Hücrenin kimyasal elementleri
Canlı organizmalarda, cansız doğadaki bedenlerde bulunmayacak tek bir kimyasal element yoktur (bu, canlı ve cansız doğanın ortaklığını gösterir).
Farklı hücreler pratik olarak aynı kimyasal elementleri içerir (bu da canlı doğanın birliğini kanıtlar); ve aynı zamanda, farklı işlevleri yerine getiren çok hücreli bir organizmanın hücreleri bile kimyasal bileşim açısından birbirinden önemli ölçüde farklı olabilir.
Şu anda bilinen 115'ten fazla elementin yaklaşık 80'i hücrede bulunmuştur.
Canlı organizmalardaki içeriklerine göre tüm elementler üç gruba ayrılır:
- makro besinler- içeriği vücut ağırlığının %0,001'ini aşan.
Herhangi bir hücrenin kütlesinin %98'i dört elementten (bazen buna element denir) gelir. organojenler): - oksijen (O) - %75, karbon (C) - %15, hidrojen (H) - %8, nitrojen (N) - %3. Bu elementler organik bileşiklerin temelini oluşturur (ve ayrıca oksijen ve hidrojen de hücrede bulunan suyun bir parçasıdır). Hücre kütlesinin yaklaşık %2'si diğer sekizi oluşturur makro besinler: magnezyum (Mg), sodyum (Na), kalsiyum (Ca), demir (Fe), potasyum (K), fosfor (P), klor (Cl), kükürt (S); - Geri kalan kimyasal elementler hücrede çok küçük miktarlarda bulunur: mikro elementler- payı %0,000001 ila %0,001 arasında olanlar - bor (B), nikel (Ni), kobalt (Co), bakır (Cu), molibden (Mb), çinko (Zn), vb.;
- ultra mikro elementler- içeriği %0,000001'i aşmayan - uranyum (U), radyum (Ra), altın (Au), cıva (Hg), kurşun (Pb), sezyum (Cs), selenyum (Se), vb.
Canlı organizmalar belirli kimyasal elementleri biriktirme yeteneğine sahiptir. Örneğin, bazı algler iyot, düğünçiçekleri - lityum, su mercimeği - radyum vb. biriktirir.
Hücre kimyasalları
Atom şeklindeki elementler moleküllerin parçasıdır inorganik Ve organik hücre bağlantıları.
İLE inorganik bileşikler su ve mineral tuzları içerir.
Organik bileşikler yalnızca canlı organizmaların karakteristiğidir, inorganik olanlar ise cansız doğada da bulunur.
İLE organik bileşikler Bunlar arasında molekül ağırlığı 100 ile birkaç yüz bin arasında değişen karbon bileşikleri yer alır.
Karbon yaşamın kimyasal temelidir. Farklı kimyasal bileşim, yapı, uzunluk ve şekle sahip organik moleküllerin iskeletini oluşturan zincirler ve halkalar oluşturarak birçok atom ve bunların grupları ile etkileşime girebilir. Yapı ve işlev bakımından farklılık gösteren karmaşık kimyasal bileşikler oluştururlar. Canlı organizmaların hücrelerini oluşturan bu organik bileşiklere denir. biyolojik polimerler, veya biyopolimerler. Hücrenin kuru maddesinin %97'sinden fazlasını oluştururlar.
Shtanko T.Yu. No.221-987-502
Ders: Hücrenin kimyasal bileşimi. Karbonhidratlar, lipitler, hücre aktivitesindeki rolleri .
Ders Sözlüğü: monosakkaritler, oligosakkaritler, polisakkaritler, lipitler, mumlar, fosfolipitler.
Kişisel sonuçlar: canlı doğayı incelemek için bilişsel ilgilerin ve güdülerin oluşumu. Entelektüel becerilerin ve yaratıcı yeteneklerin geliştirilmesi.
Meta konu sonuçları: Karşılaştırma, sonuç çıkarma, akıl yürütme, kavramların tanımlarını formüle etme becerilerinin oluşumu.
Konu sonuçları: Karbonhidratların ve lipitlerin yapısal özelliklerini ve fonksiyonlarını karakterize etmek,hücre yaşamındaki rolleri.
UUD: Mantıksal bir akıl yürütme zinciri oluşturmak, karşılaştırma, kavramların korelasyonu.
Dersin amacı:öğrencilere karbonhidratların yapısını, sınıflandırılmasını ve fonksiyonlarını, lipitlerin çeşitliliğini ve fonksiyonlarını tanıtmak.
Ders ilerlemesi: bilgi testi
Hücrenin kimyasal bileşimini açıklayınız.
Bir hücrenin kimyasal bileşiminin, canlı doğanın birliğinin ve canlı ve cansız doğa topluluğunun bir teyidi olduğunu neden söyleyebiliriz?
Karbonun neden yaşamın kimyasal temeli olduğuna inanılıyor?
Hücredeki konsantrasyonlarına göre artan sırada kimyasal elementlerin doğru dizisini seçin:
a) iyot-karbon-kükürt; b) demir-bakır-potasyum;
c) fosfor-magnezyum-çinko; d) flor-klor-oksijen.
Hangi elementin eksikliği çocuklarda uzuv şeklinde değişikliklere neden olabilir?
a) demir; b) potasyum; c) magnezyum; d) kalsiyum.
Su molekülünün yapısını ve hücredeki görevlerini açıklayınız.
Su bir çözücüdür. Polar su molekülleri diğer maddelerin polar moleküllerini çözer. Suda çözünen maddelere denirhidrofilik suda çözünmez– hidrofobik .
Yüksek özgül ısı kapasitesi. Su moleküllerini bir arada tutan hidrojen bağlarının kırılması, büyük miktarda enerjinin emilmesini gerektirir. Suyun bu özelliği vücutta termal dengenin korunmasını sağlar.
