Shtanko T.Yu. №221-987-502

موضوعات: التركيب الكيميائي للخلية. الكربوهيدرات والدهون ودورها في حياة الخلية .

مسرد الدرس: السكريات الأحادية ، السكريات القليلة ، السكريات ، الدهون ، الشموع ، الفوسفوليبيد.

النتائج الشخصية: تشكيل - تكوين الاهتمامات المعرفيةودوافع دراسة الحياة الفطرية. تنمية المهارات الفكرية والقدرات الإبداعية.

نتائج Metasubject: تكوين المهارات للمقارنة ، واستخلاص النتيجة ، والسبب ، وصياغة تعريفات المفاهيم.

نتائج الموضوع: وصف السمات الهيكلية ووظائف الكربوهيدرات والدهون ،دورهم في حياة الخلية.

UUD: بناء سلسلة منطقية من التفكير والمقارنة وربط المفاهيم.

الغرض من الدرس:لتعريف الطلاب ببنية وتصنيف ووظائف الكربوهيدرات ، مع تنوع ووظائف الدهون.

خلال الفصول:التحقق من المعرفة

وصف التركيب الكيميائي للخلية.

لماذا يمكن القول إن التركيب الكيميائي للخلية هو تأكيد لوحدة الطبيعة الحية والطبيعة المشتركة بين الطبيعة الحية وغير الحية؟

لماذا يعتبر الكربون الأساس الكيميائي للحياة؟

اختر التسلسل الصحيح للعناصر الكيميائية بترتيب زيادة تركيزها في الخلية:

أ) اليود - الكربون - الكبريت ؛ ب) الحديد والنحاس والبوتاسيوم.

ج) الفوسفور والمغنيسيوم والزنك. د) الفلور - الكلور - الأكسجين.

نقص في أي عنصر يمكن أن يسبب تغيرات في شكل الأطراف عند الأطفال؟

أ) الحديد ب) البوتاسيوم. ج) المغنيسيوم. د) الكالسيوم.

وصف بنية جزيء الماء ووظائفه في الخلية.

الماء مذيب. تعمل جزيئات الماء القطبية على إذابة الجزيئات القطبية للمواد الأخرى. تسمى المواد القابلة للذوبان في الماءمحبة للماء ، غير قابل للذوبان في الماء– نافرة من الماء .

سعة حرارية عالية النوعية. لكسر الروابط الهيدروجينية التي تحمل جزيئات الماء ، يجب امتصاصها عدد كبير منطاقة. تضمن خاصية الماء هذه الحفاظ على توازن الحرارة في الجسم.

توصيل حراري.

لا ينضغط الماء عمليا ، مما يوفر ضغط التورغ.

التصاق والتوتر السطحي. توفر الروابط الهيدروجينية لزوجة الماء والالتصاق بجزيئات المواد الأخرى. بسبب قوى الالتصاق ، يتم تشكيل فيلم على سطح الماء يتميز بالتوتر السطحي.

يمكن أن يكون في ثلاث ولايات.

كثافة. عند التبريد ، تتباطأ حركة جزيئات الماء. يصبح عدد الروابط الهيدروجينية بحد أقصى. أعلى كثافة للماء عند 4 درجات. يتمدد الماء المتجمد (يتطلب مكانًا لتكوين روابط هيدروجينية) ، وتقل كثافته ، لذلك يطفو الجليد على سطح الماء.

حدد وظائف الماء في القفص:

أ) الطاقة د) البناء

ب) الأنزيمية هـ) التشحيم

ج) النقل و) التنظيم الحراري

اختر فقط الخصائص الفيزيائيةماء:

أ) القدرة على الانفصال

ب) التحلل المائي للأملاح

ج) الكثافة

د) الموصلية الحرارية

هـ) الموصلية الكهربائية

و) التبرع بالإلكترون

كمية الماء في خلايا الجنين - 97.55٪؛ ثمانية أشهر - 83٪ ؛ حديثي الولادة - 74٪ ؛ بالغ - 66٪ (عظام - 20٪ ، كبد - 70٪ ، دماغ - 86٪). كمية الماء تتناسب طرديا مع معدل الأيض.

كيف يتم تحديد حموضة أو قاعدية المحلول؟ (تركيز أيونات H)

كيف يتم التعبير عن هذا التركيز؟ (يتم التعبير عن هذا التركيز باستخدام قيمة الأس الهيدروجيني)

محايد الرقم الهيدروجيني = 7

درجة الحموضة الحمضية أقل من 7

الرقم الهيدروجيني الأساسي أكبر من 7

يصل طول مقياس الأس الهيدروجيني إلى 14

قيمة الأس الهيدروجيني في الخلايا هي 7. التغيير من 1-2 وحدة ضار بالخلية.

كيف يتم الحفاظ على ثبات الأس الهيدروجيني في الخلايا (يتم الحفاظ عليه بسبب خصائص التخزين المؤقت لمحتوياتها).

متعادل يسمى محلول يحتوي على خليط من حمض ضعيف وملح قابل للذوبان. عندما تزداد الحموضة (تركيز أيونات H) ، فإن الأنيونات الحرة التي تأتي من الملح تتحد بسهولة مع أيونات H الحرة وتزيلها من المحلول. مع انخفاض الحموضة ، يتم إطلاق أيونات H إضافية.

كمكونات للأنظمة العازلة للجسم ، تحدد الأيونات خصائصها - القدرة على الحفاظ على الرقم الهيدروجيني عند مستوى معين (قريب من المحايد) ، على الرغم من حقيقة أن المنتجات الحمضية والقلوية تتشكل نتيجة لعملية التمثيل الغذائي.

اشرح ما هو التوازن؟

تعلم مواد جديدة.

قسّم المواد المقدمة إلى مجموعات. اشرح ما هو المبدأ الذي استخدمته للتوزيع؟

الريبوز ، الهيموجلوبين ، الكيتين ، السليلوز ، الألبومين ، الكوليسترول ، مورين ، الجلوكوز ، الفيبرين ، التستوستيرون ، النشا ، الجليكوجين ، السكروز

الكربوهيدرات

الدهون (الدهون)

السناجب

ريبوز

الكوليسترول

الهيموغلوبين

الكيتين

التستوستيرون

بياض

السليلوز

الليفين

مورين

الجلوكوز

نشاء

الجليكوجين

السكروز

اليوم سنتحدث عن الكربوهيدرات والدهون.

الصيغة العامة للكربوهيدرات C (HO) الجلوكوز C H O

انظر إلى الكربوهيدرات التي حددتها وحاول تقسيمها إلى 3 مجموعات. اشرح ما هو مبدأ التوزيع الذي استخدمته؟

السكريات الأحادية

السكريات

السكريات

ريبوز

السكروز

الكيتين

الجلوكوز

السليلوز

مورين

نشاء

الجليكوجين

ماهو الفرق؟ حدد البوليمر.

العمل بالرسومات:

(ص3-9) شكل 8 شكل 9 شكل 10

وظائف الكربوهيدرات

قيم الكربوهيدرات في الخلية

المهام

يطلق الانقسام الأنزيمي لجزيء الكربوهيدرات 17.5 كيلو جول

طاقة

في الزائدة ، توجد الكربوهيدرات في الخلية على شكل نشا ، جليكوجين. يحدث الانهيار المحسن للكربوهيدرات أثناء إنبات البذور ، والمجاعة لفترات طويلة ، وعمل العضلات المكثف

تخزين

الكربوهيدرات هي جزء من جدران الخلايا ، وتشكل الغطاء الكيتيني لمفصليات الأرجل ، وتمنع تغلغل البكتيريا ، ويتم إطلاقها عند تلف النباتات.

محمي

السليلوز ، الكيتين ، المورين جزء من جدران الخلايا. يشكل الكيتين قشرة المفصليات

البناء والبلاستيك

يشارك في عمليات التعرف الخلوي ، ويدرك الإشارات من بيئة، جزء من البروتينات السكرية

مستقبل إشارة

الدهون هي مواد شبيهة بالدهون.

جزيئاتها غير قطبية ، كارهة للماء ، قابلة للذوبان في المذيبات العضوية.

حسب الهيكل ، فهي مقسمة إلى بسيطة ومعقدة.

بسيطة: الدهون المحايدة ، الشموع ، الستيرولات ، المنشطات.

