De ce putem spune că compoziția chimică a celulei. De ce se eliberează căldură atunci când arde combustibilul

De ce putem mânca animale, ciuperci și plante, iar bacteriile și alte animale, la rândul lor, se pot hrăni cu corpul nostru, provocând boli și patologii? De ce substanțe organice și anorganice are nevoie o persoană pentru o bunăstare normală? Fără ce elemente chimice ar putea exista viața pe Pământ? Ce se întâmplă în timpul otrăvirii cu metale grele? Din această lecție veți afla despre ce elemente chimice fac parte din organismele vii, cum sunt distribuite în corpul animalelor și plantelor, cum un exces sau deficiența de substanțe chimice poate afecta activitatea de viață a diferitelor creaturi, aflați detalii despre micro- și macroelementele și rolul lor în fauna sălbatică.

Tema: Bazele citologiei

Lecția: Caracteristicile compoziției chimice a celulei

1. Compoziția chimică a celulei

Celulele organismelor vii sunt formate din diferite elemente chimice.

Atomii acestor elemente formează două clase de compuși chimici: anorganici și organici (vezi Fig. 1).

Orez. 1. Împărțirea condiționată a substanțelor chimice care alcătuiesc un organism viu

Dintre cele 118 elemente chimice cunoscute în prezent, celulele vii conțin în mod necesar 24 de elemente. Aceste elemente formează compuși ușor solubili cu apă. Ele sunt, de asemenea, conținute în obiecte de natură neînsuflețită, dar raportul dintre aceste elemente în materia vie și cea neînsuflețită diferă (Fig. 2).

Orez. 2. Conținutul relativ de elemente chimice din scoarța terestră și corpul uman

În natura neînsuflețită elementele predominante sunt oxigen, siliciu, aluminiuŞi sodiu.

În organismele vii elementele predominante sunt hidrogen, oxigen, carbonŞi azot. În plus, există încă două elemente importante pentru organismele vii, și anume: fosforŞi sulf.

Aceste 6 elemente și anume. carbon, hidrogen, azot, oxigen, fosforŞi sulf (C, H, N, O, P, S) , numit organogenic, sau nutrienti, deoarece ei sunt cei care alcătuiesc compușii organici, și elementele oxigenŞi hidrogen,în plus, formează molecule de apă. Compușii elementelor biogene reprezintă 98% din masa oricărei celule.

2. Șase elemente chimice de bază pentru un organism viu

Cea mai importantă capacitate distinctivă a elementelor C, H, N, O este că formează legături covalente puternice, iar dintre toți atomii care formează legături covalente, ei sunt cei mai ușori. În plus, carbonul, azotul și oxigenul formează legături simple și duble, datorită cărora pot da o mare varietate de compuși chimici. Atomii de carbon sunt, de asemenea, capabili să formeze legături triple atât cu alți atomi de carbon, cât și cu atomi de azot - în acidul cianhidric legătura dintre carbon și azot este triplă (Fig. 3)

Figura 3. Formula structurală a acidului cianhidric - acid cianhidric

Aceasta explică diversitatea compușilor de carbon din natură. În plus, legăturile de valență formează un tetraedru în jurul atomului de carbon (Fig. 4), datorită căruia diferite tipuri de molecule organice au structuri tridimensionale diferite.

Orez. 4. Forma tetraedrică a moleculei de metan. În centru se află un atom de carbon portocaliu, înconjurat de patru atomi de hidrogen albaștri care formează vârfurile unui tetraedru.

Numai carbonul poate crea molecule stabile cu o varietate de configurații și dimensiuni și o mare varietate de grupuri funcționale (Figura 5).

Figura 5. Exemplu de formule structurale ale diverșilor compuși de carbon.

Aproximativ 2% din masa celulară este reprezentată de următoarele elemente: potasiu, sodiu, calciu, clor, magneziu, fier. Elementele chimice rămase sunt conținute în celulă în cantități mult mai mici.

Astfel, toate elementele chimice, în funcție de conținutul lor într-un organism viu, sunt împărțite în trei grupuri mari.

3. Micro-, macro- și ultramicroelemente într-un organism viu

Elementele, a căror cantitate este de până la 10-2% din greutatea corporală, sunt macronutrienți.

Acele elemente a căror cotă este de la 10-2 la 10-6 - microelemente.

Orez. 6. Elemente chimice dintr-un organism viu

om de știință rus și ucrainean V. I. Vernadsky a demonstrat că toate organismele vii sunt capabile să absoarbă (asimileze) elemente din mediul extern și să le acumuleze ( să le concentreze) în anumite organe și țesuturi. De exemplu, un număr mare de oligoelemente se acumulează în ficat, os și țesutul muscular.

4. Afinitatea microelementelor pentru anumite organe și țesuturi

Elementele individuale au o afinitate pentru anumite organe și țesuturi. De exemplu, calciul se acumulează în oase și dinți. Există mult zinc în pancreas. Există o mulțime de molibden în rinichi. Bariu în retină. Iod în glanda tiroidă. Există o mulțime de mangan, brom și crom în glanda pituitară (vezi tabelul „Acumularea elementelor chimice în organele interne ale omului”).