Isı iletkenliği.
Su pratik olarak sıkışmaz ve turgor basıncı sağlar.
Kohezyon ve yüzey gerilimi. Hidrojen bağları suyun viskozitesini ve diğer maddelerin moleküllerine yapışmasını sağlar. Yapışma kuvvetleri nedeniyle su yüzeyinde yüzey gerilimi ile karakterize edilen bir film oluşur.
Üç eyalette olabilir.
Yoğunluk. Soğutulduğunda su moleküllerinin hareketi yavaşlar. Hidrojen bağlarının sayısı maksimum olur. Su 4 derecede en büyük yoğunluğa sahiptir. Dondurucu su genişler (hidrojen bağlarının oluşması için alana ihtiyaç vardır), yoğunluğu azalır, böylece buz su yüzeyinde yüzer.
Kafesteki suyun işlevlerini seçin:
a) enerji d) inşaat
b) enzimatik e) yağlama
c) taşıma e) termoregülatör
Suyun yalnızca fiziksel özelliklerini seçin:
a) ayrışma yeteneği
b) tuzların hidrolizi
yoğunluk
d) termal iletkenlik
e) elektriksel iletkenlik
e) elektron bağışı
Embriyo hücrelerindeki su miktarı %97,55'tir; sekiz ay - %83; yeni doğan - %74; yetişkin - %66 (kemikler - %20, karaciğer - %70, beyin -%86). Su miktarı metabolizma hızıyla doğru orantılıdır.
Çözeltilerin asitliğinin veya bazlığının nasıl belirlendiğini bize söyleyin? (H iyonlarının konsantrasyonu)
Bu konsantrasyon nasıl ifade edilir? (Bu konsantrasyon pH değeri kullanılarak ifade edilir)
Nötr reaksiyon pH = 7
Asidik pH 7'den az
Temel pH 7'den büyük
14'e kadar pH ölçeğinin kapsamı
Hücrelerdeki pH değeri 7'dir. 1-2 birimlik değişiklik hücreye zarar verir.
Hücrelerde pH sabitliği nasıl korunur (içeriklerinin tamponlama özellikleri nedeniyle korunur).
Tampon Zayıf bir asit ile onun çözünebilir tuzunun karışımını içeren çözeltiye çözelti denir. Asitlik (H iyonlarının konsantrasyonu) arttığında, tuzdan gelen serbest anyonlar kolaylıkla serbest H iyonlarıyla birleşerek bunları çözeltiden uzaklaştırır. Asitlik azaldığında ilave H iyonları açığa çıkar.
Vücudun tampon sistemlerinin bileşenleri olan iyonlar, özelliklerini belirler - metabolizma sonucunda asidik ve alkali ürünlerin oluşmasına rağmen, pH'ı belirli bir seviyede (nötr seviyeye yakın) tutma yeteneği.
Bize homeostazinin ne olduğunu söyle?
Yeni materyal öğrenme.
Sunulan maddeleri gruplara dağıtın. Hangi dağıtım ilkesini kullandığınızı açıklayın?
Riboz, hemoglobin, kitin, selüloz, albümin, kolesterol, murein, glikoz, fibrin, testosteron, nişasta, glikojen, sakkaroz
Karbonhidratlar
Lipitler (yağlar)
Sincaplar
riboz
kolesterol
hemoglobin
kitin
testosteron
albümin
selüloz
fibrin
mürein
glikoz
nişasta
glikojen
sakaroz
Bugün karbonhidratlar ve lipitler hakkında konuşacağız
Karbonhidratların genel formülü C (HO) Glikoz C H O
Belirlediğiniz karbonhidratlara bakın ve bunları 3 gruba ayırmaya çalışın. Hangi dağıtım ilkesini kullandığınızı açıklayın?
Monosakkaritler
Disakkaritler
Polisakkaritler
riboz
sakaroz
kitin
glikoz
selüloz
mürein
nişasta
glikojen
Nasıl farklılar? Polimer kavramını veriniz.
Çizimlerle çalışma:
(Sayfa 3-9) Şekil.8 Şekil.9 Şekil.10
Karbonhidratların fonksiyonları
Bir hücredeki karbonhidratların değerleri
Fonksiyonlar
Bir karbonhidrat molekülünün enzimatik parçalanması 17,5 kJ açığa çıkarır
enerji
Fazla olduğunda hücrede nişasta ve glikojen formunda karbonhidratlar bulunur. Tohum çimlenmesi, uzun süreli açlık ve yoğun kas çalışması sırasında karbonhidratların parçalanmasının artması meydana gelir.
depolama
Karbonhidratlar hücre duvarlarının bir parçasıdır, eklembacaklıların ince örtüsünü oluşturur, bakterilerin girişini önler ve bitkiler hasar gördüğünde açığa çıkar.
koruyucu
Selüloz, kitin, murein hücre duvarlarının bir parçasıdır. Kitin eklembacaklıların kabuğunu oluşturur
inşaat, plastik
Hücresel tanıma süreçlerine katılır, çevreden gelen sinyalleri algılar, glikoproteinlerin bir parçası olur
reseptör, sinyalleşme
Lipitler yağ benzeri maddelerdir.
Molekülleri polar değildir, hidrofobiktir ve organik çözücülerde çözünür.
Yapılarına göre basit ve karmaşık olarak ayrılırlar.