تتكون الدهون المحايدة مما يلي: انظر الشكل 11

تحتوي الدهون المعقدة على مكون غير دهني. أهمها: الفسفوليبيدات ، الجليكوليبيدات (كجزء من أغشية الخلايا)

وظائف الدهون

مترابط:

وصف الوظيفة الاسم

1) هي جزء من أغشية الخلايا أ) الطاقة

2) أثناء أكسدة 1 جم. يتم تحرير الدهون 38.9 كيلو جول ب) مصدر المياه

3) ترسب في الخلايا النباتية والحيوانية ب) تنظيمية

4) الأنسجة الدهنية تحت الجلد تحمي الأعضاء من انخفاض حرارة الجسم والصدمة. د) التخزين

5) بعض الدهون عبارة عن هرمونات د) بناء

6) عندما يتأكسد 1 جرام من الدهون ، يتم إطلاق أكثر من 1 جرام من الماء هـ) وقائي

اصلاح:

الأسئلة ص 37 رقم 1-3 ؛ ص 39 رقم 1-4.

D / W: §تسع؛ §عشرة

لماذا نتغذى على الحيوانات والفطريات والنباتات ، بينما يمكن للبكتيريا والحيوانات الأخرى بدورها أن تتغذى على أجسامنا مسببة الأمراض والأمراض؟ ما هو عضوي وليس عضوي المواد العضويةمن الضروري أن يشعر الإنسان بأنه طبيعي؟ بدون أي عناصر كيميائية لا يمكن أن توجد الحياة على الأرض؟ ماذا يحدث للتسمم بالمعادن الثقيلة؟ من هذا الدرس ستتعرف على العناصر الكيميائية التي تشكل جزءًا من الكائنات الحية ، وكيف يتم توزيعها في جسم الحيوانات والنباتات ، كزيادة أو نقص. مواد كيميائيةيمكن أن تؤثر على حياة الكائنات المختلفة ، ومعرفة التفاصيل حول العناصر الدقيقة والكليّة ودورها في الحياة البرية.

الموضوع: أساسيات علم الخلايا

الدرس: الميزات التركيب الكيميائيالخلايا

1. التركيب الكيميائي للخلية

تتكون خلايا الكائنات الحية من خلايا مختلفة العناصر الكيميائية.

تشكل ذرات هذه العناصر فئتين من المركبات الكيميائية: غير العضوية والعضوية (انظر الشكل 1).

أرز. 1. التقسيم الشرطي للمواد الكيميائية التي تتكون منها الكائنات الحية

من بين 118 عنصرًا كيميائيًا معروفًا حاليًا ، تحتوي الخلايا الحية بالضرورة على 24 عنصرًا. تشكل هذه العناصر مركبات قابلة للذوبان في الماء بسهولة. وهي موجودة أيضًا في كائنات ذات طبيعة غير حية ، ولكن تختلف نسبة هذه العناصر في المادة الحية وغير الحية (الشكل 2).

أرز. 2. المحتوى النسبي للعناصر الكيميائية في قشرة الأرضوجسم الإنسان

في الطبيعة غير الحية ، العناصر السائدة هي الأكسجين والسيليكون والألمنيومو صوديوم.

في الكائنات الحية ، العناصر السائدة هي الهيدروجين والأكسجين والكربونو نتروجين. بالإضافة إلى ذلك ، هناك عنصرين أكثر أهمية للكائنات الحية ، وهما: الفوسفورو كبريت.

هذه العناصر الستة ، وهي الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين والفوسفورو كبريت (ج, ح, ن, ا, ص, س) ، اتصل عضوية، أو العناصر الغذائية، لأنهم جزء من مركبات العضويةوالعناصر الأكسجينو هيدروجين،بالإضافة إلى ذلك ، فإنها تشكل جزيئات الماء. تشكل مركبات العناصر الحيوية 98٪ من كتلة أي خلية.

2. ستة عناصر كيميائية أساسية لكائن حي

القدرة المميزة الأكثر أهمية للعناصر ج, ح, ن, اهو أنهم يشكلون أقوياء روابط تساهمية، ومن بين جميع الذرات التي تشكل الروابط التساهمية ، فهي الأخف وزنا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الكربون والنيتروجين والأكسجين يشكلون روابط مفردة ومزدوجة ، مما يمكنهم من إعطاء مجموعة متنوعة من مركبات كيميائية. ذرات الكربون قادرة أيضًا على تكوين روابط ثلاثية مع كل من ذرات الكربون الأخرى وذرات النيتروجين - في حمض الهيدروسيانيك ، تكون الرابطة بين الكربون والنيتروجين ثلاثية (الشكل 3)

الشكل 3. الصيغة الهيكلية لسيانيد الهيدروجين - حمض الهيدروسيانيك

هذا يفسر تنوع مركبات الكربون في الطبيعة. بالإضافة إلى ذلك ، تشكل روابط التكافؤ رباعي السطوح حول ذرة الكربون (الشكل 4) ، بسبب أنواع مختلفة جزيئات عضويةلها هياكل ثلاثية الأبعاد مختلفة.

أرز. 4. شكل رباعي السطوح لجزيء الميثان. يوجد في الوسط ذرة كربون برتقالية ، حوالي أربع ذرات هيدروجين زرقاء تشكل رؤوس رباعي الوجوه.

يمكن للكربون فقط تكوين جزيئات مستقرة مع مجموعة متنوعة من التكوينات والأحجام ومجموعة متنوعة من المجموعات الوظيفية (الشكل 5).

الشكل 5. مثال على الصيغ الهيكلية لمركبات الكربون المختلفة.

تمثل العناصر التالية حوالي 2٪ من كتلة الخلية: البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم والكلور والمغنيسيوم والحديد.العناصر الكيميائية المتبقية موجودة في الخلية بكميات أقل بكثير.

وبالتالي ، يتم تقسيم جميع العناصر الكيميائية وفقًا لمحتواها في الكائن الحي إلى ثلاث مجموعات كبيرة.

3. العناصر الدقيقة والكليّة والفائقة الصغر في كائن حي

العناصر التي يصل مقدارها إلى 10-2٪ من وزن الجسم المغذيات الكبيرة.

تلك العناصر التي تأتي حصتها من 10-2 إلى 10-6 - أثر العناصر.

أرز. 6. العناصر الكيميائية في الكائن الحي

عالم روسي وأوكراني في آي فيرنادسكيأثبت أن جميع الكائنات الحية قادرة على استيعاب (استيعاب) عناصر من البيئة الخارجية وتجميعها (تركيزها) في أعضاء وأنسجة معينة. على سبيل المثال ، يتراكم عدد كبير من العناصر النزرة في أنسجة الكبد والعظام والعضلات.

4. تقارب العناصر الدقيقة لبعض الأعضاء والأنسجة

العناصر الفردية لها صلة بأعضاء وأنسجة معينة. على سبيل المثال ، يتراكم الكالسيوم في العظام والأسنان. الزنك موجود بكثرة في البنكرياس. هناك الكثير من الموليبدينوم في الكلى. الباريوم في شبكية العين. اليود في الغدة الدرقية. يوجد الكثير من المنجنيز والبروم والكروم في الغدة النخامية (انظر جدول "تراكم العناصر الكيميائية في الأعضاء الداخلية للإنسان").

بالنسبة للسير الطبيعي لعمليات الحياة ، من الضروري وجود نسبة صارمة من العناصر الكيميائية في الجسم. خلاف ذلك ، يحدث التسمم الحاد بسبب نقص أو زيادة العناصر المحبة للحيوية.

5. الكائنات الحية التي تجمع العناصر النزرة بشكل انتقائي

يمكن أن تكون بعض الكائنات الحية مؤشرات الظروف الكيميائيةالبيئة بسبب حقيقة أنها تتراكم بشكل انتقائي عناصر كيميائية معينة في الأعضاء والأنسجة (الشكل 7 ، 8).

أرز. 7. الحيوانات التي تتراكم فيها عناصر كيميائية معينة في الجسم. من اليسار إلى اليمين: الأشعة (الكالسيوم والسترونشيوم) ، الجذور (الباريوم والكالسيوم) ، الزقديون (الفاناديوم)

أرز. 8. نباتات تتراكم فيها عناصر كيميائية معينة في الجسم. من اليسار إلى اليمين: الأعشاب البحرية (اليود) ، حوذان (الليثيوم) ، طحلب البط (الراديوم)

6. المواد التي تتكون منها الكائنات الحية

المركبات الكيميائية في الكائنات الحية

تشكل العناصر الكيميائية مواد عضوية وغير عضوية (انظر الرسم البياني "المواد التي تتكون منها الكائنات الحية").

مواد غير عضويةفي الكائنات الحية: الماء و المعادن(أيونات الملح ، الكاتيونات: البوتاسيوم ، الصوديوم ، الكالسيوم والمغنيسيوم ؛ الأنيون: الكلور ، أنيون الكبريتات ، أنيون البيكربونات).

المواد العضوية: المونومرات (السكريات الأحادية ، الأحماض الأمينية ، النيوكليوتيدات ، حمض دهنيوالدهون) والبوليمرات (السكريات والبروتينات والأحماض النووية).