Pentru funcționarea normală a proceselor vitale, este necesar un raport strict de elemente chimice din organism. În caz contrar, otrăvirea severă apare din cauza unei deficiențe sau a excesului de elemente biofile.

5. Organisme care acumulează selectiv microelemente

Unele organisme vii pot fi indicatori ai condițiilor chimice de mediu datorită faptului că acumulează selectiv anumite elemente chimice în organe și țesuturi (Fig. 7, 8).

Orez. 7. Animale care acumulează anumite elemente chimice în corpul lor. De la stânga la dreapta: raze (calciu și stronțiu), rizopode (bariu și calciu), ascidie (vanadiu)

Orez. 8. Plante care acumulează anumite elemente chimice în organism. De la stânga la dreapta: alge marine (iod), buttercup (litiu), duckweed (radiu)

6. Substanțe care alcătuiesc organismele

Compuși chimici în organismele vii

Elementele chimice formează substanțe anorganice și organice (vezi diagrama „Substanțe care alcătuiesc organismele vii”).

Substante anorganiceîn organisme: apă și minerale (ioni de sare; cationi: potasiu, sodiu, calciu și magneziu; anioni: clor, anion sulfat, anion bicarbonat).

Materia organică: monomeri (monozaharide, aminoacizi, nucleotide, acizi grași și lipide) și polimeri (polizaharide, proteine, acizi nucleici).

Dintre substanțele anorganice, celula conține cele mai multe apă(de la 40 la 95%), printre compușii organici din celulele animale predomină veverite(10-20%), iar în celulele vegetale - polizaharide (peretele celular este format din celuloză, iar principalul nutrient de rezervă al plantelor este amidonul).

Astfel, am analizat elementele chimice de bază care alcătuiesc organismele vii și compușii pe care îi pot forma (vezi Schema 1).

Importanța nutrienților

Să luăm în considerare importanța nutrienților pentru organismele vii (Fig. 9).

Element carbon(carbonul) face parte din toate substanțele organice, baza lor este scheletul de carbon. Element oxigen(oxigenul) face parte din apă și substanțe organice. Element hidrogen(hidrogenul) face parte, de asemenea, din toate substanțele organice și din apa. Azot(azotul) face parte din proteine, acizi nucleici și monomerii acestora (aminoacizi și nucleotide). Sulf(sulful) face parte din aminoacizii care conțin sulf și funcționează ca un agent de transfer de energie. Fosfor face parte din ATP, nucleotidele și acizii nucleici, sărurile minerale ale fosforului sunt o componentă a smalțului dinților, țesutului osos și cartilajului.

Aspecte ecologice ale acțiunii substanțelor anorganice

Problema protecţiei mediului este legată în primul rând de prevenirea poluării mediului prin diverse substante anorganice. Principalii poluanți sunt metale grele, care se acumulează în sol și în apele naturale.

Principalii poluanți ai aerului sunt oxizi de sulf și azot.

Ca urmare a dezvoltării rapide a tehnologiei, cantitatea de metale utilizate în producție a crescut enorm. Metalele pătrund în corpul uman, sunt absorbite în sânge și apoi se acumulează în organe și țesuturi: ficat, rinichi, țesuturi osoase și musculare. Metalele sunt îndepărtate din organism prin piele, rinichi și intestine. Ioni metalici care sunt printre cei mai toxici (vezi lista „Cei mai toxici ioni”, Fig. 10): mercur, uraniu, cadmiu, taliuŞi arsenic, provoacă otrăvire cronică acută.

Grupul metalelor moderat toxice este, de asemenea, numeros (Fig. 11), acestea includ mangan, crom, osmiu, stronțiuŞi antimoniu. Aceste elemente pot provoca intoxicații cronice cu manifestări clinice destul de severe, dar rareori fatale.

Metale slab toxice nu au selectivitate vizibilă. Aerosolii metalelor cu toxicitate scăzută, de exemplu metalele alcaline și alcalino-pământoase, pot provoca modificări în plămâni.

Teme pentru acasă

1. Ce elemente chimice sunt incluse în organismele vii?

2. În ce grupe, în funcție de cantitatea unui element din materia vie, se împart elementele chimice?

3. Numiți elementele organogenice și dați-le o descriere generală.

4. Ce elemente chimice sunt considerate macroelemente?

5. Ce elemente chimice sunt considerate microelemente?

6. Ce elemente chimice sunt considerate ultramicroelemente?

7. Discutați cu prietenii și familia despre modul în care proprietățile chimice ale elementelor chimice se raportează la rolul lor în organismele vii.

1. Alchimist.

2. Wikipedia.

3. Alchimist.

4. Portal de internet Liveinternet. ru.

Referințe

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Biologie generală grade 10-11 Buttarda, 2005.

2. Biologie. clasa a X-a. Biologie generală. Nivel de bază / P. V. Izhevsky, O. A. Kornilova, T. E. Loschilina și alții - ed. a II-a, revizuită. - Ventana-Graf, 2010. - 224 p.

3. Belyaev D.K Biologie clasa 10-11. Biologie generală. Nivel de bază. - Ed. a 11-a, stereotip. - M.: Educație, 2012. - 304 p.

