Слесарев В. И.

Химия. Основы химии живого

В. И. Слесарев

ХИМИЯ. ОСНОВЫ ХИМИЯ ЖИВОГО

Слесарев Валерий Иванович

Доктор химических наук, профессор, с 1979 г.

заведующий кафедрой химии Санкт-Петербургской

государственной медицинской академии

им. И. И. Мечникова

Научные интересы:

Синтез биологически активных гетероциклических соединений и исследование их прототропии;

Структурно-информационные свойства воды и их роль в химии, биологии и медицине.

(E-Mail: slesarev@vs2281 .spb.edu)

Рекомендовано Министерством образования

Российской Федерации

в качестве учебника для студентов

высших учебных заведений,

обучающихся по естественнонаучным

направлениям и специальностям

Учебник - лауреат конкурса

Министерства общего и профессионального

образования Российской Федерации

по созданию учебников нового поколения

по естественнонаучным дисциплинам для студентов высших учебных заведений

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

ХИМИЗДАТ 2005

Рецензенты:

1. Профессор химического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, доктор химических наук Н. В. Зык

2. Зав. кафедрой общей и биоорганической химии Московского государственного университета профессор А. С. Берлянд

СЛБСАРЕВ В. И.

С 474 Химия: Основы химии живого: Учебник для вузов. -

3-е изд., испр.- СПб: Химиздат, 2005. - 784 с: ил. ISBN 5-93808-091-6

Автор - лауреат конкурса Министерства общего и профес­сионального образования РФ по созданию учебников нового поколения по естественнонаучным дисциплинам для студентов вузов.

В учебнике изложен полный курс химии, причем в разделах общей, бионеорганической, биофизической и коллоидной химии акцент сделан на рассмотрение процессов, протекающих в живых системах. Основная цель учебника - сформировать целостное восприятие химии и раскрыть химические основы жизнедея­тельности.

Предназначен для студентов вузов, учащихся медучилищ, старшеклассников и всех читателей, стремящихся постичь тайны живой материи.

Оглавление

ОТ АВТОРА 14

Глава 1 16

СТРОЕНИЕ АТОМА, ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА 16

1.1. СТРОЕНИЕ АТОМА 17

1.1.1. КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА 19

1.1.2. ПРИНЦИПЫ ЗАПОЛНЕНИЯ АТОМНЫХ ОРБИТАЛЕЙ ЭЛЕКТРОНАМИ 23

1.2. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА 25

1.3. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТОМОВ ЭЛЕМЕНТОВ 29

1.3.1. РАДИУС АТОМА 29

1.3.2. ЭНЕРГИЯ ИОНИЗАЦИИ 30

1.3.3. ЭНЕРГИЯ СРОДСТВА К ЭЛЕКТРОНУ 31

1.3.4. ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ 31

Глава 2 химическая связь 33

2.1. КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ 34

2.1.1. и МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОРБИТАЛИ 35

2.1.2. МЕХАНИЗМЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ КОВАЛЕНТНОЙ СВЯЗИ 37

2.1.3. ОСОБЕННОСТИ КОВАЛЕНТНОЙ СВЯЗИ 41

2.2. ИОННАЯ СВЯЗЬ 51

2.3. МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ 52

Глава 3 54

МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА 54

3.1. МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 54

3.2. АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА 64

3.2.1. ТВЕРДОЕ СОСТОЯНИЕ 69

3.2.2. ЖИДКОЕ СОСТОЯНИЕ 73

3.2.3. ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ 75

3.2.4. ПАРО- И ГАЗООБРАЗНОЕ СОСТОЯНИЯ 80

Глава 4 82

ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ И БИОЭНЕРГЕТИКИ 82

4.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ 82

4.2. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ 89

4.3. ПОНЯТИЕ О САМОПРОИЗВОЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ. 95

4.4. ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ. ЭНЕРГИЯ ГИББСА 97

4.5. ПРИНЦИП ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СОПРЯЖЕНИЯ БИОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ 103

4.6. ОСОБЕННОСТИ ТЕРМОДИНАМИКИ 104

БИОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РАВНОВЕСНЫХ 104

И СТАЦИОНАРНЫХ СОСТОЯНИЯХ. 104

ПОНЯТИЕ О Г0МЕ0СТАЗЕ 104

Глава 5 110

ОСНОВЫ КИНЕТИКИ БИОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ И ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ 110

5.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ РАЗДЕЛА 111

5.2. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СКОРОСТЬ ГОМОГЕННЫХ РЕАКЦИЙ 114

5.2.1. ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ 115

5.2.2. ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РЕАГЕНТОВ. 115

5.2.3. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ. ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ 119

5.2.4. ВЛИЯНИЕ КАТАЛИЗАТОРА 122

5.3. ОСОБЕННОСТИ КИНЕТИКИ ГЕТЕРОГЕННЫХ РЕАКЦИЙ 123

5.4. ОСОБЕННОСТИ КИНЕТИКИ ЦЕПНЫХ РЕАКЦИЙ 124

5.5. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ 125

5.5.1. СМЕЩЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ 131

5.6. ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ И ЕГО ОСОБЕННОСТИ 133

5.7. АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 138

Глава 6 141

РАСТВОРЫ И ИХ КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА 141

6.1. ВОДА КАК РАСТВОРИТЕЛЬ И ЕЕ РОЛЬ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМА 142

6.2. ТЕРМОДИНАМИКА ПРОЦЕССА РАСТВОРЕНИЯ 152

6.З. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ 154

6.4. КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ 156

6.4.1. ДИФФУЗИЯ 157

6.4.2. ОСМОС. ОСМОТИЧЕСКОЕ И ОНКОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ 158

6.4.3. ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕННОГО ПАРА НАД РАСТВОРОМ 167

6.4.4. ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ И ЗАМЕРЗАНИЯ РАСТВОРА 169

Глава 7 173

РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И ИОННЫЕ РАВНОВЕСИЯ 173

7.1. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ 173

7.2. РАВНОВЕСИЕ В РАСТВОРАХ СЛАБЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ 177

7.2.1. ВЛИЯНИЕ ОБЩЕГО ИОНА И ПРОТИВОИОНА НА РАВНОВЕСИЕ 179

7.2.2. ВЗАИМОСВЯЗЬ КОНСТАНТЫ ДИССОЦИАЦИИ И СТЕПЕНИ ДИССОЦИАЦИИ 179

7.3. ОСОБЕННОСТИ РАСТВОРОВ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ. ИОННАЯ СИЛА РАСТВОРА 180

7.4. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ И ИОННОЕ ПРОИЗВЕДЕНИЕ ВОДЫ 183

7.5. ВОДОРОДНЫЙ И ГИДРОКСИЛЬНЫЙ ПОКАЗАТЕЛИ (рН И рОН) 185

7.6. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОДНО-ЭЛЕКТРОЛИТНОГО БАЛАНСА В ОРГАНИЗМЕ 189