من المواد غير العضوية في الخلية قبل كل شيء ماء(من 40 إلى 95٪) ، تسود بين المركبات العضوية في الخلايا الحيوانية السناجب(10-20 ٪) ، وفي الخلايا النباتية - السكريات (يتكون جدار الخلية من السليلوز ، والمغذيات النباتية الاحتياطية الرئيسية هي النشا).

وبالتالي ، قمنا بفحص العناصر الكيميائية الرئيسية التي تشكل جزءًا من الكائنات الحية ، والمركبات التي يمكن أن تشكلها (انظر المخطط 1).

أهمية العناصر الغذائية

ضع في اعتبارك أهمية العناصر الحيوية للكائنات الحية (الشكل 9).

عنصر كربون(الكربون) هو جزء من جميع المواد العضوية ، وأساسها هو الهيكل الكربوني. عنصر الأكسجين(الأكسجين) هو جزء من الماء والمواد العضوية. عنصر هيدروجين(الهيدروجين) هو أيضًا جزء من جميع المواد العضوية والمياه. نتروجين(النيتروجين) هو جزء من البروتينات والأحماض النووية ومونومراتها (الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات). كبريت(الكبريت) هو جزء من الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت ، ويعمل كعامل نقل للطاقة. الفوسفورهو جزء من ATP والنيوكليوتيدات والأحماض النووية والأملاح المعدنية للفوسفور - أحد مكونات مينا الأسنان والعظام وأنسجة الغضاريف.

الجوانب البيئية لعمل المواد غير العضوية

ترتبط مشكلة حماية البيئة في المقام الأول بمنع التلوث البيئي من قبل مختلف مواد غير عضوية . الملوثات الرئيسية هي معادن ثقيلة التي تتراكم في التربة والمياه الطبيعية.

ملوثات الهواء الرئيسية أكاسيد الكبريت والنيتروجين.

نتيجة ل التطور السريعالتكنولوجيا ، نمت كمية المعادن المستخدمة في الإنتاج بشكل غير عادي. المعادنيدخل الجسم البشري ، ويتم امتصاصه في الدم ، وبعد ذلك تتراكم في الأعضاء والأنسجة: أنسجة الكبد والكلى والعظام والعضلات. تفرز المعادن من الجسم عن طريق الجلد والكلى والأمعاء. تعتبر أيونات المعادن من أكثر الأيونات سمية (انظر قائمة "الأيونات الأكثر سمية" ، الشكل 10): الزئبق واليورانيوم والكادميوم والثاليومو الزرنيخيسبب التسمم المزمن الحاد.

مجموعة المعادن متوسطة السمية عديدة أيضًا (الشكل 11) ، وتشمل هذه المنغنيز والكروم والأوزميوم والسترونشيومو الأنتيمون. يمكن أن تسبب هذه العناصر تسممًا مزمنًا بمظاهر إكلينيكية شديدة إلى حد ما ، ولكنها نادرًا ما تكون قاتلة.

معادن منخفضة السميةلم يكن لديك انتقائية كبيرة. يمكن أن تسبب الهباء الجوي من معادن منخفضة السمية ، على سبيل المثال ، القلويات والأتربة القلوية ، تغيرات في الرئتين.

الواجب المنزلي

1. ما هي العناصر الكيميائية التي هي جزء من الكائنات الحية؟

2. ما المجموعات ، اعتمادًا على كمية العنصر في المادة الحية ، التي يتم تقسيم العناصر الكيميائية إليها؟

3. قم بتسمية العناصر العضوية وتوصيفها بشكل عام.

4. ما هي العناصر الكيميائية التي تصنف على أنها مغذيات كبيرة المقدار؟

5. ما هي العناصر الكيميائية التي تصنف على أنها عناصر النزرة؟

6. ما هي العناصر الكيميائية التي تصنف على أنها عناصر فائقة الصغر؟

7. ناقش مع الأصدقاء والعائلة كيف الخواص الكيميائيةترتبط العناصر الكيميائية بدورها في الكائنات الحية.

1. الكيميائي.

2. ويكيبيديا.

3. الكيميائي.

4. بوابة الإنترنت Liveinternet. ru.

فهرس

1. Kamensky A. A.، Kriksunov E. A.، Pasechnik V. V. علم الأحياء العام 10-11 فئة بوستارد ، 2005.

2. علم الأحياء. الصف 10. علم الأحياء العام. مستوى أساسي من/ P. V. Izhevsky، O. A. Kornilova، T. E. Loshchilina and others - 2nd ed.، Revised. - فينتانا جراف ، 2010. - 224 صفحة.

3. Belyaev D.K. علم الأحياء الصف 10-11. علم الأحياء العام. مستوى أساسي من. - الطبعة 11 ، الصورة النمطية. - م: التربية والتعليم 2012. - 304 ص.

4. علم الأحياء الصف 11. علم الأحياء العام. مستوى الملف الشخصي / V. B. Zakharov ، S.G Mamontov ، N.I. Sonin وآخرون - الطبعة الخامسة ، الصورة النمطية. - بوستارد ، 2010. - 388 ص.

5. Agafonova I. B.، Zakharova E. T.، Sivoglazov V. I. Biology 10-11 class. علم الأحياء العام. مستوى أساسي من. - الطبعة السادسة ، إضافة. - بوستارد ، 2010. - 384 ص.

الجدول الدوري

العناصر الكيميائية للخلية

في الكائنات الحية ، لا يوجد عنصر كيميائي واحد لا يمكن العثور عليه في أجسام الطبيعة غير الحية (مما يشير إلى القواسم المشتركة بين الطبيعة الحية وغير الحية).
تشتمل الخلايا المختلفة عمليًا على نفس العناصر الكيميائية (مما يثبت وحدة الطبيعة الحية) ؛ وفي الوقت نفسه ، تعمل حتى خلايا كائن حي متعدد الخلايا وظائف مختلفة، قد تختلف بشكل كبير عن بعضها البعض في التركيب الكيميائي.
من بين أكثر من 115 عنصرًا معروفًا حاليًا ، يوجد حوالي 80 عنصرًا في تكوين الخلية.

تنقسم جميع العناصر حسب محتواها في الكائنات الحية إلى ثلاث مجموعات:

1. المغذيات الكبيرة- يزيد محتواها عن 0.001٪ من وزن الجسم.
   98٪ من كتلة أي خلية تقع على أربعة عناصر (يطلق عليهم أحيانًا اسم الكائنات العضوية): - أكسجين (O) - 75٪ ، كربون (C) - 15٪ ، هيدروجين (H) - 8٪ ، نيتروجين (N) - 3٪. تشكل هذه العناصر أساس المركبات العضوية (والأكسجين والهيدروجين ، بالإضافة إلى ذلك ، جزء من الماء الموجود أيضًا في الخلية). حوالي 2٪ من كتلة الخلية مسؤولة عن ثمانية أخرى المغذيات الكبيرة: المغنيسيوم (Mg) ، الصوديوم (Na) ، الكالسيوم (Ca) ، الحديد (Fe) ، البوتاسيوم (K) ، الفوسفور (P) ، الكلور (Cl) ، الكبريت (S) ؛
2. العناصر الكيميائية المتبقية موجودة في الخلية بكميات صغيرة جدًا: أثر العناصر- تلك التي تمثل 0.000001٪ إلى 0.001٪ - البورون (B) ، النيكل (Ni) ، الكوبالت (Co) ، النحاس (Cu) ، الموليبدينوم (MB) ، الزنك (Zn) ، إلخ ؛
3. عناصر فائقة الصغر- التي لا يتجاوز محتواها 0.000001٪ - اليورانيوم (U) ، الراديوم (Ra) ، الذهب (Au) ، الزئبق (Hg) ، الرصاص (Pb) ، السيزيوم (Cs) ، السيلينيوم (Se) ، إلخ.

الكائنات الحية قادرة على تجميع عناصر كيميائية معينة. لذلك ، على سبيل المثال ، بعض الطحالب تتراكم اليود ، الحوذان - الليثيوم ، طحلب البط - الراديوم ، إلخ.

كيماويات الخلايا

العناصر في شكل ذرات هي جزء من الجزيئات غير عضويو عضويمركبات الخلايا.

ل مركبات غير عضوية تشمل الماء والأملاح المعدنية.

مركبات العضويةمميزة فقط للكائنات الحية ، بينما توجد غير عضوية في طبيعة غير حية.

