1. Apakah unsur kimia?
Jawab. Unsur kimia ialah himpunan atom dengan cas nuklear yang sama dan bilangan proton yang sepadan dengan nombor bersiri (atom) dalam jadual berkala. Setiap unsur kimia mempunyai nama dan simbol sendiri, yang diberikan dalam Jadual Berkala Unsur oleh Dmitry Ivanovich Mendeleev
2. Berapakah bilangan unsur kimia yang diketahui pada masa ini?
Jawab. Kira-kira 90 unsur kimia telah dikenal pasti dalam alam semula jadi. Mengapa begitu banyak? Kerana antara unsur dengan nombor bersiri kurang daripada 92 (sebelum uranium), teknetium (43) dan fransium (87) tidak wujud dalam alam semula jadi. Hampir tiada astatin (85) Sebaliknya, kedua-dua neptunium (93) dan plutonium (94) (unsur transuranium tidak stabil) ditemui di alam semula jadi di mana bijih uranium berlaku. Semua unsur yang mengikuti plutonium Pu dalam jadual berkala D.I. Mendeleev tidak ada sama sekali dalam kerak bumi, walaupun sebahagian daripadanya sudah pasti terbentuk di angkasa semasa letupan supernova. Tetapi mereka tidak hidup lama ...
Sehingga kini, saintis telah mensintesis 26 unsur transuranik, bermula dengan neptunium (N=93) dan berakhir dengan nombor unsur N=118 (nombor unsur sepadan dengan bilangan proton dalam nukleus atom dan bilangan elektron di sekeliling nukleus atom) .
Unsur kimia transuranium 93 hingga 100 dihasilkan dalam reaktor nuklear, dan selebihnya diperoleh hasil daripada tindak balas nuklear dalam pemecut zarah.
3. Apakah bahan yang dipanggil bukan organik?
Jawab. Bahan tak organik (sebatian tak organik) ialah sebatian kimia yang tidak organik, iaitu tidak mengandungi karbon, serta beberapa sebatian yang mengandungi karbon (karbida, sianida, karbonat, karbon oksida dan beberapa bahan lain yang secara tradisinya dikelaskan sebagai tak organik). Bahan bukan organik tidak mempunyai ciri rangka karbon bahan organik.
4. Apakah sebatian yang dipanggil organik?
Jawab. Sebatian organik, bahan organik - kelas sebatian kimia yang mengandungi karbon (kecuali karbida, asid karbonik, karbonat, karbon oksida dan sianida). Sebatian organik, sebagai tambahan kepada karbon, paling kerap mengandungi unsur hidrogen, oksigen, nitrogen, dan lebih jarang - sulfur, fosforus, halogen dan beberapa logam (secara berasingan atau dalam pelbagai kombinasi).
5. Apakah ikatan kimia yang dipanggil kovalen?
Jawab. Ikatan kovalen (ikatan atom, ikatan homeopolar) ialah ikatan kimia yang terbentuk oleh pertindihan (perkongsian) sepasang awan elektron valens. Awan elektron (elektron) yang menyediakan komunikasi dipanggil pasangan elektron biasa.
Ciri ciri ikatan kovalen - arah, ketepuan, kekutuban, kebolehpolaran - menentukan sifat kimia dan fizikal sebatian.
Arah sambungan ditentukan oleh struktur molekul bahan dan bentuk geometri molekulnya. Sudut antara dua ikatan dipanggil sudut ikatan.
Ketepuan ialah keupayaan atom untuk membentuk bilangan ikatan kovalen yang terhad. Bilangan ikatan yang terbentuk oleh atom dihadkan oleh bilangan orbital atom luarnya.
Kekutuban ikatan adalah disebabkan oleh pengagihan ketumpatan elektron yang tidak sekata disebabkan oleh perbezaan keelektronegatifan atom. Atas dasar ini, ikatan kovalen dibahagikan kepada non-polar dan polar.
Kebolehpolaran ikatan dinyatakan dalam anjakan elektron ikatan di bawah pengaruh medan elektrik luar, termasuk zarah bertindak balas yang lain. Kebolehpolaran ditentukan oleh mobiliti elektron. Kekutuban dan kebolehpolaran ikatan kovalen menentukan kereaktifan molekul terhadap reagen kutub.
Soalan selepas §6
1. Mengapakah boleh dikatakan bahawa komposisi kimia sel adalah pengesahan kesatuan alam hidup dan komuniti alam hidup dan tidak hidup?
Jawab. Unsur kimia sel. Komposisi kimia sel organisma yang berbeza dan juga sel yang menjalankan fungsi yang berbeza dalam satu organisma multisel boleh berbeza dengan ketara antara satu sama lain. Pada masa yang sama, sel yang berbeza mengandungi unsur kimia yang hampir sama. Persamaan komposisi kimia asas sel-sel organisma yang berbeza membuktikan kesatuan alam semula jadi. Pada masa yang sama, tidak ada satu pun unsur kimia yang terkandung dalam organisma hidup yang tidak akan ditemui dalam badan alam yang tidak bernyawa. Ini menunjukkan kesamaan alam yang hidup dan tidak bernyawa.
