Elementide organiseerimine elus- ja elututes süsteemides. Keemia põhimõisted ja seadused Mis vahe on keemilisel organisatsioonil

Teema I

ATOM-MOLEKULAARÕPETUS

KEEMIA PÕHIMÕISTED JA SEADUSED

1. Andke definitsioonid mõistetele "aatom", "molekul", "ioon", "aine". Millised on mõistete "keemiline element" ja "lihtaine" sarnasused ja erinevused?

A) Pärast vesiniku ja hapniku segu põletamist kogumahuga 50 cm 3 jäi hapnikku ruumalaga 2 cm 3. Arvutage algsegu komponentide mahu- ja massiosa. Kui suur on moodustunud vee mass?

b) Nimetage järgmised ained: KBrO, (CdOH) 2 SO 4, H 2 Cr 2 O 7, (NH 4) 3 AsO 4, Mn 2 (HPO 4) 3.

2. Sõnastage ainete massi jäävuse seadus ja selgitage selle olemust aatomi-molekulaarteooria seisukohast. Kus seda seadust kohaldatakse? Mille poolest erinevad ainete keemilised ja füüsikalised omadused?

A) Kui palju õhku (n.a.) on vaja 100 dm 3 kogumahuga (n.a.) propaani ja vesiniku segu täielikuks põlemiseks, kui selles sisalduva lihtaine mahuosa on 10% ja mahuosa. õhu hapnikusisaldus on 21%.

b) Nimetage järgmised ained: Ni(ClO 3) 2, Ag 4 P 2 O 7, KFe(SO 4) 2, (CoOH) 2 CO 3, Sr(HSO 3) 2.

3. Sõnastage ainete koostise püsivuse seadus ja märkige selle kohaldamise tingimus. Millistel ainetel on konstantne ja millistel muutuv koostis?

A) Arvutage gaasisegu ruumala (n.v.), milles hapniku, osooni ja heeliumi massid on vastavalt 64, 96 ja 20 g. Millised on selle segu komponentide mahuosad ja molekulide koguarv selles?

b) Nimetage järgmised ained: LiClO 4, Fe(H 2 PO 4) 3, H 2 CrO 4, 2 SO 4, (NH 4) 3 AsO 3.

4. Mis on gaasi osarõhk? Sõnasta osarõhkude seadus.

A) Tundmatus ühendis on elementide massiosad: väävel – 23,7%; hapnik – 23,7%; kloor – 52,6%. Määrake selle aine molekulvalem, kui selle aurude suhteline tihedus vesiniku suhtes on 67,5. Mitu molekuli sisaldab selle aine 2,7 g portsjonit?

b) Kirjutage järgmiste ainete valemid: hüdroksomagneesiumkarbonaat; tsinksulfit; kaaliumdivesinikfosfaat; vask(II)kloraat; orthotelluurhape.

5. Sõnastage Gay-Lussaci mahusuhete seadus ja selgitage seda aatomi-molekulaarteooria seisukohast.

A) Teatud 1,225 g kaaluva aine täieliku termilise lagunemise tulemusena tekkis kaaliumkloriid massiga 0,745 g ja eraldus hapnik mahuga 336 cm 3 (nr). Leia lähteaine valem. Kui suur on selle aine keemiline kogus, kui selle mass on 36,75 g?

b) Kirjutage järgmiste ainete valemid: ortoarseenhape; magneesiumperkloraat; baariumdivesinikfosfaat; hüdroksoalumiiniumsulfaat; kaltsiumkromaat.

6. Mis iseloomustab aine keemilist kogust? Defineerige mõiste "mutt" ja selgitage Avogadro konstandi füüsilist tähendust.

A) Magneesiumi ja alumiiniumi portsjonid lahustati eraldi vesinikkloriidhappes, mille tulemusena eraldus mõlemal juhul sama mahuga gaas. Arvutage lahustunud magneesiumi mass, kui alumiiniumi mass oli 81 g Kui suur on eralduva gaasi kogumaht temperatuuril 45 o C ja rõhul 96,3 kPa?

b) Kirjutage järgmiste ainete valemid: difosforhape; vask(II)jodaat; raud(III)divesinikfosfaat, hüdroksobaariumklorit; hõbedikromaat.

7. Nimetage Avogadro seadus ja selle tagajärjed. Selgitage vesiniku ja õhu suhtelise gaasitiheduse füüsikalist tähendust.

