ทำไมเราถึงบอกว่ามันเป็นสารเคมี? เหตุใดความร้อนจึงถูกปล่อยออกมาเมื่อเชื้อเพลิงเผาไหม้

องค์ประกอบทางเคมีของเซลล์

ไม่มีองค์ประกอบทางเคมีใดในสิ่งมีชีวิตที่จะไม่พบในร่างกายที่ไม่มีชีวิต (ซึ่งบ่งบอกถึงความเหมือนกันของสิ่งมีชีวิตและธรรมชาติที่ไม่มีชีวิต)
เซลล์ที่แตกต่างกันมีองค์ประกอบทางเคมีเกือบเหมือนกัน (ซึ่งพิสูจน์ความเป็นเอกภาพของธรรมชาติที่มีชีวิต) และในเวลาเดียวกันแม้แต่เซลล์ของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เดียวที่ทำหน้าที่ต่างกันก็อาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญในองค์ประกอบทางเคมี
จากองค์ประกอบมากกว่า 115 ชนิดที่ทราบในปัจจุบัน มีการค้นพบประมาณ 80 รายการในเซลล์

องค์ประกอบทั้งหมดตามเนื้อหาในสิ่งมีชีวิตแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

1. สารอาหารหลัก- เนื้อหาที่เกิน 0.001% ของน้ำหนักตัว
   98% ของมวลของเซลล์มาจากธาตุ 4 ธาตุ (บางครั้งเรียกว่า สารอินทรีย์): - ออกซิเจน (O) - 75%, คาร์บอน (C) - 15%, ไฮโดรเจน (H) - 8%, ไนโตรเจน (N) - 3% องค์ประกอบเหล่านี้เป็นพื้นฐานของสารประกอบอินทรีย์ (และออกซิเจนและไฮโดรเจนยังเป็นส่วนหนึ่งของน้ำซึ่งมีอยู่ในเซลล์ด้วย) ประมาณ 2% ของมวลเซลล์คิดเป็นอีกแปดเซลล์ สารอาหารหลัก: แมกนีเซียม (Mg), โซเดียม (Na), แคลเซียม (Ca), เหล็ก (Fe), โพแทสเซียม (K), ฟอสฟอรัส (P), คลอรีน (Cl), ซัลเฟอร์ (S);
2. องค์ประกอบทางเคมีที่เหลือจะบรรจุอยู่ในเซลล์ในปริมาณที่น้อยมาก: องค์ประกอบขนาดเล็ก- ผู้ที่มีส่วนแบ่งตั้งแต่ 0.000001% ถึง 0.001% - โบรอน (B), นิกเกิล (Ni), โคบอลต์ (Co), ทองแดง (Cu), โมลิบดีนัม (Mb), สังกะสี (Zn) ฯลฯ
3. องค์ประกอบอัลตราไมโคร- เนื้อหาไม่เกิน 0.000001% - ยูเรเนียม (U), เรเดียม (Ra), ทอง (Au), ปรอท (Hg), ตะกั่ว (Pb), ซีเซียม (Cs), ซีลีเนียม (Se) เป็นต้น

สิ่งมีชีวิตสามารถสะสมองค์ประกอบทางเคมีบางชนิดได้ ตัวอย่างเช่น สาหร่ายบางชนิดสะสมไอโอดีน บัตเตอร์คัพ - ลิเธียม แหน - เรเดียม เป็นต้น

สารเคมีของเซลล์

องค์ประกอบในรูปอะตอมเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุล อนินทรีย์และ อินทรีย์การเชื่อมต่อเซลล์

ถึง สารประกอบอนินทรีย์รวมถึงน้ำและเกลือแร่

สารประกอบอินทรีย์เป็นลักษณะของสิ่งมีชีวิตเท่านั้น ในขณะที่อนินทรีย์ก็มีอยู่ในธรรมชาติที่ไม่มีชีวิตเช่นกัน

ถึง สารประกอบอินทรีย์ซึ่งรวมถึงสารประกอบคาร์บอนที่มีน้ำหนักโมเลกุลตั้งแต่ 100 ถึงหลายแสน
คาร์บอนเป็นพื้นฐานทางเคมีของสิ่งมีชีวิต มันสามารถโต้ตอบกับอะตอมและกลุ่มของอะตอมจำนวนมาก ก่อตัวเป็นโซ่และวงแหวนที่ประกอบเป็นโครงกระดูกของโมเลกุลอินทรีย์ที่มีองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้าง ความยาว และรูปร่างที่แตกต่างกัน พวกมันก่อตัวเป็นสารประกอบทางเคมีที่ซับซ้อนซึ่งมีโครงสร้างและหน้าที่ต่างกัน สารประกอบอินทรีย์เหล่านี้ที่ประกอบเป็นเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเรียกว่า โพลีเมอร์ชีวภาพ, หรือ พอลิเมอร์ชีวภาพ- พวกมันประกอบขึ้นมากกว่า 97% ของวัตถุแห้งของเซลล์

ชตันโก ที.ยู. เลขที่ 221-987-502

เรื่อง: องค์ประกอบทางเคมีของเซลล์ คาร์โบไฮเดรต ไขมัน บทบาทต่อการทำงานของเซลล์ .

อภิธานศัพท์บทเรียน: โมโนแซ็กคาไรด์, โอลิโกแซ็กคาไรด์, โพลีแซ็กคาไรด์, ลิพิด, ไข, ฟอสโฟลิปิด

ผลลัพธ์ส่วนตัว: การก่อตัวของความสนใจทางปัญญาและแรงจูงใจในการศึกษาธรรมชาติที่มีชีวิต การพัฒนาทักษะทางปัญญาและความสามารถเชิงสร้างสรรค์

ผลลัพธ์ Meta- subject: การพัฒนาทักษะในการเปรียบเทียบ สรุปผล เหตุผล กำหนดคำจำกัดความของแนวคิด

ผลลัพธ์ของวิชา: กำหนดลักษณะโครงสร้างและหน้าที่ของคาร์โบไฮเดรตและไขมันบทบาทในชีวิตของเซลล์

UUD: การสร้างห่วงโซ่เชิงตรรกะของการให้เหตุผล การเปรียบเทียบ ความสัมพันธ์ของแนวคิด

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:แนะนำนักเรียนเกี่ยวกับโครงสร้าง การจำแนกประเภทและหน้าที่ของคาร์โบไฮเดรต ความหลากหลายและหน้าที่ของไขมัน

ความคืบหน้าของบทเรียน:การทดสอบความรู้

อธิบายองค์ประกอบทางเคมีของเซลล์

เหตุใดเราจึงกล่าวได้ว่าองค์ประกอบทางเคมีของเซลล์เป็นเครื่องยืนยันความสามัคคีของธรรมชาติที่มีชีวิตและชุมชนของธรรมชาติที่มีชีวิตและไม่มีชีวิต?

เหตุใดจึงเชื่อว่าคาร์บอนเป็นพื้นฐานทางเคมีของสิ่งมีชีวิต

เลือกลำดับองค์ประกอบทางเคมีที่ถูกต้องเพื่อเพิ่มความเข้มข้นในเซลล์:

ก) ไอโอดีน - คาร์บอน - ซัลเฟอร์; b) เหล็ก - ทองแดง - โพแทสเซียม;

c) ฟอสฟอรัส-แมกนีเซียม-สังกะสี; d) ฟลูออรีน - คลอรีน - ออกซิเจน

การขาดองค์ประกอบใดอาจทำให้รูปร่างของแขนขาในเด็กเปลี่ยนแปลงได้?

ก) เหล็ก; ข) โพแทสเซียม; c) แมกนีเซียม; ง) แคลเซียม

อธิบายโครงสร้างของโมเลกุลของน้ำและหน้าที่ของมันในเซลล์

น้ำเป็นตัวทำละลาย โมเลกุลของน้ำขั้วโลกจะละลายโมเลกุลขั้วโลกของสารอื่นๆ สารที่ละลายน้ำได้เรียกว่าชอบน้ำ ,ไม่ละลายในน้ำ– ไม่ชอบน้ำ .

