Ist die chemische Zusammensetzung der Planeten desselben Systems gleich? Arten chemischer Reaktionen. Vergleich der Energieumwandlung
Bei chemischen Reaktionen verwandelt sich ein Stoff in einen anderen (nicht zu verwechseln mit Kernreaktionen, bei denen ein chemisches Element in ein anderes umgewandelt wird).
Jede chemische Reaktion wird durch eine chemische Gleichung beschrieben:
Reaktanten → Reaktionsprodukte
Der Pfeil gibt die Richtung der Reaktion an.
Zum Beispiel:
Bei dieser Reaktion reagiert Methan (CH 4) mit Sauerstoff (O 2), wodurch Kohlendioxid (CO 2) und Wasser (H 2 O), genauer gesagt Wasserdampf, entstehen. Genau diese Reaktion passiert in Ihrer Küche, wenn Sie einen Gasbrenner anzünden. Die Gleichung sollte wie folgt gelesen werden: Ein Molekül Methangas reagiert mit zwei Molekülen Sauerstoffgas und erzeugt ein Molekül Kohlendioxid und zwei Moleküle Wasser (Wasserdampf).
Die Zahlen, die vor den Komponenten einer chemischen Reaktion stehen, werden aufgerufen Reaktionskoeffizienten.
Es kommt zu chemischen Reaktionen endotherm(mit Energieabsorption) und exotherm(mit Energiefreisetzung). Ein typisches Beispiel für eine exotherme Reaktion ist die Methanverbrennung.
Es gibt verschiedene Arten chemischer Reaktionen. Am häufigsten:
- Verbindungsreaktionen;
- Zersetzungsreaktionen;
- einzelne Ersatzreaktionen;
- doppelte Verschiebungsreaktionen;
- Oxidationsreaktionen;
- Redoxreaktionen.
Zusammengesetzte Reaktionen
Bei Verbundreaktionen bilden mindestens zwei Elemente ein Produkt:
2Na (t) + Cl 2 (g) → 2NaCl (t)- Bildung von Speisesalz.
Bei Verbindungsreaktionen ist auf eine wesentliche Nuance zu achten: Abhängig von den Reaktionsbedingungen oder den Anteilen der in die Reaktion eintretenden Reagenzien können unterschiedliche Produkte entstehen. Unter normalen Verbrennungsbedingungen von Kohle entsteht beispielsweise Kohlendioxid:
C (t) + O 2 (g) → CO 2 (g)
Reicht die Sauerstoffmenge nicht aus, entsteht tödliches Kohlenmonoxid:
2C (t) + O 2 (g) → 2CO (g)
Zersetzungsreaktionen
Diese Reaktionen sind sozusagen im Wesentlichen entgegengesetzt zu den Reaktionen der Verbindung. Durch die Zersetzungsreaktion zerfällt der Stoff in zwei (3, 4...) einfachere Elemente (Verbindungen):
- 2H 2 O (l) → 2H 2 (g) + O 2 (g)- Wasserzersetzung
- 2H 2 O 2 (l) → 2H 2 (g) O + O 2 (g)- Zersetzung von Wasserstoffperoxid
Einzelne Verschiebungsreaktionen
Durch einzelne Substitutionsreaktionen ersetzt ein aktiveres Element ein weniger aktives in einer Verbindung:
Zn (s) + CuSO 4 (Lösung) → ZnSO 4 (Lösung) + Cu (s)
Zink in einer Kupfersulfatlösung verdrängt das weniger aktive Kupfer, was zur Bildung einer Zinksulfatlösung führt.
