§5. Молекулярный уровень: общая характеристика
§5. Вспомните.
Задание №1
Каковы основные положения атомно−молекулярного учения?
Ответ:
Основные положения атомно−молекулярного учения:
1. Все вещества состоят из «корпускул» (молекул).
2. Молекулы состоят из «элементов» (атомов).
3. Частицы (молекулы и атомы) находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел − есть результат движения этих частиц.
4. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых, сложных − из различных атомов.
Задание №2
Что такое химические элементы? Как устроены атомы разных химических элементов?
Ответ:
Химический элемент — совокупность атомов с одинаковым зарядом атомных ядер.
Атом состоит из протонов, число которых равно атомному номеру элемента, и нейтронов, число которых может быть различным, а также положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.
Задание №3
Чем различаются свойства химических элементов главных и побочных подгрупп из левой и правой частей таблицы Менделеева?
Ответ:
Причина разделение группы на главную подгруппу (A) и побочную подгруппу (B латинская или Б русская) − различные химических свойства каждой подгруппы. Так VIIA−группа представляет собой галогены − F фтор, Cl хлор, Br бром, I йод, At астат, которые являются типичными неметаллами, сильными окислителями. А вот в VIIB−группе расположены Mn марганец, Tc технеций, Re рений, Bh борий, которые являются металлами. Вообще, все элементы побочных подгрупп являются металлами.
Задание №4
Что такое валентные электроны?
Ответ:
В химии валентными электронами называют электроны, находящиеся на внешней (валентной) оболочке атома. Валентные электроны определяют поведение химического элемента в химических реакциях, то есть они участвуют в образовании химической связи и завершают электронный слой атомов, участвующих в ней.
Подумайте.
Задание №1
Основные макроэлементы, в первую очередь углерод, водород и азот, присутствуют в живых организмах в больших количествах, чем в неживой природе. Почему? Что из этого следует?
Ответ:
Углерод, водород и азот присутствуют в живых организмах в больших количествах в связи с их способностью образовывать более прочные ковалентные связи, а также они являются частью органических соединений. Также белки состоят из аминокислот, содержащих углерод, кислород, водород и азот.
Тренируемся.
Задание №1
Какие химические элементы относят к группе макроэлементов и почему?
Ответ:
В живых системах в значительных количествах встречаются кислород, углерод, водород и азот (в сумме около 96 %). Вместе с ещё восьмью (железо, фосфор, калий, кальций, сера, магний, натрий и хлор) химическими элементами, содержание которых в живых организмах превышает 0,01 %, их называют макроэлементами.
Задание №2
Из чего состоят молекулы различных веществ? Что лежит в основе образования их структуры?
Ответ:
Почти все встречающиеся в природе вещества состоят из молекул (впрочем, есть вещества, состоящие непосредственно из атомов). А вот молекулы, в свою очередь, состоят из атомов различных химических элементов.
Задание №3
Что лежит в основе разделения веществ на органические и неорганические?
Ответ:
Значительная часть соединений, входящих в состав клетки, встречается только в живой природе. Почти все подобные молекулы, за небольшим исключением, относятся к соединениям углерода, которые называют органическими веществами. Кроме того, в клетках в значительных количествах представлены и неорганические вещества: вода и некоторые соли, которые нужны для осуществления функций живых организмов.
Задание №4
Какие особенности атомов углерода обусловливают многообразие органических веществ в природе?
Ответ:
Очень важным свойством атома углерода является его способность образовывать связи сразу с четырьмя другими такими же атомами. Благодаря этой способности атомы углерода могут образовывать каркасы огромного количества разнообразных биологических молекул, которые называют углеродными скелетами.
Задание №5
Какие органические вещества являются биополимерами? Приведите примеры известных вам регулярных и нерегулярных полимеров, гомо− и гетерополимеров.
Ответ:
В состав живых организмов входят не только низкомолекулярные органические вещества (аминокислоты, сахара, органические кислоты, нуклеотиды, липиды и т. д.), но и высокомолекулярные, к которым относятся различные биологические полимеры (биополимеры).
Все подобные молекулы разделяют на гомополимеры, которые состоят из одинаковых мономеров (так, полисахариды крахмал, гликоген и целлюлоза состоят из молекул глюкозы), и гетерополимеры, которые построены из нескольких различающихся структурных блоков (так, в построении белков участвуют 20 разных аминокислот, а нуклеиновые кислоты состоят из 4 типов нуклеотидов).