4. Biologie clasa a XI-a. Biologie generală. Nivelul profilului / V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin și alții - ed. a 5-a, stereotip. - Buttard, 2010. - 388 p.

5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biologie clasa 10-11. Biologie generală. Nivel de bază. - Ed. a VI-a, add. - Buttard, 2010. - 384 p.

Tabel periodic

În secolul trecut, lemnul de foc era principalul combustibil. Chiar și astăzi, lemnul ca combustibil este încă de mare importanță, în special pentru încălzirea clădirilor din mediul rural. Când ardem lemne în sobe, este greu de imaginat că folosim în esență energia primită de la Soare, aflat la o distanță de aproximativ 150 de milioane de kilometri de Pământ. Cu toate acestea, acesta este exact cazul.

Cum a ajuns energia solară acumulată în lemn de foc? De ce putem spune că prin arderea lemnului folosim energia primită de la Soare?

Un răspuns clar la întrebările puse a fost oferit de remarcabilul om de știință rus K. A. Timiryazev. Se pare că dezvoltarea aproape tuturor plantelor este posibilă numai sub influența luminii solare. Viața marii majorități a plantelor, de la iarbă mică până la eucalipt puternic, atingând 150 de metri înălțime și 30 de metri în circumferința trunchiului, se bazează pe percepția luminii solare. Frunzele verzi ale plantelor conțin o substanță specială - clorofila. Această substanță conferă plantelor o proprietate importantă: de a absorbi energia luminii solare, folosiți această energie pentru a descompune dioxidul de carbon, care este un compus din carbon și oxigen, în părțile sale componente, adică carbon și oxigen, și pentru a forma substanțe organice în țesuturile lor. , din care Din aceasta constă de fapt țesutul vegetal. Fără exagerare, această proprietate a plantelor poate fi numită remarcabilă, deoarece datorită ei, plantele sunt capabile să transforme substanțele de natură anorganică în substanțe organice. În plus, plantele absorb dioxidul de carbon din aer, care este un produs al activității ființelor vii, industriei și activității vulcanice, și saturează aerul cu oxigen, fără de care, după cum știm, procesele de respirație și ardere sunt imposibile. De aceea, de altfel, spațiile verzi sunt necesare vieții umane.

Este ușor de verificat că frunzele plantelor absorb dioxidul de carbon și îl separă în carbon și oxigen folosind un experiment foarte simplu. Să ne imaginăm că într-o eprubetă există apă cu dioxid de carbon dizolvat în ea și frunze verzi ale vreunui copac sau iarbă. Apa care conține dioxid de carbon este foarte răspândită: într-o zi fierbinte, această apă, numită apă carbogazoasă, este foarte plăcută pentru a potoli setea.

Să revenim, totuși, la experiența noastră. După ceva timp, puteți observa mici bule pe frunze, care, pe măsură ce se formează, se ridică și se acumulează în partea superioară a eprubetei. Dacă acest gaz obținut din frunze este colectat într-un vas separat și apoi este introdusă în el o așchie ușor mocnitoare, va izbucni în flăcări. Pe baza acestei caracteristici, precum și a unui număr de altele, se poate stabili că avem de-a face cu oxigen. În ceea ce privește carbonul, acesta este absorbit de frunze și din el se formează substanțe organice - țesut vegetal, a cărui energie chimică, care este energia convertită a razelor solare, este eliberată în timpul arderii sub formă de căldură.

În povestea noastră, care atinge neapărat diverse ramuri ale științei naturii, am întâlnit un alt concept nou: energia chimică. Este necesar să explicăm cel puțin pe scurt ce este. Energia chimică a unei substanțe (în special lemnul de foc) are multe în comun cu energia termică. Energia termică, după cum își amintește cititorul, constă din energia cinetică și potențială a celor mai mici particule ale corpului: molecule și atomi. Energia termică a unui corp este astfel definită ca suma energiei mișcării de translație și rotație a moleculelor și atomilor unui corp dat și a energiei de atracție sau de repulsie dintre ele. Energia chimică a unui corp, spre deosebire de energia termică, constă în energia acumulată în interiorul moleculelor. Această energie poate fi eliberată numai prin transformare chimică, o reacție chimică în care una sau mai multe substanțe sunt transformate în alte substanțe.

La aceasta este necesar să se adauge două precizări importante. Dar mai întâi trebuie să reamintim cititorului câteva prevederi despre structura materiei. Pentru o lungă perioadă de timp, oamenii de știință au presupus că toate corpurile constau din particule minuscule și mai departe indivizibile - atomi. Tradus din greacă, cuvântul „atom” înseamnă indivizibil. În prima sa parte, această presupunere a fost confirmată: toate corpurile constau într-adevăr din atomi, iar dimensiunile acestora din urmă sunt extrem de mici. Greutatea unui atom de hidrogen, de exemplu, este de 0,000 000 000 000 000 000 000 0017 grame. Dimensiunea atomilor este atât de mică încât nu pot fi văzuți nici măcar cu cel mai puternic microscop. Dacă ar fi posibil să aranjam atomii în același mod în care turnăm mazărea într-un pahar, adică. atingându-le unul pe celălalt, atunci aproximativ 10.000.000.000.000.000.000.000 de atomi s-ar încadra într-un volum foarte mic de 1 milimetru cub.