2. Apakah unsur yang dianggap makronutrien?
Jawab. Macroelements ialah unsur kimia yang terkandung dalam badan organisma hidup dalam kepekatan dari 0.001% hingga 70%. Makroelemen termasuk: oksigen, hidrogen, karbon, nitrogen, fosforus, kalium, kalsium, sulfur, magnesium, natrium, klorin, besi, dll.
3. Apakah perbezaan antara unsur mikro dan unsur ultramikro?
Jawab. Perbezaan utama adalah dalam peratusan: untuk unsur makro ia lebih daripada 0.01%, untuk unsur mikro ia kurang daripada 0.001%. Ultramikroelemen terkandung dalam jumlah yang lebih kecil - kurang daripada 0.0000001%. Ultramikroelemen termasuk emas, perak, merkuri, platinum, sesium, dan selenium. Fungsi ultramikroelemen pada masa ini kurang difahami. Unsur mikro termasuk bromin, besi, iodin, kobalt, mangan, tembaga, molibdenum, selenium, fluorin, kromium, zink. Semakin rendah kepekatan bahan dalam badan, semakin sukar untuk menentukan peranan biologinya.
4. Mengapakah karbon dipercayai sebagai asas kimia kehidupan?
Jawab. Karbon mempunyai sifat kimia yang unik asas kepada kehidupan. Gabungan sifat-sifat atom - saiz dan bilangan elektron tidak berpasangan di orbital luar - membolehkan pembentukan pelbagai sebatian organik. Ia boleh berinteraksi dengan banyak atom dan kumpulannya, membentuk rantai, cincin yang membentuk rangka organik sebatian yang berbeza komposisi kimia, struktur, panjang dan bentuk molekul. Mereka membentuk sebatian kimia kompleks yang berbeza dalam struktur dan fungsi.
Mengapa kita boleh makan haiwan, kulat dan tumbuh-tumbuhan, dan bakteria dan haiwan lain, seterusnya, boleh memakan badan kita, menyebabkan penyakit dan patologi? Apakah bahan organik dan bukan organik yang diperlukan oleh seseorang untuk kesejahteraan normal? Tanpa unsur kimia manakah kehidupan di Bumi boleh wujud? Apakah yang berlaku semasa keracunan logam berat? Daripada pelajaran ini anda akan belajar tentang unsur kimia yang merupakan sebahagian daripada organisma hidup, bagaimana ia diedarkan dalam badan haiwan dan tumbuhan, bagaimana lebihan atau kekurangan bahan kimia boleh menjejaskan kehidupan makhluk yang berbeza, mengetahui butiran tentang mikro dan makroelemen dan peranannya dalam hidupan liar.
Topik: Asas sitologi
Pelajaran: Ciri-ciri komposisi kimia sel
1. Komposisi kimia sel
Sel-sel organisma hidup terdiri daripada pelbagai unsur kimia.
Atom unsur-unsur ini membentuk dua kelas sebatian kimia: tak organik dan organik (lihat Rajah 1).
nasi. 1. Pembahagian bersyarat bagi bahan kimia yang membentuk organisma hidup
Daripada 118 unsur kimia yang diketahui, sel hidup semestinya mengandungi 24 unsur. Unsur-unsur ini membentuk sebatian mudah larut dengan air. Mereka juga terdapat dalam objek alam semula jadi tidak bernyawa, tetapi nisbah unsur-unsur ini dalam bahan hidup dan tidak bernyawa berbeza (Rajah 2).
nasi. 2. Kandungan relatif unsur kimia dalam kerak bumi dan badan manusia
Dalam alam tidak bernyawa unsur-unsur utama ialah oksigen, silikon, aluminium Dan natrium.
Dalam organisma hidup unsur-unsur utama ialah hidrogen, oksigen, karbon Dan nitrogen. Selain itu, terdapat dua lagi elemen penting bagi organisma hidup iaitu: fosforus Dan sulfur.
6 elemen ini iaitu. karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen, fosforus Dan sulfur (C, H, N, O, P, S) , dipanggil organogenik, atau nutrien, kerana mereka adalah yang membentuk sebatian organik, dan unsur-unsur oksigen Dan hidrogen, di samping itu, mereka membentuk molekul air. Sebatian unsur biogenik menyumbang 98% daripada jisim mana-mana sel.
2. Enam unsur kimia asas untuk organisma hidup
Keupayaan tersendiri yang paling penting bagi unsur-unsur C, H, N, O ialah ia membentuk ikatan kovalen yang kuat, dan daripada semua atom yang membentuk ikatan kovalen, ia adalah yang paling ringan. Di samping itu, karbon, nitrogen dan oksigen membentuk ikatan tunggal dan berganda, yang mana ia boleh memberikan pelbagai jenis sebatian kimia. Atom karbon juga mampu membentuk ikatan rangkap tiga dengan kedua-dua atom karbon lain dan atom nitrogen - dalam asid hidrosianik ikatan antara karbon dan nitrogen adalah tiga kali ganda (Rajah 3)
Rajah 3. Formula struktur hidrogen sianida - asid hidrosianik
Ini menerangkan kepelbagaian sebatian karbon dalam alam semula jadi. Di samping itu, ikatan valens membentuk tetrahedron di sekeliling atom karbon (Rajah 4), kerana jenis molekul organik yang berbeza mempunyai struktur tiga dimensi yang berbeza.
nasi. 4. Bentuk tetrahedral bagi molekul metana. Di tengahnya terdapat atom karbon jingga, dikelilingi oleh empat atom hidrogen biru membentuk bucu tetrahedron.
