Каква е уникалността на структурата на въглеродния атом и защо е толкова широко разпространен в съединенията? Защо животът ни понякога се нарича въглерод

5. каква е уникалността на структурата на въглеродния атом и защо е толкова широко разпространен в съединенията. Защо животът ни понякога се нарича въглерод.

От гледна точка на химията животът е всякакъв вид трансформации на различни големи и сложни молекули, чийто основен елементнякои е въглерод. Важно е не от гледна точка на изобилието му на Земята, в земната кора има само 0,055% въглерод, докато 60,50% кислород, 20,45% силиций и дори 0,27% титан. В атмосфера на въглероден диоксид 0,03%, т.е. въглеродът е само 0,008%. Всички биологично функционални вещества, с изключение на няколкотехните соли и вода съдържат въглерод. Това са протеини, мазнини, въглехидрати, хормони, витамини. Броят на въглеродните съединения е огромен. Те се наричатсе образуват от органични съединения, тъй като някога се е смятало, че такива молекули могат да се образуват само в живите организмилюлка.

Органичната химия е посветена на изучаването на въглерода и неговите съединениянении. Атомният номер на въглерода е 6, ядрото му съдържа шест proтонове и шест неутрона, шест електрона се въртят около ядрото, масата на атома С е 12. При химични реакции въглеродът е способен да прикачи 4 електрона и да образува стабилна обвивка от осем електрона, тоест има валентност от четири, итой е свързан със силна ковалентна връзка (свързване с електрон). Например емпиричната формула на едно такова силно съединениенений - метан - СН4, а в структурния образ е тетрахедрон (четири симетрични въглеродни връзки).

Уникално свойство на въглерода е способността му да образуваиздърпайте стабилни вериги и пръстени, които осигуряват разнообразие отразнообразие от органични съединения и тези връзки могат да бъдат множествоним. В този случай е важно разположението на атомите в пространството, което води до оптичната активност на веществото, до разлика във въртенето на равнината на поляризация на пропусканата светлина (фиг. 1). Структурните формули ясно отразяват връзката на формулата със свойствата на веществото, с тяхна помощ стана възможно да се обясни изомеризма и да се предскажесвойства на неизвестни съединения.

Фигура: 1. Методи за присъединяване на въглеродни атоми един към друг Тирета със свободни краища на всеки въглероден атом показват, че той може да образува връзки с атоми на други елементи (обикновено водород, кислород, азот, сяра)

Познавайки валентността на въглерода, може просто да се изобрази положението на всички липсващи водородни атоми, което позволявасъсредоточете се върху най-важните връзки и химически групислабините. Въглеродът може да образува такива силни ковалентни връзки с атоми на други елементи (H, O, P, N, S) и с въглерод (C-C връзка). Вътрешна разлика между органиката и повечето неоргномичните съединения се изразява във факта, че химическите връзки, като правило, в органичните съединения са валентни, а йонните връзки са много редки. Следователно въглеродът притежава тези уникални свойства, сред които способността на въглеродните съединения да полимеризират и поликондензат все още не е отбелязана, а нашият живот се нарича въглерод.

6. Преобразуване на енергия и циркулация на вещества в природата. По какво се различават и какво е общото между тях.

Биосферата е единство от живи и минерални елементи, участващи в сферата на живота. Разпределен е по земната повърхност изключително неравномерно и в различни природни условия.яхтата приема формата на относително независими комплекси - биогеоценози (или екосистеми). Живата част на биогеоценозата - биоценоза - се състои от популации от организми от различни видове.

Едно от най-големите постижения на науката през XX век. е изясняването на механизмите за преобразуване на енергията в биологичните системи Сега вече е ясно как слънчевата енергия се преобразува в специални пигментни структури, които растатенергия на химичните връзки, как веществата се преобразуват в процесите на братосливане и гликолиза (окисляване на въглехидратите без кислород), както се случва вътрешноклетъчно дишане - прехвърлянето на електрони в митохондриите от коензими към котенцалород. В центъра на тези трансформации в клетката е АТФ, който синтезираXia от ADP и H3PO4 поради светлинна енергия или енергия, отделена по време на гликолиза, ферментация или дишане. По време на гликолизата на АТФ се освобождава енергията, която е необходима за извършване на цялата работа на живия организъм - от създаването на градиенти на концентрацияйонна тяга и мускулна контракция преди синтеза на протеини.

Биосферата улавя само малка част от слънчевата енергия, постъпваща на Земята. Ултравиолетовата част на слънчевата радиация, която представлява 30% от цялата слънчева енергия, достигаща Земята, е почти напълно блокирана от атмосферата. Половината от постъпващата енергия се преобразува в топлина и след това се излъчва в космоса, 20% се изразходват за изпаряване на водата и образуване на облаци, а само около 0,02% се използва от биосферата. Зелени растенияусвояват тази енергия чрез абсорбиране на молекули. ") хлорофил ипроцесът на фотосинтеза го трансформира и съхранява под формата на захар. Съществуването на биосферата зависи от този процес.