ความจุความร้อนจำเพาะสูง การทำลายพันธะไฮโดรเจนที่ยึดโมเลกุลของน้ำไว้ด้วยกันจำเป็นต้องดูดซับพลังงานจำนวนมาก คุณสมบัติของน้ำนี้ช่วยรักษาสมดุลความร้อนในร่างกาย

การนำความร้อน

น้ำไม่บีบอัดทำให้เกิดแรงกดดัน

แรงยึดเกาะและแรงตึงผิว พันธะไฮโดรเจนทำให้น้ำมีความหนืดและการยึดเกาะกับโมเลกุลของสารอื่นๆ เนื่องจากแรงยึดเกาะ ฟิล์มจึงก่อตัวขึ้นบนผิวน้ำซึ่งมีลักษณะของแรงตึงผิว

สามารถอยู่ในสามรัฐ

ความหนาแน่น. เมื่อเย็นลงโมเลกุลของน้ำจะเคลื่อนที่ช้าลง จำนวนพันธะไฮโดรเจนจะสูงสุด น้ำมีความหนาแน่นสูงสุดที่ 4 องศา น้ำที่แข็งตัวจะขยายตัว (จำเป็นต้องใช้พื้นที่ในการก่อตัวของพันธะไฮโดรเจน) ความหนาแน่นของมันจะลดลง น้ำแข็งจึงลอยอยู่บนผิวน้ำ

เลือกฟังก์ชั่นน้ำในกรง:

ก) พลังงาน ง) การก่อสร้าง

b) เอนไซม์ e) การหล่อลื่น

c) การขนส่ง e) การควบคุมอุณหภูมิ

เลือกเฉพาะคุณสมบัติทางกายภาพของน้ำ:

ก) ความสามารถในการแยกตัวออก

b) การไฮโดรไลซิสของเกลือ

ค) ความหนาแน่น

d) การนำความร้อน

จ) การนำไฟฟ้า

e) การบริจาคอิเล็กตรอน

ปริมาณน้ำในเซลล์ของตัวอ่อนคือ 97.55%; แปดเดือน - 83%; ทารกแรกเกิด - 74%; ผู้ใหญ่ - 66% (กระดูก - 20%, ตับ - 70%, สมอง -86%) ปริมาณน้ำเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราการเผาผลาญ

บอกเราว่ากรดหรือความเป็นพื้นฐานของสารละลายถูกกำหนดอย่างไร? (ความเข้มข้นของ H ไอออน)

ความเข้มข้นนี้แสดงออกมาอย่างไร? (ความเข้มข้นนี้แสดงโดยใช้ค่า pH)

pH ของปฏิกิริยาที่เป็นกลาง = 7

pH ที่เป็นกรดน้อยกว่า 7

ค่า pH พื้นฐานมากกว่า 7

ขอบเขตของค่า pH สูงถึง 14

ค่า pH ในเซลล์คือ 7 การเปลี่ยนแปลง 1-2 ยูนิตเป็นอันตรายต่อเซลล์

ค่า pH คงที่ในเซลล์จะคงอยู่อย่างไร (คงไว้เนื่องจากคุณสมบัติบัฟเฟอร์ของเนื้อหาในเซลล์)

บัฟเฟอร์ สารละลายที่มีส่วนผสมของกรดอ่อนกับเกลือที่ละลายได้เรียกว่าสารละลาย เมื่อความเป็นกรด (ความเข้มข้นของไอออน H) เพิ่มขึ้น แอนไอออนอิสระซึ่งมาจากเกลือ จะรวมตัวกับไอออน H อิสระทันทีและกำจัดออกจากสารละลาย เมื่อความเป็นกรดลดลง ไอออน H เพิ่มเติมจะถูกปล่อยออกมา

ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบของระบบบัฟเฟอร์ของร่างกาย ไอออนจะกำหนดคุณสมบัติ - ความสามารถในการรักษา pH ในระดับหนึ่ง (ใกล้กับเป็นกลาง) แม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าจากการเผาผลาญทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่เป็นกรดและเป็นด่างก็ตาม

บอกเราว่าสภาวะสมดุลคืออะไร?

การเรียนรู้เนื้อหาใหม่

แจกสารที่นำเสนอออกเป็นกลุ่ม อธิบายว่าคุณใช้หลักการกระจายแบบใด

น้ำตาล, เฮโมโกลบิน, ไคติน, เซลลูโลส, อัลบูมิน, โคเลสเตอรอล, มูริน, กลูโคส, ไฟบริน, ฮอร์โมนเพศชาย, แป้ง, ไกลโคเจน, ซูโครส

คาร์โบไฮเดรต

ไขมัน (ไขมัน)

กระรอก

น้ำตาล

คอเลสเตอรอล

เฮโมโกลบิน

ไคติน

ฮอร์โมนเพศชาย

ไข่ขาว

เซลลูโลส

ไฟบริน

มูริน

กลูโคส

แป้ง

ไกลโคเจน

ซูโครส

วันนี้เราจะมาพูดถึงคาร์โบไฮเดรตและไขมัน

สูตรคาร์โบไฮเดรตทั่วไป C (H2O) กลูโคส C H O

ดูคาร์โบไฮเดรตที่คุณระบุแล้วลองแยกออกเป็น 3 กลุ่ม อธิบายว่าคุณใช้หลักการกระจายแบบใด

โมโนแซ็กคาไรด์

ไดแซ็กคาไรด์

โพลีแซ็กคาไรด์

น้ำตาล

ซูโครส

ไคติน

กลูโคส

เซลลูโลส

มูริน

แป้ง

ไกลโคเจน

พวกเขาแตกต่างกันอย่างไร? ให้แนวคิดเรื่องโพลีเมอร์

การทำงานกับภาพวาด:

(หน้า 3-9) รูปที่ 8 รูปที่ 9 รูปที่ 10

หน้าที่ของคาร์โบไฮเดรต

ค่าคาร์โบไฮเดรตในเซลล์

ฟังก์ชั่น

การสลายด้วยเอนไซม์ของโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตจะปล่อยพลังงานออกมา 17.5 กิโลจูล

พลังงาน

เมื่อมากเกินไปจะพบคาร์โบไฮเดรตในเซลล์ในรูปของแป้งและไกลโคเจน การสลายคาร์โบไฮเดรตที่เพิ่มขึ้นเกิดขึ้นระหว่างการงอกของเมล็ด การอดอาหารเป็นเวลานาน และการทำงานของกล้ามเนื้ออย่างหนัก

การจัดเก็บ

คาร์โบไฮเดรตเป็นส่วนหนึ่งของผนังเซลล์ ก่อตัวเป็นชั้นไคตินของสัตว์ขาปล้อง ป้องกันการแทรกซึมของแบคทีเรีย และจะถูกปล่อยออกมาเมื่อพืชได้รับความเสียหาย

ป้องกัน

เซลลูโลส ไคติน มูริน เป็นส่วนหนึ่งของผนังเซลล์ ไคตินก่อตัวเป็นเปลือกของสัตว์ขาปล้อง

ก่อสร้างพลาสติก

มีส่วนร่วมในกระบวนการจดจำเซลล์ รับรู้สัญญาณจากสิ่งแวดล้อม เป็นส่วนหนึ่งของไกลโคโปรตีน

ตัวรับการส่งสัญญาณ

ลิพิดเป็นสารคล้ายไขมัน

โมเลกุลของพวกมันไม่มีขั้ว ไม่ชอบน้ำ และละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์

ตามโครงสร้างจะแบ่งออกเป็นแบบเรียบง่ายและซับซ้อน

ง่าย: ไขมันเป็นกลาง (ไขมัน), แว็กซ์, สเตอรอล, สเตียรอยด์

ไขมัน (ไขมัน) ที่เป็นกลางประกอบด้วย: ดูรูปที่ 11

ไขมันเชิงซ้อนมีส่วนประกอบที่ไม่ใช่ไขมัน ที่สำคัญที่สุด: ฟอสโฟลิปิด, ไกลโคลิพิด (ในเยื่อหุ้มเซลล์)

