1. Kipengele cha kemikali ni nini?
Jibu. Kipengele cha kemikali ni mkusanyiko wa atomi zilizo na chaji sawa ya nyuklia na idadi ya protoni zinazolingana na nambari ya mfululizo (atomiki) katika jedwali la mara kwa mara. Kila kipengele cha kemikali kina jina na ishara yake, ambayo imetolewa katika Jedwali la Kipindi la Vipengee na Dmitry Ivanovich Mendeleev.
2. Je, ni vipengele vingapi vya kemikali vinavyojulikana kwa sasa?
Jibu. Karibu vipengele 90 vya kemikali vimetambuliwa katika asili. Kwa sababu miongoni mwa vipengele vilivyo na nambari ya mfululizo chini ya 92 (kabla ya uranium), technetium (43) na francium (87) hazipo katika asili. Kwa hakika hakuna astatini (85) Kwa upande mwingine, neptunium (93) na plutonium (94) (vipengele vya transuranium visivyo imara) hupatikana katika asili ambapo madini ya urani hutokea. Vitu vyote vinavyofuata plutonium Pu katika jedwali la upimaji la D.I. Mendeleev havipo kabisa kwenye ukoko wa dunia, ingawa baadhi yao bila shaka huundwa angani wakati wa milipuko ya supernova. Lakini hawaishi muda mrefu ...
Hadi sasa, wanasayansi wameunganisha vipengele 26 vya transuranic, kuanzia neptunium (N=93) na kuishia na nambari ya kipengele N=118 (nambari ya kipengele inalingana na idadi ya protoni kwenye kiini cha atomiki na idadi ya elektroni karibu na kiini cha atomiki) .
Vipengele vya kemikali vya Transuranium 93 hadi 100 hutolewa katika vinu vya nyuklia, na vingine vinapatikana kama matokeo ya athari za nyuklia katika vichapuzi vya chembe.
3. Ni vitu gani vinavyoitwa isokaboni?
Jibu. Dutu isokaboni (misombo isokaboni) ni misombo ya kemikali ambayo sio ya kikaboni, ambayo ni, isiyo na kaboni, na vile vile misombo iliyo na kaboni (carbides, sianidi, carbonates, oksidi za kaboni na vitu vingine ambavyo kijadi huainishwa kama isokaboni). Dutu isokaboni hazina sifa ya mifupa ya kaboni ya vitu vya kikaboni.
4. Ni misombo gani inayoitwa kikaboni?
Jibu. Misombo ya kikaboni, vitu vya kikaboni - darasa la misombo ya kemikali ambayo ina kaboni (isipokuwa carbudi, asidi kaboniki, carbonates, oksidi za kaboni na sianidi). Misombo ya kikaboni, pamoja na kaboni, mara nyingi huwa na vitu vya hidrojeni, oksijeni, nitrojeni, na mara nyingi sana - sulfuri, fosforasi, halojeni na metali kadhaa (kando au kwa mchanganyiko anuwai).
5. Ni vifungo gani vya kemikali vinavyoitwa covalent?
Jibu. Kifungo cha atomiki (bondi ya atomiki, dhamana ya homeopolar) ni dhamana ya kemikali inayoundwa na mwingiliano (kushiriki) wa jozi ya mawingu ya elektroni ya valence. Mawingu ya elektroni (elektroni) ambayo hutoa mawasiliano huitwa jozi ya elektroni ya kawaida.
Tabia ya tabia ya dhamana ya ushirikiano - mwelekeo, kueneza, polarity, polarizability - kuamua mali ya kemikali na kimwili ya misombo.
Mwelekeo wa uunganisho umewekwa na muundo wa molekuli ya dutu na sura ya kijiometri ya molekuli yake. Pembe kati ya vifungo viwili huitwa pembe za dhamana.
Kueneza ni uwezo wa atomi kuunda idadi ndogo ya vifungo vya ushirika. Idadi ya vifungo vinavyoundwa na atomi imepunguzwa na idadi ya obiti zake za nje za atomiki.
Polarity ya dhamana ni kwa sababu ya usambazaji usio sawa wa wiani wa elektroni kwa sababu ya tofauti katika uwezo wa elektroni wa atomi. Kwa msingi huu, vifungo vya covalent vinagawanywa katika mashirika yasiyo ya polar na polar.
Polarizability ya dhamana inaonyeshwa katika uhamishaji wa elektroni za dhamana chini ya ushawishi wa uwanja wa nje wa umeme, pamoja na ule wa chembe nyingine inayojibu. Polarizability imedhamiriwa na uhamaji wa elektroni. Polarity na polarizability ya vifungo covalent huamua reactivity ya molekuli kuelekea vitendanishi polar.
Maswali baada ya §6
1. Kwa nini inaweza kubishaniwa kwamba muundo wa kemikali wa seli ni uthibitisho wa umoja wa asili hai na jamii ya asili hai na isiyo hai?
Jibu. Vipengele vya kemikali vya seli. Muundo wa kemikali wa seli za viumbe tofauti na hata seli zinazofanya kazi tofauti katika kiumbe kimoja cha seli nyingi zinaweza kutofautiana sana kutoka kwa kila mmoja. Wakati huo huo, seli tofauti zina karibu vipengele sawa vya kemikali. Kufanana kwa muundo wa msingi wa kemikali wa seli za viumbe tofauti huthibitisha umoja wa asili hai. Wakati huo huo, hakuna kipengele kimoja cha kemikali kilichomo katika viumbe hai ambacho hakingepatikana katika miili ya asili isiyo hai. Hii inaonyesha kawaida ya asili hai na isiyo hai.
