(I)20.Синтез органических и неорганических соединений. Биосинтез. Применение синтезированных соединений в технике и технологиях.

Синтез — процесс соединения или объединения ранее разрозненных вещей или понятий в целое или набор.

Название органические вещества появилось на ранней стадии развития химии во время господства виталистических воззрений, продолжавших традицию Аристотеля и Плиния Старшего о разделении мира на живое и неживое. Вещества при этом разделялись на минеральные — принадлежащие царству минералов, и органические — принадлежащие царствам животных и растений. Считалось, что для синтеза органических веществ необходима особая «жизненная сила» (лат. vis vitalis), присущая только живому, и поэтому синтез органических веществ из неорганических невозможен. Это представление было опровергнуто Фридрихом Вёлером в 1828 году путём синтеза «органической» мочевины из «минерального» цианата аммония, однако деление веществ на органические и неорганические сохранилось в химической терминологии и по сей день.

Количество известных органических соединений составляет почти 27 млн

Таким образом, органические соединения — самый обширный класс химических соединений. Многообразие органических соединений связано с уникальным свойством углерода образовывать цепочки из атомов, что в свою очередь обусловлено высокой стабильностью (то есть энергией) углерод-углеродной связи. Связь углерод-углерод может быть как одинарной, так и кратной — двойной, тройной. При увеличении кратности углерод-углеродной связи возрастает её энергия, то есть стабильность, а длина уменьшается. Высокая валентность углерода — 4, а также возможность образовывать кратные связи, позволяет образовывать структуры различной размерности (линейные, плоские, объёмные).

Биосинтез

Среди природных веществ есть регуляторы роста растений и насекомых, органические соединения, используемые насекомыми в качестве средств коммуникации, пестициды, антибиотики, витамины и многие целебные вещества. Природное соединение сначала необходимо обнаружить, затем выделить его химическим путем, потом определить его структуру и свойства и, наконец, произвести заданный синтез.

Часто химики стремятся получить только одну нужную форму из двух, являющихся зеркальным отражением друг друга. Каждый атом углерода, с которым связаны различные группы атомов, порождает пару симметричных зеркальных структур и называется хиральным атомом или хиральным центром. Характерный пример выделения только одной зеркальной формы – синтез антибиотиков. В природе встречается около 50 соединений подобного типа, среди них самое известное – монензин, продуцируемый штаммом бактерий. Антибиотики такого типа (монензин, лазалоцид, салиномицин) широко применяются для борьбы с инфекционными заболеваниями в бройлерном производстве. В США ежегодно продают примерно на 50 млн. долл. монензина. Монензин включает 26 атомов углерода, 17 хиральных центров, что означает возможность существования 217 различных стереоизомеров. Поэтому для осуществления синтеза монензина необходимы высокостереоселективные реакции. Производство монензина и его структурных аналогов – крупное достижение современного биосинтеза.

Важным средством экспериментального изучения биосинтеза стало применение изотопных меток для обычных элементов, таких как изотопы углерода 13С и 14С, водорода 2Н и ЗH, азота 15N и кислорода 17О. Природный изотоп в определенном положении молекулы реагента замещают на изотопную метку, и после реакции определяют место расположения данной метки в молекуле продукта реакции. Для чего применяется метод спектроскопии ядерного магнитного резонанса. Такой метод позволил определить схему биосинтеза сильных ядов, вырабатываемых грибами, которые поражают зерно и другие продовольственные товары.

При исследовании строения биополимеров – гигантских молекул белков и нуклеиновых кислот, синтезируемых живыми организмами, возникают те же проблемы, что и при изучении природных соединений с меньшей молекулярной массой. Белки выполняют различные биологические функции: участие в пищеварении, транспорт кислорода в крови, сокращение мышечных волокон, защита от вирусов и бактерий с помощью антител и т. п. Сложная пространственная форма белков во многом определяет их биологические функции. Так, молекула коллагена – белка, придающего прочность коже и костям, – имеет форму стержня. Антитела представляют собой молекулы с выемками Y-образной формы, которые заполняются молекулами чужеродных веществ и служат для запуска реакций, обеспечивающих их эффективное обезвреживание.

Белки – высокодинамические системы, которые при осуществлении биологических функций способны менять форму. Например, свет вызывает изменение формы родопсина – белка сетчатки глаза, что и является первичной стадией зрительного восприятия. Такое изменение происходит в течение менее одной миллиардной доли секунды. Подобные процессы в молекулах белков обнаруживаются с помощью импульсных лазеров.

(II)20. Основные закономерности цепей переменного тока. Закон Ома для цепей переменного тока. Последовательный и параллельный резонансы. Явление резонанса и его применение в технике и технологиях.

Переменный ток — это ток, сила и направление которого изменяются во времени по закону sin и cos

Переменный ток получают, используя явление электромагнитной индукции, при котором в проводнике, пересекающем магнитное поле, возникает электродвижущая сила.

Электродвижущая сила переменного тока определяется выражением:

E=EmSIN(t)+,где Em, — максимальное или амплитудное значение э.д.с., = 2f- круговая частота, f == 1T — частота изменения направления тока в секунду, Т — период колебания, — фаза относительно некоторого начального момента времени.

Различают мгновенное и действующее значения напряжения и тока, имеющие соотношение:

Еп=Еmsqrt, Iп=Imsqrt

Мощность в цепи переменного тока равна, EmIm2cosфи

где Em, и 1m — амплитудные значения напряжения и тока в электрической цепи, — сдвиг фазы между ними.

Любой проводник электрической цепи обладает тремя видами сопротивления:

1. Активным: R = UI; токи, напряжение совпадают по фазе

2. Индуктивным: ХL, =L; ток отстает по фазе на 90о

3. Емкостным: Хс = 1С.опережает по фазе на 90о

Поэтому общее сопротивление цепи, в которой имеются сопротивление резистор, индуктивность и емкость, будет определяться выражением:

При равенстве Д= 1С в цепи наступает резонанс.

В связи с удобством преобразования из высокого напряжения, необходимого для передачи электроэнергии на большие расстояния в низкое, необходимое для непосредственного использования в быту и в технике, переменный ток нашел широкое применение в промышленности и в быту. В промышленности переменный ток используется для питания электромоторов, в основном. асинхронного типа, в быту — для питания электронагревательных приборов, освещения, холодильников, бытовых электромоторов и т. п.

Закон Ома для цепей переменного тока.

Величина переменного тока будет тем больше, чем больше напряжение и чем меньше полное сопротивление:

I = U z.

Последовательный и параллельный резонансы

Резонанс — резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты вынуждающего воздействия к некоторой фиксированной частоте к резонансной частоте.

Параллельный резонанс — резонанс в электрической цепи из катушки индуктивности и конденсатора, соединённых параллельно относительно источника переменного тока. При нём алгебраическая сумма реактивных проводимостей ветвей равна нулю и общий ток цепи совпадает по фазе с приложенным напряжением.

Использование: для улучшения коэффициента мощности электрических установок, в радиоприёмных устройствах.

Последовательный резонанс — резонанс в электрической цепи из соединённых последовательно катушки индуктивности и конденсатора. На резонансной частоте сопротивление такой цепи равно нулю, и ток в ней по фазе совпадает с приложенным напряжением.

Использование: для повышения напряжения в импульсных цепях.

Применение в технике и технологиях:

Большинство музыкальных инструментов издают звуки определенных частот благодаря резонансу. А духовой инструмент — вообще резонанс столба воздуха.

Все механические и электромеханические часы используют принцип стабильности колебания маятников в условии резонанса вынужденные колебания равны собственным