หน้าที่ของลิพิด

จับคู่:

ฟังก์ชั่น คำอธิบาย ชื่อ

1) เป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มเซลล์ ก) พลังงาน

2) เมื่อเกิดออกซิเดชัน 1 กรัม ไขมันถูกปล่อยออกมา 38.9 กิโลจูล B) แหล่งน้ำ

3) ฝากไว้ในเซลล์พืชและสัตว์ B) กฎระเบียบ

4) เนื้อเยื่อไขมันใต้ผิวหนังช่วยปกป้องอวัยวะจากภาวะอุณหภูมิร่างกายต่ำและการกระแทก ง) การจัดเก็บ

5) ไขมันบางส่วนเป็นฮอร์โมน D) โครงสร้าง

6) เมื่อไขมัน 1 กรัมถูกออกซิไดซ์ จะมีการปล่อยน้ำมากกว่า 1 กรัม E) การป้องกัน

การยึด:

คำถามหน้า 37 หมายเลข 1 - 3; น.39 ฉบับที่ 1 - 4.

ด/ซ: §9; §10

คำถามที่ 1. อะไรคือความคล้ายคลึงกันระหว่างระบบชีวภาพกับวัตถุไม่มีชีวิต?
ความคล้ายคลึงกันหลักคือความสัมพันธ์ขององค์ประกอบทางเคมี องค์ประกอบทางเคมีส่วนใหญ่ที่ทราบจนถึงปัจจุบันพบได้ทั้งในสิ่งมีชีวิตและในธรรมชาติที่ไม่มีชีวิต ไม่มีอะตอมใดที่มีลักษณะเฉพาะของระบบสิ่งมีชีวิตเท่านั้น อย่างไรก็ตามเนื้อหาขององค์ประกอบเฉพาะในธรรมชาติที่มีชีวิตและไม่มีชีวิตแตกต่างกันอย่างมาก สิ่งมีชีวิต (ตั้งแต่แบคทีเรียไปจนถึงสัตว์มีกระดูกสันหลัง) สามารถเลือกสะสมองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับชีวิตได้
อย่างไรก็ตาม มีความเป็นไปได้ที่จะระบุชุดของคุณสมบัติที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด และแยกแยะคุณสมบัติเหล่านั้นออกจากร่างกายที่ไม่มีชีวิต วัตถุที่มีชีวิตมีลักษณะพิเศษของการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม - เมแทบอลิซึม มันขึ้นอยู่กับกระบวนการที่เชื่อมโยงกันและสมดุลของการดูดซึม (แอแนบอลิซึม) และการสลายตัว (แคแทบอลิซึม) กระบวนการเหล่านี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างโครงสร้างใหม่ของร่างกายตลอดจนให้สารอาหารและพลังงานที่จำเป็นแก่ชีวิตในด้านต่างๆ ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับเมแทบอลิซึมคือการจัดหาสารประกอบเคมีบางชนิดจากภายนอก กล่าวคือ การดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตเป็นระบบเปิด
สิ่งที่น่าสนใจคือ วัตถุไม่มีชีวิตสามารถแสดงคุณสมบัติบางอย่างซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของสิ่งมีชีวิตมากกว่า ดังนั้นผลึกแร่จึงสามารถเจริญเติบโตและเผาผลาญกับสิ่งแวดล้อมได้ และฟอสฟอรัสสามารถ "เก็บ" พลังงานแสงได้ แต่ไม่มีระบบอนินทรีย์ระบบเดียวที่มีคุณสมบัติครบถ้วนในสิ่งมีชีวิต

คำถามที่ 2 ระบุองค์ประกอบทางชีวภาพและอธิบายความสำคัญในการก่อตัวของสิ่งมีชีวิต
องค์ประกอบทางชีวภาพ (ออร์กาโนเจน) ได้แก่ ออกซิเจน คาร์บอน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และซัลเฟอร์ เป็นพื้นฐานของโปรตีน ลิพิด คาร์โบไฮเดรต กรดนิวคลีอิก และสารอินทรีย์อื่นๆ สำหรับโมเลกุลอินทรีย์ทั้งหมด อะตอมของคาร์บอนที่ก่อตัวเป็นเฟรมมีความสำคัญเป็นพิเศษ กรอบการทำงานนี้แนบกลุ่มสารเคมีต่างๆ ที่เกิดจากองค์ประกอบทางชีวภาพอื่นๆ โมเลกุลอินทรีย์จะได้รับคุณสมบัติและหน้าที่เฉพาะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและการจัดเรียงของกลุ่มดังกล่าว ตัวอย่างเช่น กรดอะมิโนมีไนโตรเจนในปริมาณมาก และกรดนิวคลีอิกมีฟอสฟอรัส
พบเนื้อหาที่เพิ่มขึ้นขององค์ประกอบทางเคมีบางอย่างในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตบางชนิด ตัวอย่างเช่นแบคทีเรียสามารถสะสมแมงกานีสสาหร่ายทะเล - ไอโอดีนแหน - เรเดียมหอยและสัตว์น้ำที่มีเปลือกแข็ง - ทองแดงสัตว์มีกระดูกสันหลัง - เหล็ก
องค์ประกอบทางเคมีเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบอินทรีย์ คาร์บอน ออกซิเจน และไฮโดรเจนมีส่วนเกี่ยวข้องในการสร้างโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตและไขมัน นอกจากองค์ประกอบเหล่านี้แล้ว โมเลกุลโปรตีนยังมีไนโตรเจนและซัลเฟอร์ และโมเลกุลกรดนิวคลีอิกยังมีฟอสฟอรัสและไนโตรเจน ไอออนของเหล็กและทองแดงรวมอยู่ในโมเลกุลของเอนไซม์ออกซิเดชั่น แมกนีเซียมรวมอยู่ในโมเลกุลคลอโรฟิลล์ เหล็กเป็นส่วนหนึ่งของเฮโมโกลบิน ไอโอดีนเป็นส่วนหนึ่งของฮอร์โมนไทรอยด์ - ไทรอกซีน สังกะสีเป็นส่วนหนึ่งของอินซูลิน - ฮอร์โมนตับอ่อน โคบอลต์เป็นส่วนหนึ่ง ของวิตามินบี 12
องค์ประกอบทางเคมีที่มีส่วนร่วมในกระบวนการเผาผลาญและมีฤทธิ์ทางชีวภาพที่เด่นชัดเรียกว่าไบโอเจนิก

คำถามที่ 3. จุลธาตุคืออะไร? ยกตัวอย่างและอธิบายความสำคัญทางชีวภาพขององค์ประกอบเหล่านี้
องค์ประกอบทางเคมีหลายชนิดมีอยู่ในระบบสิ่งมีชีวิตในปริมาณที่น้อยมาก (เศษของเปอร์เซ็นต์ของมวลทั้งหมด) สารดังกล่าวเรียกว่าองค์ประกอบขนาดเล็ก
องค์ประกอบย่อย: Cu, B, Co, Mo, Mn, Ni, Br ฯลฯ ฉันและคนอื่นๆ ส่วนแบ่งทั้งหมดในเซลล์มากกว่า 0.1% ความเข้มข้นของแต่ละรายการไม่เกิน 0.001% สิ่งเหล่านี้คือไอออนของโลหะที่เป็นส่วนหนึ่งของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ (ฮอร์โมน เอนไซม์ ฯลฯ) พืช เชื้อรา แบคทีเรียได้รับองค์ประกอบขนาดเล็กจากดินและน้ำ สัตว์ - ส่วนใหญ่มีอาหาร โดยส่วนใหญ่แล้ว ธาตุขนาดเล็กเป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนและสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ (ฮอร์โมน วิตามิน) ตัวอย่างเช่น สังกะสีพบได้ในฮอร์โมนอินซูลินของตับอ่อน และไอโอดีนพบในไทร็อกซีน (ฮอร์โมนไทรอยด์) โคบอลต์เป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของวิตามินบี 12 เหล็กเป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนประมาณ 70 ชนิดในร่างกาย ทองแดงเป็นส่วนหนึ่งของโปรตีน 20 ชนิด เป็นต้น
พบเนื้อหาที่เพิ่มขึ้นขององค์ประกอบทางเคมีบางอย่างในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตบางชนิด ตัวอย่างเช่นแบคทีเรียสามารถสะสมแมงกานีสสาหร่ายทะเล - ไอโอดีนแหน - เรเดียมหอยและสัตว์น้ำที่มีเปลือกแข็ง - ทองแดงสัตว์มีกระดูกสันหลัง - เหล็ก ธาตุขนาดเล็กพิเศษ: ยูเรเนียม ทอง เบริลเลียม ปรอท ซีเซียม ซีลีเนียม และอื่นๆ ความเข้มข้นไม่เกิน 0.000001% บทบาททางสรีรวิทยาของหลายคนยังไม่ได้รับการจัดตั้งขึ้น