Der Aktivitätsgrad von Metallen in aufsteigender Reihenfolge der Aktivität:
- Am aktivsten sind Alkali- und Erdalkalimetalle
Die Ionengleichung für die obige Reaktion wäre:
Zn (t) + Cu 2+ + SO 4 2- → Zn 2+ + SO 4 2- + Cu (t)
Die ionische Bindung CuSO 4 zerfällt beim Auflösen in Wasser in ein Kupferkation (Ladung 2+) und ein Sulfatanion (Ladung 2-). Durch die Substitutionsreaktion entsteht ein Zinkkation (das die gleiche Ladung wie das Kupferkation hat: 2-). Bitte beachten Sie, dass das Sulfatanion auf beiden Seiten der Gleichung vorhanden ist, d. h. nach allen Regeln der Mathematik reduziert werden kann. Das Ergebnis ist eine ionenmolekulare Gleichung:
Zn (t) + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu (t)
Doppelte Verschiebungsreaktionen
Bei Doppelsubstitutionsreaktionen werden zwei Elektronen ersetzt. Solche Reaktionen nennt man auch Austauschreaktionen. Solche Reaktionen finden in Lösung unter Bildung von:
- unlöslicher Feststoff (Fällungsreaktion);
- Wasser (Neutralisationsreaktion).
Niederschlagsreaktionen
Wenn eine Lösung aus Silbernitrat (Salz) mit einer Lösung aus Natriumchlorid gemischt wird, entsteht Silberchlorid:
Molekulare Gleichung: KCl (Lösung) + AgNO 3 (p-p) → AgCl (s) + KNO 3 (p-p)
Ionengleichung: K + + Cl - + Ag + + NO 3 - → AgCl (t) + K + + NO 3 -
Molekulare Ionengleichung: Cl - + Ag + → AgCl (s)
Wenn eine Verbindung löslich ist, liegt sie in ionischer Form gelöst vor. Wenn die Verbindung unlöslich ist, fällt sie aus und bildet einen Feststoff.
Neutralisierungsreaktionen
Dabei handelt es sich um Reaktionen zwischen Säuren und Basen, die zur Bildung von Wassermolekülen führen.
Zum Beispiel die Reaktion des Mischens einer Schwefelsäurelösung und einer Natriumhydroxidlösung (Lauge):
Molekulare Gleichung: H 2 SO 4 (p-p) + 2NaOH (p-p) → Na 2 SO 4 (p-p) + 2H 2 O (l)
Ionengleichung: 2H + + SO 4 2- + 2Na + + 2OH - → 2Na + + SO 4 2- + 2H 2 O (l)
Molekulare Ionengleichung: 2H + + 2OH - → 2H 2 O (l) oder H + + OH - → H 2 O (l)
Oxidationsreaktionen
Hierbei handelt es sich um Wechselwirkungsreaktionen von Stoffen mit gasförmigem Luftsauerstoff, bei denen in der Regel viel Energie in Form von Wärme und Licht freigesetzt wird. Eine typische Oxidationsreaktion ist die Verbrennung. Ganz am Anfang dieser Seite steht die Reaktion zwischen Methan und Sauerstoff:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
Methan gehört zu den Kohlenwasserstoffen (Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff). Wenn ein Kohlenwasserstoff mit Sauerstoff reagiert, wird viel Wärmeenergie freigesetzt.
Redoxreaktionen
Dabei handelt es sich um Reaktionen, bei denen Elektronen zwischen den Atomen der Reaktanten ausgetauscht werden. Bei den oben besprochenen Reaktionen handelt es sich ebenfalls um Redoxreaktionen:
- 2Na + Cl 2 → 2NaCl – Verbindungsreaktion
- CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O – Oxidationsreaktion
- Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu – einzelne Substitutionsreaktion
Redoxreaktionen mit zahlreichen Beispielen zur Lösung von Gleichungen nach der Elektronengleichgewichtsmethode und der Halbreaktionsmethode werden im Abschnitt möglichst detailliert beschrieben
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Wissenschaftler glauben, dass Nebel ein Stadium bei der Entstehung von Galaxien oder großen Sternensystemen sind. In Modellen dieser Art von Theorien sind Planeten ein Nebenprodukt der Sternentstehung. Dieser Standpunkt wurde erstmals im 18. Jahrhundert geäußert. I. Kant und später von P. Laplace, D. Kuiper, D. Alfven und R. Cameron entwickelt, wird durch eine Reihe von Beweisen bestätigt.
Junge Sterne finden sich in Nebeln, Regionen aus relativ konzentriertem interstellarem Gas und Staub mit einem Durchmesser von Lichtjahren. Nebel kommen überall in unserer Galaxie vor; Es wird angenommen, dass sich innerhalb dieser riesigen Materiewolken Sterne und zugehörige Planetensysteme bilden.