Гетерополимеры могут быть регулярными и нерегулярными. Например, белки и нуклеиновые кислоты — это нерегулярные гетерополимеры, поскольку последовательности аминокислот в разных белках или нуклеотидов в ДНК и РНК уникальны и не имеют строгой периодичности. А вот перечисленные среди гомополимеров полисахариды (см. выше) являются типичными регулярными.
Совершенствуемся.
Задание №1
Используя данные таблицы 1, постройте диаграмму, отражающую содержание указанных в ней химических элементов в организме человека и в земной коре (% по массе).
Ответ:
Задание №2
Прочитайте статью «Химические связи в молекулах веществ». Составьте схему образования молекул известных вам веществ: водорода (H2), кислорода (O2), воды (H2O), хлорида натрия (NaCl) и метана (CH4). Подпишите на схеме названия типов химических связей, участвующих в их образовании.
Ответ:
Задание №3
Используя материалы свободной энциклопедии «Википедия» (https://ru.wikipedia.org), обобщите собственные представления о строении атома и молекул. Оформите их в виде таблицы.
Ответ:
| Признак | Молекула | Атом |
| Определение | Электрически нейтральная частица, образованная из двух или более связанных ковалентными связями атомов | Частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств |
| Состав | Состоит из атомов, связанных определенными связями (ковалентными, ионными, металлическими или водородными) | Состоит из положительно заряженного ядра (протоны и нейтроны) и отрицательно заряженных электронов |
| Заряд | Электронейтральна | Есть определенный заряд у электронов и у ядра |
| Автономность | Существует отдельно | Не может существовать отдельно |
Задание №4
Используя доступные информационные источники, найдите и рассмотрите таблицу химических элементов Д. И. Менделеева. Найдите в ней элементы, относящиеся к микро− и макроэлементам. Атомы нескольких химических элементов обладают строением, сходным со строением атомов углерода. Назовите эти элементы. Могли бы они заменить углерод в структуре органических веществ? Ответ обоснуйте и подкрепите известными вам примерами.
Ответ:
Макроэлементы — химические элементы, являющиеся основными компонентами всех живых организмов. К ним относят кислород, водород, углерод, азот, железо, фосфор, калий, кальций, сера, магний, натрий и хлор. Эти элементы также и универсальные компоненты органических соединений. Их концентрация достигает в сумме 98−99%.
Химические элементы, встречающиеся в организме в очень малых концентрациях, называются микроэлементами. К микроэлементам, необходимым для нормальной жизнедеятельности нашего организма, относятся железо, медь, селен, йод, хром, цинк, фтор, марганец, кобальт, молибден, кремний, бром, ванадий, бор.
Кремний, Германий, Азот, Сера − как и углерод, могут проявлять степень окисления +2 и +4, и соответственно обладают сходным строением. Эти элементы не могут заменить углерод, так как он имеет одну отличительную черту, его способность образовывать связи сразу с четырьмя другими такими же атомами. Благодаря этой способности атомы углерода могут образовывать каркасы огромного количества разнообразных биологических молекул, которые называют углеродными скелетами.
Обсуждаем.
Задание №1
Какую проблему необходимо учитывать учёным в связи с разработкой и внедрением в производство новых искусственно созданных органических веществ? Обсудите это с учителем и одноклассниками.
Ответ:
Отрицательное действие на экологическую среду оказывают сбросы токсичных веществ в атмосферу и водоемы. Воздух загрязняется продуктами соединений углерода, новыми созданными органическими веществами, угольной золой, аммиаком, стиролом, оксидами азота, соединениями свинца, серы.
Заводы влияют на экологию не самым лучшим образом, сточные воды содержат большое количество химикатов, вредных для окружающей среды.
ТЭЦ влияет на промышленное предприятие, так как представляет источник тепловых и электрических нагрузок. Вред экологии вызван выбросами при сжигании угля, так как в них присутствуют радиоактивные элементы.
Химическая и нефтехимическая промышленность — один из главных источников загрязнения, так как в процессе производства осуществляются выбросы, влияющие на качество воздуха, воду, почву. Они будут увеличиваться, если размещать оборудование на открытых площадках. Токсичные вещества начинают скапливаться около источника, потому что температура окружающей среды, промышленных выбросов не особо отличается друг от друга.
Помимо загрязненного воздуха, не менее опасными являются сточные воды, так как они содержат различные кислоты, щелочи, органические вещества, также причиняющие вред окружающей среде.
