Контрольная работа_1 / 1-54_Концепции современного естествознания

Уникальные свойства воды связаны со структурой молекул: атом кислорода связан ковалентно с двумя атомами водорода, молекула изогнута по углом, в вершине которого и находится кислород. Из-за того, что кислород притягивает электроны сильнее, чем водород, молекула воды всегда полярна: кислород частично заряжен отрицательно, водород – положительно, поэтому молекула воды удерживается водородными связями.

Большая теплоемкость воды объясняется тем, что энергия расходуется на разрыв водородных связей, обеспечивающих ее «клейкость». Поэтому биохимические процессы протекают в меньшем интервале температур, с более постоянной скоростью. Вода обладает большим поверхностным натяжением, потому что ее молекулы слипаются друг с другом посредством водородных связей. Полярные молекулы притягиваются любой поверхностью, несущей электрический заряд, отсюда явления капиллярности. У воды самое сильное сцепление между молекулами.

Особенности воды имеют огромное значение для живой природы. Низкая плотность льда спасает животных – лед плавает на поверхности и не дает холодному воздуху попасть вглубь. Благодаря большой теплоемкости вода служит стабильной средой обитания для многих живых существ, обеспечивая значительное постоянство внешних условий. Большое поверхностное натяжение играет важную роль в живых клетках и при движении воды по сосудам ксилемы у растений.

8. Понятие химического элемента связывалось у Лаваузье с веществами, не подвергающихся дальнейшему разложению, и он включил в свою систему помимо азота, водорода, кислорода, серы и др. известь, магнезию, глинозем. Но он понял важность точного измерения количества веществ и классифицировал вещества на основе соединений кислорода (кислоты, основания, соли, органические вещества). Учение о составе веществ сильно зависело от возможностей анализа, поэтому понятие химического элемента изменялось с развитием методом. В середине XIXв из сопоставления периодичности химических свойств веществ и атомных весов элементов Менделеевым и Мейером была построена ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА ЭЛЕМЕНТОВ.

Изотопы (от изо... и греч. tópos — место), разновидности одного химического элемента, занимающие одно место в периодической системе элементов Менделеева, но отличающиеся массами атомов. Химические свойства атомов, т. е. принадлежность атома к тому или иному химическому элементу, зависят от числа электронов и их расположения в электронной оболочке атома (см. Атом). Место химического элемента в периодической системе элементов определяется его порядковым номером Z, равным числу электронов в оболочке атома или, что то же самое, числу протонов, содержащихся в атомном ядре. Кроме протонов, в ядро атома входят нейтроны, масса каждого из которых приблизительно равна массе протона. Количество нейтронов N в ядре атома с данным Z может быть различным, но в определённых пределах. Например, в ядре атома гелия (Z = 2) может содержаться 1, 2, 4 или 6 нейтронов. Полное число протонов Z и нейтронов N в ядре (называется общим термином нуклоны) определяет массу ядра и по существу массу всего атома. Это число А = Z + N называется массовым числом атома. От соотношения чисел протонов и нейтронов в ядре зависят стабильность или нестабильность ядра, тип распада радиоактивного ядра, спин, магнитный дипольный момент, электрический квадрупольный момент ядра и некоторые другие его свойства (см. Ядро атомное). Таким образом, атомы с одинаковым Z, но с различным числом нейтронов N обладают идентичными химическими свойствами, но имеют различные массы и различные ядерные свойства. Эти разновидности атомов также называются Изотопы Для обозначения любых разновидностей атомов, независимо от их принадлежности к одному элементу, применяют термин нуклиды.