În total, se cunosc aproximativ o sută de tipuri de atomi. Greutatea unui atom de uraniu, unul dintre cei mai grei atomi, este de aproximativ 238 de ori greutatea celui mai ușor atom de hidrogen. Substanțe simple, de ex. substanțele formate din atomi de același tip se numesc elemente.

Prin conectarea între ei, atomii formează molecule. Dacă o moleculă este formată din diferite tipuri de atomi, atunci substanța se numește complexă. O moleculă de apă, de exemplu, este formată din doi atomi de hidrogen și un atom de oxigen. La fel ca atomii, moleculele sunt foarte mici. Un exemplu izbitor care indică dimensiunea mică a moleculelor și cât de mare se găsesc un număr dintre ele chiar și într-un volum relativ mic este exemplul dat de fizicianul englez Thomson. Dacă luați un pahar cu apă și etichetați toate moleculele de apă din acest pahar într-un anumit fel, apoi turnați apa în mare și amestecați bine, se va dovedi că indiferent în ce ocean sau mare tragem un pahar. de apă, va conține aproximativ o sută de molecule etichetate noi.

Toate corpurile sunt acumulări ale unui număr foarte mare de molecule sau atomi. În gaze, aceste particule sunt în mișcare haotică, care are o intensitate mai mare cu cât temperatura gazului este mai mare. În lichide, forțele de coeziune dintre moleculele individuale sunt mult mai mari decât în ​​gaze. Prin urmare, deși moleculele lichidului sunt și ele în mișcare, ele nu se mai pot desprinde unele de altele. Solidele sunt formate din atomi. Forțele de atracție dintre atomii unui corp solid sunt semnificativ mai mari nu numai în comparație cu forțele de atracție dintre moleculele de gaz, dar nu și în comparație cu moleculele lichide. Ca urmare, atomii unui corp solid efectuează doar mișcări oscilatorii în jurul unor poziții de echilibru mai mult sau mai puțin constante. Cu cât temperatura corpului este mai mare, cu atât energia cinetică a atomilor și moleculelor este mai mare. De fapt, energia cinetică a atomilor și moleculelor este cea care determină temperatura.

În ceea ce privește presupunerea că atomul este indivizibil, că se presupune că este cea mai mică particulă de materie, această presupunere a fost ulterior respinsă. Fizicienii au acum un punct de vedere comun, și anume că atomul nu este indivizibil, că este format din particule și mai mici de materie. Mai mult, acest punct de vedere al fizicienilor a fost acum confirmat prin experimente. Deci, un atom, la rândul său, este o particulă complexă formată din protoni, neutroni și electroni. Protonii și neutronii formează nucleul unui atom, înconjurat de o înveliș de electroni. Aproape toată masa unui atom este concentrată în nucleul său. Cel mai mic dintre toate nucleele atomice existente - nucleul atomului de hidrogen, format dintr-un singur proton - are o masă de 1.850 de ori mai mare decât masa unui electron. Masele unui proton și ale unui neutron sunt aproximativ egale între ele. Astfel, masa unui atom este determinată de masa nucleului său, sau, cu alte cuvinte, de numărul de protoni și neutroni. Protonii au o sarcină electrică pozitivă, electronii au o sarcină electrică negativă, iar neutronii nu au încărcătură electrică deloc. Prin urmare, sarcina nucleară este întotdeauna pozitivă și egală cu numărul de protoni. Această mărime se numește numărul ordinal al elementului din sistemul periodic al lui D.I. Mendeleev. De obicei, numărul de electroni care formează învelișul este egal cu numărul de protoni și, deoarece sarcina electronilor este negativă, atomul în ansamblu este neutru din punct de vedere electric.

În ciuda faptului că volumul unui atom este foarte mic, nucleul și electronii care îl înconjoară ocupă doar o mică parte din acest volum. Prin urmare, ne putem imagina cât de colosală este densitatea nucleelor ​​atomice. Dacă ar fi posibil să se aranjeze nucleele de hidrogen astfel încât să umple dens un volum de doar 1 centimetru cub, atunci greutatea lor ar fi de aproximativ 100 de milioane de tone.

După ce am subliniat pe scurt câteva prevederi despre structura materiei și am amintit încă o dată că energia chimică este energia acumulată în interiorul moleculelor, putem trece în sfârșit la prezentarea a două considerații importante, promise mai devreme, care dezvăluie mai pe deplin esența energiei chimice.