Mittels Spektroskopie wurde gezeigt, dass interstellare Materie aus Gasen – Wasserstoff, Helium und Neon – und Staubpartikeln in der Größenordnung von mehreren Mikrometern besteht, die aus Metallen und anderen Elementen bestehen. Da die Temperatur sehr niedrig ist (10–20 K), ist alle Materie, mit Ausnahme der genannten Gase, auf Staubpartikeln eingefroren. Schwerere Elemente und etwas Wasserstoff stammen von Sternen früherer Generationen; Einige dieser Sterne explodierten als Supernovae, wobei sie den verbleibenden Wasserstoff in das interstellare Medium zurückführten und es mit schwereren Elementen anreicherten, die in ihren Tiefen entstanden waren.
Die durchschnittliche Gaskonzentration im interstellaren Raum beträgt nur 0,1 Atome N/cm 3, während die Gaskonzentration in Nebeln etwa 1000 Atome N/cm 3 beträgt, also 10.000 Mal mehr. (1 cm 3 Luft enthält etwa 2,7 × 10 19 Moleküle.)
Wenn eine Wolke aus Gas und Staub durch das langsame Absetzen und Anhaften (Ansammeln) von interstellarem Gas und Staub unter dem Einfluss der Schwerkraft groß genug wird, wird sie instabil – das nahezu gleichgewichtige Verhältnis zwischen Druck und Gravitationskräften entsteht gestört. Es herrschen Gravitationskräfte und daher zieht sich die Wolke zusammen. In den frühen Phasen der Kompression verlässt die bei der Umwandlung von Gravitationsenergie in Strahlungsenergie freigesetzte Wärme die Wolke leicht, da die relative Dichte des Materials gering ist. Mit zunehmender Materiedichte beginnen neue wichtige Veränderungen. Aufgrund von Gravitations- und anderen Schwankungen zerfällt eine große Wolke in kleinere Wolken, die wiederum Fragmente bilden, die letztendlich eine Masse und Größe haben, die um ein Vielfaches größer ist als die unseres Sonnensystems (Abb. 2.2; 1–5). Solche Wolken nennt man Protosterne. Natürlich sind einige Protosterne massereicher als unser Sonnensystem und bilden größere, heißere Sterne, während weniger massereiche Protosterne kleinere, kühlere Sterne bilden, die sich langsamer entwickeln als erstere. Die Größe von Protosternen ist durch eine Obergrenze begrenzt, bei deren Überschreitung eine weitere Fragmentierung stattfinden würde, und durch eine Untergrenze, die durch die Mindestmasse bestimmt wird, die zur Unterstützung von Kernreaktionen erforderlich ist.
Reis. 2.2. Entwicklung eines Gas-Staub-Nebels und Bildung einer protoplanetaren Scheibe
Erstens wird die potenzielle Gravitationsenergie, die in Wärme (Strahlungsenergie) umgewandelt wird, bei der Gravitationskompression einfach nach außen abgestrahlt. Doch mit zunehmender Dichte eines Stoffes wird immer mehr Strahlungsenergie absorbiert und dadurch steigt die Temperatur. Flüchtige Verbindungen, die ursprünglich auf den Staubpartikeln eingefroren waren, beginnen zu verdampfen. Nun werden Gase wie NH 3, CH 4, H 2 O (Dampf) und HCN mit H 2, He und Ne vermischt. Diese Gase absorbieren nachfolgende Teile der Strahlungsenergie, dissoziieren und unterliegen einer Ionisierung.
Die Gravitationskompression setzt sich fort, bis die freigesetzte Strahlungsenergie bei der Verdampfung und Ionisierung von Molekülen in Staubpartikeln abgebaut wird. Wenn die Moleküle vollständig ionisiert sind, steigt die Temperatur schnell an, bis die Kompression fast aufhört, da der Druck des Gases beginnt, die Gravitationskräfte auszugleichen. Damit endet die Phase der schnellen Gravitationskompression (Kollaps).