Hanya karbon boleh mencipta molekul yang stabil dengan pelbagai konfigurasi dan saiz serta pelbagai kumpulan berfungsi (Rajah 5).
Rajah 5. Contoh formula struktur pelbagai sebatian karbon.
Kira-kira 2% daripada jisim sel diambil kira oleh unsur-unsur berikut: kalium, natrium, kalsium, klorin, magnesium, besi. Unsur kimia yang tinggal terkandung dalam sel dalam kuantiti yang lebih kecil.
Oleh itu, semua unsur kimia, mengikut kandungannya dalam organisma hidup, dibahagikan kepada tiga kumpulan besar.
3. Unsur mikro, makro dan ultramikro dalam organisma hidup
Elemen, jumlahnya sehingga 10-2% daripada berat badan, adalah makronutrien.
Unsur-unsur yang bahagiannya adalah dari 10-2 hingga 10-6 - unsur mikro.
nasi. 6. Unsur kimia dalam organisma hidup
Saintis Rusia dan Ukraine V. I. Vernadsky membuktikan bahawa semua organisma hidup mampu menyerap (menyerap) unsur-unsur daripada persekitaran luaran dan mengumpul (menumpu)nya dalam organ dan tisu tertentu. Sebagai contoh, sejumlah besar unsur surih terkumpul di hati, tulang dan tisu otot.
4. Perkaitan unsur mikro untuk organ dan tisu tertentu
Unsur individu mempunyai pertalian untuk organ dan tisu tertentu. Contohnya, kalsium terkumpul dalam tulang dan gigi. Terdapat banyak zink dalam pankreas. Terdapat banyak molibdenum dalam buah pinggang. Barium dalam retina. Iodin dalam kelenjar tiroid. Terdapat banyak mangan, bromin dan kromium dalam kelenjar pituitari (lihat jadual "Pengumpulan unsur kimia dalam organ dalaman manusia").
Untuk fungsi normal proses penting, nisbah ketat unsur kimia dalam badan diperlukan. Jika tidak, keracunan teruk berlaku disebabkan oleh kekurangan atau lebihan unsur biofilik.
5. Organisma yang secara selektif mengumpul unsur mikro
Sesetengah organisma hidup boleh menjadi penunjuk keadaan persekitaran kimia disebabkan oleh fakta bahawa mereka secara selektif mengumpul unsur kimia tertentu dalam organ dan tisu (Rajah 7, 8).
nasi. 7. Haiwan yang mengumpul unsur kimia tertentu dalam badannya. Dari kiri ke kanan: sinar (kalsium dan strontium), rhizopod (barium dan kalsium), ascidians (vanadium)
nasi. 8. Tumbuhan yang mengumpul unsur kimia tertentu dalam badan. Dari kiri ke kanan: rumpai laut (iodin), buttercup (lithium), duckweed (radium)
6. Bahan yang membentuk organisma
Sebatian kimia dalam organisma hidup
Unsur kimia membentuk bahan bukan organik dan organik (lihat rajah "Bahan yang membentuk organisma hidup").
Bahan bukan organik dalam organisma: air dan mineral (ion garam; kation: kalium, natrium, kalsium dan magnesium; anion: klorin, anion sulfat, anion bikarbonat).
Bahan organik: monomer (monosakarida, asid amino, nukleotida, asid lemak dan lipid) dan polimer (polisakarida, protein, asid nukleik).
Daripada bahan bukan organik, sel mengandungi paling banyak air(dari 40 hingga 95%), antara sebatian organik dalam sel haiwan mendominasi tupai(10-20%), dan dalam sel tumbuhan - polisakarida (dinding sel terdiri daripada selulosa, dan nutrien rizab utama tumbuhan adalah kanji).
Oleh itu, kita telah melihat unsur kimia asas yang membentuk organisma hidup dan sebatian yang boleh terbentuk (lihat Skim 1).
Kepentingan nutrien
Mari kita pertimbangkan kepentingan nutrien untuk organisma hidup (Rajah 9).
unsur karbon(karbon) adalah sebahagian daripada semua bahan organik, asasnya ialah rangka karbon. unsur oksigen(oksigen) adalah sebahagian daripada air dan bahan organik. unsur hidrogen(hidrogen) juga merupakan sebahagian daripada semua bahan organik dan air. Nitrogen(nitrogen) ialah sebahagian daripada protein, asid nukleik dan monomernya (asid amino dan nukleotida). Sulfur(sulfur) adalah sebahagian daripada asid amino yang mengandungi sulfur dan berfungsi sebagai agen pemindahan tenaga. Fosforus adalah sebahagian daripada ATP, nukleotida dan asid nukleik, garam fosforus mineral adalah komponen enamel gigi, tulang dan tisu rawan.