Basit: nötr lipitler (yağlar), mumlar, steroller, steroidler.
nötr lipitler (yağlar) aşağıdakilerden oluşur: bkz. Şekil 11
Kompleks lipitler, lipit olmayan bir bileşen içerir. En önemlileri: fosfolipitler, glikolipitler (hücre zarlarında)
Lipidlerin fonksiyonları
Kibrit:
Fonksiyon Açıklama Ad
1) hücre zarlarının bir parçasıdır A) enerji
2) 1g'nin oksidasyonu üzerine. 38,9 kJ yağ açığa çıkar B) su kaynağı
3) bitki ve hayvan hücrelerinde depolanır B) düzenleyici
4) deri altı yağ dokusu organları hipotermi ve şoktan korur. D) depolama
5) lipitlerin bazıları hormondur D) yapı
6) 1 gram yağ oksitlendiğinde 1 gramdan fazla su açığa çıkar E) koruyucu
Sabitleme:
sorular s.37 Sayı 1 - 3; s.39 Sayı 1 - 4.
D/Z: §9; §10
Soru 1. Biyolojik sistemler ile cansız nesneler arasındaki benzerlik nedir?
Temel benzerlik kimyasal bileşimin ilişkililiğidir. Bugüne kadar bilinen kimyasal elementlerin büyük çoğunluğu hem canlı organizmalarda hem de cansız doğada bulunmuştur. Yalnızca canlı sistemlere özgü atomlar yoktur. Ancak canlı ve cansız doğadaki belirli unsurların içeriği büyük ölçüde farklılık gösterir. Organizmalar (bakterilerden omurgalılara kadar) yaşam için gerekli olan elementleri seçici olarak biriktirme yeteneğine sahiptir.
Ancak tüm canlılarda bulunan bir dizi özelliği tespit etmek ve onları cansız doğadaki cisimlerden ayırmak mümkündür. Canlı nesneler, çevreyle özel bir etkileşim biçimi olan metabolizma ile karakterize edilir. Birbirine bağlı ve dengeli asimilasyon (anabolizma) ve disimilasyon (katabolizma) süreçlerine dayanır. Bu süreçler vücudun yapılarını yenilemenin yanı sıra yaşamının çeşitli yönlerine gerekli besinleri ve enerjiyi sağlamayı amaçlamaktadır. Metabolizmanın ön koşulu, bazı kimyasal bileşiklerin dışarıdan sağlanması, yani organizmanın açık bir sistem olarak varlığıdır.
İlginçtir ki cansız nesneler, canlılara daha çok benzeyen bazı özellikler sergileyebilir. Böylece, mineral kristalleri çevreyle birlikte büyüyebilir ve metabolize edilebilir ve fosfor, ışık enerjisini "depolayabilir". Ancak tek bir inorganik sistem, canlı bir organizmanın doğasında bulunan tüm özelliklere sahip değildir.
Soru 2. Biyoelementleri listeleyip canlı maddenin oluşumundaki önemini açıklayınız.
Biyoelementler (organojenler) oksijen, karbon, hidrojen, nitrojen, fosfor ve kükürtü içerir. Proteinlerin, lipitlerin, karbonhidratların, nükleik asitlerin ve diğer organik maddelerin temelini oluştururlar. Tüm organik moleküller için çerçeveyi oluşturan karbon atomları özellikle önemlidir. Diğer biyoelementlerin oluşturduğu çeşitli kimyasal gruplar bu çerçeveye bağlanır. Bu tür grupların bileşimine ve düzenine bağlı olarak organik moleküller bireysel özellikler ve işlevler kazanır. Örneğin amino asitler büyük miktarlarda nitrojen içerir ve nükleik asitler fosfor içerir.
Bazı organizmaların hücrelerinde belirli kimyasal elementlerin içeriğinde artış bulunmuştur. Örneğin, bakteriler manganez, deniz yosunu - iyot, su mercimeği - radyum, yumuşakçalar ve kabuklular - bakır, omurgalılar - demir biriktirebilir.
Kimyasal elementler organik bileşiklerin bir parçasıdır. Karbon, oksijen ve hidrojen, karbonhidrat ve yağ moleküllerinin yapımında rol oynar. Bu elementlerin yanı sıra protein molekülleri nitrojen ve kükürt, nükleik asit molekülleri ise fosfor ve nitrojen içerir. Oksidatif enzimlerin moleküllerinde demir ve bakır iyonları bulunur, magnezyum klorofil molekülünde bulunur, demir hemoglobinin bir parçasıdır, iyot tiroid hormonunun bir parçasıdır - tiroksin, çinko insülinin bir parçasıdır - pankreas hormonu, kobalt bir parçasıdır B 12 vitamini.
Metabolik süreçlerde yer alan ve belirgin biyolojik aktiviteye sahip kimyasal elementlere biyojenik denir.
Soru 3. Mikro elementler nelerdir? Örnekler verin ve bu elementlerin biyolojik önemini açıklayın.
Pek çok kimyasal element canlı sistemlerde çok küçük miktarlarda (toplam kütlenin yüzde birlik kesirleri) bulunur. Bu tür maddelere mikro elementler denir.
Mikro elementler: Cu, B, Co, Mo, Mn, Ni, Br, vb. Ben ve diğerleri. Hücredeki toplam payları %0,1'den fazladır; her birinin konsantrasyonu %0,001'i geçmez. Bunlar biyolojik olarak aktif maddelerin (hormonlar, enzimler vb.) bir parçası olan metal iyonlarıdır. Bitkiler, mantarlar, bakteriler mikro elementleri topraktan ve sudan alır; hayvanlar - esas olarak yiyeceklerle. Çoğunlukla mikro elementler proteinlerin ve biyolojik olarak aktif maddelerin (hormonlar, vitaminler) bir parçasıdır. Örneğin, pankreas hormonu insülininde çinko bulunur ve tiroksinde (tiroid hormonu) iyot bulunur. Kobalt B 12 vitamininin en önemli bileşenidir. Demir vücuttaki yaklaşık yetmiş proteinin bir parçasıdır, bakır yirmi proteinin bir parçasıdır, vb.
