Законы стехиометрии

Основные законы стехиометрии, включающие законы количественных соотношений между реагирующими веществами с помощью уравнений химических реакций, вывод формул химических соединений, составляют раздел химии, называемый стехиометрией. Стехиометрия включает в себя законы Авогадро, постоянства состава, кратных отношений, Гей-Люссака, эквивалентов и сохранения массы.

В основу составления химических уравнений положен метод материального баланса, основанный на законе сохранения массы (М. В. Ломоносов, 1748, А. Лавуазье, 1789).

Закон сохранения массы веществ:

Масса реагирующих веществ равна массе продуктов реакции.

В химической реакции число взаимодействующих атомов остается неизменным, происходит только их перегруппировка с разрушением исходных веществ. Взаимодействие водорода и кислорода с образованием воды может быть записано с помощью уравнения химической реакции

Коэффициенты перед формулами химических соединений называются стехиометрическими.

Закон постоянства состава (Ж. Пруст):

Химическое соединение, имеющее молекулярное строение, независимо от метода получения характеризуется постоянным составом.

Такие соединения называют дальтонидами или стехиометрическими в отличие от бертолидов, состав которых зависит от способа получения. Такие соединения состоят не из молекул, а из атомов или ионов.

Закон кратных отношений (Д. Дальтон):

Если два элемента образуют между собой несколько молекулярных соединений, то масса одного элемента, приходящаяся на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа.

При взаимодействии азота с кислородом образуются пять оксидов. На 1 грамм азота в образующихся молекулах приходится 0,57, 1,14, 1,71, 2,28, 2,85 грамм кислорода, что соответствует отношением 2:1, 1:1, 2:3, 1:2, 2:5 в этих оксидах; их составы N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₅.

Закон эквивалентов (И. Рихтер):

В молекулярных соединениях массы составляющих их элементов относятся между собой как их эквиваленты.

Химический эквивалент – реальная или условная частица вещества, способная соединиться и заместить 1 моль атомов водорода в реакциях присоединения и замещения или принять (отдать) 1 моль электронов в окислительно-восстановительных реакциях.

Закон простых объемных отношений (Ж. Гей-Люссак):

При равных условиях объемы вступающих в реакцию газов относятся друг к другу и к объемам образующихся газообразных продуктов, как небольшие целые числа.

Так, в реакции образования аммиака из простых веществ отношение объемов водорода, азота и аммиака составляет 3 : 1 : 2.

Закон Авогадро: В равных объемах любых газов, взятых при одинаковых условиях, содержится одинаковое число молекул.

Из закона Авогадро вытекают два следствия:

1. Одинаковое количество молекул любых газов при одинаковых условиях занимают одинаковый объем.  

2. Относительная плотность одного газа по другому равна отношению их молярных масс.

Число Авогадро – число частиц в моле любого вещества; N_A = 6,02∙10²³ моль^–1.

Молярный объем – объем моля любого газа при нормальных условиях(температура 273 К, давление 101,3 кПа); равен 22,4 л∙моль^–1.

Молярная масса (M) – масса одного моля вещества, численно совпадающая с относительными массами атомов, ионов, молекул, радикалов и других частиц, выраженных в г∙моль^–1.

36. Биологические уровни организации материи.

Согласно теории биохимической эволюции биосфера Земли возникла и сформировалась в итоге длительного процесса развития материи. Считается, что возникновение жизни на Земле было обусловлено оптимальной массой планеты, позволяющей ей за счет земного тяготения удерживать сформировавшуюся атмосферу и составом самой атмосферы.

Полагают, что когда в силу каких-то космических событий возникла Земля, из-за высокой температуры и ядовитой атмосферы она была лишена жизни. Прежде чем на остывающей Земле могли возникнуть хотя бы самые простые живые существа, должна была завершиться эволюция химических элементов. Этот этап и дал начало процессу, в результате которого губительная атмосфера из водорода, метана, аммиака и водяного пара, характерная для первозданной Земли,

переродилась в животворную атмосферу из кислорода, углекислого газа и азота, способствующую образованию более сложных соединений - белков, нуклеиновых кислот и жиров - будущих носителей жизни.