Spuneam mai sus că energia termică a unui corp constă din energia mișcărilor de translație și rotație a moleculelor și din energia de atracție sau de repulsie dintre ele. Această definiție a energiei termice nu este complet exactă sau, mai bine, nu este complet completă. În cazul în care o moleculă a unei substanțe (lichid sau gaz) este formată din doi sau mai mulți atomi, atunci energia termică trebuie să includă și energia mișcării vibraționale a atomilor din interiorul moleculei. La această concluzie s-a ajuns pe baza următoarelor considerații. Experiența arată că capacitatea termică a aproape tuturor substanțelor crește odată cu creșterea temperaturii. Cu alte cuvinte, cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura a 1 kilogram dintr-o substanță cu 1 °C este, de regulă, mai mare, cu cât temperatura acestei substanțe este mai mare. Majoritatea gazelor urmează această regulă. Ce explică asta? Fizica modernă răspunde la această întrebare după cum urmează: principalul motiv care provoacă o creștere a capacității termice a unui gaz cu creșterea temperaturii este creșterea rapidă a energiei vibraționale a atomilor care alcătuiesc molecula de gaz pe măsură ce temperatura crește. Această explicație este confirmată de faptul că capacitatea termică crește odată cu creșterea temperaturii cu cât molecula de gaz este formată din mai mulți atomi. Capacitatea termică a gazelor monoatomice, adică a gazelor ale căror particule cele mai mici sunt atomi, rămâne în general aproape neschimbată odată cu creșterea temperaturii.

Dar dacă energia mișcării vibraționale a atomilor din interiorul unei molecule se modifică, și chiar destul de semnificativ, atunci când un gaz este încălzit, ceea ce are loc fără modificarea compoziției chimice a acestui gaz, atunci, aparent, această energie nu poate fi considerată energie chimică. Dar cum rămâne cu definiția de mai sus a energiei chimice, conform căreia este energia acumulată în interiorul unei molecule?

Această întrebare este destul de potrivită. Prima precizare trebuie făcută la definiția de mai sus a energiei chimice: energia chimică nu include toată energia acumulată în interiorul moleculei, ci doar acea parte a acesteia care poate fi modificată doar prin transformări chimice.

A doua considerație referitoare la esența energiei chimice este următoarea. Nu toată energia stocată în interiorul unei molecule poate fi eliberată ca rezultat al unei reacții chimice. O parte din energie, și una foarte mare, nu se schimbă în niciun fel ca urmare a procesului chimic. Este energia conținută într-un atom, sau mai precis, în nucleul unui atom. Se numește energie atomică sau nucleară. Strict vorbind, acest lucru nu este surprinzător. Poate că, chiar și pe baza a tot ceea ce s-a spus mai sus, această împrejurare ar fi putut fi prevăzută. Într-adevăr, cu ajutorul oricărei reacții chimice este imposibil să transformi un element în altul, atomii de un fel în atomi de alt fel. În trecut, alchimiștii și-au propus această sarcină, străduindu-se cu orice preț să transforme alte metale, cum ar fi mercurul, în aur. Alchimiștii nu au reușit să obțină succes în această chestiune. Dar dacă, cu ajutorul unei reacții chimice, nu a fost posibilă transformarea unui element în altul, atomi de un fel în atomi de alt fel, atunci aceasta înseamnă că atomii înșiși, sau mai degrabă părțile lor principale - nucleele - rămân. neschimbat în timpul reacției chimice. Prin urmare, nu este posibilă eliberarea energiei foarte mari care se acumulează în nucleele atomilor. Și această energie este într-adevăr foarte mare. În prezent, fizicienii au învățat să elibereze energia nucleară a atomilor de uraniu și a altor elemente. Aceasta înseamnă că acum este posibil să transformați un element în altul. Când atomii de uraniu, luați într-o cantitate de doar 1 gram, sunt separați, se eliberează aproximativ 10 milioane de calorii de căldură. Pentru a obține o asemenea cantitate de căldură, ar fi necesar să arzi aproximativ o tonă și jumătate de cărbune bun. Ne putem imagina ce oportunități mari oferă utilizarea energiei nucleare (atomice).

Deoarece transformarea atomilor de un tip în atomi de alt tip și eliberarea de energie nucleară asociată cu o astfel de transformare nu mai face parte din sarcina chimiei, energia nucleară nu este inclusă în energia chimică a unei substanțe.

Deci, energia chimică a plantelor, care este, parcă, energie solară conservată, poate fi eliberată și utilizată la discreția noastră. Pentru a elibera energia chimică a unei substanțe, transformând-o cel puțin parțial în alte tipuri de energie, este necesar să se organizeze un proces chimic care să aibă ca rezultat producerea unor substanțe a căror energie chimică ar fi mai mică decât energia chimică a substanțe luate inițial. În acest caz, o parte din energia chimică poate fi transformată în căldură, iar aceasta din urmă este utilizată într-o centrală termică cu scopul final de a produce energie electrică.

În legătură cu lemnul de foc - combustibil vegetal - un proces chimic atât de potrivit este procesul de ardere. Cu siguranță cititorul este familiarizat cu el. Prin urmare, ne vom aminti doar pe scurt că arderea sau oxidarea unei substanțe este procesul chimic de combinare a acestei substanțe cu oxigenul. Ca urmare a combinării unei substanțe care arde cu oxigen, se eliberează o cantitate semnificativă de energie chimică - se eliberează căldură. Căldura este eliberată nu numai la arderea lemnului, ci și în timpul oricărui alt proces de ardere sau oxidare. Este bine cunoscut, de exemplu, câtă căldură se eliberează la arderea paielor sau a cărbunelui. În corpul nostru are loc și un proces lent de oxidare și, prin urmare, temperatura din interiorul corpului este puțin mai mare decât temperatura mediului care ne înconjoară de obicei. Ruginirea fierului este, de asemenea, un proces de oxidare. Căldura este eliberată și aici, dar acest proces decurge atât de lent încât practic nu observăm încălzirea.