ل مركبات العضويةتشمل مركبات الكربون ذات الوزن الجزيئي من 100 إلى عدة مئات الآلاف.
كربون - قاعدة كيميائيةالحياة. يمكن أن تتلامس مع العديد من الذرات ومجموعاتها ، وتشكل سلاسل ، وحلقات تشكل الهيكل العظمي للجزيئات العضوية التي تختلف في التركيب الكيميائي والبنية والطول والشكل. تشكل مركبات كيميائية معقدة تختلف في التركيب والوظيفة. تسمى هذه المركبات العضوية التي تتكون منها خلايا الكائنات الحية البوليمرات البيولوجية، أو البوليمرات الحيوية. تشكل أكثر من 97٪ من المادة الجافة للخلية.

مادة الاحياء. علم الأحياء العام. الصف 10. المستوى الأساسي سيفوجلازوف فلاديسلاف إيفانوفيتش

5. التركيب الكيميائي للخلية

5. التركيب الكيميائي للخلية

يتذكر!

ماذا عنصر كيميائي?

ما العناصر الكيميائية السائدة في قشرة الأرض؟

ماذا تعرف عن دور العناصر الكيميائية مثل اليود والكالسيوم والحديد في حياة الكائنات الحية؟

واحدة من السمات المشتركة الرئيسية للكائنات الحية هي وحدة تركيبها الكيميائي العنصري. بغض النظر عن أي مملكة أو شعبة أو فئة معينة مخلوق، يتضمن تكوين جسمه نفس العناصر الكيميائية العالمية المزعومة. يشير التشابه في التركيب الكيميائي للخلايا المختلفة إلى وحدة أصلها.

أرز. 8. تحتوي قذائف الدياتومات وحيدة الخلية على كمية كبيرة من السيليكون

في الحياة البرية ، تم اكتشاف حوالي 90 عنصرًا كيميائيًا ، وهذا هو الأكثر شهرة اليوم. لا توجد عناصر خاصة مميزة فقط للكائنات الحية ، وهذا أحد الأدلة على القواسم المشتركة بين الطبيعة الحية وغير الحية. لكن المحتوى الكمي لبعض العناصر في الكائنات الحية وفي البيئة غير الحية المحيطة بها يختلف اختلافًا كبيرًا. على سبيل المثال ، تبلغ نسبة السيليكون في التربة حوالي 33٪ ، وفي النباتات الأرضية 0.15٪ فقط. تشير هذه الاختلافات إلى قدرة الكائنات الحية على تجميع العناصر التي تحتاجها للحياة فقط (الشكل 8).

اعتمادًا على المحتوى ، يتم تقسيم جميع العناصر الكيميائية التي تتكون منها الحياة البرية إلى عدة مجموعات.

المغذيات الكبيرة المقدار. أنا مجموعة. المكونات الرئيسية لجميع المركبات العضوية التي تؤدي وظائف بيولوجية هي الأكسجين والكربون والهيدروجين والنيتروجين. تحتوي جميع الكربوهيدرات والدهون على الهيدروجين والكربونو الأكسجين، وتشتمل على تكوين البروتينات والأحماض النووية ، بالإضافة إلى هذه المكونات نتروجين. تمثل هذه العناصر الأربعة 98٪ من كتلة الخلايا الحية.

المجموعة الثانية. تشتمل مجموعة المغذيات الكبيرة أيضًا على الفوسفور والكبريت والبوتاسيوم والمغنيسيوم والصوديوم والكالسيوم والحديد والكلور. هذه العناصر الكيميائية هي مكونات أساسية لجميع الكائنات الحية. محتوى كل واحد منهم في الخلية من أعشار إلى جزء من المائة في المائة من الكتلة الكلية.

صوديوم، بوتاسيومو الكلورتوفير حدوث وتوصيل النبضات الكهربائية في الأنسجة العصبية. يعتمد الحفاظ على معدل ضربات القلب الطبيعي على التركيز في الجسم صوديوم، بوتاسيومو الكالسيوم. حديديشارك في التخليق الحيوي للكلوروفيل ، وهو جزء من الهيموغلوبين (بروتين حامل الأكسجين في الدم) والميوغلوبين (بروتين يحتوي على أكسجين في العضلات). المغنيسيومفي الخلايا النباتية هو جزء من الكلوروفيل ، وفي جسم الحيوان يشارك في تكوين الإنزيمات اللازمة لسير العمل الطبيعي للأنسجة العضلية والعصبية والعظام. غالبًا ما تحتوي البروتينات كبريت، وجميع الأحماض النووية تحتوي على الفوسفور. يعد الفوسفور أيضًا أحد مكونات جميع هياكل الأغشية.

من بين مجموعتي المغذيات الكبيرة ، يتم دمج الأكسجين والكربون والهيدروجين والنيتروجين والفوسفور والكبريت في مجموعة العناصر الحيوية ، أو الكائنات العضوية ، بناءً على حقيقة أنها تشكل أساس معظم الجزيئات العضوية (الجدول 1).

العناصر الدقيقة.توجد مجموعة كبيرة من العناصر الكيميائية الموجودة في الكائنات بتركيزات منخفضة جدًا. هذه هي الألومنيوم والنحاس والمنغنيز والزنك والموليبدينوم والكوبالت والنيكل واليود والسيلينيوم والبروم والفلور والبورون وغيرها الكثير. يمثل كل واحد منهم ما لا يزيد عن جزء من الألف من النسبة المئوية ، وتبلغ المساهمة الإجمالية لهذه العناصر في كتلة الخلية حوالي 0.02٪. تدخل العناصر الدقيقة النباتات والكائنات الدقيقة من التربة والمياه ، بينما تحصل عليها الحيوانات من الغذاء والماء والهواء. إن دور ووظائف عناصر هذه المجموعة في الكائنات الحية المختلفة متنوعة للغاية. كقاعدة عامة ، تعد العناصر النزرة جزءًا من المركبات النشطة بيولوجيًا (الإنزيمات والفيتامينات والهرمونات) ، ويتجلى عملها بشكل أساسي في كيفية تأثيرها على عملية التمثيل الغذائي.

الجدول 1. محتوى العناصر الحيوية في الخلية

كوبالتهو جزء من فيتامين ب 12 ويشارك في تخليق الهيموجلوبين ونقصه يؤدي إلى فقر الدم. الموليبدينومكجزء من الإنزيمات ، يشارك في تثبيت النيتروجين في البكتيريا ويضمن تشغيل جهاز الفم في النباتات. نحاسهو أحد مكونات الإنزيم الذي يشارك في تخليق الميلانين (صبغة الجلد) ، ويؤثر على نمو وتكاثر النباتات ، وعمليات تكون الدم في الكائنات الحية. اليودفي جميع الفقاريات ، هو جزء من هرمون الغدة الدرقية - هرمون الغدة الدرقية. بوريؤثر على عمليات النمو في النباتات ، ويؤدي نقصه إلى موت البراعم القمية والزهور والمبيض. الزنكيعمل على نمو الحيوانات والنباتات ، وهو أيضًا جزء من هرمون البنكرياس - الأنسولين. نقص في سيلينيسبب السرطان للإنسان والحيوان. يلعب كل عنصر دوره الخاص والمهم للغاية في ضمان النشاط الحيوي للجسم.

كقاعدة عامة ، يعتمد التأثير البيولوجي لعنصر تتبع واحد أو آخر على وجود عناصر أخرى في الجسم ، أي أن كل كائن حي هو نظام متوازن فريد ، يعتمد التشغيل الطبيعي له ، من بين أمور أخرى ، على النسبة الصحيحة من مكوناته على أي مستوى من مستويات التنظيم. علي سبيل المثال، المنغنيزيحسن امتصاص الجسم نحاس، أ الفلوريؤثر على التمثيل الغذائي السترونشيوم.

تم العثور على بعض الكائنات الحية تتراكم بشكل مكثف بعض العناصر. على سبيل المثال ، تتراكم العديد من الأعشاب البحرية اليود، ذيل الحصان - السيليكون، الحوذان - الليثيوم، والرخويات عالية المحتوى نحاس.

تستخدم العناصر النزرة على نطاق واسع في الزراعة الحديثة في شكل أسمدة دقيقة لزيادة غلة المحاصيل وكمضافات علفية لزيادة إنتاجية الحيوانات. كما تستخدم العناصر الدقيقة في الطب.

عناصر فائقة الصغر.هناك مجموعة من العناصر الكيميائية الموجودة في الكائنات الحية في التتبع ، أي تركيزات لا تذكر. وتشمل هذه العناصر الذهب والبريليوم والفضة وعناصر أخرى. لم يتم بعد تحديد الدور الفسيولوجي لهذه المكونات في الكائنات الحية بشكل نهائي.

