Словосочетание «земной шар» входит в нашу жизнь уже с детского сада. И на самом деле наша планета - шар, только немного сплюснутый вблизи полюсов, что является результатом её вращения вокруг своей оси. У литовского поэта Э. Межелайтиса есть образные строчки: «А в минуту печали Земля подарила мне шар головы, так на Землю и Солнце похожий».
Химическая организация неживой природы . И Солнце, и Земля, и другие небесные тела, а также человек и весь окружающий его живой и неживой мир построены из одних и тех же химических элементов, представленных в таблице Д. И. Менделеева.
Рис. 5.
Солнце наполовину состоит из водорода
Так, звезда по имени Солнце более чем наполовину состоит из водорода (рис. 5), а гигантская планета Солнечной системы Юпитер (рис. 6) почти полностью построена из этого химического элемента. Из-за низких температур и гигантских давлений водород на этой планете находится в твёрдом состоянии. Вообще во Вселенной господствуют два химических элемента: водород и гелий. Считается, что на водород приходится около 75% , а на гелий около 23% .
Рис. 6.
Юпитер
Земной шар имеет сложное строение. В центре планеты располагается твёрдое внутреннее ядро радиусом около 1200 км, которое состоит из железа и никеля, находящихся под высоким давлением. Поэтому, несмотря на высокую температуру, эта часть ядра твёрдая. Его окружает расплавленное внешнее ядро радиусом около 2300 км. О строении внешнего ядра известно немного. Оно, как и внутреннее ядро, состоит из расплавленных железа и никеля и, возможно, из некоторых других элементов. Температура веществ в ядре достигает 5000-6500 °С.
Ядро покрывает мантия (от греч. мантион - покрывало, плащ) толщиной около 2800 км. Мантия состоит из минералов, построенных в основном кремнием, магнием и железом. Она имеет температуру около 2000-2500 °С. Вещества мантии находятся под высоким давлением, в ней на разных глубинах образуется магма (от греч. магма - густая мазь) - расплавленная вязко-жидкая масса, выходящая на поверхность при извержении вулкана в виде лавы. Вещества магмы представлены уже большим числом химических элементов: кислородом, кремнием, алюминием, железом, магнием, кальцием, натрием, калием. При извержениях выделяются летучие вещества: вода, сероводород, оксиды углерода и серы и др.
За мантией следует земная кора - литосфера. Земную кору составляет сравнительно небольшое число элементов (рис. 7). Около половины массы земной коры приходится на кислород, более 1/4 - на кремний. Всего 18 элементов - О, Si, Al, Fe, Са, Na, К, Mg, Н, Ti, С, Cl, Р, S, N, Mn, F, Ва - составляют 99,8% массы земной коры.
Химические элементы в клетках живых организмов . В составе веществ, образующих клетки всех живых организмов (человека, животных, растений), обнаружено более 70 элементов. Эти элементы принято делить на две группы: макроэлементы и микроэлементы.
Макроэлементы содержатся в клетках в больших количествах. В первую очередь это углерод, кислород, азот и водород. Суммарное их содержание в клетке составляет 98%. Кроме названных элементов к макроэлементам относят также магний, калий, кальций, натрий, фосфор, серу и хлор. Суммарное их содержание 1,9%. Таким образом, на долю остальных химических элементов приходится около 0,1%. Это микроэлементы. К ним относят железо, цинк, марганец, бор, медь, иод, кобальт, бром, фтор, алюминий и др.
В молоке млекопитающих обнаружено 23 микроэлемента: литий, рубидий, медь, серебро, барий, стронций, титан, мышьяк, ванадий, хром, молибден, иод, фтор, марганец, железо, кобальт, никель и др.
В состав крови млекопитающих входит 24 микроэлемента, а в состав головного мозга человека - 18 микроэлементов.
Элементный состав человеческого тела представлен на рисунке 8.
Рис. 8.