A) Vees lahustati tundmatu metall massiga 1,28 g, mille tulemusena eraldus gaas mahuga 380 cm 3, mõõdetuna temperatuuril 21 °C ja rõhul 104,5 kPa. Määrake metall ja arvutage moodustunud hüdroksiidi mass.

b) Nimetage järgmised ained: (NH 4) 2 Cr 2 O 7, (CaOH) 2 SO 3, HMnO 4, Al 2 (HPO 4) 3, Na 2 SeO 3.

8. Määratlege mõisted "keemiline ekvivalent" ja "ekvivalendi molaarmass". Kuidas arvutatakse hapete, aluste ja soolade ekvivalentide molaarmassid?

A) Tundmatu aine aur, mis kaalub 21 g temperatuuril 20 °C ja rõhul 2,5 · 10 4 Pa, võtab enda alla 22 dm3. Arvutage selle aine tihedus ja suhteline aurutihedus õhus. Kui palju molekule on selle aine 4,65 g portsjonis?

b) Kirjutage järgmiste ainete valemid: baariumbromiit; indium(III)vesinikfosfaat; dihüdroksokroom(III)kloraat; fosforhape; Magneesiumnitrit.

9. Andke definitsioonid mõistetele "aatommassi ühik", "suhteline aatommass", "suhteline molekulmass", "moolmass". Kirjutage üles ühtse gaasiseaduse matemaatiline avaldis ja selgitage selle olemust.

A) Määrake ekvivalent ja arvutage H 3 PO 4 ekvivalendi molaarmass, kui see 9,8 g kaaluv hape reageeris 5,6 g kaaluva kaaliumhüdroksiidiga; kaal 11,2 g; kaaluga 16,8 g Kirjutage vastavate reaktsioonide võrrandid.

b) Nimetage järgmised ained: Tl 2 Cr 2 O 7, Cd 2 SiO 4, Fe(HSO 4) 2, (CuOH) 3 PO 4, HClO 2.

0. Kirjutage üles Clapeyroni-Mendelejevi võrrand ja selgitage selle olemust. Märkige kõigi selles võrrandis sisalduvate suuruste ühikud.

A) Tundmatu metalli oksiidist massiga 6,50 g saadi metall massiga 4,45 g Arvutage metalli ja selle oksiidi ekvivalentide molaarmassid, määrake tundmatu metall.

b) Kirjutage järgmiste ainete valemid: mangaan (III) divesinikfosfaat, hõbekromaat, dihüdroksoiroon (III) fosfaat, dilämmastikhape; ammooniumsulfit.

Mis vahe on elusorganismide ja elutute objektide keemilisel organisatsioonil?

Elusolendite koostis sisaldab samu keemilisi elemente, mis moodustavad elutu looduse kehad. Nende kvantitatiivne suhe elus- ja elutus looduses on aga erinev. Seega on maakoores esimesed neli kohta hapnik, räni, alumiinium ja naatrium hõivanud. Elussüsteemide aluseks on süsinik, vesinik, hapnik, lämmastik, aga ka fosfor ja väävel. Neid iseloomustab vees lahustuvate ühendite moodustumine, mis võimaldab neil akumuleeruda elusorganismides. Süsinikuaatomite võime ühendada üksteisega pikkade ahelatena ja samal ajal moodustada keemilisi sidemeid teiste elementidega tagab keerukate orgaaniliste molekulide loomise, millel on mõnikord tohutu molekulmass. Need on valgud, rasvad, süsivesikud, nukleiinhapped ja muud orgaanilised ühendid koos elusaine anorgaaniliste komponentidega.

Avatud süsteemid

Miks nimetatakse elusorganisme "avatud süsteemideks"?

Korra hoidmiseks vahetavad biosüsteemid ja ökosüsteemid ainet ja energiat keskkonnaga. Seetõttu on elussüsteemid avatud süsteemid. Ainevahetusprotsesside tulemusena uuendatakse enamus elussüsteemi elemente pidevalt.

Ainevahetus

Kuidas erinevad ainevahetusprotsessid elusorganismide ja eluta looduse vahel?

Ainevahetus on elusorganismidele iseloomulik omadus, mis seisneb elussüsteemi poolt keskkonnast ainete tarbimises ja erinevate jääkainete sattumises sinna. Kuid seda nähtust esineb ka elutus looduses. Põlemisel imendub õhust hapnik ja kasutatakse orgaanilisi aineid, näiteks kivisütt. Samal ajal satuvad keskkonda erinevad ühendid. Peamine erinevus eluslooduse ainevahetuse vahel on võime viia läbi kõrgmolekulaarsete ühendite sünteesi ja nende lagunemise reaktsioone.

Muutuse ja pärilikkuse roll

Milline on muutlikkuse ja pärilikkuse roll meie planeedi elu arengus?

