WAT ZIJN DE ORGANISATIENIVEAUS VAN MATERIE? (MET VOORBEELDEN) - WETENSCHAP - 2026

De organisatieniveaus van materie zijn die fysieke manifestaties waaruit het heelal op zijn verschillende massaschalen bestaat. Hoewel veel fenomenen verklaard kunnen worden vanuit de natuurkunde, zijn er regio's op deze schaal die relevanter zijn voor de studies van scheikunde, biologie, mineralogie, ecologie, astronomie en andere natuurwetenschappen.

Aan de basis van materie bevinden zich subatomaire deeltjes, bestudeerd door deeltjesfysica. Als we de trappen van uw organisatie beklimmen, betreden we het vakgebied van de chemie, en dan komen we bij de biologie; Vanuit de uiteengevallen en energetische materie observeert men uiteindelijk mineralogische lichamen, levende organismen en planeten.

De niveaus van organisatie van materie zijn geïntegreerd en samenhangend om lichamen met unieke eigenschappen te definiëren. Het cellulaire niveau bestaat bijvoorbeeld uit het subatomaire, atomaire, moleculaire en cellulaire niveau, maar het heeft andere eigenschappen dan alle. Evenzo hebben de bovenste verdiepingen verschillende eigenschappen.

Wat zijn de organisatieniveaus van materie?

Het onderwerp is georganiseerd in de volgende niveaus:

Subatomair niveau

We beginnen met de laagste sport: met deeltjes die kleiner zijn dan het atoom zelf. Deze stap is het object van studie in de deeltjesfysica. Op een zeer vereenvoudigde manier zijn er quarks (op en neer), leptonen (elektronen, muonen en neutrino's) en nucleonen (neutronen en protonen).

De massa en grootte van deze deeltjes zijn zo verwaarloosbaar dat conventionele fysica zich niet aanpast aan hun gedrag, dus het is noodzakelijk om ze te bestuderen met het prisma van de kwantummechanica.

Atoomniveau

Nog steeds op het gebied van fysica (atomair en nucleair), zien we dat sommige oerdeeltjes zich verenigen door sterke interacties om het atoom te doen ontstaan. Dit is de eenheid die de chemische elementen en het hele periodiek systeem definieert. Atomen bestaan ​​in wezen uit protonen, neutronen en elektronen. In de volgende afbeelding zie je een afbeelding van een atoom, met de protonen en neutronen in de kern en de elektronen daarbuiten:

Protonen zijn verantwoordelijk voor de positieve lading van de kern, die samen met neutronen bijna de gehele massa van het atoom vormt. Elektronen daarentegen zijn verantwoordelijk voor de negatieve lading van het atoom, verspreid rond de kern in elektronisch dichte gebieden die orbitalen worden genoemd.

Atomen verschillen van elkaar door het aantal protonen, neutronen en elektronen dat ze hebben. Protonen bepalen echter het atoomnummer (Z), dat op zijn beurt kenmerkend is voor elk chemisch element. Alle elementen hebben dus verschillende hoeveelheden protonen en hun ordening is in oplopende volgorde te zien in het periodiek systeem.

Moleculair niveau

Het watermolecuul is verreweg het meest iconische en verrassende van allemaal. Bron: DiamondCoder

Op moleculair niveau betreden we het gebied van chemie, fysicochemie, en iets verder weg, farmacie (drugssynthese).

Atomen kunnen met elkaar in wisselwerking staan ​​door middel van chemische binding. Wanneer deze binding covalent is, dat wil zeggen, met een zo gelijk mogelijke verdeling van elektronen, wordt gezegd dat de atomen zijn samengevoegd om moleculen te doen ontstaan.

Aan de andere kant kunnen metaalatomen een interactie aangaan via de metaalbinding, zonder moleculen te definiëren; maar ja kristallen.

Als we doorgaan met kristallen, kunnen atomen elektronen verliezen of winnen om respectievelijk kationen of anionen te worden. Deze twee vormen het duo dat bekend staat als ionen. Sommige moleculen kunnen ook elektrische ladingen krijgen, die moleculaire of polyatomaire ionen worden genoemd.

Uit ionen en hun kristallen, enorme hoeveelheden daarvan, worden mineralen geboren, die de aardkorst en mantel vormen en verrijken.

Dit omvangrijke polyfenyleen dendrimeer molecuul is een voorbeeld van een macromolecuul. Bron: M-steen op de Engelstalige Wikipedia

Afhankelijk van het aantal covalente bindingen, zijn sommige moleculen massiever dan andere. Als deze moleculen een structurele en zich herhalende eenheid (monomeer) hebben, worden ze macromoleculen genoemd. Onder hen hebben we bijvoorbeeld eiwitten, enzymen, polysacchariden, fosfolipiden, nucleïnezuren, kunstmatige polymeren, asfaltenen, enz.

Het is noodzakelijk te benadrukken dat niet alle macromoleculen polymeren zijn; maar alle polymeren zijn macromoleculen.

Dit icosahedrale cluster (100) van watermoleculen wordt bij elkaar gehouden door hun waterstofbruggen. Dit is een voorbeeld van een supramolecuul dat wordt beheerst door Van der Walls-interacties. Bron: Danski14

Nog steeds op moleculair niveau kunnen moleculen en macromoleculen zich aggregeren via Van der Walls-interacties om conglomeraten of complexen te vormen die supramoleculen worden genoemd. Tot de bekendste behoren micellen, blaasjes en de dubbellaagse lipidenwand.