Zu diesem Zeitpunkt seiner Entwicklung ist der unserem System entsprechende Protostern eine Scheibe mit einer Verdickung im Zentrum und einer Temperatur von etwa 1000 K auf der Höhe der Jupiterbahn. Eine solche protostellare Scheibe entwickelt sich weiter: In ihr kommt es zu Umstrukturierungen und sie zieht sich langsam zusammen. Der Protostern selbst wird nach und nach kompakter, massereicher und heißer, da Wärme nur noch von seiner Oberfläche abstrahlen kann. Mithilfe von Konvektionsströmen wird Wärme aus der Tiefe des Protosterns an seine Oberfläche übertragen. Der Bereich von der Oberfläche des Protosterns bis zu einer Entfernung, die der Umlaufbahn von Pluto entspricht, ist mit Gas- und Staubnebel gefüllt.
Während dieser komplexen Kontraktionsreihe, die vermutlich etwa 10 Millionen Jahre gedauert hat, sollte der Drehimpuls des Systems erhalten bleiben. Die gesamte Galaxie dreht sich und macht alle 100 Millionen Jahre eine Umdrehung. Wenn Staubwolken komprimiert werden, kann sich ihr Drehimpuls nicht ändern – je stärker sie komprimiert werden, desto schneller rotieren sie. Aufgrund der Drehimpulserhaltung ändert sich die Form der kollabierenden Staubwolke von kugelförmig zu scheibenförmig.
Als sich die verbleibende Materie des Protosterns zusammenzog, stieg seine Temperatur so hoch, dass die Fusionsreaktion der Wasserstoffatome beginnen konnte. Mit dem Zufluss weiterer Energie aus dieser Reaktion wurde die Temperatur hoch genug, um die Kräfte der weiteren Gravitationskompression auszugleichen.
Aus den verbleibenden Gasen und Staub an der Peripherie der protostellaren Scheibe bildeten sich Planeten (Abb. 2.3). Die Agglomeration von interstellarem Staub unter dem Einfluss der Gravitationsanziehung führt in etwa 10 Millionen Jahren zur Bildung von Sternen und Planeten (1–4). Der Stern tritt in die Hauptreihe (4) ein und bleibt etwa 8000 Millionen Jahre lang in einem stationären (stabilen) Zustand, wobei er nach und nach Wasserstoff verarbeitet. Anschließend verlässt der Stern die Hauptreihe, expandiert zum Roten Riesen (5 und 6) und „verzehrt“ seine Planeten im Laufe der nächsten 100 Millionen Jahre. Nachdem er mehrere tausend Jahre lang als veränderlicher Stern pulsiert (7), explodiert er als Supernova (8) und kollabiert schließlich zu einem Weißen Zwerg (9). Obwohl Planeten normalerweise als massive Objekte gelten, beträgt die Gesamtmasse aller Planeten nur 0,135 % der Masse des Sonnensystems.
Reis. 2.3. Entstehung eines Planetensystems
Unsere Planeten und vermutlich die Planeten, die in jeder protostellaren Scheibe gebildet werden, befinden sich in zwei Hauptzonen. Die innere Zone, die im Sonnensystem vom Merkur bis zum Asteroidengürtel reicht, ist eine Zone kleiner Erdplaneten. Hier, in der Phase der langsamen Kompression des Protosterns, sind die Temperaturen so hoch, dass Metalle verdampfen. Die äußere Kaltzone enthält Gase wie H 2 O, He und Ne sowie Partikel, die mit gefrorenen flüchtigen Stoffen wie H 2 O, NH 3 und CH 4 beschichtet sind. Diese äußere Zone mit Jupiter-Planeten enthält viel mehr Materie als die innere, weil sie groß ist und weil ein Großteil des ursprünglich in der inneren Zone gefundenen flüchtigen Materials durch die Aktivität des Protosterns nach außen gedrückt wird.
Eine Möglichkeit, sich ein Bild von der Entwicklung eines Sterns zu machen und sein Alter zu berechnen, besteht darin, eine große Zufallsstichprobe von Sternen zu analysieren. Gleichzeitig werden die Entfernungen zu den Sternen, ihre scheinbare Helligkeit und die Farbe jedes Sterns gemessen.