Aspek ekologi tindakan bahan bukan organik
Masalah perlindungan alam sekitar terutamanya berkaitan dengan pencegahan pencemaran alam sekitar oleh pelbagai bahan bukan organik. Bahan pencemar utama ialah logam berat, yang terkumpul di dalam tanah dan perairan semula jadi.
Bahan pencemar udara utama ialah oksida sulfur dan nitrogen.
Hasil daripada perkembangan pesat teknologi, jumlah logam yang digunakan dalam pengeluaran telah meningkat dengan banyaknya. logam memasuki tubuh manusia, diserap ke dalam darah, dan kemudian terkumpul dalam organ dan tisu: hati, buah pinggang, tulang dan tisu otot. Logam dikeluarkan dari badan melalui kulit, buah pinggang dan usus. Ion logam yang merupakan antara yang paling toksik (lihat senarai "Ion paling toksik", Rajah 10): merkuri, uranium, kadmium, talium Dan arsenik, menyebabkan keracunan kronik akut.
Kumpulan logam sederhana toksik juga banyak (Rajah 11), ini termasuk mangan, kromium, osmium, strontium Dan antimoni. Unsur-unsur ini boleh menyebabkan keracunan kronik dengan manifestasi klinikal yang agak teruk, tetapi jarang membawa maut.
Logam toksik yang rendah tidak mempunyai selektiviti yang ketara. Aerosol logam bertoksik rendah, contohnya, logam alkali dan alkali tanah, boleh menyebabkan perubahan pada paru-paru.
Kerja rumah
1. Apakah unsur kimia yang termasuk dalam organisma hidup?
2. Kumpulan apakah, bergantung kepada jumlah unsur dalam jirim hidup, unsur kimia dibahagikan kepada?
3. Namakan unsur-unsur organogenik dan berikan mereka penerangan umum.
4. Apakah unsur kimia yang dianggap unsur makro?
5. Apakah unsur kimia yang dianggap unsur mikro?
6. Apakah unsur kimia yang dianggap sebagai unsur ultramikro?
7. Bincangkan dengan rakan dan keluarga bagaimana sifat kimia unsur kimia berkaitan dengan peranannya dalam organisma hidup.
1. Ahli alkimia.
2. Wikipedia.
3. Ahli alkimia.
4. Portal Internet Liveinternet. ru.
Bibliografi
1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Biologi am 10-11 gred Bustard, 2005.
2. Biologi. Darjah 10. Biologi am. Tahap asas / P. V. Izhevsky, O. A. Kornilova, T. E. Loshchilina dan lain-lain - ed. ke-2, disemak. - Ventana-Graf, 2010. - 224 ms.
3. Belyaev D.K. Biologi gred 10-11. Biologi am. Tahap asas. - ed. ke-11, stereotaip. - M.: Pendidikan, 2012. - 304 p.
4. Biologi darjah 11. Biologi am. Tahap profil / V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin dan lain-lain - ed. ke-5, stereotaip. - Bustard, 2010. - 388 p.
5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biologi gred 10-11. Biologi am. Tahap asas. - ed. ke-6, tambah. - Bustard, 2010. - 384 p.
meja Mendeleev
Pada abad yang lalu, kayu api adalah bahan bakar utama. Malah pada hari ini, kayu sebagai bahan api masih sangat penting, terutamanya untuk memanaskan bangunan di kawasan luar bandar. Apabila membakar kayu di dalam dapur, sukar untuk membayangkan bahawa kita pada dasarnya menggunakan tenaga yang diterima dari Matahari, yang terletak pada jarak kira-kira 150 juta kilometer dari Bumi. Namun begitu, ini betul-betul berlaku.
Bagaimanakah tenaga suria akhirnya terkumpul di dalam kayu api? Mengapakah kita boleh mengatakan bahawa dengan membakar kayu kita menggunakan tenaga yang diterima daripada Matahari?
Jawapan yang jelas kepada soalan yang dikemukakan telah diberikan oleh saintis Rusia yang cemerlang K. A. Timiryazev. Ternyata pembangunan hampir semua tumbuhan mungkin hanya di bawah pengaruh cahaya matahari. Kehidupan sebahagian besar tumbuhan, dari rumput kecil hingga kayu putih yang berkuasa, mencapai ketinggian 150 meter dan lilitan batang 30 meter, adalah berdasarkan persepsi cahaya matahari. Daun hijau tumbuhan mengandungi bahan khas - klorofil. Bahan ini memberikan tumbuhan sifat penting: menyerap tenaga cahaya matahari, menggunakan tenaga ini untuk menguraikan karbon dioksida, yang merupakan sebatian karbon dan oksigen, kepada bahagian komponennya, iaitu karbon dan oksigen, dan membentuk bahan organik dalam tisu mereka, dari mana Ini adalah tisu tumbuhan sebenarnya terdiri daripada. Tanpa keterlaluan, sifat tumbuhan ini boleh dipanggil luar biasa, kerana terima kasih kepadanya, tumbuh-tumbuhan dapat menukar bahan-bahan bukan organik menjadi bahan organik. Di samping itu, tumbuhan menyerap karbon dioksida dari udara, yang merupakan hasil daripada aktiviti makhluk hidup, industri dan aktiviti gunung berapi, dan memenuhi udara dengan oksigen, tanpanya, seperti yang kita ketahui, proses pernafasan dan pembakaran adalah mustahil. Itulah sebabnya, dengan cara itu, ruang hijau diperlukan untuk kehidupan manusia.