دور العوامل الخارجية في تكوين التركيب الكيميائي للحياة الفطرية.لا يتم تحديد محتوى بعض العناصر في الجسم من خلال خصائص الكائن الحي فقط ، ولكن أيضًا من خلال تكوين البيئة التي يعيش فيها والطعام الذي يستخدمه. أدى التاريخ الجيولوجي لكوكبنا ، وخصائص عمليات تكوين التربة إلى تكوين مناطق على سطح الأرض تختلف عن بعضها البعض في محتوى العناصر الكيميائية. يؤدي النقص الحاد أو ، على العكس من ذلك ، إلى زيادة أي عنصر كيميائي في حدوث حالات متوطنة بيوجيوكيميائية داخل هذه المناطق - أمراض النباتات والحيوانات والبشر.

في العديد من مناطق بلادنا - في جبال الأورال والتاي وفي بريموري وفي منطقة روستوفيتم تقليل كمية اليود في التربة والمياه بشكل كبير.

إذا لم يحصل الشخص على الكمية المناسبة من اليود مع الطعام ، فإن تخليق هرمون الغدة الدرقية لديه. تنمو الغدة الدرقية ، التي تحاول تعويض نقص الهرمون ، مما يؤدي إلى تكوين ما يسمى بتضخم الغدة الدرقية المتوطن. تحدث عواقب وخيمة بشكل خاص من نقص اليود عند الأطفال. يؤدي انخفاض كمية هرمون الغدة الدرقية إلى تأخر حاد في النمو العقلي والبدني.

للوقاية من أمراض الغدة الدرقية ، يوصي الأطباء بتمليح الطعام بملح خاص مدعّم بأيوديد البوتاسيوم ، وتناول أطباق السمك والأعشاب البحرية.

منذ ما يقرب من ألفي عام ، أصدر حاكم إحدى المقاطعات الشمالية الشرقية للصين مرسومًا أمر فيه جميع رعاياه بتناول 2 كجم من الأعشاب البحرية سنويًا. منذ ذلك الحين ، التزم السكان بطاعة بالمرسوم القديم ، وعلى الرغم من حقيقة أن هناك نقصًا واضحًا في اليود في المنطقة ، إلا أن السكان لا يعانون من أمراض الغدة الدرقية.

مراجعة الأسئلة والواجبات

1. ما هو الشبه النظم البيولوجيةوالجماد؟

2. ضع قائمة بالعناصر الحيوية واشرح أهميتها في تكوين المادة الحية.

3. ما هي العناصر النزرة؟ أعط أمثلة ووصف الأهمية البيولوجية لهذه العناصر.

4. كيف سيؤثر عدم وجود أي عنصر تتبع في حياة الخلية والكائن الحي؟ أعط أمثلة على هذه الظواهر.

5. أخبرنا عن العناصر فائقة الصغر. ما هو محتواها في الجسم؟ ما هو معروف عن دورها في الكائنات الحية؟

6. أعط أمثلة على المستوطنة البيوكيميائية المعروفة لك. اشرح أسباب أصلهم.

7. ارسم مخططًا يوضح التركيب الكيميائي الأساسي للكائنات الحية.

فكر في! ينفذ!

1. بأي مبدأ يتم تقسيم جميع العناصر الكيميائية التي تتكون منها الحياة البرية إلى عناصر كبيرة وعناصر دقيقة وعناصر فائقة الصغر؟ اقترح تصنيفك البديل للعناصر الكيميائية بناءً على مبدأ مختلف.

2. في بعض الأحيان في الكتب المدرسية والكتيبات ، يمكنك العثور على التعبير "التركيب الكيميائي الأولي" بدلاً من عبارة "التركيب الكيميائي الأولي". اشرح لماذا هذه الصياغة غير صحيحة.

3. اكتشف ما إذا كانت هناك أي خصائص مميزة في التركيب الكيميائي للمياه في المنطقة التي تعيش فيها (على سبيل المثال ، وجود فائض من الحديد أو نقص في الفلور ، وما إلى ذلك). باستخدام أدبيات إضافية وموارد الإنترنت ، حدد تأثير ذلك على جسم الإنسان.

العمل مع الكمبيوتر

الرجوع إلى التطبيق الإلكتروني. ادرس المادة وأكمل المهام.

كرر وتذكر!

النباتات

اسمدة. نتروجينضروري للنباتات من أجل التكوين الطبيعي للأعضاء النباتية. مع الاستخدام الإضافي للأسمدة النيتروجينية والنيتروجينية في التربة ، يتم تعزيز نمو براعم الأرض. الفوسفوريؤثر على نمو ونضج الثمار. البوتاسيوميعزز تدفق المواد العضوية من الأوراق إلى الجذور ، ويؤثر على تحضير النبات لفصل الشتاء.

يتم الحصول على جميع العناصر في تكوين الأملاح المعدنية من التربة. من أجل الحصول على عوائد عالية ، من الضروري الحفاظ على خصوبة التربة واستخدام الأسمدة. في الزراعة الحديثة ، يتم استخدام الأسمدة العضوية والمعدنية ، بفضل النباتات المزروعة تتلقى العناصر الغذائية اللازمة.

الأسمدة العضوية(السماد ، الخث ، الدبال ، فضلات الطيور ، إلخ) يحتوي على جميع العناصر الغذائية الضرورية للنبات. عند استخدام الأسمدة العضوية ، تدخل الكائنات الحية الدقيقة إلى التربة ، مما يؤدي إلى تمعدن المخلفات العضوية وبالتالي زيادة خصوبة التربة. يجب استخدام السماد قبل وقت طويل من بذر البذور ، أثناء حراثة الخريف.

الأسمدة المعدنيةعادة ما تحتوي على العناصر التي تفتقر إليها التربة: النيتروجين (نترات الصوديوم والبوتاسيوم ، كلوريد الأمونيوم ، اليوريا ، إلخ) ، البوتاسيوم (كلوريد البوتاسيوم ، كبريتات البوتاسيوم) ، الفوسفور (الفوسفات ، صخور الفوسفات ، إلخ). عادة ما يتم استخدام الأسمدة المحتوية على النيتروجين في الربيع أو أوائل الصيف ، حيث يتم غسلها بسرعة من التربة. تدوم أسمدة البوتاس والفوسفات لفترة أطول ، لذا يتم استخدامها في الخريف. الكثير من السماد يضر بالنباتات مثل القليل جدًا.

من كتاب سلوك الذئب (مجموعة من المقالات) مؤلف كروشينسكي ليونيد فيكتوروفيتش

تكوين السكان والتنظيم الذاتي نتيجة للملاحظات الطويلة (أكثر من 20 عامًا) لمجموعات الذئب في البذر. مينيسوتا ، على وشك. جزيرة رويال ، في أقاليم شمال غرب وفي المتنزهات الوطنيةكندا وكذلك دراسة الذئاب في الظروف الطبيعية في إيطاليا وفي العبوات الكبيرة

من كتاب المنشطات في تربية الكلاب المؤلف Gurman E G

11.3. تكوين الغذاء يجب أن تكون تركيبة الغذاء مناسبة لاحتياجات الجسم وقدرته على امتصاص العناصر الغذائية المعطاة من التركيبة المعينة. تؤكد معظم الإرشادات الغذائية (سواء أكانت بشرية أم حيوانية) على الحاجة إلى موازنة المدخول و

من الكتاب علم جديدعن الحياة مؤلف شيلدريك روبرت

4.2 يحدث التشكل الكيميائي مع زيادة الكثافة في الأنظمة غير العضوية مع انخفاض درجة الحرارة: عندما تبرد البلازما ، تتجمع الجسيمات دون الذرية في الذرات ؛ في درجات حرارة منخفضة ، تتجمع الذرات في

من الكتاب أحدث كتابحقائق. المجلد 1 [علم الفلك والفيزياء الفلكية. الجغرافيا وعلوم الأرض الأخرى. علم الأحياء والطب] مؤلف

من كتاب النملة ، الأسرة ، المستعمرة مؤلف زاخاروف اناتولي الكسندروفيتش

تكوين الأسرة يرجع استخدام مصطلح "عائلة" فيما يتعلق بسكان عش النمل إلى أصل مجتمع النمل. نشأت هذه المجتمعات نتيجة التقوية المتتالية للروابط بين الوالدين وذريتهم المباشرة ، وليس من العشوائية

من كتاب الاختبارات في علم الأحياء. الصف السادس المؤلف Benuzh Elena

الهيكل الخلوي للبنية الخلوية للكائنات الحية. أجهزة لدراسة بنية الخلية 1. اختر أكثر إجابة صحيحة. الخلية هي: A. أصغر جسيم من جميع الكائنات الحية. أصغر جزء من نبات حي B. جزء من النبات G. وحدة مصطنعة لـ