Wenn die scheinbare Helligkeit und die Entfernung zu einem Stern bekannt sind, kann seine absolute Helligkeit berechnet werden, da die sichtbare Helligkeit eines Sterns umgekehrt proportional zu seiner Entfernung ist. Die absolute Größe des Sterns ist eine Funktion der Energiefreisetzungsrate, unabhängig von seiner Entfernung vom Beobachter.
Die Farbe eines Sterns wird durch seine Temperatur bestimmt: Blau steht für sehr heiße Sterne, Weiß für heiße Sterne und Rot für relativ kühle Sterne.
Abbildung 2.4 zeigt das Hertzsprung-Russell-Diagramm, das Sie aus Ihrem Astronomiekurs kennen und das die Beziehung zwischen absoluter Helligkeit und Farbe für eine große Anzahl von Sternen widerspiegelt. Da dieses klassische Diagramm Sterne aller Größen und Alters umfasst, entspricht es dem „durchschnittlichen“ Stern in verschiedenen Stadien seiner Entwicklung.
Reis. 2.4. Hertzsprung-Russell-Diagramm
Die meisten Sterne befinden sich im geraden Teil des Diagramms; Sie erfahren nur allmähliche Gleichgewichtsänderungen, da der in ihnen enthaltene Wasserstoff verbrennt. In diesem Teil des Diagramms, der Hauptreihe genannt wird, haben Sterne mit mehr Masse höhere Temperaturen; In ihnen verläuft die Fusionsreaktion von Wasserstoffatomen schneller und ihre Lebenserwartung ist kürzer. Sterne mit einer geringeren Masse als die Sonne haben eine niedrigere Temperatur, die Fusion der Wasserstoffatome in ihnen erfolgt langsamer und ihre Lebenserwartung ist länger. Sobald ein Hauptreihenstern etwa 10 % seines anfänglichen Wasserstoffvorrats verbraucht hat, sinkt seine Temperatur und es kommt zu einer Expansion. Man geht davon aus, dass Rote Riesen „gealterte“ Sterne aller Größen sind, die zuvor zur Hauptreihe gehörten. Bei der genauen Bestimmung des Alters eines Sterns müssen diese Faktoren berücksichtigt werden. Berechnungen, die sie berücksichtigen, zeigen, dass kein einziger Stern in unserer Galaxie älter als 11.000 Millionen Jahre ist. Einige kleine Sterne sind in diesem Alter; viele der größeren Sterne sind viel jünger. Die massereichsten Sterne können nicht länger als 1 Million Jahre in der Hauptreihe verbleiben. Die Sonne und Sterne ähnlicher Größe verbringen etwa 10.000 Millionen Jahre auf der Hauptreihe, bevor sie das Stadium des Roten Riesen erreichen.
Ankerpunkte
1. Materie befindet sich in ständiger Bewegung und Entwicklung.
2. Die biologische Evolution ist ein bestimmtes qualitatives Stadium in der Evolution der Materie als Ganzes.
3. Die Umwandlung von Elementen und Molekülen im Weltraum erfolgt ständig mit sehr geringer Geschwindigkeit.
1. Was sind Kernfusionsreaktionen? Nennen Sie Beispiele.
2. Wie entstehen gemäß der Kant-Laplace-Hypothese Sternensysteme aus Gas-Staub-Materie?
3. Gibt es Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung von Planeten desselben Sternensystems?
Wenn man sich an den oben genannten Standpunkt zum Ursprung von Planetensystemen hält, ist es möglich, einigermaßen vernünftige Schätzungen der elementaren Zusammensetzung der Primäratmosphäre der Erde vorzunehmen. Ein Teil der modernen Sichtweise basiert natürlich auf der enormen Dominanz von Wasserstoff im Weltraum; es kommt auch in der Sonne vor. Tabelle 2.2 zeigt die elementare Zusammensetzung von Stern- und Sonnenmaterie.
Tabelle 2.2. Elementarzusammensetzung von Stern- und Sonnenmaterie
Es wird angenommen, dass die Atmosphäre der Urerde, die eine hohe Durchschnittstemperatur aufwies, etwa so aussah: Vor dem Gravitationsverlust bestand sie größtenteils aus Wasserstoff, und die molekularen Hauptbestandteile waren Methan, Wasser und Ammoniak. Es ist interessant, die elementare Zusammensetzung der Sternmaterie mit der Zusammensetzung der modernen Erde und der lebenden Materie auf der Erde zu vergleichen.