Adalah mudah untuk mengesahkan bahawa daun tumbuhan menyerap karbon dioksida dan memisahkannya menjadi karbon dan oksigen menggunakan eksperimen yang sangat mudah. Mari kita bayangkan bahawa dalam tabung uji terdapat air dengan karbon dioksida terlarut di dalamnya dan daun hijau beberapa pokok atau rumput. Air yang mengandungi karbon dioksida sangat meluas: pada hari yang panas, air inilah yang dipanggil air berkarbonat, yang sangat menyenangkan untuk menghilangkan dahaga.
Marilah kita kembali, bagaimanapun, kepada pengalaman kita. Selepas beberapa lama, anda dapat melihat gelembung kecil pada daun, yang, apabila ia terbentuk, naik dan terkumpul di bahagian atas tabung uji. Jika gas yang diperoleh daripada daun ini dikumpulkan dalam bekas yang berasingan dan kemudian serpihan yang sedikit membara dimasukkan ke dalamnya, ia akan terbakar. Berdasarkan ciri ini, serta beberapa yang lain, dapat dipastikan bahawa kita berurusan dengan oksigen. Bagi karbon, ia diserap oleh daun dan bahan organik terbentuk daripadanya - tisu tumbuhan, tenaga kimia yang mana, yang merupakan tenaga ditukar sinar matahari, dilepaskan semasa pembakaran dalam bentuk haba.
Dalam kisah kami, yang semestinya menyentuh pelbagai cabang sains semula jadi, kami menemui satu lagi konsep baharu: tenaga kimia. Ia adalah perlu untuk sekurang-kurangnya menerangkan secara ringkas apa itu. Tenaga kimia bahan (khususnya kayu api) mempunyai banyak persamaan dengan tenaga haba. Tenaga terma, seperti yang diingati oleh pembaca, terdiri daripada tenaga kinetik dan potensi zarah terkecil badan: molekul dan atom. Tenaga haba suatu jasad ditakrifkan sebagai jumlah tenaga pergerakan translasi dan putaran molekul dan atom badan tertentu dan tenaga tarikan atau tolakan di antara mereka. Tenaga kimia badan, tidak seperti tenaga haba, terdiri daripada tenaga terkumpul di dalam molekul. Tenaga ini hanya boleh dibebaskan melalui transformasi kimia, tindak balas kimia di mana satu atau lebih bahan ditukar kepada bahan lain.
Untuk ini adalah perlu untuk menambah dua penjelasan penting. Tetapi pertama-tama kita perlu mengingatkan pembaca tentang beberapa peruntukan mengenai struktur jirim. Untuk masa yang lama, saintis menganggap bahawa semua badan terdiri daripada zarah-zarah kecil dan tidak boleh dibahagikan lagi - atom. Diterjemahkan daripada bahasa Yunani, perkataan "atom" bermaksud tidak boleh dibahagikan. Pada bahagian pertamanya, andaian ini telah disahkan: semua badan benar-benar terdiri daripada atom, dan saiz yang terakhir ini sangat kecil. Berat atom hidrogen, sebagai contoh, ialah 0.000 000 000 000 000 000 000 0017 gram. Saiz atom sangat kecil sehingga tidak dapat dilihat walaupun dengan mikroskop yang paling berkuasa. Sekiranya mungkin untuk menyusun atom dengan cara yang sama seperti kita menuangkan kacang ke dalam gelas, i.e. menyentuhnya antara satu sama lain, maka kira-kira 10,000,000,000,000,000,000,000 atom akan muat dalam isipadu yang sangat kecil iaitu 1 milimeter padu.
Secara keseluruhan, kira-kira seratus jenis atom diketahui. Berat atom uranium, salah satu atom terberat, adalah kira-kira 238 kali berat atom hidrogen paling ringan. Bahan mudah, i.e. bahan yang terdiri daripada atom daripada jenis yang sama dipanggil unsur.
Dengan bersambung antara satu sama lain, atom membentuk molekul. Jika molekul terdiri daripada pelbagai jenis atom, maka bahan itu dipanggil kompleks. Molekul air, sebagai contoh, terdiri daripada dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Seperti atom, molekul sangat kecil. Contoh yang menarik yang menunjukkan saiz molekul yang kecil dan berapa besar bilangan molekul yang ditemui walaupun dalam jumlah yang agak kecil adalah contoh yang diberikan oleh ahli fizik Inggeris Thomson. Jika anda mengambil segelas air dan melabel semua molekul air dalam gelas ini dengan cara tertentu, dan kemudian tuangkan air ke dalam laut dan kacau dengan teliti, ternyata tidak kira di lautan atau laut mana kita menarik gelas. air, ia akan mengandungi kira-kira seratus molekul berlabel kita.