Pärilikkus on organismide omadus anda põlvest põlve edasi märke oma ehitusest, toimimisest ja arengust järglastele. Muutlikkus on elussüsteemide võime omandada uusi omadusi ja omadusi. Need kaks elusolendite omadust on omavahel tihedalt seotud ja mängivad tohutut rolli elu arengus Maal. Geneetilise materjali muutused põhjustavad organismides uute omaduste ilmnemist, nende kombinatsioonid määravad isendi kohanemisvõime konkreetsetes tingimustes. Seetõttu on varieeruvus mitmekesise materjali tarnija kõige elujõulisemate indiviidide valimiseks, kes annavad seejärel pärimise teel edasi oma struktuuri ja arengu tunnused. See toob kaasa uute organismiliikide tekkimise.

Elukorralduse molekulaarne tase

Milliseid protsesse uurivad teadlased molekulaarsel tasandil?

Molekulaarsel tasandil uuritakse organismi elutähtsamaid protsesse: selle kasvu ja arengut, ainevahetust ja energia muundamist, päriliku informatsiooni talletamist ja edasiandmist, muutlikkust.

Elusorganismi koostis

Millised elemendid domineerivad elusorganismides?

Elusorganism sisaldab üle 70–80 keemilise elemendi, kuid ülekaalus on süsinik, hapnik, vesinik ja lämmastik.

Intratsellulaarsed biopolümeerid

Miks peetakse valkude, nukleiinhapete, süsivesikute ja lipiidide molekule biopolümeerideks ainult rakus?

Valkude, nukleiinhapete, süsivesikute ja lipiidide molekulid on polümeerid, kuna koosnevad korduvatest monomeeridest. Kuid ainult elussüsteemis (rakus, organismis) avaldavad need ained oma bioloogilist olemust, omades mitmeid spetsiifilisi omadusi ja täites paljusid olulisi funktsioone. Seetõttu nimetatakse selliseid aineid elussüsteemides biopolümeerideks. Väljaspool elussüsteemi kaotavad need ained oma bioloogilised omadused ega ole biopolümeerid.

Biopolümeeri molekulide mitmekülgsus

Mida mõeldakse biopolümeeri molekulide universaalsuse all?

Biopolümeeride omadused sõltuvad nende koostises olevate monomeeride arvust, koostisest ja paigutuse järjekorrast. Võimalus muuta polümeeri struktuuris olevate monomeeride koostist ja järjestust võimaldab eksisteerida tohutul hulgal biopolümeeri võimalusi, olenemata organismi liigist. Kõigis elusorganismides on biopolümeerid ehitatud ühe plaani järgi.

Süsivesikute struktuur

Mis koostis ja struktuur on süsivesikute molekulidel?

Süsivesikute molekulid koosnevad süsiniku, vesiniku ja hapniku aatomitest ning vesiniku ja hapniku suhe neis on 2:1, nagu veemolekulis. Sel põhjusel said need ained oma nime "süsivesikud".

Monosahhariidid, disahhariidid ja polüsahhariidid

Milliseid süsivesikuid nimetatakse mono-, di- ja polüsahhariidideks?

Monosahhariidid on süsivesikud, mis sisaldavad kolme kuni kuut süsinikuaatomit. Kuue süsinikusisaldusega suhkrute hulka kuuluvad glükoos, fruktoos ja galaktoos; viie süsinikusisaldusega suhkrute hulka kuuluvad riboos ja desoksüriboos. Viimased on osa nukleiinhapetest. Disahhariidid koosnevad kahest monosahhariidi molekulist. Näiteks sahharoos (roosuhkur) koosneb glükoosi ja fruktoosi molekulidest. Maltoos (linnasesuhkur) ja laktoos (piimasuhkur) on samuti tuntud disahhariidid. Nii mono- kui disahhariidid on vees lahustuvad ja magusa maitsega. Polüsahhariidid on komplekssed suhkrud, mis koosnevad paljudest monomeeridest, mis on monosahhariidid. Polüsahhariidide hulka kuuluvad tärklis, glükogeen, tselluloos ja kitiin. Tselluloos on lineaarne polümeer, mis koosneb paljudest glükoosi molekulidest. Tärklis ja glükogeen koosnevad samuti glükoosist, kuid neil on hargnenud struktuur.

1. Kuidas väljendub keemilise reaktsiooni kiirus? Kas keemilise reaktsiooni kiirust on võimalik väljendada reaktsioonisaaduste kontsentratsiooni muutusena, mitte reageerivate ainete kontsentratsiooni muutumise kaudu? Reaktsiooni N 2 O 4(r) ® 2NO 2(r) puhul kehtib seos D = - 1 D

Mida koefitsient 1 ja miinusmärk selles suhtes tähendavad?