2. Ni vipengele gani vinavyozingatiwa macronutrients?
Jibu. Macroelements ni vipengele vya kemikali vilivyomo katika mwili wa viumbe hai katika viwango kutoka 0.001% hadi 70%. Macroelements ni pamoja na: oksijeni, hidrojeni, kaboni, nitrojeni, fosforasi, potasiamu, kalsiamu, sulfuri, magnesiamu, sodiamu, klorini, chuma, nk.
3. Ni tofauti gani kati ya microelements na ultramicroelements?
Jibu. Tofauti kuu ni katika asilimia: kwa macroelements ni zaidi ya 0.01%, kwa microelements ni chini ya 0.001%. Ultramicroelements zilizomo katika kiasi kidogo zaidi - chini ya 0.0000001%. Ultramicroelements ni pamoja na dhahabu, fedha, zebaki, platinamu, cesium, na selenium. Kazi za ultramicroelements kwa sasa hazieleweki vizuri. Microelements ni pamoja na bromini, chuma, iodini, cobalt, manganese, shaba, molybdenum, selenium, fluorine, chromium, zinki. Kiwango cha chini cha mkusanyiko wa dutu katika mwili, ni vigumu zaidi kuamua jukumu lake la kibiolojia.
4. Kwa nini kaboni inaaminika kuwa msingi wa kemikali wa uhai?
Jibu. Carbon ina mali ya kipekee ya kemikali muhimu kwa maisha. Mchanganyiko wa sifa za atomi - saizi na idadi ya elektroni ambazo hazijaoanishwa katika obiti ya nje - huruhusu uundaji wa misombo anuwai ya kikaboni. Inaweza kuingiliana na atomi nyingi na vikundi vyao, kutengeneza minyororo, pete zinazounda mifupa ya kikaboni. misombo ya muundo tofauti wa kemikali, muundo, urefu na umbo la molekuli. Wanaunda misombo ngumu ya kemikali ambayo hutofautiana katika muundo na kazi.
Kwa nini tunaweza kula wanyama, kuvu na mimea, na bakteria na wanyama wengine, kwa upande wake, wanaweza kulisha mwili wetu, na kusababisha magonjwa na patholojia? Ni vitu gani vya kikaboni na vya isokaboni ambavyo mtu anahitaji kwa ustawi wa kawaida? Bila vipengele gani vya kemikali maisha yanaweza kuwepo duniani? Ni nini hufanyika wakati wa sumu ya metali nzito? Kutoka kwa somo hili utajifunza juu ya nini vipengele vya kemikali ni sehemu ya viumbe hai, jinsi vinasambazwa katika mwili wa wanyama na mimea, jinsi ziada au upungufu wa kemikali unaweza kuathiri maisha ya viumbe mbalimbali, kujua maelezo kuhusu micro- na. macroelements na jukumu lao katika wanyamapori.
Mada: Misingi ya cytology
Somo: Vipengele vya muundo wa kemikali wa seli
1. Muundo wa kemikali wa seli
Seli za viumbe hai zinaundwa na tofauti vipengele vya kemikali.
Atomi za vipengele hivi huunda madarasa mawili ya misombo ya kemikali: isokaboni na kikaboni (tazama Mchoro 1).
Mchele. 1. Mgawanyiko wa masharti wa dutu za kemikali zinazounda kiumbe hai
Kati ya vitu 118 vya kemikali vinavyojulikana hivi sasa, chembe hai lazima ziwe na vitu 24. Vipengele hivi huunda misombo ya mumunyifu kwa urahisi na maji. Pia zimo katika vitu vya asili isiyo hai, lakini uwiano wa vipengele hivi katika vitu vilivyo hai na visivyo hai hutofautiana (Mchoro 2).
Mchele. 2. Maudhui yanayohusiana ya vipengele vya kemikali katika ukoko wa dunia na mwili wa binadamu
Katika asili isiyo na uhai vipengele vikuu ni oksijeni, silicon, alumini Na sodiamu.
Katika viumbe hai vipengele vikuu ni hidrojeni, oksijeni, kaboni Na naitrojeni. Kwa kuongeza, kuna mambo mawili zaidi muhimu kwa viumbe hai, ambayo ni: fosforasi Na salfa.
Vipengele hivi 6 yaani. kaboni, hidrojeni, nitrojeni, oksijeni, fosforasi Na salfa (C, H, N, O, P, S) , kuitwa organogenic, au virutubisho, kwa kuwa ndio wanaounda misombo ya kikaboni, na vipengele oksijeni Na hidrojeni, kwa kuongeza, huunda molekuli za maji. Michanganyiko ya vipengele vya biolojia huchangia 98% ya wingi wa seli yoyote.
2. Vipengele sita vya msingi vya kemikali kwa kiumbe hai
Uwezo muhimu zaidi wa kutofautisha wa vitu C, H, N, O ni kwamba zinaunda vifungo vikali vya ushirikiano, na kati ya atomi zote zinazounda vifungo vya ushirikiano, ndizo nyepesi zaidi. Kwa kuongeza, kaboni, nitrojeni na oksijeni huunda vifungo moja na mbili, shukrani ambayo wanaweza kutoa aina mbalimbali za misombo ya kemikali. Atomu za kaboni pia zina uwezo wa kutengeneza vifungo vitatu na atomi nyingine za kaboni na atomi za nitrojeni - katika asidi ya hidrosiani uhusiano kati ya kaboni na nitrojeni ni mara tatu (Mchoro 3)
Kielelezo 3. Mfumo wa muundo wa sianidi hidrojeni - asidi hidrocyanic
Hii inaelezea utofauti wa misombo ya kaboni katika asili. Kwa kuongeza, vifungo vya valence huunda tetrahedron karibu na atomi ya kaboni (Mchoro 4), kutokana na ambayo aina tofauti za molekuli za kikaboni zina miundo tofauti ya tatu-dimensional.
