Natuurwetenschappen Indeling der stof Alle stoffen die in de natuur voorkomen, kunnen worden verdeeld in twee hoofdgroepen: Dode stoffen en levende stoffen. Dode stoffen Naar herkomst ingedeeld onderscheidt men: a. Natuurlijke stoffen b. Minerale stoffen c. Synthetische stoffen Natuurlijke stof Natuurlijke stoffen zijn afkomstig van levende organismen. Voorbeelden zijn: suikers, koolhydraten, eiwitten en de dierlijk en plantaardige oliën, vetten en water. Minerale stof Minerale stoffen zijn uit de aardbodem afkomstig, b.v. aardolie en zout. Het kunnen ook stoffen zijn, die bij de verwerking van aardbodem Producten ontstaan, zoals paraffine, vaseline en glycerine. Ook metalen behoren tot de groep minerale stoffen. Hoewel minerale stoffen Dus wel natuurproducten zijn, moet men ze echter niet verwarren met natuurlijke stoffen. Synthetische stof Onder synthetische stoffen verstaat men technisch bereide stoffen voorbeelden zijn nylon, plastic en silicone. Aggregatietoestanden Dode stoffen kunnen in drie verschillende vormen voorkomen: a. Vast b. Vloeibaar c. Gasvormig Deze diverse vormen worden de aggregatietoestanden genoemd. Vaste stoffen kenmerken zich met een vaste vorm en een vast volume Vloeibare stoffen hebben geen vaste vorm. Ze nemen de vorm aan van de ruimte, waarin ze zich bevinden. Vloeistoffen hebben evenals vaste stoffen wel een vast volume. Gassen geen vaste vorm en geen vast volume. De hier genoemde eigenschappen van vaste stoffen, vloeistoffen en gasvormige stoffen en hun onderlinge verschillen, moeten vanzelfsprekend beschouwd worden bij gelijke omstandigheden van temperatuur en druk. Een enkele molecuul is het kleinste deeltje van een stof, dat nog de eigenschappen van de stof bezit We nemen als voorbeeld de stof water. De belangrijkste eigenschappen van water zijn Het is onder normale omstandigheden vloeibaar, (bevriest) bij 0 gr C. en kookt bij 100 gr C. (bij en druk van 1 atmosfeer). Of men nu een grote of een kleine hoeveelheid van de stof water beschouwt, de genoemde eigenschappen zijn altijd dezelfde. De kleinste hoeveelheid, die nog de zelfde eigenschappen vertoont, noemt men molecuul. Er bestaan dus evenveel verschillende moleculen als er stoffen zijn. Element Vervolgens vraagt men zich af, waaruit deze kleinste stofdeeltjes (moleculen) zijn opgebouwd. Moleculen kunnen afgebroken worden. Hierbij ontstaan echter stoffen met andere eigenschappen. Deze stoffen noemt men elementen. Definitie: •••••••••••••Elementen zijn stoffen, die niet meer in andere stoffen gesplitst kunnen worden. Atoom Een atoom is het kleinste deeltje van een element. Het aantal elementen, waaruit alle bestaande stoffen zijn opgebouwd, bedraagt ca. 100, te verdelen in a. metalen b. niet metalen (of metalloïden) Metalen enkele belangrijke metalen zijn: ijzer in de chemie afgekort aangeduid als Fe koper Cu Kalium K natrium Na magnesium Mg kwik Hg zilver Ag calcium Ca Niet metalen enkele belangrijke niet metalen zijn: waterstof in de chemie afgekort aangeduid als H zuurstof O stikstof N koolstof zwavel A fosfor P jodium J gloor Cl fluor F We zullen later de elementen uitvoeriger bespreken. Zoals al gezegd zijn alle stoffen opgebouwd ut moleculen. Uitgaande van de moleculaire samenstelling van een stof onderscheidt men a. enkelvoudige stoffen. b. verbindingen. Enkelvoudige stoffen indien een molecuul is opgebouwd uit de atomen van een en hetzelfde element spreekt men van een enkelvoudige stof. Voorbeeld: zuurstofgas. De ons omringende lucht bevat ca. 20% zuurstofgas. Zoals bij