut oleh pembawa yang sama akan bersaing untuk pembawa - fenomena persaingan.

Ada beberapa jenis transpor zat melalui difusi terfasilitasi (Gbr. 1.13):

Beras. 1.13 Klasifikasi metode transportasi melalui membran.

Uniport, ketika molekul atau ion ditransfer melalui membran, terlepas dari keberadaan atau transfer senyawa lain (transportasi glukosa, asam amino melalui membran basal sel epitel);

simport, di mana transfernya dilakukan secara simultan dan searah dengan senyawa lain (transpor gula dan asam amino Na + K +, 2Cl - dan kotranspor yang bergantung pada natrium);

Antiport - (transpor suatu zat disebabkan oleh transpor senyawa atau ion lain secara simultan dan berlawanan arah (pertukaran Na + / Ca 2+, Na + / H + Cl - / HCO 3 - -).

Symport dan antiport adalah spesies transportasi bersama, di mana kecepatan transfer dikendalikan oleh semua peserta dalam proses transportasi.

Sifat protein pembawa tidak diketahui. Menurut prinsip tindakan, mereka dibagi menjadi dua jenis. Pembawa jenis pertama membuat gerakan antar-jemput melalui membran, dan jenis kedua mereka tertanam di dalam membran, membentuk saluran. Tindakan mereka dapat disimulasikan dengan bantuan ionofor antibiotik, pembawa logam alkali. Jadi, salah satunya - (valinomycin) - bertindak sebagai pembawa sejati, mengangkut kalium melintasi membran. Molekul gramicidin A, ionofor lain, dimasukkan ke dalam membran satu demi satu, membentuk "saluran" untuk ion natrium.

Sebagian besar sel memiliki sistem difusi terfasilitasi. Namun, daftar metabolit yang diangkut oleh mekanisme ini agak terbatas. Pada dasarnya, ini adalah gula, asam amino dan beberapa ion. Senyawa yang merupakan produk antara metabolisme (gula terfosforilasi, produk metabolisme asam amino, makroerg) tidak diangkut menggunakan sistem ini. Jadi, difusi terfasilitasi berfungsi untuk mengangkut molekul-molekul yang diterima sel dari lingkungan. Pengecualian adalah pengangkutan molekul organik melalui epitel, yang akan dipertimbangkan secara terpisah.

transportasi aktif

text_fields

text_fields

panah_ke atas

transportasi aktif dilakukan oleh transportasi adenosin trifosfatase (ATPase) dan terjadi karena energi hidrolisis ATP.

Gambar 1.12 menunjukkan jenis transpor pasif dan aktif zat melalui membran.

1,2 - difusi sederhana melalui bilayer dan saluran ion,
3 - difusi terfasilitasi,
4 - transpor aktif primer,
5 - transpor aktif sekunder.

Jenis transpor aktif

text_fields

text_fields

panah_ke atas

Jenis transpor aktif zat:

transpor aktif primer,

transpor aktif sekunder.

transpor aktif primer

text_fields

text_fields

panah_ke atas

Pengangkutan zat dari medium dengan konsentrasi rendah ke medium dengan konsentrasi yang lebih tinggi tidak dapat dijelaskan dengan gerakan sepanjang gradien, mis. difusi. Proses ini dilakukan karena energi hidrolisis ATP atau energi karena gradien konsentrasi ion apa pun, paling sering natrium. Jika sumber energi untuk transpor aktif zat adalah hidrolisis ATP, dan bukan pergerakan beberapa molekul atau ion lain melalui membran, transpor diteleponaktif utama.

Transfer aktif primer dilakukan oleh transpor ATPase, yang disebut pompa ion. Dalam sel hewan, Na +, K + - ATPase (pompa natrium) yang paling umum, yang merupakan protein integral dari membran plasma dan Ca 2+ - ATPase, terkandung dalam membran plasma sarco-(endo)-plasmic reticulum. . Ketiga protein memiliki sifat yang sama - kemampuan untuk difosforilasi dan membentuk bentuk enzim terfosforilasi menengah. Dalam keadaan terfosforilasi, enzim dapat berada dalam dua konformasi, yang biasa disebut sebagai E 1 dan E2.