Semua jasad adalah pengumpulan sejumlah besar molekul atau atom. Dalam gas, zarah-zarah ini berada dalam gerakan huru-hara, yang mempunyai keamatan yang lebih besar semakin tinggi suhu gas. Dalam cecair, daya kohesi antara molekul individu adalah lebih besar daripada dalam gas. Oleh itu, walaupun molekul cecair juga bergerak, mereka tidak lagi boleh berpisah antara satu sama lain. Pepejal diperbuat daripada atom. Daya tarikan antara atom badan pepejal adalah jauh lebih besar bukan sahaja berbanding dengan daya tarikan antara molekul gas, tetapi tidak dibandingkan dengan molekul cecair. Akibatnya, atom-atom badan pepejal hanya melakukan pergerakan berayun di sekitar kedudukan keseimbangan yang lebih kurang malar. Semakin tinggi suhu badan, semakin besar tenaga kinetik atom dan molekul. Sebenarnya, ia adalah tenaga kinetik atom dan molekul yang menentukan suhu.
Bagi andaian bahawa atom tidak boleh dibahagikan, bahawa ia kononnya zarah terkecil jirim, andaian ini kemudiannya ditolak. Ahli fizik kini mempunyai pandangan yang sama, iaitu atom tidak boleh dibahagikan, bahawa ia terdiri daripada zarah jirim yang lebih kecil. Lebih-lebih lagi, sudut pandangan ahli fizik ini kini telah disahkan melalui eksperimen. Jadi, atom pula ialah zarah kompleks yang terdiri daripada proton, neutron dan elektron. Proton dan neutron membentuk nukleus atom, dikelilingi oleh kulit elektron. Hampir semua jisim atom tertumpu dalam nukleusnya. Yang terkecil daripada semua nukleus atom sedia ada - nukleus atom hidrogen, yang terdiri daripada hanya satu proton - mempunyai jisim yang 1,850 kali lebih besar daripada jisim elektron. Jisim proton dan neutron adalah lebih kurang sama antara satu sama lain. Oleh itu, jisim atom ditentukan oleh jisim nukleusnya, atau, dengan kata lain, bilangan proton dan neutron. Proton mempunyai cas elektrik positif, elektron mempunyai cas elektrik negatif, dan neutron tidak mempunyai cas elektrik sama sekali. Oleh itu, cas nuklear sentiasa positif dan sama dengan bilangan proton. Kuantiti ini dipanggil nombor ordinal unsur dalam sistem berkala D.I. Mendeleev. Biasanya bilangan elektron yang membentuk petala adalah sama dengan bilangan proton, dan kerana cas elektron adalah negatif, atom secara keseluruhan adalah neutral elektrik.
Walaupun isipadu atom sangat kecil, nukleus dan elektron di sekelilingnya hanya menduduki sebahagian kecil daripada isipadu ini. Oleh itu, seseorang boleh membayangkan betapa besarnya ketumpatan nukleus atom. Sekiranya mungkin untuk menyusun nukleus hidrogen supaya mereka padat mengisi isipadu hanya 1 sentimeter padu, maka beratnya adalah kira-kira 100 juta tan.
Setelah menggariskan secara ringkas beberapa peruntukan mengenai struktur jirim dan mengingatkan sekali lagi bahawa tenaga kimia ialah tenaga yang terkumpul di dalam molekul, akhirnya kita boleh meneruskan untuk membentangkan dua pertimbangan penting, yang dijanjikan sebelum ini, yang lebih mendedahkan intipati tenaga kimia.
Kami berkata di atas bahawa tenaga haba badan terdiri daripada tenaga pergerakan translasi dan putaran molekul dan tenaga tarikan atau tolakan di antara mereka. Takrifan tenaga haba ini tidak sepenuhnya tepat, atau lebih baik lagi, tidak sepenuhnya lengkap. Dalam kes apabila molekul bahan (cecair atau gas) terdiri daripada dua atau lebih atom, maka tenaga haba juga mesti termasuk tenaga gerakan getaran atom di dalam molekul. Kesimpulan ini dicapai berdasarkan pertimbangan berikut. Pengalaman menunjukkan bahawa kapasiti haba hampir semua bahan meningkat dengan peningkatan suhu. Dalam erti kata lain, jumlah haba yang diperlukan untuk meningkatkan suhu 1 kilogram bahan sebanyak 1 °C adalah, sebagai peraturan, lebih besar, semakin tinggi suhu bahan ini. Kebanyakan gas mengikut peraturan ini. Apa yang menjelaskan perkara ini? Fizik moden menjawab soalan ini seperti berikut: sebab utama yang menyebabkan peningkatan kapasiti haba gas dengan peningkatan suhu ialah peningkatan pesat tenaga getaran atom yang membentuk molekul gas apabila suhu meningkat. Penjelasan ini disahkan oleh fakta bahawa kapasiti haba meningkat dengan peningkatan suhu semakin banyak molekul gas terdiri daripada lebih banyak atom. Kapasiti haba gas monatomik, iaitu gas, zarah terkecil daripadanya adalah atom, secara amnya kekal hampir tidak berubah dengan peningkatan suhu.