Mchele. 4. Sura ya Tetrahedral ya molekuli ya methane. Katikati ni atomi ya kaboni ya machungwa, iliyozungukwa na atomi nne za hidrojeni za bluu zinazounda vipeo vya tetrahedron.
Kaboni pekee ndiyo inayoweza kuunda molekuli dhabiti zenye usanidi na saizi anuwai na anuwai ya vikundi vya utendaji (Mchoro 5).
Kielelezo 5. Mfano wa fomula za miundo ya misombo mbalimbali ya kaboni.
Takriban 2% ya wingi wa seli huhesabiwa na vitu vifuatavyo: potasiamu, sodiamu, kalsiamu, klorini, magnesiamu, chuma. Vipengele vya kemikali vilivyobaki vilivyomo kwenye seli kwa idadi ndogo zaidi.
Kwa hivyo, vitu vyote vya kemikali, kulingana na yaliyomo katika kiumbe hai, vimegawanywa katika vikundi vitatu vikubwa.
3. Micro-, macro- na ultramicroelements katika kiumbe hai
Vipengele, kiasi ambacho ni hadi 10-2% ya uzito wa mwili, ni macronutrients.
Vipengele hivyo ambavyo sehemu yake ni kutoka 10-2 hadi 10-6 - microelements.
Mchele. 6. Vipengele vya kemikali katika kiumbe hai
Mwanasayansi wa Kirusi na Kiukreni V. I. Vernadsky ilithibitisha kuwa viumbe vyote vilivyo hai vinaweza kunyonya (kuchukua) vipengele kutoka kwa mazingira ya nje na kujilimbikiza (kuzingatia) katika viungo na tishu fulani. Kwa mfano, idadi kubwa ya vipengele vya kufuatilia hujilimbikiza kwenye ini, mfupa na tishu za misuli.
4. Mshikamano wa microelements kwa viungo na tishu fulani
Vipengele vya mtu binafsi vina mshikamano kwa viungo na tishu fulani. Kwa mfano, kalsiamu hujilimbikiza kwenye mifupa na meno. Kuna zinki nyingi kwenye kongosho. Kuna molybdenum nyingi kwenye figo. Bariamu kwenye retina. Iodini katika tezi ya tezi. Kuna mengi ya manganese, bromini na chromiamu kwenye tezi ya pituitari (tazama jedwali "Mkusanyiko wa vipengele vya kemikali katika viungo vya ndani vya binadamu").
Kwa utendaji wa kawaida wa michakato muhimu, uwiano mkali wa vipengele vya kemikali katika mwili ni muhimu. Vinginevyo, sumu kali hutokea kutokana na upungufu au ziada ya vipengele vya biophilic.
5. Viumbe vinavyochagua hujilimbikiza microelements
Viumbe vingine vilivyo hai vinaweza kuwa viashiria vya hali ya mazingira ya kemikali kutokana na ukweli kwamba kwa kuchagua hujilimbikiza vipengele fulani vya kemikali katika viungo na tishu (Mchoro 7, 8).
Mchele. 7. Wanyama ambao hujilimbikiza kemikali fulani katika miili yao. Kutoka kushoto kwenda kulia: miale (kalsiamu na strontium), rhizopods (bariamu na kalsiamu), ascidians (vanadium)
Mchele. 8. Mimea ambayo hujilimbikiza vipengele fulani vya kemikali katika mwili. Kutoka kushoto kwenda kulia: mwani (iodini), buttercup (lithiamu), duckweed (radium)
6. Dutu zinazounda viumbe
Misombo ya kemikali katika viumbe hai
Vipengele vya kemikali huunda vitu vya isokaboni na vya kikaboni (tazama mchoro "Viumbe vinavyounda viumbe hai").
Dutu zisizo za kawaida katika viumbe: maji na madini (ioni za chumvi; cations: potasiamu, sodiamu, kalsiamu na magnesiamu; anions: klorini, anion ya sulfate, anion bicarbonate).
Jambo la kikaboni: monomers (monosaccharides, amino asidi, nucleotides, asidi ya mafuta na lipids) na polima (polysaccharides, protini, asidi nucleic).
Kati ya vitu vya isokaboni, seli ina zaidi maji(kutoka 40 hadi 95%), kati ya misombo ya kikaboni katika seli za wanyama hutawala squirrels(10-20%), na katika seli za mimea - polysaccharides (ukuta wa seli hujumuisha selulosi, na virutubisho kuu vya hifadhi ya mimea ni wanga).
Kwa hivyo, tumeangalia vipengele vya msingi vya kemikali vinavyounda viumbe hai na misombo ambayo wanaweza kuunda (angalia Mpango 1).
Umuhimu wa virutubisho
Hebu fikiria umuhimu wa virutubisho kwa viumbe hai (Mchoro 9).