Bazı organizmaların hücrelerinde belirli kimyasal elementlerin artan içeriği bulunmuştur. Örneğin, bakteriler manganez, deniz yosunu - iyot, su mercimeği - radyum, yumuşakçalar ve kabuklular - bakır, omurgalılar - demir biriktirebilir. Ultramikro elementler: uranyum, altın, berilyum, cıva, sezyum, selenyum ve diğerleri. Konsantrasyonları% 0,000001'i geçmez. Birçoğunun fizyolojik rolü belirlenmemiştir.
Soru 4. Herhangi bir mikro elementin eksikliği hücrenin ve vücudun hayati aktivitesini nasıl etkileyecektir? Bu tür olaylara örnekler verin.
Herhangi bir mikro elementin eksikliği, bu mikro elementin dahil olduğu organik maddenin sentezinde bir azalmaya yol açar. Sonuç olarak, büyüme, metabolizma, üreme vb. Süreçler bozulur. Örneğin, gıdadaki iyot eksikliği, vücut aktivitesinde genel bir azalmaya ve tiroid bezinin - endemik guatrın büyümesine yol açar. Bor eksikliği bitkilerde apikal tomurcukların ölümüne neden olur. Demirin vücuttaki ana işlevi, oksijenin taşınması ve oksidatif süreçlere (düzinelerce oksidatif enzim yoluyla) katılımdır. Demir hemoglobin, miyoglobin ve sitokromların bir parçasıdır. Demir, enerji salınımı süreçlerinde, vücudun bağışıklık reaksiyonlarının sağlanmasında ve kolesterol metabolizmasında önemli bir rol oynar. Çinko eksikliği ile hücre farklılaşması, insülin üretimi, E vitamini emilimi bozulur ve cilt hücrelerinin yenilenmesi bozulur. Çinko, alkolün işlenmesinde önemli bir rol oynar, bu nedenle vücutta bulunmaması alkolizme yatkınlığa neden olur (özellikle çocuklarda ve ergenlerde). Çinko insülinin bir parçasıdır. Hematopoezde rol oynayan bir dizi enzim.
Selenyum eksikliği insanlarda ve hayvanlarda kansere yol açabilir. Vitamin eksikliklerine benzetilerek bu tür hastalıklara mikroelementoz denir.
Soru 5. Bize ultramikroelementlerden bahsedin. Vücuttaki içeriği nedir? Canlı organizmalardaki rolleri hakkında ne biliniyor?
Ultramikro elementler- bunlar hücrede ihmal edilebilir miktarlarda bulunan elementlerdir (her birinin konsantrasyonu yüzde milyonda birini geçmez). Bunlara uranyum, radyum, altın, gümüş, cıva, berilyum, arsenik vb. dahildir.
Arsenik şartlı olarak gerekli, immünotoksik bir element olarak sınıflandırılır. Arseniğin proteinler (sistein, glutamin), lipoik asit içerdiği bilinmektedir. Arsenik, mitokondrideki oksidatif süreçleri etkiler ve diğer birçok önemli biyolojik süreçte yer alır; hücrelerimizin zarlarını oksidasyondan koruyan enzimlerin bir parçasıdır ve normal işleyişi için gereklidir.
Vücutta lityum, magnezyumun hücresel "depolardan" salınmasını teşvik eder ve sinir uyarılarının iletilmesini engeller, böylece azalır. sinir sisteminin uyarılabilirliği. lityum ayrıca nöroendokrin süreçleri, yağ ve karbonhidrat metabolizmasını da etkiler.
Vanadyum, karbonhidrat metabolizmasının ve kardiyovasküler sistemin düzenlenmesinde rol alır ve ayrıca kemik ve diş dokusunun metabolizmasında da rol oynar. Ultraelementlerin çoğunun fizyolojik rolü belirlenmemiştir. Tamamen bulunmaması mümkündür ve bazı ultramikro elementler sadece canlı organizmaların safsızlıklarıdır. Gümüş, titanyum, arsenik vb. gibi birçok ultramikro element belirli konsantrasyonlarda insanlar ve hayvanlar için toksiktir.
Soru 6. Bildiğiniz biyokimyasal endemiklere örnekler verin. Kökenlerinin nedenlerini açıklayın.
Biyokimyasal endemikler- bunlar çevredeki herhangi bir kimyasal elementin açık bir eksikliği veya fazlalığı ile ilişkili bitki, hayvan ve insan hastalıklarıdır. Sonuç olarak mikroelementoz veya başka bazı bozukluklar gelişir. Böylece ülkemizin birçok bölgesinde su ve topraktaki iyot miktarı önemli ölçüde azalmaktadır. İyot eksikliği, tiroksin hormonunun sentezinde bir azalmaya yol açar; eksikliğini telafi etmeye çalışan tiroid bezi büyür (endemik guatr gelişir). Diğer örnekler arasında Moğolistan'ın çeşitli bölgelerindeki toprakta selenyum eksikliğinin yanı sıra Şili ve Seylan'daki bazı dağ nehirlerinin suyundaki cıva fazlalığı yer alıyor. Pek çok bölgenin suyunda aşırı miktarda florür bulunur ve bu da diş hastalığına - florozise yol açar.
Biyokimyasal endemiklerin formlarından biri, Çernobil nükleer santrali bölgesinde ve yoğun radyo ışınımına maruz kalan yerlerde aşırı miktarda radyoaktif element olarak düşünülebilir;
Hücrenin kimyasal bileşiminin özellikleri
1. Kimyasal element nedir?
2. Şu anda kaç tane kimyasal element bilinmektedir?
3. Hangi maddelere inorganik denir?
4. Hangi bileşiklere organik denir?
5. Hangi kimyasal bağlara kovalent denir?
Hücre kütlesinin yaklaşık %2'si aşağıdaki sekiz elementten oluşur: potasyum, sodyum, kalsiyum, klor, magnezyum, demir, fosfor ve kükürt. Geri kalan kimyasal elementler hücrede çok küçük miktarlarda bulunur.