het bespreken van de fysiologie van het menselijk lichaam duidelijk zal worden, is zuurstof in het lichaam van groot belang. Het kleinste deeltje van dit gas is een molecuul zuurstof. Indien een molecuul zuurstofgas wordt ontleed blijkt het te zijn opgebouwd uit twee deeltjes (atomen) van het element zuurstof. Men duidt daarom een molecuul zuurstof aan als O2. Ook waterstofgas H2, stikstof N2 en ozon O3 zijn voorbeelden van enkelvoudige stoffen. Verbindingen indien een molecuul is opgebouwd uit de atomen van twee of meerdere elementen, spreekt men van verbindingen. Voorbeeld: water water is als oplosmiddel in het lichaam eveneens zeer belangrijk. Het kleinste deeltje van deze stof is een molecuul water. Indien een molecuul water wordt ontleed, blijkt het te zijn opgebouwd uit twee deeltjes (atomen) waterstof (=H) en een deeltje (atoom) z zuurstof (=O) daarom duidt men een molecuul water aan als H2O. De verbindingen kunnen worden verdeeld in twee soorten a. organische verbindingen b. anorganische verbindingen Organische alle organische verbindingen bevatten het element koolstof. De levende organismen verbindingen blijken alle grotendeels uit deze verbindingen te zijn opgebouwd. Anorganische alle verbindingen, die niet behoren tot de groep organische verbindingen, worden verbindingen anorganische verbindingen genoemd. Bij organische scheikunde gaan we hier dieper op in. Levende stoffen het verschil tussen een levende en dode stof is, dat een levende stof(met andere woorden: (of levende een levend organisme) levensverrichtingen vertoont en een dode stof niet. De voornaamst organismen) levensverrichtingen zijn: stofwisseling, groei, voortplanting, prikkelbaarheid en beweging. Alle levende organismen zijn opgebouwd uit cellen. Cellen een cel is het kleinste deeltje van een levend organisme, dat nog levensverrichtingen vertoont. Om de fysiologie (=de leer der functies) van het menselijk lichaam te kunnen begrijpen, moet men inzien, dat de levensverrichtingen, zoals men die kent bij het organisme als een geheel, ook bij elke cel afzonderlijk heeft dus zijn te herkennen. Elke cel heeft dus o.a. Een stofwisseling; elke cel groeit, plant zich voort, enz. regelmatig heeft het lichaam voedsel nodig. Men voedt zich, omdat de cellen deze voedingsstoffen nodig hebben teneinde in staat te zijn hen levensverrichtingen te kunnen vervullen. Indien cellen niet, of te weinig, worden gevoed verminderen de levensverrichtingen, of sterven ze af. Kortom, de algehele gezondheid hangt in grote mate af van de condities waarin de cellen verkeren. Een cel bestaat uit drie delen. a. een celkern b. een cellichaam c. een celwand De cel is opgebouwd eiwitmoleculen uit. Indeling der De levende organismen kan men indelen in twee hoofdgroepen; a. Plantaardige organismen b. dierlijk organismen Naar grootte kan men de levende stof verdelen in: a. Micro-organismen (micro is klein)•••••••• b. macro-organismen (macro is groot) Micro-organismen zijn zo klein, dat ze slechts met een microscoop kunnen worden waargenomen. Sommige micro-organismen zijn eencellig, andere meercellig. Bacteriën zijn eencellige micro-organismen en worden tot het plantenrijk gerekend. Protozoën (waartoe o.a. de amoebe behoren) zijn eveneens eencellig, doch behoren tot het dierenrijk. Ook schimmels zijn micro-organismen. Het zijn lagere plantensoorten. Ze gelijken op bacteriën, maar zijn meestal meercellig. Indeling van de natuurwetenschappen De belangrijkste natuurwetenschappen zijn: a. natuurkunde (fysica) b. scheikunde (chemie) c. biologie Natuurkunde Natuurkunde is de wetenschap, die de gedragingen van stoffen bestudeert bij invloeden waardoor ze tijdelijk van vorm veranderen. Bij natuurkundige verschijnselen veranderen de stoffen bovendien niet van moleculaire samenstelling. Daarom zijn deze verschijnselen als regel tijdelijk. Scheikunde Scheikunde is de wetenschap, die de gedragingen van stoffen bestudeert bij invloeden waardoor ze blijvend van samenstelling veranderen. Bij scheikundige verschijnselen verandert de moleculaire samenstelling van de stof dus wel, waardoor andere stoffen met andere eigenschappen ontstaan. Scheikundige veranderingen zijn daarom als regel blijvend. Biologie Deze wetenschap kan worden verdeeld in: a. anatomie (ontleedkunde) Anatomie is de wetenschap, die zich bezighoudt met de bestudering van de bouw en vorm van het lichaam. b. fysiologie (leer der functies) Dit is de wetenschap, die zich bezighoudt met de bestudering van de functies van het levende organisme als een geheel en met de functies van de afzonderlijke delen, waaruit een levend organisme is opgebouwd. c. Biofysica en biochemie Deze wetenschappen houden zich bezig met de natuurkunde en de scheikunde in en om de levende organisme, ten gunste van hun bestaan. Natuurkundige Voorbeeld van natuurkundige verschijnselen zijn: smelten, stollen, verdampen, condenseren dooreenmengen ( mengsels, oplossingen, emulsies). Voortplanten van warmte, elektrische stromen en lichtstralen. Enkele van de hier genoemde begrippen zullen op de volgende bladzijden worden besproken. Scheikundig Voorbeelden van scheikundige verschijnselen zijn: verbindingen (synthesen) ontledingen (analysen) Verbinden Verbinden is een proces, waarbij uit twee of meer stoffen nieuwe stof wordt gemaakt. Van oxidatie wordt gesproken, indien een stof zich met zuurstof verbindt. De nieuwe stof, die daardoor ontstaat, heet een oxide. Ontleden Ontleden is een proces, waarbij een verbinding geheel of gedeeltelijk wordt afgebroken. Na een gehele ontleding houdt men de elementen over waaruit de verbinding was opgebouwd. Van reductie wordt gesproken, uit een verbinding wordt indien zuurstof geheel of gedeeltelijk wordt vrijgemaakt. Oxidatieproces Oxideren is verbinden met zuurstof. Hierbij ontstaan altijd: a. warmte b. energie c. oxiden Voorbeelden van oxidatieprocessen zijn o.a. verbranden en roesten. Ook in de lichaamscellen (b.v. koolhydraten) verbinden met zuurstof. Dit is echter een langzame oxidatie, waarbij minder warmte vrijkomt (er zijn dus geen vuurverschijnselen zoals bij oxidatie ( verbranding) in een kachel). De warmte, die bij de oxidatie in de lichaamscellen vrijkomt, dient voor het handhaven van de lichaamstemperatuur. De energie, die hierbij vrijkomt, is de celenergie, die de cel in staat stelt zijn levensverrichtingen te kunnen vervullen. De oxiden, die hierbij vrijkomen, worden afvalstoffen genoemd. Ze worden via de nieren en de zweetklieren uit het lichaam verwijderd. Het oxidatieproces in de cel wordt ook wel verbranding genoemd. Katalysator Een katalysator is een stof, die een chemische reactie kan versnellen of vertragen, zonder daarbij zelf te worden opgebruikt of van samenstelling te veranderen. Biokatalysator Ook bij de chemische reacties, die in het lichaam plaatsvinden, spelen katalytische stoffen een rol. Deze katalysatoren worden bio katalysatoren genoemd; (bios=leven). Stoffen die in het lichaam als bio katalysatoren dienst doen zijn; Hormonen, Vitaminen en Enzymen (ook wel fermenten genoemd). Oplossingen Een oplossing