Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Слесарев В.И. - Химия. Основы химии живого. 2000 (учебник для вузов)

.pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
04.09.2023
Размер:
21.72 Mб
Скачать

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА (ДЛИННОПЕРИОДНАЯ ФОРМА)

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

 

1,008

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ,0 03

1

Н

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

14

15

 

 

He

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

17

2

 

6,94

9 ,0 1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10,81

12,01

14,007

1 5,999

18,998

20.18

2

Li

Be

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

c

N

О

F

Ne

 

3

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

6

7

8

9

 

10

3

2 2 ,9 9 0

24,31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26,98 2

2 8 ,0 8 6

3 0 ,9 7 4

3 2,07

3 5,45

39,95

Na

M g

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

 

A1

Si

P

s

Cl

Ar

 

и

12

13

14

15

16

17

 

18

 

3 9,0 9 8

4 0,0 8

4 4 ,9 5 6

4 7,88

5 0,942

5 1 ,9 9 6

5 4 ,93 8

55,85

58,933

5 8,6 9

63.55

6 5 ,3 9

 

69,72

7 2,59

7 4 ,92 2

7 8,96

7 9,90

8 3,80

4

К

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

 

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

 

19

2 0

21

22

23

24

25

2 6

27

28

29

3 0

31

32

33

3 4

35

 

3 6

5

8 5 ,46 8

87,62

8 8,90 6

9 1,22

9 2 ,9 0 6

9 5 ,9 4

9 7 ,9 0 7

101,07

102,906

106,42

107 ,8 6 8

112,41

 

114,82

118,71

121,75

127,60

126,905

131,29

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

M o

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

 

In

Sn

Sb

Те

I

Xe

 

37

38

3 9

4 0

41

42

43

4 4

45

4 6

4 7

48

49

50

51

52

53

 

54

 

1 32,905

137,33

1 38,906 178,49

180,948

183,85

186,21

190,2

192,22

195,08

1 96 ,9 6 7

2 0 0 ,5 9

 

2 0 4 ,3 &

2 07 ,2

2 0 8 ,9 8 0

2 0 8 ,9 8 2

2 0 9 ,9 8 7

2 22 ,0 1 8

6

Cs

Ba

Lai H f

Та

w

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

 

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

 

55

56

57

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

 

86

7

2 2 3 ,0 2 0

2 2 6 ,0 2 5

2 2 7 ,0 2 9

[2 6 1 ]

[2 6 2 ]

[2 6 5 ]

[2 6 1 ]

[2 6 5 ]

[2 6 6 ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fr

Ra

Ac^ Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

87

88

89

104

105

106

107

108

109

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

140,12

140 ,9 0 8

144,24

144,913

150,36

151,96

157,25

1 58,925

162,50

1 6 4 ,9 3 0

 

167,26

168 ,9 3 4

1 73,04

1 74,97

 

 

Лантаноиды

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

 

Er

Tm

Yb

Lu

 

 

 

 

58

59

 

60

6 i

62

63

64

65

66

67

 

68

69

7 a 4

71

 

 

 

 

------------- • -----

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 3 2 ,0 3 8

2 3 1 ,0 3 6

2 3 8 ,0 2 9

2 3 7 ,0 4 8

2 4 4 ,0 6 4

243 ,0 6 1

2 4 7 ,0 7 0

2 4 7 ,0 7 0

2 5 1 ,0 8 0

2 5 2 ,0 8 3

 

2 57 ,0 9 5

2 5 8 ,0 9 9

2 59 ,1 0 1

2 6 0 ,1 0 5

 

 

▲ Актиноиды

Th

Pa

U

Np

Pu

Am Cm

Bk

C f

Es

 

Fm

Md

Nb

Lr

 

 

 

 

9 0

91

 

92

93

94

95

96

197

98

99

 

100

101

102

103

 

 

Для элементов 104-109 в квадратных скобках указаны м^сс|)вые числа, относящиеся к наиболее долгоживущему изотопу

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-информационное свойство воды и аквакоммуникация, их роль в химии, биологии и медицине.