Kipengele kaboni(kaboni) ni sehemu ya vitu vyote vya kikaboni, msingi wao ni mifupa ya kaboni. Kipengele oksijeni(oksijeni) ni sehemu ya maji na vitu vya kikaboni. Kipengele hidrojeni(hidrojeni) pia ni sehemu ya vitu vyote vya kikaboni na maji. Naitrojeni(nitrojeni) ni sehemu ya protini, asidi nucleic na monoma zao (amino asidi na nyukleotidi). Sulfuri(sulfuri) ni sehemu ya amino asidi iliyo na salfa na hufanya kazi kama wakala wa uhamishaji nishati. Fosforasi ni sehemu ya ATP, nucleotides na asidi nucleic, chumvi za fosforasi ya madini ni sehemu ya enamel ya jino, mfupa na tishu za cartilage.
Vipengele vya kiikolojia vya hatua ya vitu vya isokaboni
Shida ya ulinzi wa mazingira kimsingi inahusiana na kuzuia uchafuzi wa mazingira na anuwai dutu isokaboni. Vichafuzi vikuu ni metali nzito, ambayo hujilimbikiza kwenye udongo na maji ya asili.
Vichafuzi kuu vya hewa ni oksidi za sulfuri na nitrojeni.
Kama matokeo ya maendeleo ya haraka ya teknolojia, kiasi cha metali zinazotumiwa katika uzalishaji kimeongezeka sana. Vyuma kuingia mwili wa binadamu, ni kufyonzwa ndani ya damu, na kisha kujilimbikiza katika viungo na tishu: ini, figo, tishu za mfupa na misuli. Vyuma huondolewa kutoka kwa mwili kupitia ngozi, figo na matumbo. Ioni za chuma ambazo ni kati ya sumu zaidi (angalia orodha "Ioni nyingi zenye sumu", Mchoro 10): zebaki, uranium, cadmium, thallium Na arseniki, kusababisha sumu kali ya muda mrefu.
Kundi la metali zenye sumu ya wastani pia ni nyingi (Mchoro 11), hizi ni pamoja na manganese, chromium, osmium, strontium Na antimoni. Vipengele hivi vinaweza kusababisha sumu sugu na udhihirisho mbaya sana wa kliniki, lakini mara chache mbaya.
Metali zenye sumu ya chini hawana uteuzi unaoonekana. Erosoli za metali zenye sumu ya chini, kwa mfano, alkali na metali za ardhi za alkali, zinaweza kusababisha mabadiliko katika mapafu.
Kazi ya nyumbani
1. Ni vipengele gani vya kemikali vinavyojumuishwa katika viumbe hai?
2. Ni makundi gani, kulingana na kiasi cha kipengele katika jambo hai, vipengele vya kemikali vimegawanywa katika?
3. Taja vipengele vya organogenic na uwape maelezo ya jumla.
4. Ni vipengele gani vya kemikali vinachukuliwa kuwa macroelements?
5. Ni vipengele gani vya kemikali vinachukuliwa kuwa microelements?
6. Ni vipengele gani vya kemikali vinavyochukuliwa kuwa ultramicroelements?
7. Jadili na marafiki na familia jinsi sifa za kemikali za vipengele vya kemikali zinavyohusiana na jukumu lao katika viumbe hai.
1. Alchemist.
2. Wikipedia.
3. Alchemist.
4. Mtandao portal Liveinternet. ru.
Bibliografia
1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Biolojia ya jumla 10-11 daraja la Bustard, 2005.
2. Biolojia. Daraja la 10. Biolojia ya jumla. Kiwango cha msingi / P. V. Izhevsky, O. A. Kornilova, T. E. Loshchilina na wengine - 2nd ed., iliyorekebishwa. - Ventana-Graf, 2010. - 224 pp.
3. Belyaev D.K. Biolojia daraja la 10-11. Biolojia ya jumla. Kiwango cha msingi cha. - Toleo la 11., aina potofu. - M.: Elimu, 2012. - 304 p.
4. Biolojia daraja la 11. Biolojia ya jumla. Kiwango cha wasifu / V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin na wengine - 5th ed., stereotype. - Bustard, 2010. - 388 p.
5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biolojia 10-11 daraja. Biolojia ya jumla. Kiwango cha msingi cha. - Toleo la 6, ongeza. - Bustard, 2010. - 384 p.
Jedwali la Mendeleev
Katika karne iliyopita, kuni ilikuwa mafuta kuu. Hata leo, kuni kama mafuta bado ni muhimu sana, haswa kwa kupokanzwa majengo katika maeneo ya vijijini. Wakati wa kuchoma kuni kwenye majiko, ni ngumu kufikiria kuwa kimsingi tunatumia nishati inayopokelewa kutoka kwa Jua, iliyoko umbali wa kilomita milioni 150 kutoka kwa Dunia. Walakini, hii ndio kesi haswa.
Ni kwa jinsi gani nishati ya jua iliishia kurundikana kwenye kuni? Kwa nini tunaweza kusema kwamba kwa kuchoma kuni tunatumia nishati tuliyopokea kutoka kwa Jua?
Jibu la wazi kwa maswali yaliyoulizwa lilitolewa na mwanasayansi bora wa Kirusi K. A. Timiryazev. Inageuka kwamba maendeleo ya karibu mimea yote inawezekana tu chini ya ushawishi wa jua. Maisha ya idadi kubwa ya mimea, kutoka kwa nyasi ndogo hadi eucalyptus yenye nguvu, kufikia urefu wa mita 150 na mita 30 katika mzunguko wa shina, inategemea mtazamo wa jua. Majani ya kijani ya mimea yana dutu maalum - chlorophyll. Dutu hii hupa mimea mali muhimu: kunyonya nishati ya jua, tumia nishati hii kuharibu kaboni dioksidi, ambayo ni kiwanja cha kaboni na oksijeni, katika sehemu zake za sehemu, yaani, kaboni na oksijeni, na kuunda vitu vya kikaboni katika tishu zao. , ambayo Hii ndio tishu za mmea hujumuisha. Bila kuzidisha, mali hii ya mimea inaweza kuitwa kuwa ya kushangaza, kwani shukrani kwake, mimea ina uwezo wa kubadilisha vitu vya asili ya isokaboni kuwa vitu vya kikaboni. Kwa kuongezea, mimea huchukua dioksidi kaboni kutoka angani, ambayo ni bidhaa ya shughuli za viumbe hai, tasnia na shughuli za volkeno, na kujaza hewa na oksijeni, bila ambayo, kama tunavyojua, michakato ya kupumua na mwako haiwezekani. Ndiyo sababu, kwa njia, nafasi za kijani ni muhimu kwa maisha ya binadamu.