من كتاب Biology [ المرجع الكاملللتحضير للامتحان] مؤلف ليرنر جورجي إيزاكوفيتش

من كتاب الهروب من الوحدة مؤلف بانوف يفغيني نيكولايفيتش

الخلايا الجماعية والخلايا المفردة هناك سببان رئيسيان على الأقل للتعاون الوثيق بين الخلايا التي تشكل كائنًا متعدد الخلايا. أولاً ، كل خلية فردية ، في حد ذاتها ماهرة للغاية وتنفيذية

من كتاب النمل من هم؟ مؤلف ماريكوفسكي بافل يوستينوفيتش

من كتاب الحقائق الأحدث. المجلد 1. علم الفلك والفيزياء الفلكية. الجغرافيا وعلوم الأرض الأخرى. علم الأحياء والطب مؤلف كوندراشوف أناتولي بافلوفيتش

ما هو العنصر الكيميائي الأكثر شيوعًا في الكون؟ أخف العناصر في الكون هي الهيدروجين والهيليوم. تشكل الشمس والنجوم والغاز بين النجوم بعدد الذرات 99٪ منهم. لمشاركة كل الآخرين ، بما في ذلك معظمهم

من كتاب كيف نشأت الحياة وتطورت على الأرض مؤلف غريماتسكي ميخائيل أنتونوفيتش

خامساً: تكوين الأجسام الحية وبنيتها بمراقبة حياة النباتات والحيوانات والبشر ، نرى أن مجموعة متنوعة من التغييرات تحدث باستمرار: فهي تنمو وتتكاثر وتشيخ وتموت. العديد من العصائر والغازات والمواد الغذائية وما إلى ذلك تتحرك باستمرار داخلها.

من كتاب مشاكل الجوع العلاجي. الدراسات السريرية والتجريبية [الأجزاء الأربعة!] مؤلف أنوخين بيتر كوزميتش

التركيب الكيميائي لأنسجة الفئران أثناء الجوع الكامل VI DOBRYNINA (موسكو) أثبت الصيام كطريقة للعلاج نجاحه في بعض الأمراض العقلية والجسدية (3 ، 7 ، 10-13). واعد بشكل خاص هو استخدامه في التمثيل الغذائي والحساسية

من كتاب تربية الأسماك وجراد البحر والدواجن مؤلف Zadorozhnaya ليودميلا الكسندروفنا

من كتاب الحالة الحالية للمحيط الحيوي والسياسة البيئية المؤلف Kolesnik Yu. A.

1.2 خصائص وتكوين المحيط الحيوي التاسع عشر في وقت مبكرفي. وأكد أن جميع المواد التي على سطح الكرة الأرضية وتشكل قشرتها تكونت بسبب

في القرن الماضي ، كان الوقود الرئيسي هو الحطب. حتى في عصرنا ، لا يزال الحطب كوقود أهمية عظيمةخاصة لتدفئة المباني في المناطق الريفية. عند حرق الأخشاب في المواقد ، يصعب تخيل أننا ، في الواقع ، نستخدم الطاقة المتلقاة من الشمس ، الواقعة على مسافة حوالي 150 مليون كيلومتر من الأرض. ومع ذلك ، هذا هو بالضبط ما يحدث.

كيف تتراكم الطاقة الشمسية في الخشب؟ لماذا نقول أننا عندما نحرق الخشب ، فإننا نستخدم الطاقة التي نتلقاها من الشمس؟

قدم العالم الروسي البارز K. A. Timiryazev إجابة واضحة على الأسئلة المطروحة. اتضح أن تطوير جميع النباتات تقريبًا ممكن فقط تحت تأثير أشعة الشمس. تعتمد حياة الغالبية العظمى من النباتات من الحشائش الصغيرة إلى شجرة الكينا القوية ، التي يصل ارتفاعها إلى 150 مترًا ومحيط الجذع 30 مترًا ، على إدراك ضوء الشمس. تحتوي الأوراق الخضراء للنباتات على مادة خاصة - الكلوروفيل. هذه المادة تعطي النباتات خاصية مهمة: تمتص طاقة ضوء الشمس وتتحلل بسبب هذه الطاقة نشبع، وهو مركب من الكربون والأكسجين ، إلى أجزائه المكونة ، أي في الكربون والأكسجين ، ويشكل مواد عضوية في أنسجته ، والتي تتكون منها الأنسجة النباتية بالفعل. بدون مبالغة ، يمكن وصف خاصية النباتات هذه بأنها رائعة ، لأنها بفضلها تستطيع النباتات تحويل المواد غير العضوية إلى مواد عضوية. بالإضافة إلى ذلك ، تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون من الهواء ، وهو نتاج أنشطة الكائنات الحية والصناعة والنشاط البركاني ، وتشبع الهواء بالأكسجين ، والذي بدونه ، كما تعلمون ، تكون عمليات التنفس والاحتراق مستحيلة. لهذا السبب ، بالمناسبة ، المساحات الخضراء ضرورية لحياة الإنسان.

إن التحقق من أن أوراق النبات تمتص ثاني أكسيد الكربون وتفصله إلى كربون وأكسجين أمر سهل من خلال تجربة بسيطة للغاية. تخيل أنه يوجد في أنبوب الاختبار ماء به ثاني أكسيد الكربون مذاب فيه وأوراق خضراء لبعض الأشجار أو العشب. تنتشر المياه التي تحتوي على ثاني أكسيد الكربون على نطاق واسع: في يوم حار ، يكون هذا الماء ، الذي يسمى الغازي ، ممتعًا جدًا لإرواء عطشك.

دعونا نعود ، مع ذلك ، إلى تجربتنا. بعد مرور بعض الوقت ، يمكن رؤية فقاعات صغيرة على الأوراق ، والتي تتشكل وتتراكم في الجزء العلوي من الأنبوب. إذا تم جمع هذا الغاز ، الذي تم الحصول عليه على الأوراق ، في وعاء منفصل ثم تم إدخال شظية مشتعلة قليلاً فيه ، فسوف يشتعل بلهب ساطع. على هذا الأساس ، وكذلك على عدة أسس أخرى ، يمكن إثبات أننا نتعامل مع الأكسجين. أما الكربون ، فيمتصه الأوراق وتتكون منه مواد عضوية - أنسجة نباتية تنطلق طاقتها الكيميائية ، وهي الطاقة المحولة لأشعة الشمس ، أثناء الاحتراق على شكل حرارة.

في قصتنا ، التي تمس بالضرورة فروعًا مختلفة من العلوم الطبيعية ، ظهر مفهوم جديد آخر: الطاقة الكيميائية. من الضروري على الأقل شرح ما هو عليه باختصار. تشترك الطاقة الكيميائية لمادة ما (خاصة الحطب) في الكثير من القواسم المشتركة مع الطاقة الحرارية. الطاقة الحرارية ، كما يتذكر القارئ ، هي مجموع الطاقة الحركية والمحتملة لأصغر جزيئات الجسم: الجزيئات والذرات. يتم تعريف الطاقة الحرارية لجسم ما على أنها مجموع طاقة الحركة الانتقالية والدورانية لجزيئات وذرات جسم معين وطاقة الجذب أو التنافر بينهما. الطاقة الكيميائية للجسم ، على عكس الطاقة الحرارية ، تتكون من الطاقة المتراكمة داخل الجزيئات. لا يمكن إطلاق هذه الطاقة إلا من خلال التحول الكيميائي ، تفاعل كيميائيعندما يتم تحويل مادة أو أكثر إلى مواد أخرى.

يجب إضافة توضيحيين مهمين لهذا. لكن من الضروري أولاً تذكير القارئ ببعض الأحكام المتعلقة ببنية المادة. لفترة طويلة ، افترض العلماء أن جميع الأجسام تتكون من ذرات أصغر وأكثر جسيمات غير قابلة للتجزئة. في اليونانية ، تعني كلمة "ذرة" غير قابل للتجزئة. تم تأكيد هذا الافتراض في الجزء الأول منه: تتكون جميع الأجسام بالفعل من ذرات ، وأبعاد هذه الأخيرة صغيرة للغاية. وزن ذرة الهيدروجين ، على سبيل المثال ، هو 0.0000000000000000000000017 جرام. حجم الذرات صغير جدًا لدرجة أنه لا يمكن رؤيتها حتى في أقوى مجهر. إذا كان من الممكن ترتيب الذرات بطريقة نسكب البازلاء في كوب ، أي الاتصال بهم مع بعضهم البعض ، ثم في حجم صغير جدًا من 1 مليمتر مكعب يمكن أن يصلح حوالي 10،000،000،000،000،000،000 من الذرات.

في المجموع ، هناك حوالي مائة نوع من الذرات معروفة. وزن ذرة اليورانيوم - واحدة من أثقل الذرات - حوالي 238 ضعف وزن ذرة الهيدروجين الأخف. مواد بسيطة، بمعنى آخر. المواد المكونة من ذرات من نفس النوع تسمى العناصر.