Химические элементы в организме человека
Как можно заметить, в клетке нет каких-либо особенных элементов, характерных только для живой природы, т. е. на атомном уровне различий между живой и неживой природой нет. Эти различия обнаруживаются лишь на уровне сложных веществ - на молекулярном уровне. Так, наряду с неорганическими веществами (водой и минеральными солями) клетки живых организмов содержат вещества, характерные только для них, - органические вещества (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, витамины, гормоны и др.). Эти вещества построены в основном из углерода, водорода, кислорода и азота, т. е. из макроэлементов. Микроэлементы содержатся в этих веществах в незначительных количествах, тем не менее их роль в нормальной жизнедеятельности организмов огромна. Например, соединения бора, марганца, цинка, кобальта резко увеличивают урожайность отдельных сельскохозяйственных растений и повышают их сопротивляемость к различным болезням.
Человек и животные получают нужные им для нормальной жизнедеятельности микроэлементы с пищей. Если в пище не хватает марганца, то возможна задержка роста, замедление наступления половой зрелости, нарушение минерального обмена при формировании скелета. Добавка долей миллиграмма солей марганца к суточному рациону животных устраняет эти заболевания.
Кобальт входит в состав витамина В12, необходимого для нормальной работы кроветворных органов. Недостаток кобальта в пище вызывает серьёзное заболевание, приводящее к истощению и даже гибели организма.
Значение микроэлементов для человека впервые было выявлено при изучении эндемического зоба - заболевания щитовидной железы, которое вызывается недостатком иода в воде и пище. Добавка иода к пище в малых количествах предупреждает это заболевание. С профилактической целью проводят иодирование пищевой поваренной соли, в которую добавляют 0,001-0,01% иодида калия (рис. 9).
Рис. 9.
Иодированная соль
В состав большинства биологических катализаторов - ферментов входят цинк, молибден и некоторые другие металлы. Эти элементы, содержащиеся в клетках живых организмов в очень малых количествах, обеспечивают нормальную работу тончайших биохимических механизмов, являются активными участниками процессов жизнедеятельности.
Многие витамины содержат микроэлементы. Витамины - это органические вещества различной химической природы, поступающие в организм с пищей в малых дозах и оказывающие большое влияние на обмен веществ и общую жизнедеятельность организма. В отличие от ферментов, витамины не образуются в клетках организма человека. Большинство из них поступают с пищей (рис. 10), а некоторые синтезируются микрофлорой кишечника. Источниками многих витаминов служат растения: цитрусовые, шиповник, петрушка, лук, чеснок и многие другие. Некоторые витамины поступают в организм человека с животной пищей. Витамины А, B 1 , В 2 , К получают синтетическим путем. Своё название витамины получили от двух слов: вита - «жизнь» и амин - «содержащий азот».
Рис. 10.
Витамины в продуктах питания
Микроэлементы входят также в состав некоторых гормонов (от греч. хармао - побеждаю) - биологически активных веществ, регулирующих работу органов и систем органов человека и животных. Гормоны вырабатываются железами внутренней секреции и поступают в кровь, которая разносит их по всему организму.
Новые слова и понятия
- Строение Земли.
- Химический состав ядра, мантии и земной коры.
- Макроэлементы и микроэлементы.
- Роль микроэлементов в жизнедеятельности растений, животных и человека.
- Органические вещества: белки, жиры, углеводы.
- Ферменты.
- Витамины.
- Гормоны.
Задания для самостоятельной работы
- На каком уровне форм существования химического элемента начинается различие между живой и неживой природой?
- Назовите вещества, которых нет в неживой природе.
- Почему отдельные макроэлементы называют также биогенными? Перечислите их.
- Почему одно из заболеваний щитовидной железы называют эндемическим зобом? Что такое эндемики? Назовите некоторые эндемики-растения и эндемиков-животных.
- Чем различаются витамины и ферменты? Что общего между ними?
- Вспомните из курса анатомии некоторые гормоны, вырабатываемые железами внутренней секреции, и укажите их биологическое значение.