De supramoleculen kunnen afmetingen en molecuulgewichten hebben die kleiner of groter zijn dan de macromoleculen; Hun niet-covalente interacties zijn echter de structurele basis van een groot aantal biologische, organische en anorganische systemen.

Cel organel niveau

Vertegenwoordiging van mitochondriën, een van de belangrijkste cellulaire organellen.

Supramoleculen verschillen in hun chemische aard, daarom binden ze zich op een karakteristieke manier met elkaar om zich aan te passen aan de omgeving die hen omringt (waterig in het geval van cellen).

Dit is wanneer verschillende organellen verschijnen (mitochondriën, ribosomen, kern, Golgi-apparaat, enz.), Elk bestemd om een ​​specifieke functie te vervullen binnen de kolossale levende fabriek die we kennen als de cel (eukaryoot en prokaryoot): het 'atoom' van het leven.

Celniveau

Voorbeeld van een eukaryote cel (dierencel) en zijn onderdelen (Bron: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

Op cellulair niveau spelen biologie en biochemie (naast andere gerelateerde wetenschappen) een rol. In het lichaam is er een classificatie voor cellen (erytrocyten, leukocyten, sperma, eieren, osteocyten, neuronen, enz.). De cel kan worden gedefinieerd als de basiseenheid van het leven en er zijn twee hoofdtypen: eukaryoten en procatioten.

Meercellig niveau

Verschillende reeksen cellen definiëren weefsels, deze weefsels zijn de oorsprong van organen (hart, pancreas, lever, darmen, hersenen) en tenslotte integreren de organen verschillende fysiologische systemen (ademhaling, bloedsomloop, spijsvertering, zenuwstelsel, endocriene, enz.). Dit is het meercellige niveau. Het hart vormt bijvoorbeeld een reeks van duizenden cellen:

In dit stadium is het moeilijk om verschijnselen vanuit moleculair oogpunt te bestuderen; hoewel farmacie, supramoleculaire chemie gericht op geneeskunde, en moleculaire biologie, dit perspectief behouden en dergelijke uitdagingen accepteren.

Organismen

Afhankelijk van het type cel, DNA en genetische factoren bouwen cellen uiteindelijk organismen (plant of dier), waarvan we de mens al noemden. Dit is de stap van het leven, waarvan de complexiteit en uitgestrektheid zelfs vandaag de dag onvoorstelbaar is. Een tijger wordt bijvoorbeeld beschouwd als een panda, een organisme.

Bevolkingsniveau

De clusters van deze monarchvlinders laten zien hoe organismen zich associëren in populaties. Bron: Pixnio.

Organismen reageren op omgevingsomstandigheden en passen zich aan door populaties te creëren om te overleven. Elke populatie wordt bestudeerd door een van de vele takken van de natuurwetenschappen, evenals door de gemeenschappen die daaruit voortkomen. We hebben insecten, zoogdieren, vogels, vissen, algen, amfibieën, spinachtigen, octopoden en nog veel meer. Een groep vlinders vormt bijvoorbeeld een populatie.

Ecosysteem

Ecosysteem. Bron: door LA turrita, van Wikimedia Commons

Het ecosysteem omvat de relaties tussen biotische factoren (die leven hebben) en abiotische factoren (niet-leven). Het bestaat uit een gemeenschap van verschillende soorten die dezelfde woonplaats (habitat) delen en die abiotische componenten gebruiken om te overleven.

Water, lucht en bodem (mineralen en gesteenten) bepalen de abiotische componenten ("zonder leven"). Ondertussen bestaan ​​biotische componenten uit alle levende wezens in al hun expressie en begrip, van bacteriën tot olifanten en walvissen, die in wisselwerking staan ​​met water (hydrosfeer), lucht (atmosfeer) of bodem (lithosfeer).

De verzameling ecosystemen van de hele aarde vormt het volgende niveau; de biosfeer.

biosfeer

Schema van de atmosfeer, hydrosfeer, lithosfeer en biosfeer van de aarde. Bron: Bojana Petrović, van Wikimedia Commons

De biosfeer is het niveau dat is samengesteld uit alle levende wezens die op de planeet en hun leefgebieden leven.

Even terugkerend naar het moleculaire niveau, alleen moleculen kunnen mengsels van exorbitante afmetingen samenstellen. De oceanen worden bijvoorbeeld gevormd door het watermolecuul, H ₂ O. Op zijn beurt wordt de atmosfeer gevormd door gasvormige moleculen en edelgassen.

Alle planeten die levensgeschikt zijn, hebben hun eigen biosfeer; hoewel het koolstofatoom en zijn bindingen noodzakelijkerwijs zijn fundament zijn, maakt niet uit hoe geëvolueerd zijn schepselen zijn.

Als je verder wilt stijgen op de schaal van materie, zouden we eindelijk de hoogten van de astronomie betreden (planeten, sterren, witte dwergen, nevels, zwarte gaten, sterrenstelsels).

Referenties

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8e ed.). CENGAGE Leren.
2. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (Vierde druk). Mc Graw Hill.
3. Susana G. Morales Vargas. (2014). Niveaus van organisatie van materie. Hersteld van: uaeh.edu.mx
4. Tania. (4 november 2018). Organisatieniveau van de materie. Hersteld van: Scientificskeptic.com
5. Sneller. (2019). Wat zijn de organisatieniveaus van materie? Hersteld van: apuntesparaestudiar.com