Ders içeriği ders notları ve destekleyici çerçeve ders sunumu hızlandırma yöntemleri ve etkileşimli teknolojiler kapalı alıştırmalar (yalnızca öğretmenlerin kullanımı için) değerlendirme Pratik görevler ve alıştırmalar, kendi kendine test, atölye çalışmaları, laboratuvarlar, vakalar görevlerin zorluk düzeyi: normal, yüksek, olimpiyat ödevi İllüstrasyonlar çizimler: video klipler, ses dosyaları, fotoğraflar, grafikler, tablolar, çizgi romanlar, multimedya özetleri, meraklılar için ipuçları, kopya sayfaları, mizah, benzetmeler, şakalar, sözler, bulmacalar, alıntılar Eklentiler harici bağımsız test (ETT) ders kitapları temel ve ek tematik tatiller, sloganlar makaleler ulusal özellikler terimler sözlüğü diğer Sadece öğretmenler içinGeçen yüzyılda yakacak odun ana yakıttı. Bugün bile yakıt olarak odun, özellikle kırsal alanlardaki binaların ısıtılmasında hâlâ büyük önem taşıyor. Sobalarda odun yakarken esasen Dünya'dan yaklaşık 150 milyon kilometre uzakta bulunan Güneş'ten aldığımız enerjiyi kullandığımızı hayal etmek zor. Ancak durum tam da bu.
Güneş enerjisi yakacak odunda nasıl birikti? Neden odun yakarak Güneş'ten aldığımız enerjiyi kullandığımızı söyleyebiliriz?
Seçkin Rus bilim adamı K. A. Timiryazev, sorulan sorulara net bir cevap verdi. Hemen hemen tüm bitkilerin gelişiminin ancak güneş ışığının etkisi altında mümkün olduğu ortaya çıktı. Küçük otlardan güçlü okaliptüslere kadar boyları 150 metreye ve gövde çevreleri 30 metreye ulaşan bitkilerin büyük çoğunluğunun yaşamı, güneş ışığının algılanmasına dayanmaktadır. Bitkilerin yeşil yaprakları özel bir madde olan klorofil içerir. Bu madde bitkilere önemli bir özellik kazandırır: Güneş ışığının enerjisini absorbe etmek, bu enerjiyi karbon ve oksijen bileşiği olan karbondioksiti bileşen parçalarına yani karbon ve oksijene ayrıştırmak için kullanmak ve dokularında organik maddeler oluşturmak. , buradan Bitki dokusu aslında bundan oluşur. Abartmadan, bitkilerin bu özelliğine dikkat çekici denilebilir, çünkü bu sayede bitkiler inorganik doğadaki maddeleri organik maddelere dönüştürebilmektedir. Ayrıca bitkiler, canlıların, endüstrinin ve volkanik aktivitenin bir ürünü olan havadaki karbondioksiti emer ve havayı oksijenle doyurur, bildiğimiz gibi solunum ve yanma süreçleri imkansızdır. Bu nedenle yeşil alanlar insan yaşamı için gereklidir.
Bitki yapraklarının karbondioksiti emdiğini ve onu karbon ve oksijene ayırdığını çok basit bir deneyle doğrulamak kolaydır. Bir test tüpünün içinde karbondioksitin çözünmüş olduğu suyun ve bir ağacın veya çimenin yeşil yapraklarının bulunduğunu hayal edelim. Karbondioksit içeren su çok yaygındır: Sıcak bir günde, susuzluğu gidermek için çok hoş olan, karbonatlı su adı verilen bu sudur.
Ancak deneyimlerimize geri dönelim. Bir süre sonra, yapraklar üzerinde, oluştukça yükselip test tüpünün üst kısmında biriken küçük kabarcıkları fark edebilirsiniz. Yapraklardan elde edilen bu gaz ayrı bir kapta toplanıp içine hafif yanan bir kıymık verilirse alev alır. Bu özelliğe ve diğer bazı özelliklere dayanarak, oksijenle karşı karşıya olduğumuz tespit edilebilir. Karbon ise yapraklar tarafından emilir ve ondan organik maddeler oluşur - güneş ışınlarının dönüştürülen enerjisi olan kimyasal enerjisi yanma sırasında ısı şeklinde salınan bitki dokusu.
Mutlaka doğa bilimlerinin çeşitli dallarına değinen hikayemizde yeni bir kavramla daha karşılaştık: kimyasal enerji. En azından kısaca ne olduğunu açıklamak gerekir. Bir maddenin (özellikle yakacak odunun) kimyasal enerjisinin termal enerjiyle pek çok ortak noktası vardır. Okuyucunun hatırladığı gibi termal enerji, vücudun en küçük parçacıklarının (moleküller ve atomlar) kinetik ve potansiyel enerjisinden oluşur. Dolayısıyla bir cismin termal enerjisi, belirli bir cismin moleküllerinin ve atomlarının öteleme ve dönme hareketinin enerjisi ile bunlar arasındaki çekme veya itme enerjisinin toplamı olarak tanımlanır. Bir vücudun kimyasal enerjisi, termal enerjiden farklı olarak moleküllerin içinde biriken enerjiden oluşur. Bu enerji yalnızca bir veya daha fazla maddenin başka maddelere dönüştürüldüğü kimyasal reaksiyon olan kimyasal dönüşüm yoluyla açığa çıkarılabilir.