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

В. И. Слесарев

ОСНОВЫ химии живого

Издание четвертое, исправленное

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

Третье издание учебника удостоено диплома конкурса 2004 года Ассоциации книгоиздателей "Лучшие книги года"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

ХИМИЗДАТ • 2007

ББК 54 С 474

УДК 541.1:546:547(075.8)

Издание выпущено при поддержке Комитета по печати и взаимодействию со средствами

массовой информации Санкт-Петербурга

Ре ц е н з е н т ы :

1.Профессор химического факультета Московского государствен­ ного университета им. М. В. Ломоносова, доктор химических наук

Н.В. Зык

2.Зав. кафедрой общей и биоорганической химии Московского го­

сударственного университета профессор А. С. Берлянд

СЛЕСАРЕВ В. И.

С474 Химия: Основы химии живого: Учебник для вузов. - 4-е изд., испр.- СПб: Химиздат, 2007. - 784 с.: ил.

ISBN 978-5-93808-146-8

Автор - лауреат конкурса Министерства общего и профес­ сионального образования РФ по созданию учебников нового поколения по естественнонаучным дисциплинам для студен­ тов вузов.

В учебнике изложен полный курс химии, причем в разде­ лах общей, бионеорганической, биофизической и коллоидной химии акцент сделан на рассмотрение процессов, протекаю­ щих в живых системах. Основная цель учебника - сформиро­ вать целостное восприятие химии и раскрыть химические ос­ новы жизнедеятельности.

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

С

1701000000-11

 

ББК 54

Без объявл.

 

 

050(01)—07

 

 

ISBN 978-5-93808-146-8

©

В. И. Слесарев, 2007

©

ХИМИЗДАТ, 2007

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

От автора

11

МОДУЛЬ I

 

В В Е Д Е Н И Е В С Т Р О Е Н И Е В Е Щ Е С Т В А , Б И О Э Н Е Р Г Е Т И К У

 

И Х И М И Ч Е С К У Ю К И Н ЕТ И К У

 

Глава 1. СТРОЕНИЕ АТОМ А, ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН

14

И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ

 

Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

 

1.1. Строение атома

14

1.1.1. Квантовые числа

17

1.1.2. Принципы заполнения атомных орбиталей электронами

20

1.2. Периодический закон и периодическая система элемен-

22

тов Д. И. Менделеева

26

1.3. Основные характеристики атомов элементов

1.3.1. Радиус атома

26

1.3.2. Энергия ионизации

28

1.3.3. Энергия сродства к электрону

28

1.3.4. Относительная электроотрицательность

29

Глава 2. ХИМ ИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

31

2.1. Ковалентная связь

32

2.1.1. и- и 7Т-Молекулярные орбитали

33

2.1.2. Механизмы возникновения ковалентной связи

34

2.1.3. Особенности ковалентной связи

37

2.2. Ионная связь

46

2.3. Металлическая связь

47

Глава 3. МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

48

И АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА

 

3.1. Межмолекулярные взаимодействия

48

3.2. Агрегатное состояние вещества

56

3.2.1. Твердое состояние

61

3.2.2. Жидкое состояние

65

3.2.3. Жидкокристаллическое состояние

66

3.2.4. Паро- и газообразное состояния

71

Глава 4. ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ

73

И БИОЭНЕРГЕТИКИ

 

4.1. Основные понятия термодинамики

73

4.2. Первый закон термодинамики

79

3

4.3. Понятие о самопроизвольных процессах. Энтропия

84

4.4. Второй закон термодинамики. Энергия Гиббса

86

4.5. Принцип энергетического сопряжения биохимических

90

реакций

92

4.6. Особенности термодинамики биохимических процессов

в равновесных и стационарных состояниях. Понятие о

 

гомеостазе

 

Глава 5. ОСНОВЫ КИНЕТИКИ БИОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

96

И ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ

 