Tetapi jika tenaga gerakan getaran atom di dalam molekul berubah, malah agak ketara, apabila gas dipanaskan, yang berlaku tanpa mengubah komposisi kimia gas ini, maka, nampaknya, tenaga ini tidak boleh dianggap sebagai tenaga kimia. Tetapi bagaimana pula dengan takrifan tenaga kimia di atas, mengikut mana ia adalah tenaga terkumpul di dalam molekul?
Soalan ini agak sesuai. Penjelasan pertama mesti dibuat kepada takrifan tenaga kimia di atas: tenaga kimia tidak termasuk semua tenaga terkumpul di dalam molekul, tetapi hanya sebahagian daripadanya yang boleh diubah hanya melalui transformasi kimia.
Pertimbangan kedua mengenai intipati tenaga kimia adalah seperti berikut. Tidak semua tenaga yang tersimpan di dalam molekul boleh dibebaskan hasil daripada tindak balas kimia. Sebahagian daripada tenaga, dan yang sangat besar pada masa itu, tidak berubah dalam apa-apa cara akibat daripada proses kimia. Ia adalah tenaga yang terkandung dalam atom, atau lebih tepat lagi, dalam nukleus atom. Ia dipanggil tenaga atom atau nuklear. Tegasnya, ini tidak menghairankan. Mungkin, walaupun berdasarkan semua yang dinyatakan di atas, keadaan ini boleh diramalkan. Sesungguhnya, dengan bantuan sebarang tindak balas kimia adalah mustahil untuk mengubah satu unsur menjadi yang lain, atom satu jenis menjadi atom jenis lain. Pada masa lalu, ahli alkimia menetapkan sendiri tugas ini, berusaha dengan segala cara untuk menukar logam lain, seperti merkuri, menjadi emas. Ahli alkimia gagal mencapai kejayaan dalam perkara ini. Tetapi jika, dengan bantuan tindak balas kimia, tidak mungkin untuk mengubah satu unsur menjadi unsur lain, atom satu jenis menjadi atom jenis lain, maka ini bermakna atom itu sendiri, atau lebih tepat bahagian utamanya - nukleus - kekal. tidak berubah semasa tindak balas kimia. Oleh itu, tidak mungkin untuk melepaskan tenaga yang sangat besar yang terkumpul dalam nukleus atom. Dan tenaga ini benar-benar sangat hebat. Pada masa ini, ahli fizik telah belajar untuk melepaskan tenaga nuklear atom uranium dan beberapa unsur lain. Ini bermakna bahawa ia kini mungkin untuk mengubah satu elemen kepada yang lain. Apabila atom uranium, diambil dalam jumlah hanya 1 gram, diasingkan, kira-kira 10 juta kalori haba dibebaskan. Untuk mendapatkan jumlah haba sedemikian, adalah perlu untuk membakar kira-kira satu setengah tan arang batu yang baik. Orang boleh bayangkan betapa hebatnya peluang penggunaan tenaga nuklear (atom).
Memandangkan transformasi atom satu jenis kepada atom jenis lain dan pembebasan tenaga nuklear yang dikaitkan dengan transformasi sedemikian bukan lagi sebahagian daripada tugas kimia, tenaga nuklear tidak termasuk dalam tenaga kimia sesuatu bahan.
Jadi, tenaga kimia tumbuhan, yang, seolah-olah, tenaga suria yang dipelihara, boleh dilepaskan dan digunakan mengikut budi bicara kami. Untuk membebaskan tenaga kimia sesuatu bahan, menukarkannya sekurang-kurangnya sebahagiannya kepada jenis tenaga lain, adalah perlu untuk mengatur proses kimia yang akan mengakibatkan penghasilan bahan yang tenaga kimianya akan kurang daripada tenaga kimia bahan itu. bahan yang diambil pada mulanya. Dalam kes ini, sebahagian daripada tenaga kimia boleh ditukar kepada haba, dan yang terakhir ini digunakan dalam loji kuasa haba dengan matlamat utama untuk menghasilkan tenaga elektrik.
Berhubung dengan kayu api - bahan api sayuran - proses kimia yang sesuai adalah proses pembakaran. Pembaca sudah tentu mengenalinya. Oleh itu, kita hanya akan mengingati secara ringkas bahawa pembakaran atau pengoksidaan bahan adalah proses kimia untuk menggabungkan bahan ini dengan oksigen. Hasil daripada gabungan bahan terbakar dengan oksigen, sejumlah besar tenaga kimia dibebaskan - haba dibebaskan. Haba dibebaskan bukan sahaja apabila membakar kayu, tetapi juga semasa proses pembakaran atau pengoksidaan lain. Adalah diketahui umum, sebagai contoh, berapa banyak haba yang dibebaskan semasa membakar jerami atau arang batu. Dalam badan kita, proses pengoksidaan yang perlahan juga berlaku dan oleh itu suhu di dalam badan adalah lebih tinggi sedikit daripada suhu persekitaran yang biasanya mengelilingi kita. Pengaratan besi juga merupakan proses pengoksidaan. Haba juga dilepaskan di sini, tetapi proses ini berjalan dengan perlahan sehinggakan kita hampir tidak menyedari pemanasannya.