Konformasi enzim - ini adalah cara orientasi spasial (peletakan) rantai polipeptida molekulnya. Kedua konformasi enzim ini dicirikan oleh afinitas yang berbeda untuk ion yang diangkut, yaitu. kemampuan yang berbeda untuk mengikat ion yang diangkut.

Na + /K + - ATPase menyediakan transpor aktif terkonjugasi Na + dari sel dan K + ke dalam sitoplasma. Pada molekul Na + /K + - ATPase, terdapat area (situs) khusus di mana terjadi pengikatan ion Na dan K. Dengan konformasi enzim E 1, area ini berubah di dalam retikulum plasma. Untuk pelaksanaan tahap konversi Ca2+ -ATPase ini, keberadaan ion magnesium dalam retikulum sarkoplasma diperlukan. Selanjutnya, siklus enzim diulang.

transpor aktif sekunder

text_fields

text_fields

panah_ke atas

transpor aktif sekunder adalah transfer zat melintasi membran melawan gradien konsentrasinya karena energi gradien konsentrasi zat lain yang dibuat dalam proses transpor aktif. Dalam sel hewan, sumber energi utama untuk transpor aktif sekunder adalah energi gradien konsentrasi ion natrium, yang dibuat karena kerja Na + /K + - ATPase. Misalnya, membran sel selaput lendir usus halus mengandung protein yang melakukan transfer (simport) glukosa dan Na+ ke epitelosit. Transpor glukosa dilakukan hanya jika Na +, yang secara bersamaan mengikat glukosa ke protein tertentu, ditransfer sepanjang gradien elektrokimia. Gradien elektrokimia untuk Na+ dipertahankan oleh transpor aktif kation-kation ini keluar sel.

Di otak, kerja Na + -pompa dikaitkan dengan penyerapan terbalik (reabsorpsi) mediator - zat aktif fisiologis yang dilepaskan dari ujung saraf di bawah aksi faktor rangsang.

Pada kardiomiosit dan sel otot polos, fungsi Na + , K + -ATPase dikaitkan dengan pengangkutan Ca 2+ melalui membran plasma, karena adanya protein di membran sel yang melakukan countertransport (antiport) dari Na+ dan Ca2+. Ion kalsium diangkut melintasi membran sel dalam pertukaran ion natrium dan karena energi gradien konsentrasi ion natrium.

Sebuah protein ditemukan dalam sel yang menukar ion natrium ekstraseluler untuk proton intraseluler - Na + /H + - penukar. Pembawa ini memainkan peran penting dalam menjaga pH intraseluler konstan. Laju pertukaran Na + /Ca 2+ dan Na + /H + - sebanding dengan gradien elektrokimia Na + melintasi membran. Dengan penurunan konsentrasi ekstraseluler Na + penghambatan Na + , K + -ATPase oleh glikosida jantung atau dalam lingkungan bebas kalium, konsentrasi kalsium dan proton intraseluler meningkat. Peningkatan konsentrasi Ca 2+ intraseluler dengan penghambatan Na + , K + -ATPase mendasari penggunaan glikosida jantung dalam praktik klinis untuk meningkatkan kontraksi jantung.

Dari pertimbangan esensi fisik dari hukum periodik, maka: perubahan periodik sifat kimia unsur terkait dengan struktur elektronik atom, yang, sesuai dengan hukum mekanika gelombang, juga berubah secara berkala. Semua perubahan periodik dalam sifat kimia unsur, serta perubahan berbagai sifat zat sederhana dan kompleks, dikaitkan dengan sifat orbital atom.

Kesimpulan terpenting berikutnya, yang mengikuti dari analisis data yang diberikan pada Tabel 6, adalah kesimpulan tentang perubahan periodik dalam sifat pengisian tingkat energi eksternal oleh elektron, yang menyebabkan perubahan periodik sifat kimia unsur dan senyawanya.