În prezent, lemnul de foc nu este aproape niciodată folosit în industrie. Pădurile sunt prea importante pentru viața oamenilor pentru a permite arderea lemnului în cuptoarele cazanelor cu abur din fabrici, fabrici și centrale electrice. Și toate resursele forestiere de pe pământ nu ar dura mult dacă ar decide să le folosească în acest scop. În țara noastră se lucrează cu totul diferit: se realizează plantarea masivă de centuri de protecție și păduri pentru îmbunătățirea condițiilor climatice ale zonei.

Totuși, tot ceea ce s-a spus mai sus despre formarea țesuturilor vegetale datorită energiei razelor solare și utilizarea energiei chimice a țesuturilor plantelor pentru a produce căldură este cel mai direct legat de acei combustibili care sunt utilizați pe scară largă în epoca noastră în industrie și, în special , la centrale termice. Astfel de combustibili includ în principal: turbă, cărbune brun și cărbune. Toți acești combustibili sunt produse din descompunerea plantelor moarte, în majoritatea cazurilor fără acces la aer sau cu acces redus la aer. Astfel de condiții pentru moartea părților plantelor sunt create în apă, sub un strat de sedimente de apă. Prin urmare, formarea acestor combustibili a avut loc cel mai adesea în mlaștini, în zone joase inundate frecvent, în râuri și lacuri de mică adâncime sau complet uscate.

Dintre cei trei combustibili enumerați mai sus, turba este cea mai tânără la origine. Conține un număr mare de părți ale plantelor. Calitatea unui anumit combustibil este caracterizată în mare măsură de puterea sa calorică. Puterea calorică, sau puterea calorică, este cantitatea de căldură, măsurată în calorii, care este eliberată atunci când 1 kilogram de combustibil este ars. Dacă am avea la dispoziție turbă uscată care nu conține umiditate, atunci puterea ei calorică ar fi puțin mai mare decât puterea calorică a lemnului de foc: turba uscată are o putere calorică de aproximativ 5.500 de calorii la 1 kilogram, iar lemnul de foc - aproximativ 4.500 extras din mine, de obicei conține destul de multă umiditate și, prin urmare, are o putere calorică mai mică. Utilizarea turbei în centralele rusești a început în 1914, când a fost construită o centrală electrică care poartă numele remarcabilului inginer rus R. E. Klasson, fondatorul unei noi metode de extracție a turbei, așa-numita metodă hidraulică. După Marea Revoluție Socialistă din Octombrie, utilizarea turbei în centralele electrice a devenit larg răspândită. Inginerii ruși au dezvoltat cele mai raționale metode de extragere și ardere a acestui combustibil ieftin, ale cărui zăcăminte în Rusia sunt foarte semnificative, la fel ca și producția de conducte de aer.

Un produs mai vechi al descompunerii țesuturilor plantelor decât turba este așa-numitul cărbune brun. Cu toate acestea, cărbunele brun conține încă celule și părți ale plantelor. Cărbunele brun uscat cu un conținut scăzut de impurități incombustibile - cenușă - are o putere calorică de peste 6.000 de calorii la 1 kilogram, adică chiar mai mare decât lemnul de foc și turba uscată. În realitate, cărbunele brun este un combustibil cu o putere calorică mult mai mică datorită conținutului semnificativ de umiditate și, adesea, conținutului ridicat de cenușă. În prezent, cărbunele brun este unul dintre cei mai des utilizați combustibili din lume. Depozitele sale în țara noastră sunt foarte mari.

În ceea ce privește combustibilii atât de valoroși precum petrolul și gazele naturale, ei nu sunt aproape niciodată utilizați. După cum sa menționat deja, în țara noastră utilizarea rezervelor de combustibil se realizează ținând cont de interesele tuturor industriilor, planificate și economice. Spre deosebire de țările occidentale, în Rusia centralele electrice ard în principal combustibili de calitate scăzută, care sunt de puțin folos în alte scopuri. În același timp, centralele electrice, de regulă, sunt construite în zonele în care se produce combustibil, ceea ce împiedică transportul pe distanțe lungi. Inginerii energetici sovietici au trebuit să muncească din greu pentru a construi astfel de dispozitive pentru arderea combustibilului - focare - care să permită utilizarea combustibilului umed de calitate scăzută.

Shtanko T.Yu. nr. 221-987-502

Subiect: Compoziția chimică a celulei. Carbohidrații, lipidele, rolul lor în activitatea celulară .

Glosarul lecției: monozaharide, oligozaharide, polizaharide, lipide, ceară, fosfolipide.

Rezultate personale: formarea intereselor cognitive și a motivelor pentru studierea naturii vii. Dezvoltarea abilităților intelectuale și a abilităților creative.

Rezultate meta-subiect: formarea deprinderilor de a compara, de a trage concluzii, de a raționa, de a formula definiții ale conceptelor.

Rezultatele subiectului: caracterizează caracteristicile structurale și funcțiile carbohidraților și lipidelor,rolul lor în viața celulară.

UUD: construirea unui lanț logic de raționament, comparație, corelare a conceptelor.

