В чем заключается различие химической организации живых. Организация элементов в живых и неживых системах
1. Каким образом выражают скорость химической реакции? Можно ли выразить скорость химической реакции через изменение концентрации продуктов реакции вместо изменения концентрации реагентов? Для реакции N 2 O 4(r) ® 2NO 2(r) справедливо соотношение D = - 1 D
Что означает коэффициент 1 и знак «минус» в этом соотношении?
2. В чем состоит различие понятий «средний» и «истинной» скорости химической реакции?
3. Что выражает закон скорости и кинетическое уравнение реакции? Правильно ли утверждение, что константа скорости реакции не зависит от концентраций реагентов, но зависит от температуры? В чем состоит особенность кинетического уравнения гетерогенных реакций?
4. Что означают понятия «частный порядок» и «общий порядок» реакции? Что характеризует молекулярность реакции? Если для какой-либо реакции известно, например, что она имеет второй порядок или что она бимолекулярна, то какая информация следует из этих определений? Почему порядок реакции и ее молекулярность для многих реакций не совпадают?
5. Что выражает понятие «механизм химических реакций»? В чем заключается различие между простыми и сложными реакциями? Каковы особенности параллельных, последовательных и сопряженных реакций? Каковы механизмы неразветвленных и разветвленных цепных реакций?
6. Какова зависимость скорости химических реакций от температуры? В чем заключается правило Вант-Гоффа? Что выражает температурный коэффициент скорости реакций и в каких пределах могут изменяться его значения?
7. Что означает понятие «энергия активации»? каким образом в рамках теории активированного комплекса объясняют величину энергии активации? Что представляет собой разность энергий активации прямой и обратной реакций?
8. Как можно объяснить сильную зависимость скорости реакций от температуры? Как можно представить взаимосвязь между энергией частиц при соударении при разных температурах и энергией активации?
9. Как можно экспериментально определить значение энергии активации реакции? Как используют уравнение Аррениуса для обработки экспериментальных данных и вычисления величины Е а?
10. Покажите на примере гомогенного катализа, каким путем достигается понижение энергии активации Е а каталитической реакции. Каковы особенности механизма гетерогенного катализа? Каким образом характер взаимодействия молекул реагентов с активными центрами катализатора определяет эффективность гетерогенного катализа? В чем заключается роль промоторов? Какое различие между катализаторами и ингибиторами проявляется в отношении их влияния на скорость химических реакций?
11. Какое состояние называется химическим равновесием? Происходит ли в состоянии химического равновесия соударение и взаимодействие частиц исходных веществ и продуктов реакции? Что происходит с концентрациями исходных веществ и продуктов реакции, когда наступает состояние химического равновесия?
12. Как составляют математическое выражение константы химического равновесия? Какие особенности гетерогенных систем нужно учитывать при составлении выражения константы химического равновесия?
13. Сформулируйте правило Ле Шателье. Примените данное правило для объяснения направления сдвига химического равновесия конкретных химических реакций, раздельно покажите влияние на равновесие таких факторов, как концентрация исходных веществ или продуктов, давление в случае газообразных участников реакции, температура. Какова роль катализаторов при достижении системами состояния химического равновесия?
14. Каков характер взаимодействия при твердофазных реакциях? Какие стадии различают при прохождении твердофазных реакций? Чем отличается уравнение скорости твердофазной реакции от соответствующего уравнения гомогенной или гетерогенной реакции?
Как справедливо отмечает Б. Небел (1993), на протяжении многих лет химики, биологи и многие другие естествоиспытатели потратили значительные усилия на то, чтобы отыскать некую «жизненную» силу, которая обусловливает функционирование живых организмов. Но никакой особой субстанции, никаких особых приметтого, что она существует, обнаружить не удалось. В конце концов, было установлено, что живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и окружающий нас воздух, вода, горные породы и почва. Но была обнаружена одна главная химическая особенность, отличающая «живое» от «неживого» - это сложность слагающих их молекул. Соединения «неживой» природы принципиально просты, хотя некоторые из них состоят из нескольких (до десятков) отдельных атомов. Вода, воздух и минералы горных пород непрерывно взаимодействуют друг с другом, в связи с чем происходят химические реакции, но при этом особого усложнения молекул не происходит.
Другое дело, когда речь идет о «живой» природе. Химическая структура в данном случае основана на сложных молекулах - углеводах, белках, липидах, нуклеиновых кислотах. Эти соединения представляют собой молекулы в составе тканей живых существ, образованные в основном атомами углерода (и связанными с ними атомами водорода) и соединенные друге другом в «цепочки». В их построении может принимать участие и ряд других главных биогенов и микроэлементов, но общим для всех этих молекул являются углерод-углерод-иые и углерод-водородные связи. Сложность таких соединений колоссальна (некоторые состоят из нескольких миллионов атомов), а потенциальные возможности создания различных комбинаций соединений являются бесконечными. Таким образом обеспечивается абсолютное разнообразие живых организмов.
Все молекулы, которые основаны на структурах из разнообразных углеродных «цепочек», носят название органических, и вслед за этим все соединения, в основе которых лежат углеродные и углерод-водо-родные связи, также называют органическими.