3.Живые организмы обитают: а)на суше,б)...,в)... .
4.Из каких клеток состоят живые организмы.
5.У растений,животных и человека различают клетки тела особые половые клетки - гаметы:
♀ - ...,♂ - ... .
Химические реакции происходят постоянно в неживой природе и в живых организмах. Химические реакции,протекающие в живых организмах, обеспечивают ихнормальную жизнедеятельность.
Приведи примеры, доказывающие что живой организм- фабрика химических превращений
качестве самостоятельной науки экология начала развиваться 5. направление движения естественому отбору диктует 6. Факторы окружающей среды, воздействует на организм 7. Группа экологических факторов, обусловоенная влиянием живых организмов 8. Группа экологических факторов, обусловленна влинием живых огранизмов 9 . Группа экологических факторов,обусловленная влиянием неживой природы 10. Фактор неживой природы, дающий толчок сезонным изменениям в жизни растений и животных. 11. способность живых организмов именть свои биологичекие ритмы в зависимости от длины светогого дня 12. Самый значимый ддля выживания фактор 13. Свет, химический состав воздуха, воды и почвы, атмосферное давление и температура относяться к факторам 14. строительство железных дорог, распашка земель, создание шахт относяться 15. Хищничество или симбиоз относятьс к факторам 16. растения длинногодн обитают 17. растения короткого дня обитания 18.растени тундры относяться 19.РАстения полупустынь,степей и пустынь относяться 20. Характерный показатель популяции. 21. Совокупность всех видов живых организмов, населяющих определенную территорию и взаимодействующих между собой 22. Наиболее богатая видовым разнообразием экосистема нашей планеты 23. экологическая группа живых организмов, создающих органические вещества 24. экологичская группа живых организмов,потребляющиз готовые органические вещества, но не проводящих менерализации 25. экологическая группа живых организмов,потребляющих готовые органические вещесва и спосбствующих полному превращению их в минеральные вещества 26 . полезной энергии на следующий трофический(пищевой) уровень переходит 27 . консументы I порядка 28. консументы IIили III порядка 29. мера чувствительности сообществ живых организмов к изменениям определенных условий 30.способность сообществ (экосистем или биогеоценозов) полдерживать свое постоянство и противостоять извенению условий окружающей среды 31. низкая способность к саморегуляции, видовое разнообразие, использование дополнительных источников энергии и высокая продуктивность характерны для 32. искусственный биоценоз с наибольшей интенсивностью обмена веществ на единицу площади. с вовлечением круговорот новых материалов и выдежением большого количества неутилизируемых отходов характерны для 33. пахотными землями занято 34. города занимают 35. оболочка планеты, заселенная живыми организмами 36. автор учени о биосфере 37. верхняя граница беосферы 38. граница биосферы в глубинах океана. 39 нижняя граница биосферы в литосфере.40 . международная неправительственная организации, созданная в 1971 году, совершабщая наиболее действенные акции в защиту природы.
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
В чем различие химической организации живых организмов и объектов неживой природы?
В состав живого входят те же химические элементы, что составляют и тела неживой природы. Однако их количественное соотношение в живой и неживой природе различно. Так, в земной коре первые четыре места по распространенности занимают кислород, кремний, алюминий и натрий. Основу живых систем составляют углерод, водород, кислород, азот, а также фосфор и сера. Для них характерно образование водорастворимых соединений, что позволяет им накапливаться в живых организмах. Способность атомов углерода соединяться между собой в длинные цепи и при этом образовывать химические связи и с другими элементами обеспечивает создание сложных органических молекул, подчас имеющих огромную молекулярную массу. Это белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и другие органические соединения, наряду с неорганическими составляющие живое вещество.
Открытые системы
Почему живые организмы называют «открытыми системами»?
Для поддержания упорядоченности биосистемы и экосистемы обмениваются с окружающей средой веществом и энергией. Следовательно, живые системы - открытые системы. В результате обменных процессов происходит непрерывное обновление большинства элементов живой системы.