Ni rahisi kuthibitisha kwamba majani ya mmea huchukua kaboni dioksidi na kuitenganisha kuwa kaboni na oksijeni kwa kutumia jaribio rahisi sana. Hebu fikiria kwamba katika bomba la mtihani kuna maji yenye dioksidi kaboni iliyoyeyushwa ndani yake na majani ya kijani ya mti fulani au nyasi. Maji yenye dioksidi kaboni yanaenea sana: siku ya moto, ni maji haya, inayoitwa maji ya kaboni, ambayo ni mazuri sana kuzima kiu.
Wacha turudi, hata hivyo, kwa uzoefu wetu. Baada ya muda fulani, unaweza kuona Bubbles ndogo kwenye majani, ambayo, wakati huunda, huinuka na kujilimbikiza katika sehemu ya juu ya bomba la mtihani. Ikiwa gesi hii iliyopatikana kutoka kwa majani inakusanywa kwenye chombo tofauti na kisha splinter kidogo inayovuta moshi huletwa ndani yake, itawaka moto. Kulingana na kipengele hiki, pamoja na idadi ya wengine, inaweza kuanzishwa kuwa tunashughulika na oksijeni. Kuhusu kaboni, inafyonzwa na majani na vitu vya kikaboni huundwa kutoka kwake - tishu za mmea, nishati ya kemikali ambayo, ambayo ni nishati iliyobadilishwa ya mionzi ya jua, hutolewa wakati wa mwako kwa njia ya joto.
Katika hadithi yetu, ambayo lazima inagusa matawi mbalimbali ya sayansi ya asili, tulikutana na dhana nyingine mpya: nishati ya kemikali. Inahitajika angalau kuelezea kwa ufupi ni nini. Nishati ya kemikali ya dutu (haswa kuni) inafanana sana na nishati ya joto. Nishati ya joto, kama msomaji anakumbuka, ina nishati ya kinetic na uwezo wa chembe ndogo zaidi za mwili: molekuli na atomi. Nishati ya joto ya mwili kwa hivyo inafafanuliwa kama jumla ya nishati ya mwendo wa kutafsiri na wa mzunguko wa molekuli na atomi za mwili fulani na nishati ya mvuto au kurudisha nyuma kati yao. Nishati ya kemikali ya mwili, tofauti na nishati ya joto, ina nishati iliyokusanywa ndani ya molekuli. Nishati hii inaweza tu kutolewa kupitia mabadiliko ya kemikali, mmenyuko wa kemikali ambapo dutu moja au zaidi hubadilishwa kuwa dutu nyingine.
Kwa hili ni muhimu kuongeza ufafanuzi mbili muhimu. Lakini kwanza tunahitaji kumkumbusha msomaji baadhi ya vifungu kuhusu muundo wa jambo. Kwa muda mrefu, wanasayansi walidhani kwamba miili yote inajumuisha chembe ndogo na zisizoweza kutenganishwa - atomi. Neno “atomu” lililotafsiriwa kutoka Kigiriki linamaanisha kutogawanyika. Katika sehemu yake ya kwanza, dhana hii ilithibitishwa: miili yote ina atomi, na saizi za hizi za mwisho ni ndogo sana. Uzito wa atomi ya hidrojeni, kwa mfano, ni 0.000 000 000 000 000 000 000 0017 gramu. Ukubwa wa atomi ni mdogo sana kwamba hauwezi kuonekana hata kwa darubini yenye nguvu zaidi. Ikiwa inawezekana kupanga atomi kwa njia sawa na sisi kumwaga mbaazi kwenye kioo, i.e. kuzigusa kwa kila mmoja, basi atomi zipatazo 10,000,000,000,000,000,000 zingetoshea katika ujazo mdogo sana wa milimita moja ya ujazo.
Kwa jumla, karibu aina mia moja za atomi zinajulikana. Uzito wa atomi ya urani, mojawapo ya atomi nzito zaidi, ni takriban mara 238 ya uzito wa atomi nyepesi ya hidrojeni. Dutu rahisi, i.e. vitu vinavyojumuisha atomi za aina moja huitwa elementi.
Kwa kuunganishwa na kila mmoja, atomi huunda molekuli. Ikiwa molekuli ina aina tofauti za atomi, basi dutu hii inaitwa ngumu. Molekuli ya maji, kwa mfano, ina atomi mbili za hidrojeni na atomi moja ya oksijeni. Kama atomi, molekuli ni ndogo sana. Mfano wa kutokeza unaoonyesha saizi ndogo ya molekuli na jinsi idadi kubwa yao hupatikana hata kwa ujazo mdogo ni mfano uliotolewa na mwanafizikia wa Kiingereza Thomson. Ikiwa unachukua glasi ya maji na kuandika molekuli zote za maji kwenye glasi hii kwa njia fulani, na kisha kumwaga maji ndani ya bahari na kuchochea vizuri, itageuka kuwa bila kujali ni bahari gani au bahari gani tunachota glasi. ya maji, itakuwa na takriban mia moja ya molekuli zinazoitwa sisi.