คำถามที่ 4. การขาดธาตุขนาดเล็กจะส่งผลต่อกิจกรรมที่สำคัญของเซลล์และร่างกายอย่างไร? ยกตัวอย่างปรากฏการณ์ดังกล่าว
การขาดธาตุขนาดเล็กใด ๆ จะทำให้การสังเคราะห์อินทรียวัตถุลดลงซึ่งมีธาตุขนาดเล็กนี้รวมอยู่ด้วย ส่งผลให้กระบวนการเจริญเติบโต เมแทบอลิซึม การสืบพันธุ์ ฯลฯ หยุดชะงัก ตัวอย่างเช่น การขาดสารไอโอดีนในอาหารทำให้กิจกรรมของร่างกายลดลงโดยทั่วไปและการเจริญเติบโตของต่อมไทรอยด์ - คอพอกประจำถิ่น การขาดโบรอนทำให้ตายอดในพืชตาย หน้าที่หลักของธาตุเหล็กในร่างกายคือการขนส่งออกซิเจนและการมีส่วนร่วมในกระบวนการออกซิเดชั่น (ผ่านเอนไซม์ออกซิเดชั่นหลายสิบตัว) เหล็กเป็นส่วนหนึ่งของฮีโมโกลบิน ไมโอโกลบิน และไซโตโครม ธาตุเหล็กมีบทบาทสำคัญในกระบวนการปล่อยพลังงาน ในการสร้างปฏิกิริยาภูมิคุ้มกันของร่างกาย และในกระบวนการเผาผลาญคอเลสเตอรอล เมื่อขาดสังกะสี การสร้างความแตกต่างของเซลล์ การผลิตอินซูลิน การดูดซึมวิตามินอีจะลดลง และการสร้างเซลล์ผิวใหม่จะลดลง สังกะสีมีบทบาทสำคัญในการประมวลผลแอลกอฮอล์ ดังนั้นการขาดสังกะสีในร่างกายจึงทำให้เกิดโรคพิษสุราเรื้อรัง (โดยเฉพาะในเด็กและวัยรุ่น) สังกะสีเป็นส่วนหนึ่งของอินซูลิน เอ็นไซม์จำนวนหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการสร้างเม็ดเลือด
การขาดซีลีเนียมอาจทำให้เกิดมะเร็งในมนุษย์และสัตว์ได้ โดยการเปรียบเทียบกับการขาดวิตามินโรคดังกล่าวเรียกว่าไมโครเอเลเมนต์

คำถามที่ 5 บอกเราเกี่ยวกับองค์ประกอบอัลตราไมโคร เนื้อหาในร่างกายคืออะไร? คุณรู้อะไรเกี่ยวกับบทบาทของพวกเขาในสิ่งมีชีวิต?
ธาตุอัลตราไมโคร- สิ่งเหล่านี้เป็นองค์ประกอบที่มีอยู่ในเซลล์ในปริมาณเล็กน้อย (ความเข้มข้นของแต่ละรายการไม่เกินหนึ่งในล้านของเปอร์เซ็นต์) ซึ่งรวมถึงยูเรเนียม เรเดียม ทอง เงิน ปรอท เบริลเลียม สารหนู ฯลฯ
สารหนูจัดเป็นองค์ประกอบที่มีความจำเป็นตามเงื่อนไขและเป็นพิษต่อภูมิคุ้มกัน เป็นที่ทราบกันว่าสารหนูประกอบด้วยโปรตีน (ซิสเตอีน, กลูตามีน), กรดไลโปอิก สารหนูส่งผลต่อกระบวนการออกซิเดชั่นในไมโตคอนเดรียและมีส่วนร่วมในกระบวนการทางชีวภาพที่สำคัญอื่น ๆ อีกมากมาย สารหนูเป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์ที่ปกป้องเยื่อหุ้มเซลล์ของเราจากการเกิดออกซิเดชันและจำเป็นสำหรับการทำงานตามปกติ
ในร่างกาย ลิเธียมส่งเสริมการปลดปล่อยแมกนีเซียมจาก “คลัง” ของเซลล์ และยับยั้งการส่งกระแสประสาท จึงทำให้ลดลง ความตื่นเต้นง่ายของระบบประสาท ลิเธียมยังส่งผลต่อกระบวนการทางระบบประสาทต่อมไร้ท่อ การเผาผลาญไขมันและคาร์โบไฮเดรต
วาเนเดียมมีส่วนร่วมในการควบคุมการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตและระบบหัวใจและหลอดเลือด และยังเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญของเนื้อเยื่อกระดูกและฟัน บทบาททางสรีรวิทยาขององค์ประกอบพิเศษส่วนใหญ่ยังไม่ได้รับการจัดตั้งขึ้น อาจเป็นไปได้ว่ามันขาดหายไปโดยสิ้นเชิงและองค์ประกอบขนาดเล็กพิเศษบางส่วนก็เป็นเพียงสิ่งเจือปนของสิ่งมีชีวิต ธาตุอัลตราไมโครหลายชนิดเป็นพิษต่อมนุษย์และสัตว์ในระดับความเข้มข้นที่กำหนด เช่น เงิน ไทเทเนียม สารหนู เป็นต้น

คำถามที่ 6 ให้ยกตัวอย่างจุดกำเนิดทางชีวเคมีที่คุณรู้จัก อธิบายสาเหตุของที่มาของพวกเขา
ถิ่นทางชีวเคมี- โรคเหล่านี้คือโรคของพืช สัตว์ และมนุษย์ ที่เกี่ยวข้องกับการขาดธาตุเคมีในสิ่งแวดล้อมอย่างชัดเจนหรือมากเกินไป เป็นผลให้เกิดภาวะจุลภาคหรือความผิดปกติอื่น ๆ ดังนั้นในหลายพื้นที่ของประเทศของเราปริมาณไอโอดีนในน้ำและดินจึงลดลงอย่างมาก การขาดไอโอดีนทำให้การสังเคราะห์ฮอร์โมนไทรอกซีนลดลง ต่อมไทรอยด์พยายามชดเชยการขาดมันเพิ่มขึ้น (โรคคอพอกเฉพาะถิ่นพัฒนา) ตัวอย่างอื่นๆ ได้แก่ การขาดซีลีเนียมในดินของหลายภูมิภาคของประเทศมองโกเลีย ตลอดจนปริมาณสารปรอทที่มากเกินไปในน้ำของแม่น้ำบนภูเขาบางแห่งในชิลีและซีลอน มีฟลูออไรด์มากเกินไปในน้ำในหลายพื้นที่ซึ่งนำไปสู่โรคทางทันตกรรม - ฟลูออโรซิส
รูปแบบหนึ่งของโรคเฉพาะถิ่นทางชีวเคมีถือได้ว่าเป็นองค์ประกอบกัมมันตภาพรังสีที่มากเกินไปในพื้นที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิลและสถานที่ที่สัมผัสกับการฉายรังสีทางวิทยุที่รุนแรงเช่น

คุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมีของเซลล์

1. องค์ประกอบทางเคมีคืออะไร?
2. ปัจจุบันรู้จักองค์ประกอบทางเคมีกี่องค์ประกอบ?
3. สารอะไรที่เรียกว่าอนินทรีย์?
4. สารประกอบอะไรที่เรียกว่าอินทรีย์?
5. พันธะเคมีชนิดใดที่เรียกว่าโควาเลนต์?