Jari-jari atom adalah jari-jari bola yang berisi inti atom dan 95% dari kerapatan seluruh awan elektron yang mengelilingi inti. Ini adalah konsep bersyarat, karena. Awan elektron suatu atom tidak memiliki batas yang jelas; ini memungkinkan seseorang untuk menilai ukuran atom.

Nilai numerik jari-jari atom unsur kimia yang berbeda ditemukan secara eksperimental dengan menganalisis panjang ikatan kimia, mis. jarak antara inti atom yang saling berhubungan. Jari-jari atom biasanya dinyatakan dalam nanometer (nm), 1 nm = 10–9 m, pikometer (pm), 1 pm = 10–12 m atau angstrom (A), 1 A = 10–10 m.

Ketergantungan jari-jari atom pada muatan inti atom Z memiliki sifat periodik. Dalam satu periode sistem periodik unsur kimia, D.I. Mendeleev, nilai jari-jari atom terbesar dari atom logam alkali. Selanjutnya, dengan meningkatnya Z, nilai jari-jari berkurang, mencapai minimum pada atom unsur golongan VIIA, dan kemudian meningkat secara tiba-tiba pada atom gas inert, dan bahkan lebih - pada atom logam alkali. dari periode berikutnya.

jari-jari ionik.

Jari-jari ion berbeda dari jari-jari atom unsur-unsur yang sesuai. Hilangnya elektron oleh atom menyebabkan penurunan ukuran efektifnya, dan penambahan kelebihan elektron menyebabkan peningkatan. Oleh karena itu, jari-jari ion bermuatan positif (kation) selalu lebih kecil, dan jari-jari ion bermuatan negatif (anion) selalu lebih besar dari jari-jari atom netral yang sesuai. Jadi, jari-jari atom kalium adalah 0,236 nm, dan jari-jari ion K + adalah 0,133 nm; jari-jari atom klorin dan ion klorida Cl berturut-turut adalah 0,099 dan 0,181 nm. Dalam hal ini, jari-jari ion semakin berbeda dari jari-jari atom, semakin besar muatan ion. Misalnya, jari-jari atom kromium dan ion Cr2+ dan Cr3+ berturut-turut adalah 0,127, 0,083, dan 0,064 nm.

Dalam subkelompok utama, jari-jari ion dengan muatan yang sama, seperti jari-jari atom, meningkat dengan meningkatnya muatan inti

Energi ionisasi(ukuran manifestasi sifat logam) adalah energi yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron dari atom.

(Ca 0 - Ca 2+ + 2e - - H).

Semakin banyak elektron pada lapisan elektron terluar, semakin besar energi ionisasinya. Semakin besar jari-jari atom maka energi ionisasi semakin kecil. Ini menjelaskan penurunan sifat logam dalam periode dari kiri ke kanan dan peningkatan sifat logam dalam kelompok dari atas ke bawah. Cesium (Cs) adalah logam yang paling aktif.

Energi afinitas elektron (ukuran manifestasi sifat non-logam) adalah energi yang dilepaskan sebagai akibat dari penempelan elektron pada atom (Cl 0 + 1e - -> Cl - + H). Dengan peningkatan jumlah elektron pada lapisan elektron terluar, energi afinitas elektron meningkat, dan dengan peningkatan jari-jari atom, energi afinitas berkurang. Ini menjelaskan peningkatan sifat non-logam dalam periode dari kiri ke kanan dan penurunan sifat non-logam pada subkelompok utama dari atas ke bawah.

Energi afinitas atom terhadap elektron, atau hanya dia afinitas elektron(ε), disebut energi yang dilepaskan dalam proses penambahan elektron ke atom bebas E dalam keadaan dasarnya dengan transformasi menjadi ion negatif E - (afinitas atom ke elektron secara numerik sama, tetapi berlawanan tanda, dengan energi ionisasi dari anion bermuatan tunggal terisolasi yang sesuai).

E + e = E +

Keelektronegatifan- sifat kimia atom, karakteristik kuantitatif dari kemampuan atom dalam molekul untuk menarik elektron dari atom unsur lain.

Sifat logam terkuat adalah unsur-unsur yang atomnya mudah menyumbangkan elektron. Nilai elektronegativitasnya kecil (χ 1).

Sifat non-logam terutama diucapkan pada unsur-unsur yang atom-atomnya dengan penuh semangat menambahkan elektron.

Dalam setiap periode sistem periodik, keelektronegatifan unsur meningkat dengan meningkatnya nomor urut (dari kiri ke kanan), di setiap kelompok sistem periodik, keelektronegatifan berkurang dengan meningkatnya nomor urut (dari atas ke bawah).

Elemen fluor F memiliki tertinggi, dan elemen sesium Cs - elektronegativitas terkecil di antara unsur-unsur dari 1-6 periode.

"

Salah satu karakteristik terpenting dari unsur-unsur kimia yang terlibat dalam pembentukan ikatan kimia adalah ukuran atom (ion): dengan peningkatannya, kekuatan ikatan interatomik berkurang. Ukuran suatu atom (ion) biasanya ditentukan oleh nilai jari-jari atau diameternya. Karena atom (ion) tidak memiliki batas yang jelas, konsep "jari-jari atom (ion)" menyiratkan bahwa 90–98% kerapatan elektron atom (ion) terkandung dalam lingkaran jari-jari ini. Mengetahui nilai jari-jari atom (ionik) memungkinkan untuk memperkirakan jarak antar inti dalam kristal (yaitu, struktur kristal ini), karena untuk banyak masalah jarak terpendek antara inti atom (ion) dapat dianggap sebagai jumlah jari-jari atom (ionik) mereka, meskipun aditif tersebut adalah perkiraan dan tidak berlaku dalam semua kasus.

Di bawah jari-jari atom unsur kimia (tentang jari-jari ionik, lihat di bawah), berpartisipasi dalam pembentukan ikatan kimia, dalam kasus umum, setuju untuk memahami setengah jarak antar inti kesetimbangan antara atom terdekat dalam kisi kristal elemen. Konsep ini, yang cukup sederhana, jika kita menganggap atom (ion) sebagai bola kaku, ternyata kompleks dan sering ambigu. Jari-jari atom (ionik) suatu unsur kimia bukanlah nilai yang konstan, tetapi bervariasi tergantung pada sejumlah faktor, yang paling penting adalah jenis ikatan kimia.

dan nomor koordinasi.

Jika atom (ion) yang sama dalam kristal yang berbeda membentuk jenis ikatan kimia yang berbeda, maka ia akan memiliki beberapa jari - kovalen dalam kristal dengan ikatan kovalen; ionik dalam kristal dengan ikatan ionik; logam dalam logam; van der Waals dalam kristal molekul. Pengaruh jenis ikatan kimia dapat dilihat pada contoh berikut. Dalam berlian, keempat ikatan kimia adalah kovalen dan terbentuk sp 3-hibrida, jadi keempat tetangga dari atom tertentu berada pada posisi yang sama dan

jarak yang sama darinya d= 1,54 A˚) dan jari-jari kovalen karbon dalam intan adalah

sama dengan 0,77 A˚. Dalam kristal arsenik, jarak antara atom yang terikat oleh ikatan kovalen ( d 1 = 2,52 A˚), jauh lebih kecil daripada antar atom yang terikat oleh gaya van der Waals ( d 2 = 3,12 A˚), sehingga As akan memiliki jari-jari kovalen 1,26 A˚ dan van der Waals 1,56 A˚ .

Jari-jari atom (ionik) juga berubah sangat tajam dengan perubahan bilangan koordinasi (ini dapat diamati selama transformasi polimorfik unsur). Semakin kecil bilangan koordinasi, semakin rendah derajat pengisian ruang dengan atom (ion) dan semakin kecil jarak antar inti. Peningkatan bilangan koordinasi selalu disertai dengan peningkatan jarak antar inti.

Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa jari-jari atom (ionik) unsur-unsur berbeda yang terlibat dalam pembentukan ikatan kimia hanya dapat dibandingkan bila mereka membentuk kristal di mana jenis ikatan kimia yang sama terwujud, dan unsur-unsur dalam kristal yang terbentuk ini memiliki bilangan koordinasi yang sama.