is een moleculair fijne verdeling van een stof in een oplosmiddel. In een oplosmiddel zal de opgeloste stof zich gelijkmatig in het oplosmiddel verdelen, zodat na korte tijd de oplossing overal even sterk geconcentreerd is. Voorbeeld; wanneer men een in een glas water een schepje suiker oplost, zal na enige tijd de suiker zich overal in het oplosmiddel gelijkmatig hebben verdeeld, zodat het eerste slokje even zoet zal s mmaken als het laatste slokje uit het glas. Diffunderen Het begrip diffunderen hangt min of meer met het voorgaande samen. Onder diffunderen – of diffusie – verstaat men het gelijkmatig vermengen van opgeloste stoffen onder elkaar. De ene stof diffundeert gemakkelijker dan de andere stof, wat natuurlijk begrijpelijk is, omdat elke stof weer een andere eigenschappen heeft, zoals bij de definitie van het begrip molecuul reeds ter sprake kwam. Vooral gassen diffunderen goed. Osmose Onder osmose verstaat men de vermenging van vloeistoffen door een membraan. Bij osmose vindt het hierboven genoemde verschijnsel diffusie dus plaats via een membraan. Toelichting: Men stelt zich een ruimte voor, waarin zich een oplossing bevindt. Van deze ruimte scheidt men een gedeelte af, door middel van een half doorlaatbare vlies (of een semipermeabel membraan). Vervolgens zorgt men voor, dat er aan weerzijde van dit membraan ongelijke concentraties ontstaan, door aan een zijde de op te lossen stof toe te voegen. Men neemt aan, dat het membraan niet voor opgeloste stof maar wel voor het oplosmiddel doorlaatbaar is (= semipermeabel), omdat de moleculen van het oplosmiddel veel kleiner zijn dan de moleculen van de op te lossen stof. Ook nu zal weer kunnen worden waargenomen, dat het streven naar gelijkmaking van concentraties aan weerzijden van het membraan blijft bestaan! Dit gebeurt als volgt: Aan de ene kant, waar de concentratie aanvankelijk hoger is, wordt via concentratie aanvankelijk lager lag, zodat de hogere concentratie wordt verlaagd en de lagere concentratie wordt verhoogd, totdat ongeveer gelijke concentraties zijn ontstaan. Het verschijnsel osmose is van belang, omdat het ook in het lichaam gebeurt. De wanden van de cellen en de fijne capillaire – wandjes zijn als de hierboven bedoelde membranen halfdoorlaatbaar. ( Capillairen zij fijne weefselbloedvaten.) Osmotische druk Onder osmotische druk verstaat men de kracht, of de druk, door osmose veroorzaakt, Het is de kracht, waarmee een vloeistof aanzuigt va een membraan. Turgor Uit het hier vorenstaande zal duidelijk zijn, dat osmose slechts plaatsvindt, indien er een spanning – veroorzaakt door de concentratieverschillen – aanwezig is. Onder turgor verstaat men de normale osmotische spanning in de cel – of weefselvloeistof. Het woord turgor wordt in de dermatologie gebruikt voor het begrip huidspanning. Zoals al werd opgemerkt, zijn de hier beschreven krachten in het menselijk lichaam van groot belang bij de wanden van de haarvaten en de celwanden in verband met het uitwisselen van stoffen – voedingsstoffen en afvalstoffen – via deze wanden. Ook bij de gaswisseling in de longen, waarbij door het bloed zuurstofgas wordt opgenomen en koolzuurgas wordt afgegeven en bij de gaswisseling in de weefsels, waarbij het bloed zuurstofgas afgeeft en koolzuurgas opneemt, speelt het principe van dit mechanisme een belangrijke rol. De gassen zuurstofgas en koolzuurgas begeven zich daarbij van een gebied met hogere spanning (of concentratie) naar een gebied met lagere spanning, waarbij semipermeabel wanden worden gepasseerd.