Buna iki önemli açıklamayı eklemek gerekiyor. Ancak önce maddenin yapısıyla ilgili bazı hükümleri okuyucuya hatırlatmamız gerekiyor. Bilim adamları uzun bir süre boyunca tüm cisimlerin çok küçük ve bölünemez parçacıklardan, yani atomlardan oluştuğunu varsaydılar. Yunancadan tercüme edilen “atom” kelimesi bölünmez anlamına gelir. İlk bölümde bu varsayım doğrulandı: tüm cisimler gerçekten atomlardan oluşuyor ve bu atomların boyutları son derece küçük. Örneğin bir hidrojen atomunun ağırlığı 0,000 000 000 000 000 000 000 0017 gramdır. Atomların boyutları o kadar küçüktür ki, en güçlü mikroskoplarla bile görülemezler. Eğer atomları bardağa bezelye döktüğümüz gibi düzenlemek mümkün olsaydı; bunların birbirine değmesi durumunda yaklaşık 10.000.000.000.000.000.000.000 atom 1 milimetreküp gibi çok küçük bir hacme sığar.
Toplamda yaklaşık yüz tür atom bilinmektedir. En ağır atomlardan biri olan uranyum atomunun ağırlığı, en hafif hidrojen atomunun ağırlığının yaklaşık 238 katıdır. Basit maddeler, yani. Aynı cins atomlardan oluşan maddelere element denir.
Atomlar birbirleriyle bağlanarak molekülleri oluşturur. Bir molekül farklı türde atomlardan oluşuyorsa maddeye kompleks denir. Örneğin bir su molekülü iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomundan oluşur. Atomlar gibi moleküller de çok küçüktür. Moleküllerin boyutunun küçük olduğunu ve nispeten küçük bir hacimde bile ne kadar çok sayıda bulunduğunu gösteren çarpıcı bir örnek, İngiliz fizikçi Thomson'un verdiği örnektir. Bir bardak su alıp bu bardaktaki tüm su moleküllerini belirli bir şekilde etiketlerseniz ve daha sonra suyu denize döküp iyice karıştırırsanız, hangi okyanus veya denizde bir bardak çekersek çekelim ortaya çıkacaktır. su, yaklaşık yüz tane "biz" etiketli molekül içerecektir.
Tüm cisimler çok sayıda molekül veya atomun birikmesidir. Gazlarda bu parçacıklar kaotik bir hareket halindedir ve gazın sıcaklığı arttıkça yoğunluğu da artar. Sıvılarda, tek tek moleküller arasındaki yapışma kuvvetleri gazlardan çok daha fazladır. Bu nedenle sıvı moleküller de hareket halinde olmalarına rağmen artık birbirlerinden ayrılamazlar. Katılar atomlardan oluşur. Katı bir cismin atomları arasındaki çekim kuvvetleri, yalnızca gaz molekülleri arasındaki çekim kuvvetleriyle karşılaştırıldığında değil, aynı zamanda sıvı moleküllerle karşılaştırıldığında da önemli ölçüde daha yüksektir. Sonuç olarak katı bir cismin atomları az çok sabit denge konumları etrafında yalnızca salınım hareketleri gerçekleştirir. Vücut sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, atomların ve moleküllerin kinetik enerjisi de o kadar büyük olur. Nitekim sıcaklığı belirleyen atom ve moleküllerin kinetik enerjisidir.
Atomun bölünemez olduğu, maddenin sözde en küçük parçacığı olduğu varsayımı ise daha sonra reddedildi. Fizikçiler artık atomun bölünmez olmadığı, daha da küçük madde parçacıklarından oluştuğu konusunda ortak bir bakış açısına sahipler. Üstelik fizikçilerin bu bakış açısı artık deneylerle de doğrulanmıştır. Yani bir atom da protonlardan, nötronlardan ve elektronlardan oluşan karmaşık bir parçacıktır. Protonlar ve nötronlar, bir elektron kabuğuyla çevrelenmiş bir atomun çekirdeğini oluşturur. Bir atomun kütlesinin neredeyse tamamı çekirdeğinde yoğunlaşmıştır. Mevcut tüm atom çekirdeklerinin en küçüğü olan hidrojen atomunun çekirdeği, yalnızca bir protondan oluşur ve bir elektronun kütlesinden 1.850 kat daha büyük bir kütleye sahiptir. Proton ve nötronun kütleleri yaklaşık olarak birbirine eşittir. Dolayısıyla bir atomun kütlesi, çekirdeğinin kütlesiyle, başka bir deyişle proton ve nötronların sayısıyla belirlenir. Protonların pozitif elektrik yükü vardır, elektronların negatif elektrik yükü vardır ve nötronların hiçbir elektrik yükü yoktur. Bu nedenle nükleer yük her zaman pozitiftir ve proton sayısına eşittir. Bu miktara D.I. Mendeleev'in periyodik sistemindeki elementin sıra numarası denir. Genellikle kabuğu oluşturan elektronların sayısı protonların sayısına eşittir ve elektronların yükü negatif olduğundan atom bir bütün olarak elektriksel olarak nötrdür.
Atomun hacmi çok küçük olmasına rağmen çekirdek ve onu çevreleyen elektronlar bu hacmin yalnızca küçük bir kısmını kaplar. Bu nedenle atom çekirdeğinin yoğunluğunun ne kadar muazzam olduğu hayal edilebilir. Hidrojen çekirdeklerini yalnızca 1 santimetre küplük bir hacmi yoğun bir şekilde dolduracak şekilde düzenlemek mümkün olsaydı, ağırlıkları yaklaşık 100 milyon ton olurdu.
Maddenin yapısına ilişkin bazı hükümleri kısaca özetledikten ve kimyasal enerjinin moleküllerin içinde biriken enerji olduğunu bir kez daha hatırlattıktan sonra, daha önce söz verdiğimiz, kimyasal enerjinin özünü daha iyi ortaya koyan iki önemli hususu sunmaya geçebiliriz.