5.1. Основные понятия и терминология раздела

97

5.2. Факторы, влияющие на скорость гомогенных реакций

100

5.2.1. Влияние природы реагирующих веществ

100

5.2.2. Влияние концентрации реагентов. Константа скорости

100

реакции. Понятие о порядке реакции по реагенту

104

5.2.3. Влияние температуры. Энергия активации

5.2.4. Влияние катализатора

106

5.3. Особенности кинетики гетерогенных реакций

108

5.4. Особенности кинетики цепных реакций

108

5.5. Химическое равновесие

109

5.5.1. Смещение химического равновесия

114

5.6. Ферментативный катализ и его особенности

116

5.7. Автоколебательные биохимические процессы

121

МОДУЛЬ II

 

Р А В Н О В Е С И Я В Ж И Д К И Х С Р Е Д А Х О Р Г А Н И З М А

 

Глава 6. РАСТВОРЫ И И Х КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА

124

6.1. Вода как растворитель и ее роль в жизнедеятельности

125

организма

134

6.2. Термодинамика процесса растворения

6.3. Способы выражения концентрации растворов

135

6.4. Коллигативные свойства растворов

139

6.4.1. Диффузия

139

6.4.2. Осмос. Осмотическое и онкотическое давление

140

6.4.3. Давление насыщенного пара над раствором

147

6.4.4. Температура кипения и замерзания раствора

149

Глава 7. РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И ИОННЫЕ РАВНОВЕСИЯ

153

7.1. Электролитическая диссоциация

153

7.2. Равновесие в растворах слабых электролитов

156

7.2.1. Влияние общего иона и противоиона на равновесие

158

7.2.2. Взаимосвязь константы диссоциации и степени диссо-

159

циации

159

7.3. Особенности растворов сильных электролитов. Ионная

сила раствора

162

7.4. Электролитическая диссоциация и ионное произведе-

ние воды

 

4

7.5. Водородный и гидроксильный показатели (pH и рОН)

164

7.6. Физико-химические основы водно-электролитного ба-

167

ланса в организме

 

Глава 8. ТЕОРИЯ КИСЛОТ И ОСНОВАНИЙ

173

И ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ

 

8.1. Протолитическая теория кислот и оснований

173

8.2. Кислотно-основные свойства а-аминокислот

180

8.3. Важнейшие кислотно-основные реакции

183

8.3.1. Гидролиз солей

183

8.3.2. Реакции нейтрализации

186

8.3.3. Общая, активная и потенциальная кислотность растворов

189

8.4. Протолитический баланс. Буферные растворы и их

193

свойства

197 t

8.5. Буферные системы организма, их взаимодействие, яв-

ления ацидоза и алкалоза

 

Глава 9. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ, И Х

208

ЗАКОНОМЕРНОСТИ И РОЛЬ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

 

ОРГАНИЗМОВ

 

9.1. Основные понятия и факторы, влияющие на протекание

208

окислительно-восстановительных реакций

212

9.2. Направление протекания окислительно-восстановитель-

ных реакций

215

9.3. Особенности биохимических окислительно-восстанови-

тельных процессов в организмах

219

9.3.1. Степень окисления углерода в органических соединениях

9.3.2. Биохимические реакции внутри- и межмолекулярной

220

окислительно-восстановительной дисмутации за счет

 

атомов углерода

221

9.3.3. Окислительно-восстановительные превращения кофак-

торов и коферментов оксидоредуктаз

225

9.3.4. Электронотранспортные цепи

9.3.5. Дегидрогеназное окисление-восстановление

227

9.3.6. Окислительное фосфорилирование

229

9.3.7. Фотофосфорилирование

232

9.3.8. Оксигеназное окисление-восстановление

234

9.3.9. Свободнорадикальное окисление и антиоксидантная

236

система организма

242

9.4. Использование окислителей и восстановителей в меди-

ко-санитарной практике

 

Глава 10. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И И Х СВОЙСТВА

243

10.1. Основные понятия и терминология

243

10.2. Химическая связь в комплексных соединениях и осо-

246

бенности их строения

249

10.3. Химические свойства комплексных соединений

5

10.4. Медико-биологическая роль комплексных соединений

255

10.5. Металлолигандный баланс и его нарушения

261

10.6. Комплексонометрия

263

Глава 11. ГЕТЕРОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И РАВНОВЕСИЯ