Обмен веществ
Чем различаются процессы обмена у живых организмов и в неживой природе?
Обмен веществ - характерное свойство живых организмов, заключающееся в потреблении живой системой веществ из окружающей среды и выделении в нее различных продуктов жизнедеятельности. Но это явление встречается и в неживой природе. При горении из воздуха поглощается кислород и используются органические вещества, например уголь. При этом в окружающую среду выделяются разнообразные соединения. Главное отличие обмена веществ в живой природе - возможность осуществлять реакции синтеза высокомолекулярных соединений и их распада.
Роль изменчивости и наследственности
Какова роль изменчивости и наследственности в развитии жизни на нашей планете?
Наследственность - свойство организмов передавать признаки своего строения, функционирования и развития потомкам, из поколения в поколение. Изменчивость - способность живых систем приобретать новые признаки и свойства. Эти два свойства живого тесно взаимосвязаны и играют огромную роль в развитии жизни на Земле. Изменения в генетическом материале приводят к появлению у организмов новых признаков, их сочетания определяют степень приспособленности особи в конкретных условиях. Поэтому изменчивость является поставщиком разнообразного материала для отбора наиболее жизнеспособных особей, которые затем передадут признаки своего строения и развития по наследству. Это ведет к возникновению новых видов организмов.
Молекулярный уровень организации жизни
Какие процессы исследуют ученые на молекулярном уровне?
На молекулярном уровне изучаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: его рост и развитие, обмен веществ и превращение энергии, хранение и передача наследственной информации, изменчивость.
Состав живого организма
Какие элементы преобладают в составе живых организмов?
В составе живого организма насчитывают более 70–80 химических элементов, однако преобладают углерод, кислород, водород и азот.
Внутриклеточные биополимеры
Почему молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов рассматриваются как биополимеры только в клетке?
Молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов являются полимерами, так как состоят из повторяющихся мономеров. Но лишь в живой системе (клетке, организме) эти вещества проявляют свою биологическую сущность, обладая рядом специфических свойств и выполняя множество важнейших функций. Поэтому в живых системах такие вещества называют биополимерами. Вне живой системы эти вещества теряют свои биологические свойства и не являются биополимерами.
Универсальность молекул биополимеров
Что понимается под универсальностью молекул биополимеров?
Свойства биополимеров зависят от числа, состава и порядка расположения составляющих их мономеров. Возможность изменения состава и последовательности мономеров в структуре полимера позволяет существовать огромному разнообразию вариантов биополимеров, независимо от видовой принадлежности организма. У всех живых организмов биополимеры построены по единому плану.
Строение углеводов
Какой состав и строение имеют молекулы углеводов?
Молекулы углеводов состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, причем соотношение водорода и кислорода в них 2:1, как в молекуле воды. Именно по этой причине эти вещества получили свое название «углеводы».
Моносахариды, дисахариды и полисахариды
Какие углеводы называются моно-, ди- и полисахаридами?
Моносахариды - это углеводы, в состав которых входит от трех до шести атомов углерода. Из шестиуглеродных сахаров известны глюкоза, фруктоза, галактоза, из пятиуглеродных сахаров - рибоза и дезоксирибоза. Последние входят в состав нуклеиновых кислот. Дисахариды состоят из двух молекул моносахаридов. Например, сахароза (тростниковый сахар) состоит из молекул глюкозы и фруктозы. Из дисахаридов известны также мальтоза (солодовый сахар) и лактоза (молочный сахар). И моно- и дисахариды растворимы в воде и сладки на вкус. Полисахариды - сложные сахара, состоящие из множества мономеров, которыми являются моносахариды. К полисахаридам относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин. Целлюлоза - линейный полимер, состоящий из множества молекул глюкозы. Крахмал и гликоген также состоят из глюкозы, только имеют разветвленную структуру.