عندما تتحد الذرات تشكل جزيئات. إذا كان الجزيء يتكون من أنواع مختلفة من الذرات ، فإن المادة تسمى معقدة. جزيء الماء ، على سبيل المثال ، يتكون من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين. الجزيئات صغيرة جدًا مثل الذرات. مثال ممتازيشير الفيزيائي الإنجليزي طومسون إلى صغر حجم الجزيئات وعددها حتى في حجم صغير نسبيًا. إذا أخذنا كوبًا من الماء وقمنا بتمييز جميع جزيئات الماء في هذا الزجاج بطريقة معينة ، ثم سكبنا الماء في البحر وقلبناه جيدًا ، فقد اتضح أنه في أي محيط أو بحر نرسم كوبًا من الماء ، سوف تحتوي على حوالي مائة جزيء مميز.

جميع الهيئات هي عناقيد جدا عدد كبيرالجزيئات أو الذرات. في الغازات ، تكون هذه الجسيمات في حالة حركة فوضوية ، وكلما زادت شدة الغاز ، زادت درجة حرارة الغاز. في السوائل ، تكون قوى التماسك بين الجزيئات الفردية أكبر بكثير منها في الغازات. لذلك ، على الرغم من أن جزيئات السائل تتحرك أيضًا ، إلا أنها لم تعد قادرة على الانفصال عن بعضها البعض. تتكون المواد الصلبة من الذرات. تكون قوى التجاذب بين ذرات المادة الصلبة أكبر بكثير ، ليس فقط بالمقارنة مع قوى الجذب بين جزيئات الغازات ، ولكن ليس بالمقارنة مع جزيئات السائل. نتيجة لذلك ، تؤدي ذرات الجسم الصلب حركات تذبذبية فقط حول مواضع توازن غير متغيرة. كلما ارتفعت درجة حرارة الجسم ، زادت الطاقة الحركية للذرات والجزيئات. بالمعنى الدقيق للكلمة ، فإن الطاقة الحركية للذرات والجزيئات هي التي تحدد درجة الحرارة.

أما بالنسبة لافتراض أن الذرة غير قابلة للتجزئة ، وأنها من المفترض أنها أصغر جزء من المادة ، فقد تم رفض هذا الافتراض لاحقًا. لدى الفيزيائيين الآن وجهة نظر موحدة ، وهي أن الذرة ليست غير قابلة للتجزئة ، وأنها تتكون من جسيمات مادة أصغر. علاوة على ذلك ، تم تأكيد وجهة نظر علماء الفيزياء الآن بمساعدة التجارب. لذا ، فإن الذرة ، بدورها ، عبارة عن جسيم معقد يتكون من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. تشكل البروتونات والنيوترونات نواة الذرة التي تحيط بها قذيفة الإلكترون. تتركز كل كتلة الذرة تقريبًا في نواتها. الأصغر على الإطلاق النوى الذرية- نواة ذرة الهيدروجين ، التي تتكون من بروتون واحد فقط - لها كتلة أكبر بمقدار 1850 مرة من كتلة الإلكترون. إن كتل البروتون والنيوترون متساوية تقريبًا مع بعضها البعض. وهكذا تتحدد كتلة الذرة بواسطة كتلة نواتها ، أو بعبارة أخرى ، بعدد البروتونات والنيوترونات. البروتونات لها شحنة كهربائية موجبة ، والإلكترونات لها شحنة سالبة ، والنيوترونات ليست كذلك. الشحنة الكهربائية. لذلك فإن الشحنة النووية تكون دائمًا موجبة وتساوي عدد البروتونات. تسمى هذه القيمة الرقم الترتيبي للعنصر في النظام الدوريدي آي مينديليف. عادةً ما يكون عدد الإلكترونات التي تتكون منها الغلاف مساويًا لعدد البروتونات ، وبما أن شحنة الإلكترونات سالبة ، فإن الذرة ككل تكون متعادلة كهربائيًا.

على الرغم من حقيقة أن حجم الذرة صغير جدًا ، إلا أن النواة والإلكترونات المحيطة بها تشغل جزءًا صغيرًا فقط من هذا الحجم. لذلك يمكن للمرء أن يتخيل ما هي الكثافة الهائلة لنواة الذرات. إذا كان من الممكن وضع نوى الهيدروجين بطريقة تملأ بكثافة حجم 1 فقط سنتيمتر مكعب، فإن وزنها سيكون حوالي 100 مليون طن.

بعد أن أوجزنا بإيجاز بعض الأحكام المتعلقة ببنية المادة والتذكير مرة أخرى بأن الطاقة الكيميائية هي الطاقة المتراكمة داخل الجزيئات ، يمكننا أخيرًا الانتقال إلى تقديم الاعتبارات الهامة الموعودة سابقًا ، والتي تكشف بشكل كامل جوهر الطاقة الكيميائية.

قلنا أعلاه أن الطاقة الحرارية للجسم هي مجموع طاقة متعدية و حركات دورانيةالجزيئات وطاقة الجذب أو التنافر بينها. هذا التعريف للطاقة الحرارية ليس دقيقًا تمامًا ، أو أفضل من قوله ، ليس كاملاً تمامًا. في الحالة التي يتكون فيها جزيء مادة (سائل أو غاز) من اثنين أو أكثرالذرات ، فيجب أن تشتمل الطاقة الحرارية أيضًا على الطاقة حركة متذبذبةذرات داخل جزيء. تم التوصل إلى هذا الاستنتاج على أساس الاعتبارات التالية. تظهر التجربة أن السعة الحرارية لجميع المواد تقريبًا تزداد مع زيادة درجة الحرارة. بمعنى آخر ، كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة كيلوغرام واحد من مادة ما بمقدار 1 درجة مئوية ، كقاعدة عامة ، كلما زادت درجة حرارة هذه المادة. تتبع معظم الغازات هذه القاعدة. ما الذي يفسر هذا؟ تجيب الفيزياء الحديثة على هذا السؤال على النحو التالي: السبب الرئيسي لزيادة السعة الحرارية للغاز مع زيادة درجة الحرارة هو الزيادة السريعة في الطاقة الاهتزازية للذرات التي يتكون منها جزيء الغاز مع زيادة درجة الحرارة. يتم تأكيد هذا التفسير من خلال حقيقة أن السعة الحرارية تزداد مع زيادة درجة الحرارة ، وكلما زاد عدد الذرات التي يتكون منها جزيء الغاز. السعة الحرارية للغازات الأحادية ، أي الغازات ، أصغر جزيئاتها عبارة عن ذرات ، بشكل عام ، لا تتغير تقريبًا مع زيادة درجة الحرارة.

ولكن إذا تغيرت طاقة الحركة الاهتزازية للذرات داخل الجزيء ، وحتى بشكل ملحوظ للغاية ، عند تسخين الغاز ، والذي يحدث دون تغيير التركيب الكيميائي لهذا الغاز ، إذن ، على ما يبدو ، لا يمكن اعتبار هذه الطاقة على أنها طاقة كيميائية. ولكن ماذا عن التعريف أعلاه للطاقة الكيميائية ، والذي بموجبه يتم تجميع الطاقة داخل الجزيء؟

هذا السؤال مناسب تمامًا. يجب توضيح التعريف أعلاه للطاقة الكيميائية أولاً: الطاقة الكيميائية لا تشمل كل الطاقة المتراكمة داخل الجزيء ، ولكن فقط الجزء منها الذي لا يمكن تغييره إلا من خلال التحولات الكيميائية.

الاعتبار الثاني فيما يتعلق بجوهر الطاقة الكيميائية هو كما يلي. لا يمكن إطلاق كل الطاقة المتراكمة داخل الجزيء نتيجة تفاعل كيميائي. جزء من الطاقة ، وكبير جدًا في ذلك ، لا يتغير بأي شكل من الأشكال نتيجة للعملية الكيميائية. إنها الطاقة الموجودة داخل الذرة ، أو بشكل أكثر دقة ، داخل نواة الذرة. يطلق عليه الطاقة الذرية أو النووية. بالمعنى الدقيق للكلمة ، هذا ليس مفاجئًا. ربما ، حتى على أساس كل ما قيل أعلاه ، كان من الممكن توقع هذا الظرف. في الواقع ، بمساعدة أي تفاعل كيميائي ، من المستحيل تحويل عنصر إلى آخر ، ذرات من نوع ما إلى ذرات من نوع آخر. في الماضي ، وضع الكيميائيون لأنفسهم مثل هذه المهمة ، وهم يسعون بأي ثمن لتحويل المعادن الأخرى ، مثل الزئبق ، إلى ذهب. فشل الكيميائيون في تحقيق النجاح في هذا الأمر. ولكن إذا لم يكن من الممكن ، بمساعدة تفاعل كيميائي ، تحويل عنصر إلى آخر ، ذرات من نوع إلى ذرات من نوع آخر ، فهذا يعني أن الذرات نفسها ، أو بالأحرى أجزائها الرئيسية - النوى - تظل دون تغيير أثناء التفاعل الكيميائي. لذلك ، لا يمكن إطلاق تلك الطاقة الكبيرة جدًا التي تتراكم في نوى الذرات. وهذه الطاقة رائعة حقًا. في الوقت الحاضر ، تعلم الفيزيائيون كيفية إطلاق الطاقة النووية من ذرات اليورانيوم وبعض العناصر الأخرى. هذا يعني أنه أصبح من الممكن تحويل عنصر إلى آخر. يؤدي فصل ذرات اليورانيوم ، بكمية 1 جرام فقط ، إلى إطلاق حوالي 10 ملايين سعر حراري. للحصول على مثل هذه الكمية من الحرارة ، سيكون من الضروري حرق حوالي طن ونصف من الفحم الجيد. يمكن للمرء أن يتخيل ما هي الاحتمالات العظيمة التي تكمن في استخدام الطاقة النووية (الذرية).