В целом, можно, по-видимому, выделить три основные стадии эволюционного процесса: добиотическую, биотическую и социальную. Добиотическая эволюция материи включала следующие этапы: образование тяжелых элементов из водорода в недрах звезд; взрывы звезд и обогащение межзвездной среды разнообразием химических элементов; возникновение под влиянием различных источников энергии простейших органических соединений;

формирование планет, содержащих разнообразные органические соединения; образование абиотического круговорота веществ на поверхности планет, вызванного излучением центрального светила (круговорот воды, абиогенная миграция химических элементов, абиогенные химические реакции); аккумуляция лучистой энергии в органических соединениях в результате химических реакций;

возникновение круговорота соединений углерода, включающего реакции накопления лучистой энергии центрального светила и ее освобождения.

Этапами биотической эволюции являлись: усложнение и усовершенствование компонентов биотического круговорота, появление размножающихся живых существ, биогенная миграция атомов как выражение жизнедеятельности; возникновение многоклеточных организмов; дифференциация живого, выражающаяся, с одной стороны, в увеличении многообразия форм, с другой в усложнении строения (в том, что получило название морфофизиологического прогресса).

В период социальной эволюции происходило формирование и развитие человеческого общества. Трудовая деятельность людей становится фактором эволюции биосферы. Биосфера превращается в единство абиотического, биотического и социального; переходит в новое состояние - в ноосферу.

Химический синтез на формирующейся Земле, должно быть, зависел от таких естественных источников энергии, как ультрафиолетовые и тепловые излучения солнца, молнии, вулканическое тепло и радиоактивность. Сущность жизни остается для биологов загадкой, хотя и общеизвестна главная особенность всех живых организмов - способность к воспроизведению себе подобных.

Считается, что первые живые организмы появились в океане. В 1923 году академик А.И. Опарин высказал мнение, что атмосфера первичной Земли была не такой, как сейчас. Он полагал, что органические вещества могли создаваться в океане из более простых соединений.

Энергию для этих реакций синтеза, вероятно, доставляла интенсивная солнечная радиация (главным образом ультрафиолетовая), свободно достигаемая Земли из-за отсутствия озонового слоя, который образовался позже.

По мнению Опарина, именно в океане постепенно накопились органические вещества и образовался тот "первичный бульон", в котором могла возникнуть жизнь. Опарин полагал, что решающая роль в превращении неживого в живое принадлежала белкам. Белковые молекулы способны к образованию гидрофильных комплексов с молекулами воды. Слияние таких комплексов друг с другом приводит к отделению коллоидов от водной среды - процесс, называемый коацервацией.

А.И. Опарин предположил, что в массе коацерватных капель должен был идти отбор наиболее устойчивых в существовавших условиях. Способность к избирательной адсорбции постепенно преобразовывалась в устойчивый обмен веществ. В процессе отбора капли при распаде на дочерние сохраняли особенности своей структуры, то есть приобретали свойство самовоспроизведения (важнейшего признака жизни).

Гипотеза А.И.Опарина не дает объяснения, как произошел качественный скачок от неживого к живому. Однако мысль о том, что жизнь возникла не внезапно, а сформировалась в ходе эволюции, положенная в основу гипотезы А.И. Опарина, является весьма достоверной.

Эволюция подразумевает всеобщее постепенное развитие, упорядоченное и последовательное. Эволюцию живых организмов определяют как развитие простых организмов с течением времени в более сложные организмы. Впервые эволюционная гипотеза в развернутом виде была высказана французским биологом Ламарком. Он допускал, что из неживой природы постоянно самозарождаются простейшие организмы, под действием среды способны изменятся, становясь все более сложными.

У животных - активное упражнение органов ведет к их совершенствованию ведет к их совершенствованию. Приобретенные в ходе индивидуального развития свойства, по Ламарку, передаются потомству. В основе эволюционной гипотезы Ламарка лежали две предпосылки: упражнение частей организма и наследование приобретенных признаков. То есть длина шеи и ног жирафа по Ламарку - результат длительных упражнений его предков.

Более поздние исследования показали, что приобретенные признаки не являются генетическими и не передаются потомству. Например, занятие физическими упражнениями может увеличить объем мышц только у данного человека, но не у его потомства. Тем не менее, теория Ламарка стала исторической предпосылкой для признания наследования генетических особенностей при половом размножении.

37. Нуклеиновые кислоты . Их назначение и роль в живых организмах.

Нуклеи́новые кисло́ты (от лат. nucleus — ядро) — высокомолекулярные органические соединения, биополимеры (полинуклеотиды), образованные остатками нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации.