JAKIE SĄ POZIOMY ORGANIZACJI MATERII? (Z PRZYKŁADAMI) - NAUKA - 2026

Te poziomy organizacji materii są te fizyczne objawy, które tworzą wszechświat w jego różnych skalach masowych. Chociaż wiele zjawisk można wytłumaczyć na podstawie fizyki, istnieją regiony w tej skali, które bardziej odpowiadają studiom chemii, biologii, mineralogii, ekologii, astronomii i innych nauk przyrodniczych.

U podstaw materii mamy cząstki subatomowe, badane przez fizykę cząstek. Wspinając się po szczeblach swojej organizacji wchodzimy na dziedzinę chemii, a następnie docieramy do biologii; Z zdezintegrowanej i energetycznej materii kończy się obserwacja ciał mineralogicznych, organizmów żywych i planet.

Poziomy organizacji materii są zintegrowane i spójne, aby zdefiniować ciała o unikalnych właściwościach. Na przykład poziom komórkowy składa się z elementów subatomowych, atomowych, molekularnych i komórkowych, ale ma inne właściwości niż wszystkie. Podobnie, wyższe poziomy mają różne właściwości.

Jakie są poziomy organizacji materii?

Przedmiot jest podzielony na następujące poziomy:

Poziom subatomowy

Zaczynamy od najniższego szczebla: z cząstkami mniejszymi niż sam atom. Ten krok jest przedmiotem badań w fizyce cząstek elementarnych. W bardzo uproszczony sposób mamy kwarki (góra i dół), leptony (elektrony, miony i neutrina) oraz nukleony (neutrony i protony).

Masa i rozmiary tych cząstek są tak znikome, że konwencjonalna fizyka nie dostosowuje się do ich zachowania, dlatego konieczne jest badanie ich przez pryzmat mechaniki kwantowej.

Poziom atomowy

Wciąż w dziedzinie fizyki (atomowej i jądrowej) odkrywamy, że niektóre pierwotne cząstki łączą się w wyniku silnych oddziaływań, tworząc atom. Jest to jednostka definiująca pierwiastki chemiczne i cały układ okresowy. Atomy składają się zasadniczo z protonów, neutronów i elektronów. Na poniższym obrazku możesz zobaczyć reprezentację atomu, z protonami i neutronami w jądrze i elektronami na zewnątrz:

Za dodatni ładunek jądra odpowiadają protony, które razem z neutronami stanowią prawie całą masę atomu. Z drugiej strony elektrony są odpowiedzialne za ujemny ładunek atomu, rozproszony wokół jądra w obszarach zwanych orbitaliami o dużej gęstości elektronicznej.

Atomy różnią się od siebie liczbą posiadanych protonów, neutronów i elektronów. Jednak protony definiują liczbę atomową (Z), która z kolei jest charakterystyczna dla każdego pierwiastka chemicznego. Zatem wszystkie pierwiastki mają różne ilości protonów, a ich uporządkowanie można zobaczyć w rosnącym porządku w układzie okresowym.

Poziom molekularny

Cząsteczka wody jest zdecydowanie najbardziej charakterystyczną i zaskakującą ze wszystkich. Źródło: DiamondCoder

Na poziomie molekularnym wkraczamy w dziedzinę chemii, fizykochemii, a nieco bardziej odległa farmację (synteza leków).

Atomy są zdolne do interakcji ze sobą poprzez wiązania chemiczne. Kiedy to wiązanie jest kowalencyjne, to znaczy z możliwie równym podziałem elektronów, mówi się, że atomy połączyły się, tworząc cząsteczki.

Z drugiej strony, atomy metalu mogą oddziaływać poprzez wiązanie metaliczne, bez definiowania cząsteczek; ale tak, kryształy.

Kontynuując z kryształami, atomy mogą stracić lub zyskać elektrony, aby stać się odpowiednio kationami lub anionami. Te dwa tworzą duet znany jako jony. Ponadto niektóre cząsteczki mogą nabywać ładunki elektryczne, nazywane jonami molekularnymi lub poliatomowymi.

Z jonów i ich kryształów, w ogromnych ilościach, powstają minerały, które tworzą i wzbogacają skorupę i płaszcz ziemi.

Ta obszerna cząsteczka dendrymeru polifenylenowego jest przykładem makrocząsteczki. Źródło: kamień M w angielskiej Wikipedii

W zależności od liczby wiązań kowalencyjnych, niektóre cząsteczki są masywniejsze niż inne. Kiedy te cząsteczki mają strukturalną i powtarzającą się jednostkę (monomer), mówi się, że są makrocząsteczkami. Wśród nich mamy na przykład białka, enzymy, polisacharydy, fosfolipidy, kwasy nukleinowe, sztuczne polimery, asfalteny itp.

Należy podkreślić, że nie wszystkie makrocząsteczki są polimerami; ale wszystkie polimery są makrocząsteczkami.

Ten dwudziestościenny klaster (100) cząsteczek wody jest utrzymywany razem przez wiązania wodorowe. To jest przykład supramolekuły rządzonej przez interakcje Van der Wallsa. Źródło: Danski14

Nadal na poziomie molekularnym cząsteczki i makrocząsteczki mogą agregować się poprzez interakcje Van der Wallsa, tworząc konglomeraty lub kompleksy zwane supramolekułami. Do najbardziej znanych należą micele, pęcherzyki oraz dwuwarstwowa ściana lipidowa.