نظرًا لأن تحويل الذرات من نوع إلى ذرات من نوع آخر وإطلاق الطاقة النووية المرتبطة بهذا التحول لم يعد جزءًا من مهمة الكيمياء ، لم يتم تضمين الطاقة النووية في تكوين الطاقة الكيميائية للمادة.

إذن ، الطاقة الكيميائية للنباتات ، وهي ، كما كانت ، معلبة طاقة شمسية، قد يتم إصدارها واستخدامها وفقًا لتقديرنا. من أجل إطلاق الطاقة الكيميائية لمادة ما ، وتحويلها جزئيًا على الأقل إلى أنواع أخرى من الطاقة ، من الضروري تنظيم مثل هذه العملية الكيميائية ، ونتيجة لذلك يتم الحصول على هذه المواد ، والتي ستكون طاقتها الكيميائية أقل من الطاقة الكيميائية للمواد المأخوذة في البداية. في هذه الحالة ، يمكن تحويل جزء من الطاقة الكيميائية إلى حرارة ، ويتم استخدام هذا الأخير في محطة طاقة حرارية بهدف نهائي هو الحصول على الطاقة الكهربائية.

فيما يتعلق بالحطب - الوقود النباتي - هذه العملية الكيميائية المناسبة هي عملية الاحتراق. من المؤكد أن القارئ على دراية بها. لذلك ، لا نتذكر إلا لفترة وجيزة أن احتراق أو أكسدة مادة ما هي العملية الكيميائية لدمج هذه المادة مع الأكسجين. نتيجة للجمع بين مادة محترقة والأكسجين ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الكيميائية - يتم إطلاق الحرارة. لا يتم إطلاق الحرارة فقط أثناء احتراق الحطب ، ولكن أيضًا أثناء أي عملية احتراق أو أكسدة أخرى. من المعروف جيدًا ، على سبيل المثال ، مقدار الحرارة المنبعثة عند حرق القش أو الفحم. في أجسامنا أيضًا ، هناك عملية أكسدة بطيئة ، وبالتالي تكون درجة الحرارة داخل الجسم أعلى قليلاً من درجة حرارة البيئة التي تحيط بنا عادةً. صدأ الحديد هو أيضًا عملية أكسدة. يتم إطلاق الحرارة هنا أيضًا ، ولكن هذه العملية فقط تستمر ببطء شديد لدرجة أننا لا نلاحظ تسخينًا عمليًا.

في الوقت الحاضر ، لا يتم استخدام الحطب تقريبًا في الصناعة. تعتبر الغابات مهمة جدًا لحياة الإنسان بحيث لا تتمكن من حرق الحطب في أفران الغلايات البخارية في المصانع والمصانع ومحطات الطاقة. ولن تكون جميع موارد الغابات على الأرض كافية لفترة طويلة ، إذا قرروا استخدامها لهذا الغرض. في بلدنا ، يتم تنفيذ عمل مختلف تمامًا: يتم تنفيذ الزراعة الجماعية لمصدات الرياح ومناطق الغابات لتحسين الظروف المناخيةتضاريس.

ومع ذلك ، فإن كل ما قيل أعلاه حول تكوين الأنسجة النباتية بسبب طاقة ضوء الشمس وحول استخدام الطاقة الكيميائية للأنسجة النباتية لإنتاج الحرارة يرتبط ارتباطًا وثيقًا بأنواع الوقود المستخدمة على نطاق واسع في عصرنا في الصناعة وفي على وجه الخصوص ، في محطات الطاقة الحرارية. تشمل هذه الأنواع من الوقود بشكل أساسي: الخث والفحم البني والفحم الصلب. كل هذه الأنواع من الوقود عبارة عن منتجات تحلل للنباتات الميتة ، وفي معظم الحالات بدون وصول للهواء أو مع وصول ضئيل للهواء. يتم إنشاء مثل هذه الظروف لأجزاء النباتات المحتضرة في الماء ، تحت طبقة من الرواسب المائية. لذلك ، فإن تكوين هذه الأنواع من الوقود يحدث غالبًا في المستنقعات ، في الأراضي المنخفضة التي غالبًا ما تغمرها الفيضانات ، في الأنهار والبحيرات الضحلة أو التي تجف تمامًا.

من بين أنواع الوقود الثلاثة المذكورة أعلاه ، يعد الخث أصغر أنواع الوقود في الأصل. يحتوي على عدد كبير من أجزاء النبات. تتميز جودة وقود معين إلى حد كبير بقيمته الحرارية. القيمة الحرارية ، أو القيمة الحرارية ، هي كمية الحرارة المقاسة بالسعرات الحرارية ، والتي يتم إطلاقها عند حرق كيلوغرام واحد من الوقود. إذا كان لدينا خث جاف لا يحتوي على رطوبة تحت تصرفنا ، فإن قيمته الحرارية ستكون أعلى قليلاً من القيمة الحرارية للحطب: الخث الجاف له قيمة حرارية تبلغ حوالي 5500 سعرة حرارية لكل كيلوغرام واحد ، والحطب - حوالي 4500. عادة ما تحتوي على قدر كبير من الرطوبة وبالتالي فهي ذات قيمة حرارية أقل. بدأ استخدام الخث في محطات الطاقة الروسية في عام 1914 ، عندما تم بناء محطة للطاقة ، تحمل اسم المهندس الروسي المتميز R.E.Klasson ، مؤسس طريقة جديدة لاستخراج الخث ، ما يسمى بالطريقة الهيدروليكية. بعد ثورة أكتوبر الاشتراكية العظمى ، انتشر استخدام الخث في محطات توليد الكهرباء. طور المهندسون الروس أكثر الطرق عقلانية لاستخراج وحرق هذا الوقود الرخيص ، الذي تعتبر رواسبه في روسيا مهمة للغاية ، وكذلك إنتاج مجاري الهواء.

منتج تحلل أقدم للأنسجة النباتية من الخث هو ما يسمى بالفحم البني. ومع ذلك ، لا يزال الفحم البني يحتوي على خلايا نباتية وأجزاء من النباتات. الفحم البني الجاف الذي يحتوي على نسبة منخفضة من الشوائب غير القابلة للاحتراق - الرماد - له قيمة حرارية تزيد عن 6000 سعر حراري لكل 1 كيلوغرام ، أي أعلى من الحطب والجفت الجاف. في الواقع ، الفحم البني هو وقود ذو قيمة حرارية أقل بكثير بسبب المحتوى الرطوبي الكبير ، وغالبًا ما يكون المحتوى المرتفع للرماد. حاليًا ، يعد الفحم البني أحد أكثر أنواع الوقود استخدامًا. ودائعها في بلادنا كبيرة جدا.

بالنسبة لأنواع الوقود الثمينة مثل النفط والغاز الطبيعي ، فإنها تكاد لا تستخدم على الإطلاق. كما ذكرنا سابقًا ، يتم استخدام احتياطيات الوقود في بلدنا مع مراعاة مصالح جميع الصناعات ، المخطط لها واقتصاديًا. على عكس الدول الغربية ، في روسيا ، تحرق محطات توليد الطاقة أنواعًا منخفضة الجودة من الوقود غير مناسبة جدًا لأغراض أخرى. في الوقت نفسه ، يتم بناء محطات الطاقة ، كقاعدة عامة ، في مناطق استخراج الوقود ، مما يستثني النقل لمسافات طويلة. كان على مهندسي الطاقة السوفييت أن يعملوا بجد لبناء مثل هذه الأجهزة لحرق الوقود - أفران ، والتي من شأنها أن تسمح باستخدام وقود رطب منخفض الدرجة.