Miili yote ni mikusanyiko ya idadi kubwa sana ya molekuli au atomi. Katika gesi, chembe hizi ziko katika mwendo wa machafuko, ambayo ina nguvu kubwa zaidi ya joto la gesi. Katika vinywaji, nguvu za mshikamano kati ya molekuli ya mtu binafsi ni kubwa zaidi kuliko katika gesi. Kwa hivyo, ingawa molekuli za kioevu pia ziko kwenye mwendo, haziwezi tena kutengana kutoka kwa kila mmoja. Mango hutengenezwa kwa atomi. Nguvu za kivutio kati ya atomi za mwili thabiti ni kubwa zaidi sio tu ikilinganishwa na nguvu za mvuto kati ya molekuli za gesi, lakini sio ikilinganishwa na molekuli za kioevu. Matokeo yake, atomi za mwili imara hufanya tu harakati za oscillatory karibu na nafasi zaidi au chini ya usawa wa mara kwa mara. Kadiri joto la mwili lilivyo juu, ndivyo nishati ya kinetic ya atomi na molekuli inavyoongezeka. Kwa kweli, ni nishati ya kinetic ya atomi na molekuli ambayo huamua joto.
Ama kuhusu dhana kwamba atomi haigawanyiki, kwamba eti ni chembe ndogo zaidi ya maada, dhana hii ilikataliwa baadaye. Wanafizikia sasa wana maoni ya kawaida, ambayo ni kwamba atomi haigawanyiki, kwamba ina chembe ndogo zaidi za maada. Aidha, hatua hii ya maoni ya wanafizikia sasa imethibitishwa kupitia majaribio. Kwa hivyo, atomi, kwa upande wake, ni chembe changamano inayojumuisha protoni, neutroni na elektroni. Protoni na neutroni huunda kiini cha atomi, kilichozungukwa na shell ya elektroni. Takriban wingi wote wa atomi umejilimbikizia kwenye kiini chake. Nuclei ndogo zaidi ya zote zilizopo za atomiki - kiini cha atomi ya hidrojeni, yenye protoni moja tu - ina wingi ambao ni mara 1,850 zaidi ya wingi wa elektroni. Misa ya protoni na neutroni ni takriban sawa kwa kila mmoja. Kwa hivyo, wingi wa atomi imedhamiriwa na wingi wa kiini chake, au, kwa maneno mengine, idadi ya protoni na neutroni. Protoni zina chaji chanya ya umeme, elektroni zina chaji hasi ya umeme, na neutroni hazina chaji ya umeme hata kidogo. Kwa hivyo malipo ya nyuklia ni chanya na sawa na idadi ya protoni. Kiasi hiki kinaitwa nambari ya ordinal ya kipengele katika mfumo wa upimaji wa D. I. Mendeleev. Kawaida idadi ya elektroni zinazounda ganda ni sawa na idadi ya protoni, na kwa kuwa malipo ya elektroni ni hasi, atomi kwa ujumla haina umeme.
Ingawa ujazo wa atomi ni mdogo sana, kiini na elektroni zinazoizunguka huchukua sehemu ndogo tu ya ujazo huu. Kwa hivyo, mtu anaweza kufikiria jinsi msongamano wa viini vya atomiki ulivyo. Iwapo ingewezekana kupanga viini vya hidrojeni ili vijaze kwa wingi kiasi cha sentimita 1 tu za ujazo, basi uzito wao ungekuwa takriban tani milioni 100.
Baada ya kueleza kwa ufupi baadhi ya vifungu kuhusu muundo wa maada na kukumbusha tena kwamba nishati ya kemikali ni nishati iliyokusanywa ndani ya molekuli, hatimaye tunaweza kuendelea na kuwasilisha mambo mawili muhimu, yaliyoahidiwa hapo awali, ambayo yanafunua kikamilifu zaidi kiini cha nishati ya kemikali.
Tulisema hapo juu kwamba nishati ya joto ya mwili ina nishati ya harakati za kutafsiri na za mzunguko wa molekuli na nishati ya mvuto au kukataa kati yao. Ufafanuzi huu wa nishati ya joto sio sahihi kabisa, au bora zaidi, haujakamilika kabisa. Katika kesi wakati molekuli ya dutu (kioevu au gesi) ina atomi mbili au zaidi, basi nishati ya joto lazima iwe pamoja na nishati ya mwendo wa vibrational wa atomi ndani ya molekuli. Hitimisho hili lilifikiwa kwa kuzingatia mambo yafuatayo. Uzoefu unaonyesha kwamba uwezo wa joto wa karibu vitu vyote huongezeka kwa joto la kuongezeka. Kwa maneno mengine, kiasi cha joto kinachohitajika ili kuongeza joto la kilo 1 ya dutu kwa 1 ° C ni, kama sheria, kubwa zaidi, joto la juu la dutu hii. Gesi nyingi hufuata sheria hii. Ni nini kinaelezea hili? Fizikia ya kisasa inajibu swali hili kama ifuatavyo: sababu kuu inayosababisha kuongezeka kwa uwezo wa joto wa gesi na joto la kuongezeka ni kuongezeka kwa kasi kwa nishati ya vibrational ya atomi zinazounda molekuli ya gesi wakati joto linaongezeka. Maelezo haya yanathibitishwa na ukweli kwamba uwezo wa joto huongezeka kwa joto la kuongezeka kwa molekuli ya gesi ina atomi nyingi zaidi. Uwezo wa joto wa gesi za monatomiki, i.e. gesi, chembe ndogo zaidi ambazo ni atomi, kwa ujumla hubaki karibu bila kubadilika na joto linaloongezeka.