2. Mis vahe on mõistetel "keskmine" ja "tõeline" keemilise reaktsiooni kiirus?

3. Mida väljendab kiiruse seadus ja reaktsiooni kineetiline võrrand? Kas on õige väita, et reaktsioonikiiruse konstant ei sõltu reagentide kontsentratsioonidest, vaid sõltub temperatuurist? Mis on heterogeensete reaktsioonide kineetilise võrrandi eripära?

4. Mida tähendavad mõisted “erakorraldus” ja “üldine reaktsioon”? Mis iseloomustab reaktsiooni molekulaarsust? Kui on teada, et reaktsioon on näiteks teist järku või bimolekulaarne, siis millist teavet nendest definitsioonidest järeldub? Miks ei lange paljude reaktsioonide puhul reaktsiooni järjekord ja selle molekulaarsus kokku?

5. Mida väljendab mõiste “keemiliste reaktsioonide mehhanism”? Mis vahe on lihtsatel ja keerukatel reaktsioonidel? Millised on paralleelsete, järjestikuste ja konjugeeritud reaktsioonide tunnused? Millised on hargnemata ja hargnenud ahelreaktsioonide mehhanismid?

6. Milline on keemiliste reaktsioonide kiiruse sõltuvus temperatuurist? Mis on van't Hoffi reegel? Mida väljendab reaktsioonikiiruste temperatuurikoefitsient ja millistes piirides võivad selle väärtused muutuda?

7. Mida tähendab mõiste “aktiveerimisenergia”? Kuidas me selgitame aktiveerimisenergiat aktiveeritud kompleksi teooria raames? Mis vahe on edasi- ja tagasireaktsiooni aktiveerimisenergial?

8. Kuidas seletada reaktsioonikiiruste tugevat sõltuvust temperatuurist? Kuidas kujutame ette seost osakeste energia kokkupõrkel erinevatel temperatuuridel ja aktivatsioonienergia vahel?

9. Kuidas saab katseliselt määrata reaktsiooni aktivatsioonienergiat? Kuidas kasutatakse Arrheniuse võrrandit katseandmete töötlemiseks ja E a väärtuse arvutamiseks?

10. Näidake homogeense katalüüsi näitel, kuidas aktivatsioonienergia väheneb E katalüütiline reaktsioon. Millised on heterogeense katalüüsi mehhanismi tunnused? Kuidas määrab heterogeense katalüüsi efektiivsuse reaktiivmolekulide ja katalüsaatori aktiivsete tsentrite interaktsiooni iseloom? Mis on promootorite roll? Mis vahe on katalüsaatoritel ja inhibiitoritel nende mõju osas keemiliste reaktsioonide kiirusele?

11. Millist olekut nimetatakse keemiliseks tasakaaluks? Kas lähteainete ja reaktsioonisaaduste osakeste kokkupõrge ja vastastikmõju toimub keemilises tasakaalus? Mis juhtub lähteainete ja reaktsioonisaaduste kontsentratsioonidega, kui tekib keemiline tasakaal?

12. Mis on keemilise tasakaalu konstantide matemaatiline avaldis? Milliseid heterogeensete süsteemide tunnuseid tuleks keemilise tasakaalukonstandi avaldise koostamisel arvesse võtta?

13. Sõnasta Le Chatelier’ reegel. Kasutage seda reeglit, et selgitada konkreetsete keemiliste reaktsioonide keemilise tasakaalu nihke suunda, eraldi näidata selliste tegurite mõju tasakaalule nagu lähteainete või saaduste kontsentratsioon, rõhk reaktsioonis gaasiliste osalejate korral, temperatuur. Milline on katalüsaatorite roll süsteemides, mis jõuavad keemilise tasakaalu seisundisse?

14. Milline on interaktsiooni olemus tahkefaasilistes reaktsioonides? Milliseid etappe eristatakse tahkefaasiliste reaktsioonide käigus? Mille poolest erineb tahkefaasilise reaktsiooni kiirusvõrrand homogeense või heterogeense reaktsiooni vastavast võrrandist?