ประมาณ 2% ของมวลเซลล์ประกอบด้วยองค์ประกอบ 8 ประการต่อไปนี้: โพแทสเซียม โซเดียม แคลเซียม คลอรีน แมกนีเซียม เหล็ก ฟอสฟอรัส และกำมะถัน องค์ประกอบทางเคมีที่เหลืออยู่ในเซลล์ในปริมาณที่น้อยมาก

เนื้อหาบทเรียน บันทึกบทเรียนและการสนับสนุนวิธีการเร่งความเร็วการนำเสนอบทเรียนแบบเฟรมและเทคโนโลยีแบบโต้ตอบ การประเมินแบบปิด (สำหรับครูใช้เท่านั้น) ฝึกฝน งานและแบบฝึกหัด การทดสอบตัวเอง เวิร์คช็อป ห้องปฏิบัติการ ระดับความยากของงาน: ปกติ สูง การบ้านโอลิมปิก ภาพประกอบ ภาพประกอบ: คลิปวิดีโอ, เสียง, ภาพถ่าย, กราฟ, ตาราง, การ์ตูน, บทคัดย่อมัลติมีเดีย, เคล็ดลับสำหรับผู้ที่อยากรู้อยากเห็น, เอกสารโกง, อารมณ์ขัน, คำอุปมา, เรื่องตลก, คำพูด, ปริศนาอักษรไขว้, คำพูด ส่วนเสริม การทดสอบอิสระภายนอก (ETT) หนังสือเรียน วันหยุดพื้นฐานและเพิ่มเติมเฉพาะเรื่อง คำขวัญ บทความ ลักษณะประจำชาติ พจนานุกรมคำศัพท์ อื่น ๆ สำหรับครูเท่านั้น

ในศตวรรษที่ผ่านมา ฟืนเป็นเชื้อเพลิงหลัก แม้กระทั่งทุกวันนี้ ไม้ที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงยังคงมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการทำความร้อนในอาคารในพื้นที่ชนบท เมื่อเผาฟืนในเตาเป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการว่าเรากำลังใช้พลังงานที่ได้รับจากดวงอาทิตย์ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร อย่างไรก็ตาม นี่เป็นกรณีนี้อย่างแน่นอน

พลังงานแสงอาทิตย์สะสมอยู่ในฟืนได้อย่างไร? ทำไมเราถึงพูดได้ว่าการเผาฟืนเราใช้พลังงานที่ได้รับจากดวงอาทิตย์?

นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียผู้มีชื่อเสียง K. A. Timiryazev ให้คำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถาม ปรากฎว่าการพัฒนาพืชเกือบทั้งหมดเป็นไปได้ภายใต้อิทธิพลของแสงแดดเท่านั้น ชีวิตของพืชส่วนใหญ่ ตั้งแต่หญ้าขนาดเล็กไปจนถึงยูคาลิปตัสที่ทรงพลัง ซึ่งมีความสูงถึง 150 เมตร และเส้นรอบวงลำต้น 30 เมตร ขึ้นอยู่กับการรับรู้ของแสงแดด ใบสีเขียวของพืชมีสารพิเศษ - คลอโรฟิลล์ สารนี้ทำให้พืชมีคุณสมบัติที่สำคัญ คือ ดูดซับพลังงานจากแสงแดด ใช้พลังงานนี้เพื่อสลายก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นสารประกอบของคาร์บอนและออกซิเจน ให้กลายเป็นส่วนประกอบต่างๆ ได้แก่ คาร์บอนและออกซิเจน และเกิดเป็นสารอินทรีย์ในเนื้อเยื่อ ซึ่งนี่คือสิ่งที่เนื้อเยื่อพืชประกอบด้วยจริงๆ คุณสมบัติของพืชนี้สามารถเรียกได้ว่าน่าทึ่งโดยไม่ต้องพูดเกินจริงเนื่องจากพืชจึงสามารถเปลี่ยนสารที่มีลักษณะเป็นอนินทรีย์ให้เป็นสารอินทรีย์ได้ นอกจากนี้ พืชดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศซึ่งเป็นผลผลิตของกิจกรรมของสิ่งมีชีวิต อุตสาหกรรม และภูเขาไฟ และทำให้อากาศอิ่มตัวด้วยออกซิเจน โดยที่เราทราบดีว่ากระบวนการหายใจและการเผาไหม้เป็นไปไม่ได้ ด้วยเหตุนี้ พื้นที่สีเขียวจึงมีความจำเป็นสำหรับชีวิตมนุษย์

ง่ายต่อการตรวจสอบว่าใบพืชดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และแยกออกเป็นคาร์บอนและออกซิเจนโดยใช้การทดลองง่ายๆ ลองจินตนาการว่าในหลอดทดลองมีน้ำที่มีคาร์บอนไดออกไซด์ละลายอยู่และมีใบไม้สีเขียวของต้นไม้หรือหญ้า น้ำที่มีคาร์บอนไดออกไซด์แพร่หลายมากในวันที่อากาศร้อนน้ำนี้เรียกว่าน้ำอัดลมซึ่งช่วยดับกระหายได้ดีมาก

อย่างไรก็ตาม ขอให้เรากลับไปสู่ประสบการณ์ของเรา หลังจากนั้นครู่หนึ่งคุณสามารถสังเกตเห็นฟองเล็ก ๆ บนใบซึ่งเมื่อมันก่อตัวขึ้นและสะสมอยู่ที่ส่วนบนของหลอดทดลอง หากก๊าซที่ได้รับจากใบนี้ถูกรวบรวมไว้ในภาชนะที่แยกจากกันและมีเศษที่ลุกเป็นไฟเล็กน้อยเข้าไปก็จะลุกเป็นไฟ จากคุณสมบัตินี้ เช่นเดียวกับคุณลักษณะอื่นๆ อีกหลายประการ สามารถระบุได้ว่าเรากำลังเผชิญกับออกซิเจน สำหรับคาร์บอนนั้นใบไม้จะถูกดูดซับและมีสารอินทรีย์เกิดขึ้น - เนื้อเยื่อพืชซึ่งเป็นพลังงานเคมีซึ่งเป็นพลังงานที่แปลงแล้วของรังสีดวงอาทิตย์จะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการเผาไหม้ในรูปของความร้อน

ในเรื่องราวของเรา ซึ่งจำเป็นต้องกล่าวถึงวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสาขาต่างๆ เราได้พบกับแนวคิดใหม่อีกอย่างหนึ่ง นั่นคือ พลังงานเคมี อย่างน้อยก็จำเป็นต้องอธิบายสั้นๆ ว่ามันคืออะไร พลังงานเคมีของสาร (โดยเฉพาะฟืน) มีความเหมือนกันมากกับพลังงานความร้อน พลังงานความร้อนตามที่ผู้อ่านจำได้ประกอบด้วยพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของอนุภาคที่เล็กที่สุดของร่างกาย: โมเลกุลและอะตอม พลังงานความร้อนของร่างกายจึงถูกกำหนดให้เป็นผลรวมของพลังงานของการเคลื่อนที่แบบแปลนและแบบหมุนของโมเลกุลและอะตอมของวัตถุที่กำหนดกับพลังงานของแรงดึงดูดหรือแรงผลักระหว่างพวกมัน พลังงานเคมีของร่างกาย ต่างจากพลังงานความร้อน ประกอบด้วยพลังงานที่สะสมอยู่ภายในโมเลกุล พลังงานนี้สามารถปล่อยออกมาได้จากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเท่านั้น ซึ่งเป็นปฏิกิริยาเคมีที่สารตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไปถูกแปลงเป็นสารอื่น