Lakini ikiwa nishati ya mwendo wa vibrational wa atomi ndani ya molekuli inabadilika, na hata kwa kiasi kikubwa, wakati gesi inapokanzwa, ambayo hutokea bila kubadilisha muundo wa kemikali wa gesi hii, basi, inaonekana, nishati hii haiwezi kuchukuliwa kama nishati ya kemikali. Lakini vipi kuhusu ufafanuzi hapo juu wa nishati ya kemikali, kulingana na ambayo ni nishati iliyokusanywa ndani ya molekuli?
Swali hili linafaa kabisa. Ufafanuzi wa kwanza lazima ufanywe kwa ufafanuzi hapo juu wa nishati ya kemikali: nishati ya kemikali haijumuishi nishati yote iliyokusanywa ndani ya molekuli, lakini ni sehemu hiyo tu ambayo inaweza kubadilishwa tu kupitia mabadiliko ya kemikali.
Mazingatio ya pili kuhusu kiini cha nishati ya kemikali ni yafuatayo. Sio nishati yote iliyohifadhiwa ndani ya molekuli inaweza kutolewa kama matokeo ya mmenyuko wa kemikali. Sehemu ya nishati, na kubwa sana wakati huo, haibadilika kwa njia yoyote kama matokeo ya mchakato wa kemikali. Ni nishati iliyo ndani ya atomi, au kwa usahihi zaidi, ndani ya kiini cha atomi. Inaitwa nishati ya atomiki au nyuklia. Kwa kweli, hii haishangazi. Labda, hata kwa msingi wa kila kitu kilichosemwa hapo juu, hali hii inaweza kutabiriwa. Hakika, kwa msaada wa mmenyuko wowote wa kemikali haiwezekani kubadilisha kipengele kimoja hadi kingine, atomi za aina moja katika atomi za aina nyingine. Hapo awali, wataalam wa alchem walijiwekea kazi hii, wakijitahidi kwa gharama yoyote kugeuza metali zingine, kama vile zebaki, kuwa dhahabu. Wataalamu wa alchem walishindwa kupata mafanikio katika suala hili. Lakini ikiwa, kwa msaada wa mmenyuko wa kemikali, haikuwezekana kubadilisha kitu kimoja hadi kingine, atomi za aina moja kuwa atomi za aina nyingine, basi hii inamaanisha kwamba atomi zenyewe, au tuseme sehemu zao kuu - nuclei - zinabaki. bila kubadilika wakati wa mmenyuko wa kemikali. Kwa hiyo, haiwezekani kutolewa nishati kubwa sana ambayo imekusanywa katika nuclei ya atomi. Na nishati hii ni kubwa sana. Hivi sasa, wanafizikia wamejifunza kutoa nishati ya nyuklia ya atomi za urani na vitu vingine. Hii ina maana kwamba sasa inawezekana kubadilisha kipengele kimoja hadi kingine. Wakati atomi za urani, zilizochukuliwa kwa kiasi cha gramu 1 tu, zinatenganishwa, karibu kalori milioni 10 za joto hutolewa. Ili kupata kiasi hicho cha joto, itakuwa muhimu kuchoma karibu tani moja na nusu ya makaa ya mawe mazuri. Mtu anaweza kufikiria ni fursa gani kubwa za matumizi ya nishati ya nyuklia (atomiki) inashikilia.
Kwa kuwa mabadiliko ya atomi za aina moja kuwa atomi za aina nyingine na kutolewa kwa nishati ya nyuklia inayohusishwa na mabadiliko kama hayo sio sehemu ya kazi ya kemia, nishati ya nyuklia haijajumuishwa katika nishati ya kemikali ya dutu.
Kwa hivyo, nishati ya kemikali ya mimea, ambayo ni kama, nishati ya jua iliyohifadhiwa, inaweza kutolewa na kutumika kwa hiari yetu. Ili kutoa nishati ya kemikali ya dutu, kuibadilisha angalau kwa sehemu kuwa aina zingine za nishati, ni muhimu kuandaa mchakato wa kemikali ambao unaweza kusababisha utengenezaji wa vitu ambavyo nishati ya kemikali itakuwa chini ya nishati ya kemikali. awali kuchukuliwa vitu. Katika kesi hiyo, sehemu ya nishati ya kemikali inaweza kubadilishwa kuwa joto, na mwisho huu hutumiwa katika mmea wa nguvu ya joto na lengo la mwisho la kuzalisha nishati ya umeme.
Kuhusiana na kuni - mafuta ya mboga - mchakato huo wa kemikali unaofaa ni mchakato wa mwako. Msomaji hakika anamfahamu. Kwa hiyo, tutakumbuka kwa ufupi tu kwamba mwako au oxidation ya dutu ni mchakato wa kemikali wa kuchanganya dutu hii na oksijeni. Kama matokeo ya mchanganyiko wa dutu inayowaka na oksijeni, kiasi kikubwa cha nishati ya kemikali hutolewa - joto hutolewa. Joto hutolewa sio tu wakati wa kuchoma kuni, lakini pia wakati wa mwako mwingine wowote au mchakato wa oxidation. Inajulikana, kwa mfano, ni kiasi gani cha joto kinachotolewa wakati wa kuchoma majani au makaa ya mawe. Katika mwili wetu, mchakato wa oxidation polepole pia hutokea na kwa hiyo joto ndani ya mwili ni kubwa kidogo kuliko joto la mazingira ambayo kwa kawaida hutuzunguka. Kutua kwa chuma pia ni mchakato wa oxidation. Joto hutolewa hapa pia, lakini mchakato huu unaendelea polepole sana hivi kwamba hatutambui joto.