Nagu B. Nebel õigesti märgib (1993), on keemikud, bioloogid ja paljud teised loodusteadlased aastate jooksul teinud märkimisväärseid jõupingutusi, püüdes leida teatud "elulist" jõudu, mis määrab elusorganismide toimimise. Kuid mingit erilist ainet, mingeid erilisi märke selle olemasolust ei õnnestunud avastada. Lõpuks leiti, et elusorganismid koosnevad samadest keemilistest elementidest nagu meid ümbritsev õhk, vesi, kivimid ja pinnas. Kuid avastati üks peamine keemiline omadus, mis eristab "elavat" "elutust" - see on neid moodustavate molekulide keerukus. "Elusa" loodusega ühendid on põhimõtteliselt lihtsad, kuigi mõned neist koosnevad mitmest (kuni kümnest) üksikust aatomist. Vesi, õhk ja kivimimineraalid interakteeruvad pidevalt üksteisega, põhjustades keemilisi reaktsioone, kuid molekulid ei muutu palju keerulisemaks.

“Elusa” looduse puhul on asi hoopis teine. Keemiline struktuur põhineb sel juhul keerulistel molekulidel - süsivesikutel, valkudel, lipiididel, nukleiinhapetel. Need ühendid on elusolendite kudedes leiduvad molekulid, mis on moodustunud peamiselt süsinikuaatomitest (ja nendega seotud vesinikuaatomitest) ja on omavahel seotud "ahelatena". Nende ehituses võivad osaleda ka mitmed teised peamised biogeenid ja mikroelemendid, kuid kõigile neile molekulidele on omane süsinik-süsinik ja süsinik-vesinik side. Selliste ühendite keerukus on tohutu (mõned koosnevad mitmest miljonist aatomist) ja potentsiaal erinevate ühendite kombinatsioonide loomiseks on lõputu. See tagab elusorganismide absoluutse mitmekesisuse.

Kõiki molekule, mis põhinevad erinevate süsiniku "ahelate" struktuuridel, nimetatakse orgaanilisteks ja sellest tulenevalt nimetatakse kõiki süsiniku ja süsinik-vesiniksidemetel põhinevaid ühendeid ka orgaanilisteks.

Keemiliselt võib tehisplastid ja muud neile lähedased materjalid liigitada orgaanilisteks, kuid elussüsteemidega pole neil midagi ühist. Sellega seoses tuleks eristada looduslikke orgaanilisi ja sünteetilisi orgaanilisi ühendeid. Sünteetiliste orgaaniliste ainete eripäraks on see, et valdav enamus nende esindajatest ei lagune looduslikes redutseerimisprotsessides lihtsateks ühenditeks ning põletamisel ei eraldu mitte ainult süsihappegaasi, vett ja põhitoitainete ühendeid, vaid ka muid keemilisi moodustisi, mis (näiteks dioksiinid) on mürgised. Igal juhul, ükskõik kui palju olulisi orgaanilise aine jälgi õhust, veest ja kivimitest leitakse, kui see just inimtegevuse tagajärjel sinna ei sattunud.

Seejärel, kui võrrelda "elusaid" ja "elutuid", selgub, et kuigi need võivad koosneda samadest elementidest, sealhulgas peamistest biogeenidest (IM, C, H, O, P, B), on organisatsiooni olemus Aatomite arv molekulides on oluliselt erinev. Nagu on kindlaks tehtud ja edaspidises esitluses näidatakse: sünteesi, kasvu, lagunemise ja põlemise käigus ei räägita aatomite muutumisest, mitte nende tekkest, vaid ainult aatomite ümberpaigutamisest. See on iseloomulik kõikidele keemilistele reaktsioonidele orgaaniliste looduslike ühenditega.

Kindlaksmääratud fakti universaalsus võimaldab järeldada, et orgaaniliste süsteemide vastastikmõjude puhul on täielikult täidetud üks peamisi füüsikaseadusi, nimelt massi jäävuse seadus. Sel juhul tuleks see sõnastada järgmiselt: aatomid keemilistes reaktsioonides orgaaniliste looduslike ühenditega ei kao kunagi, ei moodustu ega muundu üksteiseks; nad lihtsalt kogunevad koos

erinevate molekulide ja ühendite moodustumine. Samas on füüsikas kindlaks tehtud, et suure energiaga tuumareaktsioonide käigus on võimalik aatomite muutumine (mõnede elementide aatomite muundumine teisteks), kuid see ei ole ilmnenud "elusate" süsteemide ja nt. Peaaegu kõik bioloogid usuvad, et see on absoluutselt ebaiseloomulik, eriti elusorganismides ei sisalda organismid radioaktiivseid keemilisi elemente ega radioaktiivseid isotoope, välja arvatud juhul, kui nad organismidesse juhuslikult satu. Võib järeldada, et elusorganismid ei saa mingil juhul moodustada "tuumareaktoreid".