266

В РАСТВОРАХ

 

11.1. Основные понятия и теоретические основы

266

11.2.Гетерогенные равновесия в растворах, связанные с 269 процессом кристаллизации

11.3. Гетерогенные равновесия в растворах, связанные

273

с процессом расслоения

275

11.4. Гетерогенные равновесия в живых системах

МОДУЛЬ III

 

ХИМИЯ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ЗАГРЯЗНЕНИЙ

 

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

 

Глава 12. ХИМ ИЯ ЭЛЕМЕНТОВ-ОРГАНОГЕНОВ

284

12.1. Классификация и распространенность химических эле-

284

ментов в организме человека и окружающей среде

 

12.2.Строение, химические свойства и роль элементов288 органогенов и их соединений в растительном и живот­

ном мире

288

12.2.1. Водород и его соединения

12.2.2. Углерод и его соединения

295

12.2.3. Азот и его соединения

304

12.2.4. Фосфор и его соединения

311

12.2.5. Кислород и его соединения

318

12.2.6. Сера и ее соединения

322

12.3. Строение и химические свойства галогенов и их соеди-

331

нений

 

Глава 13. ХИМ ИЯ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ ЖИЗНИ И И Х РОЛЬ

33 7

В РАСТИТЕЛЬНОМ И ЖИВОТНОМ МИРЕ

 

13.1. Химия ионов s-металлов в организме

337

13.1.1. Натрий и калий

338

13.1.2. Магний и кальций

341

13.2. Химия ионов d-металлов в организме

344

13.2.1. Марганец

346

13.2.2. Железо и кобальт

349

13.2.3. Медь

352

13.2.4. Цинк

355

13.2.5. Молибден

356

Глава 14. ХИМ ИЯ И АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОКРУЖ АЮ Щ ЕЙ

35 8

СРЕДЫ

 

14.1.

Химия загрязнений атмосферы

359

14.1.1.

Токсический смог

361

14.1.2. Фотохимический смог

362

14.1.3. Кислотные дожди .

363

14.1.4. Загрязнение атмосферы другими токсикантами

364

14.1.5. Разрушение озонового слоя

365

14.2. Методы анализа токсикантов и методы снижения их

366

поступления в атмосферу

370

14.3. Загрязнение гидросферы. Понятие об общих показа-

телях, характеризующих природные и сточные воды

 

МОДУЛЬ IV

 

ОСНОВЫ БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

 

Глава 15. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

375

15.1. Основы классификации и номенклатуры органических

375

соединений

381

15.2. Пространственная структура биоорганических молекул

и виды изомерии

15.3.Понятие о взаимном влиянии атомов в молекуле и 388 электронные эффекты

15.4. Классификация органических реакций и их компо-

390

 

нентов

 

Глава 16.

АЛИФАТИЧЕСКИЕ И АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

39 9

16.1.

Строение и реакционная способность алканов

400

16.2.Строение и реакционная способность ненасыщенных 408 углеводородов: алкенов и диенов

16.3. Ароматические углеводороды (арены)

417

Глава 1 7. СПИРТЫ, ФЕНОЛЫ, ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ, ТИОЛЫ

426

И СУЛЬФИДЫ

17.1.Классификация, номенклатура, изомерия спиртов и 426 фенолов

17.2. Физико-химические свойства спиртов и фенолов

429

17.3. Химические свойства спиртов

430

17.4. Химические свойства фенолов

438

17.5. Простые эфиры

442

17.6. Тиолы и сульфиды

443

Глава 18. АЛЬДЕГИДЫ, КЕТОНЫ И И Х ПРОИЗВОДНЫЕ

449

18.1. Строение, номенклатура и физико-химические свой-

449

ства альдегидов и кетонов

451

18.2. Химические свойства альдегидов и кетонов

18.2.1. Кислотно-основные свойства

452

18.2.2. Электрофильно-нуклеофильные свойства

455

18.2.3. Окислительно-восстановительные свойства

460

18.2.4. Комплексообразующие свойства

465

18.3. Альдегиды и кетоны в окружающей среде

466

7