Yukarıda bir cismin termal enerjisinin moleküllerin öteleme ve dönme hareketlerinin enerjisinden ve bunlar arasındaki çekme veya itme enerjisinden oluştuğunu söylemiştik. Termal enerjinin bu tanımı tamamen doğru değildir veya daha iyisi tam olarak tamamlanmamıştır. Bir maddenin molekülünün (sıvı veya gaz) iki veya daha fazla atomdan oluşması durumunda, termal enerji aynı zamanda molekül içindeki atomların titreşim hareketinin enerjisini de içermelidir. Bu sonuca aşağıdaki düşüncelere dayanarak ulaşılmıştır. Deneyimler, neredeyse tüm maddelerin ısı kapasitesinin artan sıcaklıkla arttığını göstermektedir. Başka bir deyişle, bir maddenin 1 kilogramının sıcaklığını 1 °C artırmak için gereken ısı miktarı, kural olarak, bu maddenin sıcaklığı ne kadar yüksekse o kadar büyüktür. Çoğu gaz bu kurala uyar. Bunu ne açıklıyor? Modern fizik bu soruyu şu şekilde cevaplamaktadır: Sıcaklık arttıkça bir gazın ısı kapasitesinin artmasına neden olan temel neden, sıcaklık arttıkça gaz molekülünü oluşturan atomların titreşim enerjilerinin hızla artmasıdır. Bu açıklama, gaz molekülü ne kadar çok atomdan oluşursa, sıcaklık arttıkça ısı kapasitesinin de artması gerçeğiyle doğrulanır. Tek atomlu gazların, yani en küçük parçacıkları atom olan gazların ısı kapasitesi genellikle artan sıcaklıkla hemen hemen değişmeden kalır.
Ancak bir molekül içindeki atomların titreşim hareketinin enerjisi değişirse ve hatta oldukça önemli ölçüde, bir gaz ısıtıldığında, bu gazın kimyasal bileşimi değişmeden meydana gelirse, o zaman görünüşe göre bu enerji kimyasal enerji olarak kabul edilemez. Peki kimyasal enerjinin bir molekül içinde biriken enerji olduğunu belirten yukarıdaki tanımına ne demeli?
Bu soru oldukça uygundur. Kimyasal enerjinin yukarıdaki tanımına ilk açıklama getirilmelidir: kimyasal enerji, molekül içinde biriken enerjinin tamamını içermez, yalnızca kimyasal dönüşümler yoluyla değiştirilebilen kısmını içerir.
Kimyasal enerjinin özüne ilişkin ikinci düşünce şudur. Bir molekülün içinde depolanan enerjinin tamamı kimyasal reaksiyon sonucunda açığa çıkamaz. Enerjinin bir kısmı, hatta çok büyük bir kısmı, kimyasal süreç sonucunda hiçbir şekilde değişmez. Bir atomun, daha doğrusu atomun çekirdeğinin içerdiği enerjidir. Buna atom veya nükleer enerji denir. Açıkçası bu şaşırtıcı değil. Belki yukarıda söylenenlere dayanarak bile bu durum tahmin edilebilirdi. Aslında herhangi bir kimyasal reaksiyonun yardımıyla bir elementi diğerine, bir tür atomu başka bir tür atoma dönüştürmek imkansızdır. Geçmişte simyacılar bu görevi üstlendiler ve ne pahasına olursa olsun cıva gibi diğer metalleri altına çevirmeye çalıştılar. Simyacılar bu konuda başarıya ulaşamadılar. Ancak kimyasal bir reaksiyonun yardımıyla bir elementi diğerine, bir türden atomları başka türden atomlara dönüştürmek mümkün değilse, bu, atomların kendilerinin veya daha doğrusu ana parçalarının - çekirdeklerin - kaldığı anlamına gelir. Kimyasal reaksiyon sırasında değişmez. Dolayısıyla atom çekirdeğinde biriken çok büyük enerjinin açığa çıkması mümkün değildir. Ve bu enerji gerçekten çok harika. Şu anda fizikçiler, uranyum atomlarının ve diğer bazı elementlerin nükleer enerjisini serbest bırakmayı öğrendiler. Bu, artık bir elementi diğerine dönüştürmenin mümkün olduğu anlamına geliyor. Sadece 1 gram kadar alınan uranyum atomları ayrıştırıldığında yaklaşık 10 milyon kalorilik ısı açığa çıkar. Böyle bir ısı elde etmek için yaklaşık bir buçuk ton iyi kömürün yakılması gerekir. Nükleer (atomik) enerji kullanımının ne kadar büyük fırsatlara sahip olduğunu hayal edebilirsiniz.
Bir türden atomların başka türden atomlara dönüşümü ve böyle bir dönüşümle ilişkili nükleer enerjinin açığa çıkması artık kimyanın görevinin bir parçası olmadığından, nükleer enerji bir maddenin kimyasal enerjisine dahil değildir.
Böylece, korunan güneş enerjisi olan bitkilerin kimyasal enerjisi, bizim takdirimize bağlı olarak serbest bırakılabilir ve kullanılabilir. Bir maddenin kimyasal enerjisini serbest bırakmak, onu en azından kısmen diğer enerji türlerine dönüştürmek için, kimyasal enerjisi maddenin kimyasal enerjisinden daha az olan maddelerin üretimiyle sonuçlanacak bir kimyasal işlemin düzenlenmesi gerekir. başlangıçta alınan maddeler. Bu durumda, kimyasal enerjinin bir kısmı ısıya dönüştürülebilir ve bu sonuncusu, elektrik enerjisi üretmek amacıyla termik santrallerde kullanılır.