จำเป็นต้องเพิ่มคำชี้แจงที่สำคัญสองประการ แต่ก่อนอื่น เราต้องเตือนผู้อ่านถึงบทบัญญัติบางประการเกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร เป็นเวลานานที่นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าร่างกายทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กและแยกไม่ออกอีกนั่นคืออะตอม คำว่า "อะตอม" แปลจากภาษากรีกแปลว่าแบ่งแยกไม่ได้ ในส่วนแรก ข้อสันนิษฐานนี้ได้รับการยืนยันแล้วว่า วัตถุทั้งหมดประกอบด้วยอะตอมจริงๆ และขนาดของส่วนหลังนี้มีขนาดเล็กมาก ตัวอย่างเช่น น้ำหนักของอะตอมไฮโดรเจนคือ 0.000 000 000 000 000 000 000 0017 กรัม ขนาดของอะตอมมีขนาดเล็กมากจนไม่สามารถมองเห็นได้แม้จะใช้กล้องจุลทรรศน์ที่ทรงพลังที่สุดก็ตาม หากเป็นไปได้ที่จะจัดเรียงอะตอมในลักษณะเดียวกับที่เราเทถั่วลงในแก้วนั่นคือ เมื่อสัมผัสกัน อะตอมประมาณ 10,000,000,000,000,000,000,000 อะตอมจะพอดีกับปริมาตรที่น้อยมากเพียง 1 ลูกบาศก์มิลลิเมตร

โดยรวมแล้วรู้จักอะตอมประมาณหนึ่งร้อยชนิด น้ำหนักของอะตอมยูเรเนียม ซึ่งเป็นหนึ่งในอะตอมที่หนักที่สุด มีน้ำหนักประมาณ 238 เท่าของน้ำหนักอะตอมไฮโดรเจนที่เบาที่สุด สารธรรมดา เช่น สารที่ประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกันเรียกว่าธาตุ

เมื่อเชื่อมต่อถึงกันอะตอมจะก่อตัวเป็นโมเลกุล หากโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมหลายประเภท สารนั้นเรียกว่าเชิงซ้อน ตัวอย่างเช่น โมเลกุลของน้ำประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอมและออกซิเจน 1 อะตอม เช่นเดียวกับอะตอม โมเลกุลมีขนาดเล็กมาก ตัวอย่างที่เด่นชัดซึ่งระบุถึงขนาดโมเลกุลที่เล็กและจำนวนโมเลกุลที่ถูกพบแม้ในปริมาณที่ค่อนข้างน้อยคือตัวอย่างที่มอบให้โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ทอมสัน หากคุณหยิบแก้วน้ำแล้วติดฉลากโมเลกุลของน้ำทั้งหมดในแก้วนี้ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งแล้วเทน้ำลงทะเลแล้วคนให้เข้ากันปรากฎว่าไม่ว่าเราจะวาดแก้วในมหาสมุทรหรือทะเลใด ของน้ำจะมีโมเลกุลที่ติดป้ายเราอยู่ประมาณร้อยโมเลกุล

ร่างกายทั้งหมดเป็นที่สะสมของโมเลกุลหรืออะตอมจำนวนมาก ในก๊าซ อนุภาคเหล่านี้จะเคลื่อนที่อย่างวุ่นวาย ซึ่งมีความเข้มข้นมากขึ้นตามอุณหภูมิของก๊าซที่สูงขึ้น ในของเหลว แรงยึดเกาะระหว่างโมเลกุลแต่ละโมเลกุลจะมีค่ามากกว่าในก๊าซมาก ดังนั้นแม้ว่าโมเลกุลของของเหลวจะเคลื่อนไหวเช่นกัน แต่ก็ไม่สามารถแยกตัวออกจากกันได้อีกต่อไป ของแข็งประกอบด้วยอะตอม แรงดึงดูดระหว่างอะตอมของวัตถุที่เป็นของแข็งนั้นยิ่งใหญ่กว่าอย่างมากไม่เพียงแต่เมื่อเปรียบเทียบกับแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของก๊าซเท่านั้น แต่ยังเทียบไม่ได้กับโมเลกุลของเหลวอีกด้วย เป็นผลให้อะตอมของวัตถุแข็งทำการเคลื่อนไหวแบบแกว่งไปรอบตำแหน่งสมดุลคงที่ไม่มากก็น้อย ยิ่งอุณหภูมิของร่างกายสูง พลังงานจลน์ของอะตอมและโมเลกุลก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ตามความเป็นจริง พลังงานจลน์ของอะตอมและโมเลกุลเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิ

สำหรับการสันนิษฐานว่าอะตอมไม่สามารถแบ่งแยกได้หรือว่าเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของสสาร สมมติฐานนี้จึงถูกปฏิเสธในเวลาต่อมา ขณะนี้นักฟิสิกส์มีมุมมองที่เหมือนกัน นั่นคืออะตอมไม่สามารถแบ่งแยกได้ ว่ามันประกอบด้วยอนุภาคของสสารที่มีขนาดเล็กกว่าด้วยซ้ำ ยิ่งกว่านั้นมุมมองของนักฟิสิกส์ได้รับการยืนยันผ่านการทดลองแล้ว ในทางกลับกัน อะตอมก็คืออนุภาคเชิงซ้อนที่ประกอบด้วยโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน โปรตอนและนิวตรอนก่อตัวเป็นนิวเคลียสของอะตอม ล้อมรอบด้วยเปลือกอิเล็กตรอน มวลเกือบทั้งหมดของอะตอมมีความเข้มข้นในนิวเคลียสของมัน นิวเคลียสที่เล็กที่สุดในบรรดานิวเคลียสของอะตอมที่มีอยู่ทั้งหมด ซึ่งเป็นนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนที่ประกอบด้วยโปรตอนเพียงตัวเดียว มีมวลมากกว่ามวลของอิเล็กตรอนถึง 1,850 เท่า มวลของโปรตอนและนิวตรอนมีค่าเท่ากันโดยประมาณ ดังนั้น มวลของอะตอมจึงถูกกำหนดโดยมวลของนิวเคลียสของมัน หรืออีกนัยหนึ่งคือจำนวนโปรตอนและนิวตรอน โปรตอนมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก อิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ และนิวตรอนไม่มีประจุไฟฟ้าเลย ประจุนิวเคลียร์จึงเป็นบวกและเท่ากับจำนวนโปรตอนเสมอ ปริมาณนี้เรียกว่าเลขลำดับขององค์ประกอบในระบบธาตุของ D.I. โดยปกติแล้วจำนวนอิเล็กตรอนที่ประกอบเป็นเปลือกจะเท่ากับจำนวนโปรตอน และเนื่องจากประจุของอิเล็กตรอนเป็นลบ อะตอมโดยรวมจึงมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า

แม้ว่าปริมาตรของอะตอมจะเล็กมาก แต่นิวเคลียสและอิเล็กตรอนที่อยู่รอบ ๆ ก็ครอบครองเพียงส่วนเล็ก ๆ ของปริมาตรนี้เท่านั้น ดังนั้นเราสามารถจินตนาการได้ว่าความหนาแน่นของนิวเคลียสของอะตอมมีมหาศาลเพียงใด หากเป็นไปได้ที่จะจัดเรียงนิวเคลียสของไฮโดรเจนให้มีปริมาตรเพียง 1 ลูกบาศก์เซนติเมตรอย่างหนาแน่น น้ำหนักของมันจะอยู่ที่ประมาณ 100 ล้านตัน

หลังจากสรุปข้อกำหนดบางประการเกี่ยวกับโครงสร้างของสสารโดยสรุป และเตือนอีกครั้งว่าพลังงานเคมีคือพลังงานที่สะสมอยู่ภายในโมเลกุล ในที่สุดเราก็สามารถนำเสนอข้อควรพิจารณาที่สำคัญสองประการตามที่สัญญาไว้ก่อนหน้านี้ว่า จะเปิดเผยแก่นแท้ของพลังงานเคมีได้ครบถ้วนยิ่งขึ้น