Первое доказательство того, что вещества, имеющие одинаковое химическое поведение, могут иметь различные физические свойства, было получено при исследовании радиоактивных превращений атомов тяжёлых элементов. В 1906—07 выяснилось, что продукт радиоактивного распада урана — ионий и продукт радиоактивного распада тория — радиоторий имеют те же химические свойства, что и торий, однако отличаются от последнего атомной массой и характеристиками радиоактивного распада. Более того, как было обнаружено позднее, все три элемента имеют одинаковые оптические и рентгеновские спектры. Такие вещества, идентичные по химическим свойствам, но различные по массе атомов и некоторым физическим свойствам, по предложению английского учёного Ф. Содди, стали называть Изотопы.

9. Химия — наука о составе, внутреннем строении и превращении вещества, а также о механизмах этих превращений. Химия изучает процессы превращения молекул и воздействия на них внешних факторов (тепла, света, физических полей и т.п.). Она изучает так же связи с атомами, входящими в состав молекул. Формирование химии как науки связано с Р.Бойлером. Он отделил химию от ремесленных и медицинских целей, развил атомистические представления, объясняя самими частицами, их формой, расположениями и движениями превращения веществ и их свойства. На идее атомистического строения были созданы кинетическая теория газов Бойля, Ломоносова, Д.Бернулли. Ломоносов сумел соединить корпускулярные представления о строении веществ и кинетическую теорию теплоты. Его гипотетико-дедуктивный метод привел его формулировке закона сохранения вещества и движения.

Изомеры - химические соединения, одинаковые по составу и молекулярной массе, но различающиеся по строению и свойствам (химическим и физическим).

Изомерия атомных ядер, существование у некоторых атомных ядер метастабильных состояний — возбуждённых состояний с относительно большими временами жизни. Некоторые атомные ядра имеют несколько изомерных состояний с разными временами жизни. Понятие Изомерия атомных ядер Возникло в 1921, когда немецким физиком О. Ганом было открыто радиоактивное вещество уран Z (UZ), которое как по химическим свойствам, так и по массовому числу не отличалось от известного тогда урана UX₂. Позднее было установлено, что UZ и UX₂ — два состояния одного и того же изотопа ²³⁴Pa с разными энергией и периодом полураспада. По аналогии с изомерными органическими соединениями UZ и UX₂ стали называться ядерными изомерами. В 1935 Б. В. Курчатовым, И. В. Курчатовым, Л. В. Мысовским и Л. И. Русиновым было обнаружено изомерное состояние у искусственного радиоактивного изотопа брома ⁸⁰Br, что послужило началом систематического изучения. Изомерия атомных ядер. Известно большое число изомерных состояний с периодами полураспада от 10^-6 сек до многих лет. Одним из наиболее долгоживущих изомеров является ²³⁶Np с периодом полураспада 5500 лет. Изомерия атомных ядер обусловлена особенностями структуры атомных ядер. Изомерные состояния образуются в тех случаях, когда переход ядра из состояния с большей энергией в более низкое энергетическое состояние путём испускания g-кванта затруднён. Чаще всего это связано с большим различием в значениях спинов S ядер в этих состояниях. Если при этом различие энергии в двух состояниях невелико, то вероятность испускания g-кванта становится малой и, как следствие, период полураспада возбуждённого состояния оказывается большим. Изомеры особенно часто встречаются у ядер в определённых областях значений массовых чисел (острова изомерии). Этот факт объясняет оболочечная модель ядра, которая предсказывает существование близких по энергии ядерных уровней с большим различием спинов при определённых значениях чисел протонов и нейтронов, входящих в состав. В некоторых случаях (например, для ¹⁸⁰Hf) возникновение изомеров связано с существенным различием формы ядра в двух близких энергетических состояниях, что также приводит к уменьшению вероятности g-излучения.