Pada masa ini, kayu api hampir tidak pernah digunakan dalam industri. Hutan adalah terlalu penting untuk kehidupan orang ramai untuk membenarkan kayu dibakar di dalam relau dandang wap di kilang, kilang dan loji janakuasa. Dan semua sumber hutan di bumi tidak akan bertahan lama jika mereka memutuskan untuk menggunakannya untuk tujuan ini. Di negara kita, kerja yang sama sekali berbeza sedang dilakukan: penanaman besar-besaran tali pinggang perlindungan dan hutan sedang dijalankan untuk memperbaiki keadaan iklim kawasan itu.
Walau bagaimanapun, semua yang dinyatakan di atas mengenai pembentukan tisu tumbuhan disebabkan oleh tenaga sinar suria dan penggunaan tenaga kimia tisu tumbuhan untuk menghasilkan haba adalah paling berkaitan secara langsung dengan bahan api yang digunakan secara meluas pada zaman kita dalam industri dan, khususnya. , di loji kuasa haba. Bahan api tersebut terutamanya termasuk: gambut, arang perang dan arang batu. Semua bahan api ini adalah hasil penguraian tumbuhan mati, dalam kebanyakan kes tanpa akses udara atau dengan sedikit akses udara. Keadaan sedemikian untuk bahagian tumbuhan yang mati dicipta di dalam air, di bawah lapisan sedimen air. Oleh itu, pembentukan bahan api ini paling kerap berlaku di kawasan paya, di kawasan rendah yang kerap dinaiki air, di sungai dan tasik yang cetek atau kering sepenuhnya.
Daripada tiga bahan api yang disenaraikan di atas, gambut adalah yang paling muda asalnya. Ia mengandungi sejumlah besar bahagian tumbuhan. Kualiti bahan api tertentu sebahagian besarnya dicirikan oleh nilai kalorinya. Nilai kalori, atau nilai kalori, ialah jumlah haba, diukur dalam kalori, yang dibebaskan apabila 1 kilogram bahan api dibakar. Jika kita mempunyai gambut kering yang tidak mengandungi kelembapan, maka nilai kalorinya akan lebih tinggi sedikit daripada nilai kalori kayu api: gambut kering mempunyai nilai kalori kira-kira 5,500 kalori setiap 1 kilogram, dan kayu api - kira-kira 4,500. diekstrak daripada lombong , biasanya mengandungi cukup banyak lembapan dan oleh itu mempunyai nilai kalori yang lebih rendah. Penggunaan gambut di loji janakuasa Rusia bermula pada tahun 1914, apabila loji janakuasa dibina dinamakan sempena jurutera Rusia yang cemerlang R. E. Klasson, pengasas kaedah baru pengekstrakan gambut, kaedah hidraulik yang dipanggil. Selepas Revolusi Sosialis Oktober Besar, penggunaan gambut dalam loji kuasa menjadi meluas. Jurutera Rusia telah membangunkan kaedah yang paling rasional untuk mengekstrak dan membakar bahan api murah ini, deposit yang di Rusia sangat penting, seperti pengeluaran saluran udara.
Hasil penguraian tisu tumbuhan yang lebih tua daripada gambut ialah arang batu perang yang dipanggil. Walau bagaimanapun, arang batu coklat masih mengandungi sel tumbuhan dan bahagian tumbuhan. Arang perang kering dengan kandungan rendah kekotoran tidak mudah terbakar - abu - mempunyai nilai kalori lebih daripada 6,000 kalori setiap 1 kilogram, iaitu lebih tinggi daripada kayu api dan gambut kering. Pada hakikatnya, arang batu perang adalah bahan api dengan nilai kalori yang jauh lebih rendah kerana kandungan lembapan yang ketara dan selalunya kandungan abu yang tinggi. Pada masa ini, arang batu perang adalah salah satu bahan api yang paling biasa digunakan di dunia. Depositnya di negara kita sangat besar.
Bagi bahan api yang berharga seperti minyak dan gas asli, ia hampir tidak pernah digunakan. Seperti yang telah disebutkan, di negara kita penggunaan rizab bahan api dijalankan dengan mengambil kira kepentingan semua industri, terancang dan ekonomi. Tidak seperti negara Barat, di Rusia loji janakuasa terutamanya membakar bahan api gred rendah yang tidak banyak digunakan untuk tujuan lain. Pada masa yang sama, loji kuasa, sebagai peraturan, dibina di kawasan di mana bahan api dihasilkan, yang menghalang pengangkutan jarak jauh. Jurutera tenaga Soviet terpaksa bekerja keras untuk membina peranti sedemikian untuk membakar bahan api - relau yang membolehkan penggunaan bahan api basah gred rendah.