เราได้กล่าวไว้ข้างต้นว่าพลังงานความร้อนของร่างกายประกอบด้วยพลังงานของการเคลื่อนที่แบบแปลนและแบบหมุนของโมเลกุลและพลังงานของการดึงดูดหรือแรงผลักระหว่างกัน คำจำกัดความของพลังงานความร้อนนี้ยังไม่ถูกต้องทั้งหมด หรือยังไม่สมบูรณ์ทั้งหมด ในกรณีที่โมเลกุลของสาร (ของเหลวหรือก๊าซ) ประกอบด้วยอะตอมตั้งแต่สองอะตอมขึ้นไป พลังงานความร้อนจะต้องรวมพลังงานของการเคลื่อนที่แบบสั่นสะเทือนของอะตอมที่อยู่ภายในโมเลกุลด้วย ข้อสรุปนี้ได้มาจากการพิจารณาดังต่อไปนี้ ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าความจุความร้อนของสารเกือบทั้งหมดเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของสาร 1 กิโลกรัมขึ้น 1 °C ตามกฎแล้วยิ่งอุณหภูมิของสารนี้สูงขึ้นเท่าใด ก๊าซส่วนใหญ่เป็นไปตามกฎนี้ อะไรอธิบายเรื่องนี้? ฟิสิกส์สมัยใหม่ตอบคำถามนี้ดังนี้ สาเหตุหลักที่ทำให้ความจุความร้อนของก๊าซเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นคือการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของพลังงานการสั่นสะเทือนของอะตอมที่ประกอบเป็นโมเลกุลของก๊าซเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น คำอธิบายนี้ได้รับการยืนยันจากข้อเท็จจริงที่ว่าความจุความร้อนเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ยิ่งโมเลกุลของก๊าซประกอบด้วยอะตอมมากขึ้น ความจุความร้อนของก๊าซที่มีอะตอมเดี่ยว เช่น ก๊าซ ซึ่งเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดคืออะตอม โดยทั่วไปยังคงแทบไม่เปลี่ยนแปลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

แต่ถ้าพลังงานของการเคลื่อนที่แบบสั่นสะเทือนของอะตอมภายในโมเลกุลเปลี่ยนแปลงและค่อนข้างมีนัยสำคัญเมื่อก๊าซถูกให้ความร้อนซึ่งเกิดขึ้นโดยไม่เปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของก๊าซนี้เห็นได้ชัดว่าพลังงานนี้ไม่ถือเป็นพลังงานเคมี แต่แล้วคำจำกัดความข้างต้นของพลังงานเคมีซึ่งก็คือพลังงานที่สะสมอยู่ภายในโมเลกุลล่ะ?

คำถามนี้ค่อนข้างเหมาะสม ต้องชี้แจงให้กระจ่างก่อนสำหรับคำจำกัดความข้างต้นของพลังงานเคมี: พลังงานเคมีไม่รวมถึงพลังงานทั้งหมดที่สะสมอยู่ภายในโมเลกุล แต่รวมเฉพาะพลังงานส่วนหนึ่งเท่านั้นที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเท่านั้น

ข้อพิจารณาประการที่สองเกี่ยวกับสาระสำคัญของพลังงานเคมีมีดังต่อไปนี้ พลังงานบางส่วนที่สะสมอยู่ภายในโมเลกุลไม่สามารถถูกปล่อยออกมาอันเป็นผลจากปฏิกิริยาเคมีได้ พลังงานส่วนหนึ่งและพลังงานที่มีขนาดใหญ่มากนั้นไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปในทางใดทางหนึ่งอันเป็นผลมาจากกระบวนการทางเคมี มันคือพลังงานที่บรรจุอยู่ภายในอะตอม หรือถ้าให้เจาะจงกว่านั้นคือภายในนิวเคลียสของอะตอม เรียกว่าพลังงานปรมาณูหรือนิวเคลียร์ พูดอย่างเคร่งครัดนี่ไม่น่าแปลกใจ บางที แม้จะพิจารณาจากทุกสิ่งที่กล่าวไว้ข้างต้นแล้ว เหตุการณ์นี้ก็อาจถูกคาดการณ์ได้ อันที่จริงด้วยความช่วยเหลือของปฏิกิริยาเคมีใด ๆ มันเป็นไปไม่ได้ที่จะเปลี่ยนองค์ประกอบหนึ่งไปเป็นอีกอะตอมหนึ่งเป็นอะตอมของอีกประเภทหนึ่ง ในอดีต นักเล่นแร่แปรธาตุตั้งภารกิจนี้ขึ้นมาเอง โดยพยายามอย่างเต็มที่เพื่อเปลี่ยนโลหะอื่นๆ เช่น ปรอท ให้เป็นทองคำ นักเล่นแร่แปรธาตุล้มเหลวในการบรรลุความสำเร็จในเรื่องนี้ แต่ถ้าด้วยความช่วยเหลือของปฏิกิริยาเคมีไม่สามารถเปลี่ยนองค์ประกอบหนึ่งไปเป็นอีกอะตอมหนึ่งให้เป็นอะตอมของอีกประเภทหนึ่งได้นั่นหมายความว่าอะตอมนั้นเองหรือแทนที่จะเป็นส่วนหลักของพวกมัน - นิวเคลียส - ยังคงอยู่ ไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างปฏิกิริยาเคมี ดังนั้นจึงไม่สามารถปล่อยพลังงานขนาดใหญ่มากที่สะสมอยู่ในนิวเคลียสของอะตอมออกมาได้ และพลังงานนี้ยิ่งใหญ่มากจริงๆ ปัจจุบัน นักฟิสิกส์ได้เรียนรู้ที่จะปลดปล่อยพลังงานนิวเคลียร์ของอะตอมของยูเรเนียมและองค์ประกอบอื่นๆ ซึ่งหมายความว่าขณะนี้สามารถเปลี่ยนองค์ประกอบหนึ่งเป็นอีกองค์ประกอบหนึ่งได้แล้ว เมื่ออะตอมยูเรเนียมที่แยกออกมาในปริมาณเพียง 1 กรัมจะปล่อยความร้อนประมาณ 10 ล้านแคลอรี เพื่อให้ได้ความร้อนขนาดนี้จำเป็นต้องเผาถ่านหินดีๆ ประมาณหนึ่งตันครึ่ง ใคร ๆ ก็สามารถจินตนาการได้ว่าการใช้พลังงานนิวเคลียร์ (นิวเคลียร์) มีโอกาสที่ดีเพียงใด

เนื่องจากการเปลี่ยนอะตอมประเภทหนึ่งเป็นอะตอมอีกประเภทหนึ่งและการปล่อยพลังงานนิวเคลียร์ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของงานทางเคมีอีกต่อไป พลังงานนิวเคลียร์จึงไม่รวมอยู่ในพลังงานเคมีของสาร

ดังนั้นพลังงานเคมีของพืชซึ่งเป็นพลังงานแสงอาทิตย์แบบอนุรักษ์ไว้จึงสามารถถูกปล่อยออกมาและนำไปใช้ได้ตามดุลยพินิจของเรา เพื่อที่จะปล่อยพลังงานเคมีของสารและแปลงอย่างน้อยบางส่วนให้เป็นพลังงานประเภทอื่น ๆ จำเป็นต้องจัดกระบวนการทางเคมีที่จะส่งผลให้เกิดการผลิตสารซึ่งพลังงานเคมีจะน้อยกว่าพลังงานเคมีของ สารที่ได้รับเริ่มแรก ในกรณีนี้ พลังงานเคมีส่วนหนึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นความร้อนได้ และส่วนหลังนี้จะใช้ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนโดยมีเป้าหมายสูงสุดในการผลิตพลังงานไฟฟ้า