Mari kita pertimbangkan fitur utama jari-jari atom dan ionik secara lebih rinci.

Di bawah jari-jari kovalen unsur Merupakan kebiasaan untuk memahami setengah dari jarak antar inti kesetimbangan antara atom-atom terdekat yang dihubungkan oleh ikatan kovalen.

Fitur jari-jari kovalen adalah keteguhannya dalam "struktur kovalen" yang berbeda dengan nomor koordinasi yang sama Z j. Selain itu, jari-jari kovalen biasanya terikat satu sama lain secara aditif, yaitu jarak A–B adalah setengah jumlah jarak A–A dan B–B dengan adanya ikatan kovalen dan bilangan koordinasi yang sama di semua tiga struktur.

Ada jari-jari kovalen normal, tetrahedral, oktahedral, kuadrat dan linier.

Jari-jari kovalen normal atom sesuai dengan kasus ketika sebuah atom membentuk ikatan kovalen sebanyak yang sesuai dengan tempatnya dalam tabel periodik: untuk karbon - 2, untuk nitrogen - 3, dll. Ini menghasilkan nilai yang berbeda dari jari-jari normal tergantung pada multiplisitas (urutan) ikatan (ikatan tunggal, rangkap dua, rangkap tiga). Jika ikatan terbentuk ketika awan elektron hibrida tumpang tindih, maka mereka berbicara tentang tetrahedral

(Z k = 4, sp orbital 3-hibrida), oktahedral ( Z k = 6, d 2sp Orbital 3-hibrida), kuadrat ( Z k = 4, dsp orbital 2-hibrida), linier ( Z k = 2, sp-hibrida) jari-jari kovalen.

Berguna untuk mengetahui yang berikut tentang jari-jari kovalen (nilai jari-jari kovalen untuk sejumlah elemen diberikan).

1. Jari-jari kovalen, tidak seperti jari-jari ionik, tidak dapat diartikan sebagai jari-jari atom yang berbentuk bola. Jari-jari kovalen hanya digunakan untuk menghitung jarak antar atom yang disatukan oleh ikatan kovalen, dan tidak menjelaskan apa pun tentang jarak antara atom sejenis yang tidak terikat secara kovalen.

2. Nilai jari-jari kovalen ditentukan oleh banyaknya ikatan kovalen. Ikatan rangkap tiga lebih pendek dari ikatan rangkap, yang pada gilirannya lebih pendek dari ikatan tunggal, sehingga jari-jari kovalen ikatan rangkap tiga lebih kecil dari jari-jari kovalen ikatan rangkap, yang lebih kecil

lajang. Harus diingat bahwa urutan multiplisitas hubungan tidak harus bilangan bulat. Bisa juga pecahan jika ikatannya beresonansi (molekul benzena, senyawa Mg2 Sn, lihat di bawah). Dalam hal ini, jari-jari kovalen memiliki nilai antara antara nilai-nilai yang sesuai dengan orde bilangan bulat dari multiplisitas ikatan.

3. Jika ikatan bersifat campuran kovalen-ionik, tetapi dengan tingkat komponen kovalen ikatan yang tinggi, maka konsep jari-jari kovalen dapat diperkenalkan, tetapi pengaruh komponen ionik ikatan pada ikatannya nilai tidak dapat diabaikan. Dalam beberapa kasus, efek ini dapat menyebabkan penurunan yang signifikan pada jari-jari kovalen, terkadang turun hingga 0,1 A˚. Sayangnya, upaya untuk memprediksi besarnya efek ini di berbagai

kasus belum berhasil.

4. Nilai jari-jari kovalen tergantung pada jenis orbital hibrid yang berperan dalam pembentukan ikatan kovalen.

jari-jari ionik, tentu saja, tidak dapat didefinisikan sebagai setengah jumlah jarak antara inti ion terdekat, karena, sebagai aturan, ukuran kation dan anion berbeda tajam. Selain itu, simetri ion mungkin agak berbeda dari bola. Namun demikian, untuk kristal ionik nyata di bawah jari-jari ionik Merupakan kebiasaan untuk memahami jari-jari bola, yang mendekati ion.

Jari-jari ionik digunakan untuk perkiraan perkiraan jarak antar inti dalam kristal ionik. Diasumsikan bahwa jarak antara kation dan anion terdekat sama dengan jumlah jari-jari ionnya. Kesalahan khas dalam menentukan jarak antar inti dalam hal jari-jari ionik dalam kristal tersebut adalah -0,01 A˚.

Ada beberapa sistem jari-jari ionik yang berbeda dalam nilai jari-jari ionik masing-masing ion, tetapi mengarah pada jarak antar inti yang kira-kira sama. Pekerjaan pertama pada penentuan jari-jari ionik dilakukan oleh V. M. Goldshmit pada tahun 1920-an. Di dalamnya, penulis menggunakan, di satu sisi, jarak antar inti dalam kristal ionik yang diukur dengan analisis struktur sinar-X, dan, di sisi lain, nilai jari-jari ion F– dan O2– ditentukan oleh

metode refraktometri. Sebagian besar sistem lain juga bergantung pada jarak antar inti dalam kristal yang ditentukan oleh metode difraksi dan pada beberapa nilai "referensi" dari jari-jari ionik ion tertentu. Dalam sistem yang paling banyak dikenal

Pauling, nilai referensi ini adalah jari-jari ionik ion peroksida O2−, sama dengan

1.40A˚. Nilai untuk O2– ini sangat sesuai dengan perhitungan teoretis. Dalam sistem G. B. Bokiya dan N. V. Belov, yang dianggap sebagai salah satu yang paling andal, jari-jari ionik O2– diambil sama dengan 1,36 A˚.

Pada tahun 1970-an dan 1980-an, upaya dilakukan untuk secara langsung menentukan jari-jari ion dengan mengukur kerapatan elektron menggunakan analisis struktur sinar-X, asalkan kerapatan elektron minimum pada garis penghubung inti diambil sebagai batas ion. . Ternyata metode langsung ini mengarah pada nilai jari-jari ion kation yang terlalu tinggi dan nilai jari-jari ion anion yang terlalu rendah. Selain itu, ternyata nilai jari-jari ionik yang ditentukan dengan metode langsung tidak dapat ditransfer dari satu senyawa ke senyawa lain, dan penyimpangan dari aditif terlalu besar. Oleh karena itu, jari-jari ionik tersebut tidak digunakan untuk memprediksi jarak antar inti.

Berguna untuk mengetahui yang berikut tentang jari-jari ion (dalam tabel di bawah ini, nilai jari-jari ion menurut Bokiy dan Belov diberikan).

1. Jari-jari ion untuk ion dari unsur yang sama bervariasi tergantung pada muatannya, dan untuk ion yang sama tergantung pada bilangan koordinasi. Tergantung pada bilangan koordinasi, jari-jari ion tetrahedral dan oktahedral dibedakan.

2. Di dalam satu baris vertikal, lebih tepatnya, di dalam satu golongan, periodik

sistem, jari-jari ion dengan muatan yang sama meningkat dengan peningkatan nomor atom unsur, karena jumlah kulit yang ditempati oleh elektron meningkat, dan karenanya ukuran ion.

Radius, A˚

3. Untuk ion atom bermuatan positif dari periode yang sama, jari-jari ionik berkurang dengan cepat dengan meningkatnya muatan. Penurunan cepat dijelaskan oleh aksi dua faktor utama dalam satu arah: tarikan kuat elektron "milik sendiri" oleh kation, yang muatannya meningkat dengan meningkatnya nomor atom; peningkatan kekuatan interaksi antara kation dan anion di sekitarnya dengan peningkatan muatan kation.