Supramolekuły mogą mieć rozmiary i masy cząsteczkowe mniejsze lub większe niż makrocząsteczki; Jednak ich niekowalencyjne oddziaływania stanowią podstawę strukturalną niezliczonych systemów biologicznych, organicznych i nieorganicznych.

Poziom organelli komórkowych

Reprezentacja mitochondriów, jednych z najważniejszych organelli komórkowych.

Supramolekuły różnią się od siebie chemicznym charakterem, przez co łączą się ze sobą w charakterystyczny sposób, dostosowując się do otaczającego je środowiska (wodnego w przypadku komórek).

To wtedy pojawiają się różne organelle (mitochondria, rybosomy, jądro, aparat Golgiego itp.), Z których każdy jest przeznaczony do spełnienia określonej funkcji w kolosalnej, żywej fabryce, którą znamy jako komórka (eukariotyczna i prokariotyczna): „atom” życia.

Poziom komórki

Przykład komórki eukariotycznej (komórki zwierzęcej) i jej części (źródło: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

Na poziomie komórkowym w grę wchodzą biologia i biochemia (oprócz innych pokrewnych nauk). W organizmie istnieje klasyfikacja komórek (erytrocyty, leukocyty, plemniki, komórki jajowe, osteocyty, neurony itp.). Komórkę można zdefiniować jako podstawową jednostkę życia i wyróżnia się dwa główne typy: eukarionty i prokacjoty.

Poziom wielokomórkowy

Wyróżnione zestawy komórek określają tkanki, z których powstają narządy (serce, trzustka, wątroba, jelita, mózg), a ostatecznie organy integrują różne układy fizjologiczne (oddechowy, krążeniowy, pokarmowy, nerwowy, hormonalny itp.). To jest poziom wielokomórkowy. Na przykład zestaw tysięcy komórek tworzy serce:

Na tym etapie trudno jest badać zjawiska z molekularnego punktu widzenia; chociaż farmacja, chemia supramolekularna skupiona na medycynie i biologia molekularna utrzymują tę perspektywę i akceptują takie wyzwania.

Organizmy

W zależności od rodzaju komórki, DNA i czynników genetycznych, komórki kończą się budową organizmów (roślinnych lub zwierzęcych), o których już wspominaliśmy. To jest etap życia, którego złożoność i ogrom są niewyobrażalne nawet dzisiaj. Na przykład tygrys jest uważany za pandę, uważany za organizm.

Poziom populacji

Gromady tych motyli monarchy pokazują, jak organizmy łączą się w populacje. Źródło: Pixnio.

Organizmy reagują na warunki środowiskowe i przystosowują się, tworząc populacje umożliwiające przetrwanie. Każda populacja jest badana przez jedną z wielu gałęzi nauk przyrodniczych, a także przez społeczności, które się z nich wywodzą. Mamy owady, ssaki, ptaki, ryby, glony, płazy, pajęczaki, ośmiornice i wiele innych. Na przykład zbiór motyli tworzy populację.

Ekosystem

Ekosystem. Źródło: LA turrita, źródło Wikimedia Commons

Ekosystem obejmuje relacje między czynnikami biotycznymi (które mają życie) i czynnikami abiotycznymi (nieożywione). Składa się ze społeczności różnych gatunków, które dzielą to samo miejsce do życia (siedlisko) i wykorzystują składniki abiotyczne do przetrwania.

Woda, powietrze i gleba (minerały i skały) definiują składniki abiotyczne („bez życia”). Tymczasem składniki biotyczne składają się ze wszystkich żywych istot w całej ich ekspresji i rozumieniu, od bakterii po słonie i wieloryby, które oddziałują z wodą (hydrosferą), powietrzem (atmosferą) lub glebą (litosfera).

Zbiór ekosystemów całej Ziemi to kolejny poziom; biosfera.

Biosfera

Schemat ziemskiej atmosfery, hydrosfery, litosfery i biosfery. Źródło: Bojana Petrović, źródło Wikimedia Commons

Biosfera to poziom składający się ze wszystkich żywych istot żyjących na planecie i ich siedliskach.

Wracając na krótko do poziomu molekularnego, same cząsteczki mogą tworzyć mieszaniny o wygórowanych wymiarach. Na przykład oceany są tworzone przez cząsteczkę wody, H ₂ O. Z kolei atmosferę tworzą cząsteczki gazowe i gazy szlachetne.

Wszystkie planety nadające się do życia mają swoją własną biosferę; chociaż atom węgla i jego wiązania są z konieczności jego podstawą, bez względu na to, jak rozwinięte są jego stworzenia.

Chcąc dalej podnosić się w skali materii, w końcu wkroczylibyśmy na wyżyny astronomii (planety, gwiazdy, białe karły, mgławice, czarne dziury, galaktyki).

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8th ed.). CENGAGE Learning.
2. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
3. Susana G. Morales Vargas. (2014). Poziomy organizacji materii. Odzyskany z: uaeh.edu.mx
4. Tania. (4 listopada 2018). Poziom organizacji materii. Odzyskany z: Scientificskeptic.com
5. Sufler. (2019). Jakie są poziomy organizacji materii? Odzyskane z: apuntesparaestudiar.com