Структурная химия - область химии, изучающая связь разл. физ. и физ.-хим. свойств веществ с их хим. строением и реакц. способностью. В первую очередь структурная химия рассматривает геом. строение молекул, описываемое такими осн. параметрами, как длины хим. связей, валентные углы. координац. числа, конформации и абс. конфигурации молекул, и выявляющее валентные состояния атомов. эффекты их взаимного влияния, типы сопряжения связей. ароматичность колец и т.п. Структурная химия базируется на данных таких эксперим. методов, как рентгеновский структурный анализ. нейтронография. электронография. микроволновая спектроскопия и спектроскопия комбинац. рассеяния, ИК спектроскопия, УФ и фотоэлектронная спектроскопия. резонансные методы (ЯМР, ЭПР, мёссбауэровская спектроскопия, ядерный квадрупольный резонанс), а также типичных физ.-хим. методов-термохимии, адсорбции, катализа и т.п. Под эволюционными процессами в химии понимают процессы самопроизвольного (без участия человека) синтеза новых химических соединений, являющихся более сложными и высокоорганизованными продуктами по сравнению с исходными веществами. Постепенное развитие науки в XIX в., приведшее к раскрытию структуры атома и детальному познанию строения и состава клетки, открыло перед химиками и биологами практические возможности совместной работы над химическими проблемами учения о клетке. На повестке дня стояло изучение характера химических процессов в живых тканях, обусловленность биологических функций химическими реакциями.

10. Нуклеиновые кислоты — это сложные органические соединения, представляющие собой фосфорсодержащие биополимеры (поли-нуклеотиды).Существует два типа нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Свое название нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus — ядро) получили из-за того, что впервые были выделены из ядер лейкоцитов еще во второй половине XIX в. швейцарским биохимиком Ф. Мишером.

В середине XX в. американский биохимик Дж. Уотсон и английский биофизик Ф. Крик раскрыли структуру молекулы ДНК. Рентгеноструктурные исследования показали, что ДНК состоит из двух цепей, закрученных в двойную спираль. Роль остовов цепей играют сахарофосфатные группировки, а перемычками служат основания пуринов и пиримидинов. Каждая перемычка образована двумя основаниями, присоединенными к двум противоположным цепям, причем, если у одного основания одно кольцо, то у другого — два. Таким образом, образуются комплементарные пары: А-Т и Г-Ц. Это значит, что последовательность оснований одной цепи однозначно определяет последовательность оснований в другой, комплементарной ей цепи молекулы.

Ген — это участок молекулы ДНК или РНК (у некоторых вирусов). РНК содержит 4—6 тысяч отдельных нуклеотидов, ДНК — 10—25 тысяч. Если бы можно было вытянуть ДНК одной человеческой клетки в непрерывную нить, то ее длина составила бы 91 см.

И все же рождение молекулярной генетики произошло несколько раньше, когда американцы Дж. Бидл и Э. Тэйтум установили прямую связь между состоянием генов (ДНК) и синтезом ферментов (белков). Позже было выяснено, что основной функцией генов является кодирование синтеза белка. После этого ученые сконцентрировали свое внимание на вопросе, как записана генетическая программа и как она реализуется в клетке. Для этого нужно было выяснить, как всего четыре основания могут кодировать порядок расположения в молекулах белка целых двадцати аминокислот. Основной вклад в решение этой проблемы внес знаменитый физик-теоретик Г. Гамов в середине 1950-х гг.

По его предположению, для кодирования одной аминокислоты используется сочетание из трех нуклеотидов ДНК. Эта элементарная единица наследственности, кодирующая одну аминокислоту, получила название кодона. В 1961 г. гипотеза Гамова была подтверждена исследованиями Ф. Крика. Так был расшифрован молекулярный механизм считывания генетической информации с молекулы ДНК при синтезе белков.

В живой клетке имеются органеллы — рибосомы, которые «читают» первичную структуру ДНК и синтезируют белок в соответствии с записанной в ДНК информацией. Каждой тройке нуклеотидов ставится в соответствие одна из 20 возможных аминокислот. Именно так первичная структура ДНК определяет последовательность аминокислот синтезируемого белка, фиксирует генетический код организма (клетки).

Нуклеотиды, нуклеозидфосфаты - соединения, из которых состоят нуклеиновые кислоты, многие коферменты и др. биологически активные соединения.