Radius, A˚

4. Untuk ion atom bermuatan negatif dari periode yang sama, jari-jari ionik meningkat dengan meningkatnya muatan negatif. Dua faktor yang dibahas dalam paragraf sebelumnya dalam hal ini bertindak dalam arah yang berlawanan, dan faktor pertama berlaku (peningkatan muatan negatif anion disertai dengan peningkatan jari-jari ioniknya), oleh karena itu, peningkatan jari-jari ionik dengan peningkatan muatan negatif terjadi jauh lebih lambat daripada penurunan pada kasus sebelumnya.

Radius, A˚

5. Untuk unsur yang sama, yaitu dengan konfigurasi elektron awal yang sama, jari-jari kation lebih kecil dari jari-jari anion. Hal ini disebabkan oleh penurunan daya tarik elektron "tambahan" eksternal ke inti anion dan peningkatan efek penyaringan karena elektron internal (kation memiliki kekurangan elektron, dan anion memiliki kelebihan).

Radius, A˚

6. Ukuran ion dengan muatan yang sama mengikuti periodisitas tabel periodik. Namun, nilai jari-jari ionik tidak sebanding dengan muatan inti Z, yang disebabkan oleh gaya tarik elektron yang kuat oleh inti. Selain itu, lantanida dan aktinida, dalam rangkaian di mana jari-jari atom dan ion dengan muatan yang sama tidak bertambah, tetapi berkurang dengan bertambahnya nomor atom (yang disebut kontraksi lantanida dan kontraksi aktinida), adalah pengecualian untuk ketergantungan periodik.11

11 Kontraksi lantanida dan kontraksi aktinida disebabkan oleh fakta bahwa dalam lantanida dan aktinida, elektron yang ditambahkan dengan peningkatan nomor atom mengisi bagian dalam dan f-kulit dengan bilangan kuantum utama lebih kecil dari bilangan kuantum utama periode tertentu. Pada saat yang sama, menurut perhitungan mekanika kuantum di d dan terutama di f menyatakan, elektron lebih dekat ke nukleus daripada di s dan p keadaan periode tertentu dengan bilangan kuantum besar, oleh karena itu d dan f-elektron terletak di daerah bagian dalam atom, meskipun pengisian keadaan ini dengan elektron (kita berbicara tentang tingkat elektronik dalam ruang energi) terjadi secara berbeda.

jari-jari logam dianggap sama dengan setengah jarak terpendek antara inti atom dalam struktur kristalisasi unsur logam. Mereka bergantung pada bilangan koordinasi. Jika kita mengambil jari-jari logam dari setiap elemen di Z k \u003d 12 per unit, lalu kapan Z k = 8, 6 dan 4 jari-jari logam dari unsur yang sama berturut-turut adalah 0,98; 0,96; 0,88. Jari-jari logam memiliki sifat aditif. Mengetahui nilainya memungkinkan untuk memperkirakan parameter kisi kristal senyawa intermetalik.

Jari-jari atom logam dicirikan oleh fitur-fitur berikut (data tentang nilai jari-jari atom logam dapat ditemukan di).

1. Jari-jari atom logam logam transisi umumnya lebih kecil dari jari-jari atom logam logam non-transisi, mencerminkan kekuatan ikatan yang lebih besar dalam logam transisi. Fitur ini disebabkan oleh fakta bahwa logam-logam dari golongan transisi dan logam-logam yang paling dekat dengannya dalam sistem periodik memiliki elektron d-kulit, dan elektron dalam d-negara dapat mengambil bagian dalam pembentukan ikatan kimia. Penguatan ikatan mungkin sebagian disebabkan oleh munculnya komponen kovalen ikatan dan sebagian lagi karena interaksi van der Waals dari inti ionik. Dalam kristal besi dan tungsten, misalnya, elektron d-negara memberikan kontribusi yang signifikan terhadap energi ikat.

2. Dalam satu kelompok vertikal, saat kita bergerak dari atas ke bawah, jari-jari atom logam meningkat, yang disebabkan oleh peningkatan berurutan dalam jumlah elektron (jumlah kulit yang ditempati oleh elektron meningkat).