Животните, ядещите растения и хищниците - тревопасни животни, освобождават тази енергия за себе си чрез изгаряне на захари и други питатвърди вещества с кислород. Хранителна обработка в оргае придружено от освобождаване на енергия, докато част от нейното съхранениесе приема под формата на химическа енергия и се използва за извършване на работа. За разлика от най-простите същества, при които изгарянето на вещества може да се случи във всяка част на тялото, висшите животни имат специална система, която разпределякислород и енергийни носители. В белите дробове кръвта абсорбира киселотород и отделя въглероден диоксид, в червата тя получава питатвърди вещества. Процесите на храносмилане осигуряват времеотлагането на сложни хранителни компоненти в по-прости, които се абсорбират от червата и навлизат в кръвта, като същевременно се освобождаватенергията е славна. Крайните продукти на метаболизма (излишък на соли, вода, чужди и токсични съединения) попадат в урината през бъбреците и се екскретират от тялото.

Животните не получават енергията, от която се нуждаят, директноно от слънцето. За да получат храна, те се нуждаят от сензорна система за нейното откриване (очи, уши, нос или сонар - ултразвуков локаторторус, други органи) и мускулната система, която привежда техните органи в движение (ръце, крака, перки, крила и др.). Освен това растенията и животните имат регулаторни системи - секретиращи хормони жлези и нервна система. В тялото постоянно ссвършена работа: кръвта се изпомпва, хранителните вещества се абсорбират, протичат процеси на възбуждане на молекулите, в които се съхранява енергия, отстраняват се отпадъци и вредни вещества и др. За да се създадат подредени системи (високоnya генетична или нервна организация) също изисква енергияgia. Ефективното функциониране на всички системи се осигурява и от информация за външната и вътрешната среда. Работещ сстои в производството на сигнали, които регулират енергийните процеси, организират биоструктури, контролират консумацията на енергия за различни стимули и др.

Настъпва задоволяване на енергийните нужди на организмитеходи в рамките на баланса, който се установява между разликитеорганизми от дадено местообитание (екосистема). Сред обиобикновено се различават два вида организми: някои са способни да неизползвайте слънчева енергия посредствено и рециклирайте

Основата на биосферата е биотичната циркулация на органичните веществавещества с участието на всички организми, обитаващи го. В законаизмеренията на този цикъл решават проблема с развитието идълго съществуване на живота. Ние не казваме „безкрайно“, защото всичко на земята има край: самата земя е огър.безкрайно тяло, краен запас от минерални елементи и т.н. "естествен начин да се даде на ограничено количество свойството наНещо друго - пише академик В.Р.Уилямс, - е да го накарате да се върти по затворена крива. Зелените растения създават органични вещества, а незелените растения я унищожават. От минерални съединения, получени от разпадането на органични вещества, нови зелени растения изграждат нови органични вещества и така безкрайно ".

Животът на Земята върви точно по този начин. Всеки вид е само връзка в биотичния цикъл. Непрекъснатост на живота obesизпечен от процесите на синтез и разпад, всеки организъм дава или отделя това, което другите организми използват. Особено водениКаква е ролята на микроорганизмите в този цикъл, които превръщат останките от животни и растения в минерални соли и най-простите органични съединения, които се използват повторно от зелените растениями за синтеза на нови органични вещества. Когато бъдат унищожени,органични съединения, енергията се освобождава,формация, характерна за сложно организирани същества. Всяка форма на живот участва в биотичния цикъл и саморегулирането на биосферата се основава на него. В този случай микроорганизмите играят двойна роля: те бързо се адаптират към различни условия на живот и могат да използват различни субстрати като източникникелов въглерод и енергия. Висшите организми не притежават такива способности и следователно са разположени по-високо от едноклетъчните в екологическа пирамида, разчитайки на тях като основа.

Биотичният цикъл се състои от различни цикли и всяка биоценоза представлява миниатюрен модел на биосферата. Важноизвестни са и исторически фактори за формирането на биоценоза, климат, ландшафт и много други. Напримермерки, горската екосистема включва биоценози от различни видове гори - иглолистни, широколистни, тропически, всяка от които се характеризирасе нарича чрез циркулацията му на вещества. В това, струва ми се, се проявява разликата между биотичния цикъл и енергийния цикъл, втората разлика: според закона за запазване на енергията енергията не възниква от никъде и не отива никъде, т.е. трансформацията на енергията е вечна (точно в даден енергиен цикъл) и цикълът на веществата в природата има своя край, както вече беше споменато по-горе.