Hivi sasa, kuni karibu hazitumiwi katika tasnia. Misitu ni muhimu sana kwa maisha ya watu kuruhusu kuni kuchomwa moto katika tanuri za boilers za mvuke katika viwanda, viwanda na mitambo ya nguvu. Na rasilimali zote za misitu duniani hazingedumu kwa muda mrefu ikiwa wangeamua kuzitumia kwa kusudi hili. Katika nchi yetu, kazi tofauti kabisa inafanywa: upandaji mkubwa wa mikanda ya makazi na misitu unafanywa ili kuboresha hali ya hewa ya eneo hilo.
Walakini, kila kitu kilichosemwa hapo juu juu ya malezi ya tishu za mmea kwa sababu ya nishati ya mionzi ya jua na utumiaji wa nishati ya kemikali ya tishu za mmea kutoa joto inahusiana moja kwa moja na mafuta hayo ambayo hutumiwa sana wakati wetu katika tasnia na, haswa. , kwenye mitambo ya nguvu ya joto. Mafuta hayo kimsingi ni pamoja na: peat, makaa ya mawe kahawia na makaa ya mawe. Mafuta haya yote ni bidhaa za mtengano wa mimea iliyokufa, mara nyingi bila upatikanaji wa hewa au kwa upatikanaji mdogo wa hewa. Hali kama hizo za sehemu za kufa za mimea huundwa kwa maji, chini ya safu ya mchanga wa maji. Kwa hiyo, uundaji wa mafuta haya mara nyingi ulitokea katika mabwawa, katika maeneo ya chini ya mafuriko ya mara kwa mara, katika mito na maziwa yenye kina kifupi au kavu kabisa.
Kati ya mafuta matatu yaliyoorodheshwa hapo juu, peat ndio asili ya mwisho. Ina idadi kubwa ya sehemu za mimea. Ubora wa mafuta fulani kwa kiasi kikubwa una sifa ya thamani yake ya kalori. Thamani ya kaloriki, au thamani ya kalori, ni kiasi cha joto, kinachopimwa kwa kalori, ambacho hutolewa wakati kilo 1 ya mafuta inapochomwa. Ikiwa tungekuwa na peat kavu ambayo haikuwa na unyevu, basi thamani yake ya kalori ingekuwa ya juu kidogo kuliko thamani ya kalori ya kuni: peat kavu ina thamani ya kalori ya takriban 5,500 kwa kilo 1, na kuni - karibu 4,500. hutolewa kutoka kwenye migodi, kwa kawaida huwa na unyevu mwingi na kwa hiyo ina thamani ya chini ya kaloriki. Matumizi ya peat katika mimea ya nguvu ya Kirusi ilianza mwaka wa 1914, wakati mmea wa nguvu ulijengwa jina lake baada ya mhandisi bora wa Kirusi R. E. Klasson, mwanzilishi wa njia mpya ya uchimbaji wa peat, kinachojulikana kama njia ya majimaji. Baada ya Mapinduzi ya Kijamaa ya Oktoba Kuu, matumizi ya peat katika mimea ya nguvu yalienea. Wahandisi wa Kirusi wameunda njia za busara zaidi za kuchimba na kuchoma mafuta haya ya bei nafuu, amana ambayo nchini Urusi ni muhimu sana, kama vile utengenezaji wa ducts za hewa.
Bidhaa ya zamani ya mtengano wa tishu za mimea kuliko peat ni kinachojulikana makaa ya mawe ya kahawia. Hata hivyo, makaa ya mawe ya kahawia bado yana seli za mimea na sehemu za mimea. Makaa ya mawe ya kahawia kavu na maudhui ya chini ya uchafu usioweza kuwaka - majivu - ina thamani ya kalori ya zaidi ya kalori 6,000 kwa kilo 1, i.e. juu zaidi kuliko kuni na peat kavu. Kwa kweli, makaa ya mawe ya kahawia ni mafuta yenye thamani ya chini ya kaloriki kutokana na unyevu mkubwa na mara nyingi maudhui ya juu ya majivu. Hivi sasa, makaa ya mawe ya kahawia ni mojawapo ya mafuta yanayotumiwa sana duniani. Amana zake katika nchi yetu ni kubwa sana.
Kama mafuta ya thamani kama vile mafuta na gesi asilia, karibu hayatumiwi kamwe. Kama ilivyoelezwa tayari, katika nchi yetu matumizi ya hifadhi ya mafuta hufanywa kwa kuzingatia maslahi ya viwanda vyote, vilivyopangwa na kiuchumi. Tofauti na nchi za Magharibi, nchini Urusi mitambo ya nguvu huchoma mafuta ya kiwango cha chini ambayo hayatumiki sana kwa madhumuni mengine. Wakati huo huo, mimea ya nguvu, kama sheria, hujengwa katika maeneo ambayo mafuta huzalishwa, ambayo huzuia usafiri wa umbali mrefu. Wahandisi wa nishati ya Soviet walilazimika kufanya kazi kwa bidii ili kujenga vifaa kama hivyo vya kuchoma mafuta - tanuu ambazo zingeruhusu matumizi ya mafuta ya kiwango cha chini na cha mvua.