Obiectivul lecției: introducerea elevilor în structura, clasificarea și funcțiile carbohidraților, diversitatea și funcțiile lipidelor.

Progresul lecției: testul de cunoștințe

Descrieți compoziția chimică a celulei.

De ce putem spune că compoziția chimică a unei celule este o confirmare a unității naturii vii și a comunității naturii vii și nevii?

De ce se crede că carbonul este baza chimică a vieții?

Alegeți succesiunea corectă de elemente chimice în ordinea crescătoare a concentrației lor în celulă:

a) iod-carbon-sulf; b) fier-cupru-potasiu;

c) fosfor-magneziu-zinc; d) fluor-clor-oxigen.

Deficiența cărui element poate provoca modificări ale formei membrelor la copii?

a) fier de călcat; b) potasiu; c) magneziu; d) calciu.

Descrieți structura moleculei de apă și funcțiile acesteia în celulă.

Apa este un solvent. Moleculele polare de apă dizolvă moleculele polare ale altor substanțe. Substanțele solubile în apă se numeschidrofil , insolubil în apă– hidrofob .

Capacitate termică specifică mare. Ruperea legăturilor de hidrogen care țin împreună moleculele de apă necesită absorbția unei cantități mari de energie. Această proprietate a apei asigură menținerea echilibrului termic în organism.

Conductivitate termică.

Apa practic nu se comprimă, oferind presiune de turgescență.

Coeziune și tensiune superficială. Legăturile de hidrogen asigură vâscozitatea apei și aderența la moleculele altor substanțe. Datorită forțelor de aderență, pe suprafața apei se formează o peliculă, care se caracterizează prin tensiune superficială.

Poate fi în trei stări.

Densitate. Când este răcită, mișcarea moleculelor de apă încetinește. Numărul de legături de hidrogen devine maxim. Apa are cea mai mare densitate la 4 grade. Când apa îngheață, se extinde (este nevoie de spațiu pentru a forma legături de hidrogen), densitatea ei scade, așa că gheața plutește la suprafața apei.

Selectați funcțiile apei în cușcă:

a) energie d) construcție

b) enzimatic e) lubrifiant

c) transport e) termoreglatoare

Selectați numai proprietățile fizice ale apei:

a) capacitatea de a se disocia

b) hidroliza sărurilor

c) densitate

d) conductivitate termică

e) conductivitate electrică

e) donarea de electroni

Cantitatea de apă din celulele embrionului este de 97,55%; opt luni - 83%; nou-născut - 74%; adult - 66% (oase - 20%, ficat - 70%, creier -86%). Cantitatea de apă este direct proporțională cu rata metabolică.

Spuneți-ne cum se determină aciditatea sau bazicitatea soluțiilor? (concentrația ionilor de H)

Cum se exprimă această concentrare? (Această concentrație este exprimată folosind valoarea pH-ului)

pH de reacție neutră = 7

pH acid mai mic de 7

pH bazic mai mare de 7

Gradul de pH până la 14

Valoarea pH-ului în celule este 7. O modificare de 1-2 unități este dăunătoare celulei.

Cum se menține constanta pH-ului în celule (menținută datorită proprietăților de tamponare ale conținutului lor).

Tampon O soluție care conține un amestec de acid slab și sarea sa solubilă se numește soluție. Când aciditatea (concentrația ionilor de H) crește, anionii liberi, care provin din sare, se combină ușor cu ionii de H liberi și îi îndepărtează din soluție. Când aciditatea scade, ioni H suplimentari sunt eliberați.

Fiind componente ale sistemelor tampon ale organismului, ionii determină proprietățile acestora - capacitatea de a menține pH-ul la un anumit nivel (aproape de neutru), în ciuda faptului că, în urma metabolismului, se formează produse acide și alcaline.

Spune-ne ce este homeostazia?

Învățarea de materiale noi.

Distribuiți substanțele prezentate în grupuri. Explicați ce principiu de distribuție ați folosit?

Riboză, hemoglobină, chitină, celuloză, albumină, colesterol, mureină, glucoză, fibrină, testosteron, amidon, glicogen, zaharoză

Carbohidrați

Lipide (grasimi)

Veverițe

riboza

colesterolul

hemoglobină

chitină

testosteron

albumină

celuloză

fibrina

murein

glucoză

amidon

glicogen

zaharoza

Astăzi vom vorbi despre carbohidrați și lipide

Formula generală a carbohidraților C (HO) Glucoză CH H O

Priviți carbohidrații pe care i-ați identificat și încercați să îi separați în 3 grupe. Explicați ce principiu de distribuție ați folosit?

Monozaharide

dizaharide

Polizaharide

riboza

zaharoza

chitină

glucoză

celuloză

murein

amidon

glicogen

Cum sunt ele diferite? Dați conceptul de polimer.