Yakacak odun - bitkisel yakıt - ile ilgili olarak, yanma işlemi böyle uygun bir kimyasal işlemdir. Okuyucu kesinlikle ona aşinadır. Bu nedenle, bir maddenin yanması veya oksidasyonunun, bu maddenin oksijenle birleşmesinin kimyasal süreci olduğunu sadece kısaca hatırlayacağız. Yanan bir maddenin oksijenle birleşimi sonucunda önemli miktarda kimyasal enerji açığa çıkar - ısı açığa çıkar. Isı yalnızca odun yakarken değil, aynı zamanda diğer yanma veya oksidasyon işlemleri sırasında da açığa çıkar. Örneğin saman veya kömür yakarken ne kadar ısının açığa çıktığı iyi bilinmektedir. Vücudumuzda da yavaş bir oksidasyon süreci meydana gelir ve bu nedenle vücut içindeki sıcaklık, genellikle bizi çevreleyen ortamın sıcaklığından biraz daha yüksektir. Demirin paslanması da bir oksidasyon sürecidir. Burada da ısı açığa çıkıyor ancak bu süreç o kadar yavaş ilerliyor ki ısınmayı pratikte fark etmiyoruz.
Şu anda yakacak odun sanayide neredeyse hiç kullanılmamaktadır. Ormanlar insan hayatı için fabrikalarda, fabrikalarda ve enerji santrallerinde buhar kazanlarının fırınlarında odun yakılmasına izin vermeyecek kadar önemlidir. Ve eğer bu amaçla kullanmaya karar verirlerse, dünyadaki tüm orman kaynaklarının ömrü uzun sürmeyecektir. Ülkemizde tamamen farklı çalışmalar yapılıyor: Bölgenin iklim koşullarını iyileştirmek için büyük miktarda barınak ve orman ekimi yapılıyor.
Bununla birlikte, güneş ışınlarının enerjisi nedeniyle bitki dokularının oluşumu ve bitki dokularının kimyasal enerjisinin ısı üretmek için kullanılmasıyla ilgili yukarıda söylenen her şey, günümüzde sanayide yaygın olarak kullanılan yakıtlarla ve özellikle de doğrudan ilgilidir. , termik santrallerde. Bu tür yakıtlar öncelikle şunları içerir: turba, kahverengi kömür ve kömür. Tüm bu yakıtlar, çoğu durumda hava erişimi olmayan veya çok az hava erişimi olan ölü bitkilerin ayrışmasının ürünleridir. Bitkilerin ölmekte olan kısımları için bu tür koşullar, su çökeltileri tabakası altında suda yaratılır. Bu nedenle, bu yakıtların oluşumu çoğunlukla bataklıklarda, sık sık su basan alçak bölgelerde, sığ veya tamamen kuru nehirlerde ve göllerde meydana geldi.
Yukarıda listelenen üç yakıt arasında turba, kökeni en genç olanıdır. Çok sayıda bitki parçası içerir. Belirli bir yakıtın kalitesi büyük ölçüde kalorifik değeriyle karakterize edilir. Kalorifik değer veya kalorifik değer, 1 kilogram yakıt yandığında açığa çıkan, kalori cinsinden ölçülen ısı miktarıdır. Elimizde nem içermeyen kuru turba olsaydı, kalori değeri yakacak odunun kalori değerinden biraz daha yüksek olurdu: kuru turbanın kalori değeri 1 kilogram başına yaklaşık 5.500 kalori ve yakacak odun - yaklaşık 4.500 kaloridir. Madenlerden çıkarılan, genellikle oldukça fazla nem içerir ve bu nedenle kalorifik değeri daha düşüktür. Turbanın Rus enerji santrallerinde kullanımı, 1914 yılında, hidrolik yöntem adı verilen yeni bir turba çıkarma yönteminin kurucusu olan seçkin Rus mühendis R. E. Klasson'un adını taşıyan bir enerji santralinin inşa edilmesiyle başladı. Büyük Ekim Sosyalist Devrimi'nden sonra enerji santrallerinde turba kullanımı yaygınlaştı. Rus mühendisler, hava kanallarının üretimi gibi, Rusya'da yatakları çok önemli olan bu ucuz yakıtın çıkarılması ve yakılması için en akılcı yöntemleri geliştirdiler.
Bitki dokularının parçalanmasının turbadan daha eski bir ürünü kahverengi kömürdür. Ancak kahverengi kömür hala bitki hücreleri ve bitki parçaları içeriyor. Düşük miktarda yanıcı olmayan yabancı madde (kül) içeren kuru kahverengi kömürün kalori değeri 1 kilogram başına 6.000 kalorinin üzerindedir, yani. yakacak odun ve kuru turbadan bile daha yüksektir. Gerçekte kahverengi kömür, önemli nem içeriği ve çoğunlukla yüksek kül içeriği nedeniyle çok daha düşük kalorifik değere sahip bir yakıttır. Şu anda kahverengi kömür dünyada en yaygın kullanılan yakıtlardan biridir. Ülkemizdeki mevduatları oldukça büyüktür.
Petrol ve doğal gaz gibi değerli yakıtlar ise neredeyse hiç kullanılmamaktadır. Daha önce de söylediğimiz gibi ülkemizde akaryakıt rezervlerinin kullanımı tüm sektörlerin çıkarları dikkate alınarak planlı ve ekonomik olarak gerçekleştirilmektedir. Batılı ülkelerden farklı olarak, Rusya'daki enerji santralleri çoğunlukla başka amaçlar için pek kullanılmayan düşük dereceli yakıtlar yakıyor. Aynı zamanda enerji santralleri kural olarak yakıtın üretildiği bölgelerde kurulmakta ve bu da uzun mesafe taşımacılığı engellemektedir. Sovyet enerji mühendisleri, yakıt yakmak için düşük dereceli, ıslak yakıt kullanımına izin verecek bu tür cihazları (ateş kutuları) inşa etmek için çok çalışmak zorunda kaldı.