ในส่วนของฟืน - เชื้อเพลิงพืช - กระบวนการทางเคมีที่เหมาะสมคือกระบวนการเผาไหม้ ผู้อ่านคุ้นเคยกับเขาอย่างแน่นอน ดังนั้นเราจะจำได้เพียงสั้น ๆ ว่าการเผาไหม้หรือออกซิเดชันของสารเป็นกระบวนการทางเคมีของการรวมสารนี้กับออกซิเจน อันเป็นผลมาจากการรวมกันของสารที่เผาไหม้กับออกซิเจนพลังงานเคมีจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมา - ความร้อนจะถูกปล่อยออกมา ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาไม่เพียงแต่เมื่อเผาไม้เท่านั้น แต่ยังรวมถึงในระหว่างกระบวนการเผาไหม้หรือออกซิเดชั่นอื่นๆ ด้วย เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าความร้อนจะถูกปล่อยออกมาเมื่อเผาฟางหรือถ่านหินเท่าใด ในร่างกายของเรา กระบวนการออกซิเดชั่นที่ช้าก็เกิดขึ้นเช่นกัน ดังนั้นอุณหภูมิภายในร่างกายจึงสูงกว่าอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมที่มักจะล้อมรอบเราเล็กน้อย การเกิดสนิมของเหล็กก็เป็นกระบวนการออกซิเดชั่นเช่นกัน ความร้อนก็ถูกปล่อยออกมาที่นี่เช่นกัน แต่กระบวนการนี้ดำเนินไปช้ามากจนแทบไม่สังเกตเห็นความร้อนเลย

ปัจจุบันฟืนแทบไม่เคยถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมเลย ป่าไม้มีความสำคัญต่อชีวิตของผู้คนเกินกว่าที่จะปล่อยให้ไม้ถูกเผาในเตาเผาของหม้อต้มไอน้ำในโรงงาน โรงงาน และโรงไฟฟ้า และทรัพยากรป่าไม้ทั้งหมดบนโลกจะอยู่ได้ไม่นานหากพวกเขาตัดสินใจใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ ในประเทศของเรามีการทำงานที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง: กำลังดำเนินการปลูกแนวกำบังและป่าไม้ขนาดใหญ่เพื่อปรับปรุงสภาพภูมิอากาศของพื้นที่

อย่างไรก็ตาม ทุกอย่างที่กล่าวไว้ข้างต้นเกี่ยวกับการก่อตัวของเนื้อเยื่อพืชเนื่องจากพลังงานของรังสีแสงอาทิตย์และการใช้พลังงานเคมีของเนื้อเยื่อพืชเพื่อผลิตความร้อนนั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับเชื้อเพลิงเหล่านั้นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในยุคของเราในอุตสาหกรรมและโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน เชื้อเพลิงดังกล่าวส่วนใหญ่ประกอบด้วย: พีท ถ่านหินสีน้ำตาล และถ่านหิน เชื้อเพลิงทั้งหมดนี้เป็นผลมาจากการสลายตัวของพืชที่ตายแล้ว โดยส่วนใหญ่ไม่มีอากาศเข้าถึงหรืออากาศเข้าถึงได้น้อย สภาวะดังกล่าวสำหรับชิ้นส่วนของพืชที่กำลังจะตายนั้นถูกสร้างขึ้นในน้ำภายใต้ชั้นตะกอนน้ำ ดังนั้น การก่อตัวของเชื้อเพลิงเหล่านี้มักเกิดขึ้นในหนองน้ำ ในพื้นที่ต่ำที่มีน้ำท่วมบ่อยครั้ง ในแม่น้ำและทะเลสาบที่ตื้นหรือแห้งสนิท

ในบรรดาเชื้อเพลิงสามชนิดที่กล่าวข้างต้น พีทเป็นเชื้อเพลิงที่มีอายุน้อยที่สุด ประกอบด้วยส่วนของพืชจำนวนมาก คุณภาพของเชื้อเพลิงชนิดใดชนิดหนึ่งมีลักษณะเฉพาะโดยค่าความร้อนเป็นส่วนใหญ่ ค่าความร้อนหรือค่าความร้อนคือปริมาณความร้อนที่วัดเป็นแคลอรี่ที่ปล่อยออกมาเมื่อเผาเชื้อเพลิง 1 กิโลกรัม หากเรามีพีทแห้งที่ไม่มีความชื้นค่าความร้อนของมันจะสูงกว่าค่าความร้อนของฟืนเล็กน้อย: พีทแห้งมีค่าความร้อนประมาณ 5,500 แคลอรี่ต่อ 1 กิโลกรัมและฟืน - ประมาณ 4,500 สกัดจากเหมืองมักจะมีความชื้นค่อนข้างมากจึงมีค่าความร้อนต่ำกว่า การใช้พีทในโรงไฟฟ้าของรัสเซียเริ่มขึ้นในปี 1914 เมื่อมีการสร้างโรงไฟฟ้าแห่งหนึ่งซึ่งตั้งชื่อตามวิศวกรชาวรัสเซียผู้มีชื่อเสียง R. E. Klasson ผู้ก่อตั้งวิธีการสกัดพีทแบบใหม่ ซึ่งเรียกว่าวิธีไฮดรอลิก หลังการปฏิวัติสังคมนิยมครั้งใหญ่ในเดือนตุลาคม การใช้พีทในโรงไฟฟ้าเริ่มแพร่หลาย วิศวกรชาวรัสเซียได้พัฒนาวิธีการที่สมเหตุสมผลที่สุดในการสกัดและเผาเชื้อเพลิงราคาถูกนี้ ซึ่งการสะสมในรัสเซียมีความสำคัญมากเช่นเดียวกับการผลิตท่ออากาศ

ผลิตภัณฑ์ที่เก่ากว่าจากการย่อยสลายของเนื้อเยื่อพืชมากกว่าพีทคือสิ่งที่เรียกว่าถ่านหินสีน้ำตาล อย่างไรก็ตาม ถ่านหินสีน้ำตาลยังคงมีเซลล์พืชและส่วนต่างๆ ของพืช ถ่านหินสีน้ำตาลแห้งที่มีสารเจือปนที่ไม่ติดไฟในปริมาณต่ำ - เถ้า - มีค่าความร้อนมากกว่า 6,000 แคลอรี่ต่อ 1 กิโลกรัมนั่นคือ สูงกว่าฟืนและพีทแห้งด้วยซ้ำ ในความเป็นจริง ถ่านหินสีน้ำตาลเป็นเชื้อเพลิงที่มีค่าความร้อนต่ำกว่ามากเนื่องจากมีความชื้นสูงและมักมีเถ้าสูง ปัจจุบันถ่านหินสีน้ำตาลเป็นหนึ่งในเชื้อเพลิงที่ใช้กันมากที่สุดในโลก เงินฝากในประเทศของเรามีขนาดใหญ่มาก

สำหรับเชื้อเพลิงอันมีค่าเช่นน้ำมันและก๊าซธรรมชาตินั้นแทบไม่เคยถูกนำมาใช้เลย ดังที่ได้กล่าวไปแล้วในประเทศของเราการใช้เชื้อเพลิงสำรองนั้นคำนึงถึงผลประโยชน์ของทุกอุตสาหกรรมที่วางแผนไว้และในเชิงเศรษฐกิจ โรงไฟฟ้าในรัสเซียต่างจากประเทศตะวันตกตรงที่ใช้เชื้อเพลิงเกรดต่ำซึ่งไม่ค่อยมีประโยชน์สำหรับวัตถุประสงค์อื่น ในเวลาเดียวกัน ตามกฎแล้วโรงไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นในพื้นที่ที่ผลิตเชื้อเพลิง ซึ่งขัดขวางการขนส่งทางไกล วิศวกรพลังงานของโซเวียตต้องทำงานอย่างหนักเพื่อสร้างอุปกรณ์ดังกล่าวสำหรับการเผาไหม้เชื้อเพลิง - เตาเผาที่อนุญาตให้ใช้เชื้อเพลิงเปียกเกรดต่ำ