С химической точки зрения созданные человеком пластмассы и другие близкие к ним материалы можно отнести к органическим, но ничего общего с живыми системами они не имеют. В связи с этим следует выделять природные органические и синтетические органические соединения. Особенностью синтетической органики является то, что в подавляющем большинстве ее представители в природных редукционных процессах не разлагаются до простых соединений и при сжигании выделяют не только диоксид углерода, воду и соединения главных биогенов, но и другие химические образования, многие из которых (например, диоксины) токсичны. В любом случае в воздухе, воде и горных породах сколько бы значимых следов органики ни обнаружено, если только она не оказалась там при деятельности человека.
Затем при сравнении «живого» и «неживого» показано, что хотя они могут состоять из одинаковых элементов, в том числе и из главных биогенов (1М, С, Н, О, Р, Б), но характер организации атомов в молекулах существенно различен. Как было установлено и будет показано и в дальнейшем изложении: при синтезе, росте, разложении и горении речь идет не об изменении атомов, не об образовании их, а только о перегруппировке атомов. Это свойственно всем химическим реакциям с органическими природными соединениями.
Универсальный характер установленного факта позволяет сделать вывод, что для взаимодействий в органических системах полностью выполняется один из главных физических законов, а именно закон сохранения массы. В данном случае его следует сформулировать следующим образом: атомы в химических реакциях с органическими природными соединениями никогда не исчезают, не образуются и не превращаются друг в друга; они только перегруппировываются с об-
разованием различных молекул и соединений. В то же время в физике установлено, что при высокоэнергетических ядерных реакциях возможно изменение атомов (превращение атомов одних элементов в другие), но для «живых» систем это не выявлено и, как полагают практически все биологи, является абсолютно нехарактерным, тем более в живых организмах отсутствуют какие-либо радиоактивные химические элементы или радиоактивные изотопы, если они не попали в организмы случайным образом. Можно заключить, что живые организмы ни при каких условиях не могут представлять собой «ядер-ные реакторы».
Хим элемент – это вид атома с опр-ным зарядом ядра. Атом – мельчайшая хим-ки неделимая электронейтральная частица вещества. Молекула – мельчайшая электронейтральная частица вещества, кот обуславливает хим и физ свойства этого вещ-ва.
Ион – мельчайшая заряженная частица вещества (электролита), которая обуславливает хим и физ свойства этого вещ-ва. Вещество - вид материи, обладающее массой покоя и состоящий главным образом из элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов). Любое в-во состоит из структурных единиц – атомов, молекул, ионов.
2.Сколько химических элементов известно в настоящее время? в чём заключаются различия между химическим элементом и простым веществом?
В наст время известно 110 видов атомов. Об атомах одного вида говорят, что они являются атомами одного хим элемента. Т.е. хим эл-т – то же самое, что вид атома.
Если молекулы состоят из атомов только одного вида, то вещество называют простым.
3.Чем отличаются вещества молекулярного строения от веществ немолекулярного строения? Какие физические свойства присущи тем и другим веществам?
Среди органических веществ преобладают молекулярные вещества, среди неорганических - немолекулярные. Молекулярные вещества состоят из молекул, связанных между собой слабыми межмолекулярными связями, к ним относятся: H 2 , O 2 , N 2 , Cl 2 , Br 2 , S 8 , P 4 и другие простые вещества; CO 2 , SO 2 , N 2 O 5 , H 2 O, HCl, HF, NH 3 , CH 4 , C 2 H 5 OH, органические полимеры и многие другие вещества. Эти вещества не обладают высокой прочностью, имеют низкие температуры плавления и кипения, не проводят электрический ток, некоторые из них растворимы в воде или других растворителях. Немолекулярные вещества с ковалентными связями или атомные вещества (алмаз, графит, Si, SiO 2 , SiC и другие) образуют очень прочные кристаллы (исключение - слоистый графит), они нерастворимы в воде и других растворителях, имеют высокие температуры плавления и кипения, большинство из них не проводит электрический ток (кроме графита, обладающего электропроводностью, и полупроводников - кремния, германия и пр.) Все ионные вещества, естественно, являются немолекулярными. Это твердые тугоплавкие вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток. Многие из них растворимы в воде. Следует отметить, что в ионных веществах, кристаллы которых состоят из сложных ионов, есть и ковалентные связи, например: (Na +) 2 (SO 4 2-), (K +) 3 (PO 4 3-), (NH 4 +)(NO 3-) и т. д.
4.Чем определяется химическое количество вещества? Сформулируйте определение понятия моль. Каков физический смысл постоянной Авогадро и чему равно ее значение?
Количество вещества п - физическая величина, определяемая числом элементарных объектов (структурных единиц), из которых это вещество состоит. Под элементарными объектами понимают атомы, молекулы, ионы, электроны, любые условные части или фрагменты молекулы. За единицу количества вещества принят моль, определяемый как количество вещества системы, содержащей столько же структурных единиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода 12 С. Эта величина является фундаментальной физической константой, называется постоянной Авогадро и обозначается N A:= 6,02*10 23 моль -1