Lucrul cu desene:

(Pagina 3-9) Fig.8 Fig.9 Fig.10

Funcțiile carbohidraților

Valorile carbohidraților dintr-o celulă

Funcții

Defalcarea enzimatică a unei molecule de carbohidrați eliberează 17,5 kJ

energie

Când sunt în exces, carbohidrații se găsesc în celulă sub formă de amidon și glicogen. Descompunerea crescută a carbohidraților are loc în timpul germinării semințelor, a postului prelungit și a muncii musculare intense.

depozitarea

Carbohidrații fac parte din pereții celulari, formează învelișul chitinos al artropodelor, împiedică pătrunderea bacteriilor și sunt eliberați atunci când plantele sunt deteriorate.

de protecţie

Celuloza, chitina, mureina fac parte din pereții celulari. Chitina formează învelișul artropodelor

constructii, plastic

Participa la procesele de recunoastere celulara, percepe semnale din mediu, facand parte din glicoproteine

receptor, semnalizare

Lipidele sunt substanțe asemănătoare grăsimilor.

Moleculele lor sunt nepolare, hidrofobe și solubile în solvenți organici.

Pe baza structurii lor, ele sunt împărțite în simple și complexe.

Simplu: lipide neutre (grăsimi), ceară, steroli, steroizi.

lipidele neutre (grăsimi) constau din: vezi Fig. 11

Lipidele complexe conțin o componentă non-lipidică. Cele mai importante: fosfolipide, glicolipide (în membranele celulare)

Funcțiile lipidelor

Meci:

Funcție Descriere Nume

1) fac parte din membranele celulare A) energie

2) la oxidare 1g. Se eliberează 38,9 kJ de grăsime B) sursă de apă

3) depuse în celulele vegetale și animale B) reglatoare

4) țesutul adipos subcutanat protejează organele de hipotermie și șoc. D) depozitarea

5) unele dintre lipide sunt hormoni D) construcție

6) când 1 g de grăsime este oxidat, se eliberează mai mult de 1 g de apă E) protectoare

Fixare:

întrebări p. 37 Nr. 1 - 3; p.39 Nr. 1 - 4.

D/Z: §9; §10

Caracteristicile compoziției chimice a celulei

1. Ce este un element chimic?
2. Câte elemente chimice sunt cunoscute în prezent?
3. Ce substanțe se numesc anorganice?
4. Ce compuși se numesc organic?
5. Ce legături chimice se numesc covalente?

Aproximativ 2% din masa celulei este reprezentată de următoarele opt elemente: potasiu, sodiu, calciu, clor, magneziu, fier, fosfor și sulf. Elementele chimice rămase sunt conținute în celulă în cantități extrem de mici.

Elementele chimice ale celulei

Nu există un singur element chimic în organismele vii care să nu se găsească în corpurile naturii neînsuflețite (ceea ce indică caracterul comun dintre natura vie și cea neînsuflețită).
Celulele diferite includ aproape aceleași elemente chimice (ceea ce demonstrează unitatea naturii vii); și, în același timp, chiar și celulele unui organism multicelular, care îndeplinesc funcții diferite, pot diferi semnificativ unele de altele în compoziția chimică.
Din cele peste 115 de elemente cunoscute în prezent, aproximativ 80 au fost găsite în celulă.

Toate elementele, în funcție de conținutul lor în organismele vii, sunt împărțite în trei grupuri:

1. macronutrienți- al carui continut depaseste 0,001% din greutatea corporala.
   98% din masa oricărei celule provine din patru elemente (uneori numite organogeni): - oxigen (O) - 75%, carbon (C) - 15%, hidrogen (H) - 8%, azot (N) - 3%. Aceste elemente formează baza compușilor organici (și oxigenul și hidrogenul, în plus, fac parte din apa, care este, de asemenea, conținută în celulă). Aproximativ 2% din masa celulară reprezintă alte opt macronutrienți: magneziu (Mg), sodiu (Na), calciu (Ca), fier (Fe), potasiu (K), fosfor (P), clor (Cl), sulf (S);
2. Elementele chimice rămase sunt conținute în celulă în cantități foarte mici: microelemente- cele a căror pondere este de la 0,000001% la 0,001% - bor (B), nichel (Ni), cobalt (Co), cupru (Cu), molibden (Mb), zinc (Zn) etc.;
3. ultramicroelemente- al cărui conținut nu depășește 0,000001% - uraniu (U), radiu (Ra), aur (Au), mercur (Hg), plumb (Pb), cesiu (Cs), seleniu (Se) etc.

Organismele vii sunt capabile să acumuleze anumite elemente chimice. De exemplu, unele alge acumulează iod, rană - litiu, linte de rață - radiu etc.

Substanțe chimice celulare

Elementele sub formă de atomi fac parte din molecule anorganicŞi organic conexiuni celulare.

LA compuși anorganici includ apă și săruri minerale.

Compuși organici sunt caracteristice doar organismelor vii, în timp ce cele anorganice există și în natura neînsuflețită.

LA compuși organici Acestea includ compuși de carbon cu o greutate moleculară cuprinsă între 100 și câteva sute de mii.
Carbonul este baza chimică a vieții. Poate interacționa cu mulți atomi și grupurile acestora, formând lanțuri și inele care alcătuiesc scheletul moleculelor organice de diferite compoziții chimice, structură, lungime și formă. Ele formează compuși chimici complecși care diferă ca structură și funcție. Acești compuși organici care formează celulele organismelor vii se numesc polimeri biologici, sau biopolimeri. Ele reprezintă mai mult de 97% din materia uscată a celulei.