3. Dalam satu periode, lebih tepatnya, mulai dari logam alkali ke tengah golongan logam transisi, dari kiri ke kanan, jari-jari atom logam berkurang. Dalam urutan yang sama, muatan listrik inti atom meningkat dan jumlah elektron dalam kulit valensi meningkat. Dengan peningkatan jumlah elektron pengikat per atom, ikatan logam diperkuat, dan pada saat yang sama, karena peningkatan muatan nukleus, daya tarik elektron inti (internal) oleh nukleus meningkat, sehingga nilai jari-jari atom logam berkurang.

4. Logam transisi golongan VII dan VIII dari periode yang sama pada aproksimasi pertama memiliki jari-jari logam yang hampir sama. Rupanya, ketika datang ke elemen yang memiliki 5 atau lebih d-elektron, peningkatan muatan inti dan efek terkait tarik-menarik elektron inti, yang mengarah pada penurunan jari-jari atom logam, dikompensasi oleh efek yang disebabkan oleh peningkatan jumlah elektron dalam atom (ion) yang tidak berpartisipasi dalam pembentukan ikatan logam, dan mengarah ke peningkatan jari-jari logam (meningkatkan jumlah keadaan yang ditempati oleh elektron).

5. Peningkatan jari-jari (lihat paragraf 2) untuk elemen transisi, yang terjadi selama transisi dari periode keempat ke kelima, tidak diamati untuk elemen transisi di

transisi dari periode kelima ke keenam; jari-jari atom logam dari unsur-unsur yang bersesuaian (perbandingan vertikal) dalam dua periode terakhir ini hampir sama. Rupanya, ini karena fakta bahwa elemen-elemen yang terletak di antara mereka dilengkapi dengan kedalaman yang relatif lebih dalam f-kulit, sehingga peningkatan muatan inti dan efek tarik-menarik yang terkait ternyata lebih signifikan daripada efek yang terkait dengan peningkatan jumlah elektron (kontraksi lantanida).

Elemen dari 4 periode

Radius, A˚

Unsur dari periode 5

Radius, A˚

Unsur dari periode 6

Radius, A˚

6. Biasanya, jari-jari logam jauh lebih besar daripada jari-jari ionik, tetapi jari-jari ini tidak berbeda secara signifikan dari jari-jari kovalen unsur-unsur yang sama, meskipun tanpa kecuali semuanya lebih besar daripada jari-jari kovalen. Perbedaan besar dalam nilai jari-jari atom logam dan jari-jari ionik dari unsur-unsur yang sama dijelaskan oleh fakta bahwa ikatan, yang berasal dari elektron konduksi yang hampir bebas, tidak kuat (oleh karena itu jarak antar atom yang diamati relatif besar di kisi logam). Perbedaan yang jauh lebih kecil dalam nilai jari-jari logam dan kovalen dari unsur-unsur yang sama dapat dijelaskan jika kita menganggap ikatan logam sebagai ikatan kovalen "resonansi" khusus.

Di bawah radius van der Waals Merupakan kebiasaan untuk memahami setengah dari jarak antar inti kesetimbangan antara atom-atom terdekat yang dihubungkan oleh ikatan van der Waals. Jari-jari Van der Waals menentukan ukuran efektif atom gas mulia. Selain itu, sebagai berikut dari definisi, jari-jari atom van der Waals dapat dianggap setengah jarak antar inti antara atom terdekat dengan nama yang sama, dihubungkan oleh ikatan van der Waals dan termasuk dalam molekul yang berbeda (misalnya, dalam kristal molekul). Ketika atom saling mendekat pada jarak kurang dari jumlah jari-jari van der Waals mereka, terjadi tolakan antar atom yang kuat. Oleh karena itu, jari-jari atom van der Waals mencirikan kontak minimum yang diizinkan dari atom-atom yang termasuk dalam molekul yang berbeda. Data nilai jari-jari atom van der Waals untuk beberapa atom dapat ditemukan di).

Mengetahui jari-jari atom van der Waals memungkinkan untuk menentukan bentuk molekul dan pengemasannya dalam kristal molekul. Jari-jari van der Waals jauh lebih besar dari semua jari-jari elemen yang sama yang disebutkan di atas, yang dijelaskan oleh kelemahan gaya van der Waals.