Die häufigsten Elemente in der unbelebten Natur sind Wasserstoff und Helium; gefolgt von Kohlenstoff, Stickstoff, Silizium und Magnesium. Beachten wir, dass die lebende Materie der Biosphäre auf der Erdoberfläche überwiegend aus Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff besteht, was angesichts der Natur dieser Elemente natürlich zu erwarten war.
Die ursprüngliche Atmosphäre der Erde könnte sich durch verschiedene Prozesse verändern, vor allem durch den Diffusionsaustritt von Wasserstoff und Helium, die einen wesentlichen Teil davon ausmachen. Diese Elemente sind die leichtesten und hätten aus der Atmosphäre verloren gehen sollen, da das Gravitationsfeld unseres Planeten im Vergleich zum Feld der Riesenplaneten klein ist. Ein Großteil der ursprünglichen Atmosphäre der Erde muss in sehr kurzer Zeit verloren gegangen sein; Daher geht man davon aus, dass es sich bei vielen Primärgasen der Erdatmosphäre um Gase handelt, die im Erdinneren vergraben waren und durch die allmähliche Erwärmung des Erdgesteins wieder freigesetzt wurden. Die Primäratmosphäre der Erde bestand wahrscheinlich aus organischen Substanzen der gleichen Art, die in Kometen beobachtet werden: Molekülen mit Kohlenstoff-Wasserstoff-, Kohlenstoff-Stickstoff-, Stickstoff-Wasserstoff- und Sauerstoff-Wasserstoff-Bindungen. Darüber hinaus traten bei der gravitativen Erwärmung des Erdinneren vermutlich auch Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid, Ammoniak, Wasser usw. auf. Dies sind die Stoffe, mit denen die meisten Experimente zur Simulation der Primäratmosphäre durchgeführt wurden.
Was könnte unter den Bedingungen der Urerde eigentlich passieren? Um dies festzustellen, muss man wissen, welche Arten von Energie die Atmosphäre am wahrscheinlichsten beeinflusst haben.
Die Entwicklung und Umwandlung von Materie ohne Energiezufluss ist unmöglich. Betrachten wir jene Energiequellen, die die weitere Entwicklung von Stoffen bestimmen, nicht mehr im Weltraum, sondern auf unserem Planeten – auf der Erde.
Die Rolle der Energiequellen einzuschätzen ist nicht einfach; Dabei müssen die Nichtgleichgewichtsbedingungen, die Abkühlung der Reaktionsprodukte und der Grad ihrer Abschirmung vor Energiequellen berücksichtigt werden.
Offenbar hatten alle Energiequellen (Tabelle 2.3) einen erheblichen Einfluss auf die Stoffumwandlung auf unserem Planeten. Wie ist das passiert? Natürlich gibt es einfach keine objektiven Beweise. Allerdings lassen sich die Prozesse, die in der Antike auf unserer Erde abliefen, simulieren. Erstens ist es notwendig, die Zeitgrenzen zu bestimmen und zweitens, die Bedingungen in jeder der besprochenen Epochen der Existenz des Planeten so genau wie möglich zu reproduzieren.
Um Fragen zur Entstehung des Lebens auf der Erde zu diskutieren, muss man neben der Kenntnis der für die Umwandlung der Materie notwendigen Energiequellen auch eine ziemlich klare Vorstellung vom Zeitpunkt dieser Umwandlungen haben.
Tabelle 2.3. Mögliche Energiequellen für die primäre chemische Evolution
Tabelle 2.4. Halbwertszeiten und andere Daten für einige Elemente, die zur Bestimmung des Alters der Erde verwendet werden
Die Entwicklung der physikalischen Wissenschaften hat den Biologen nun mehrere Möglichkeiten beschert wirksame Methoden Bestimmung des Alters bestimmter Gesteine der Erdkruste. Der Kern dieser Methoden besteht darin, das Verhältnis verschiedener Isotope und Endprodukte des Kernzerfalls in Proben zu analysieren und die Forschungsergebnisse mit dem Zeitpunkt der Spaltung der ursprünglichen Elemente zu korrelieren (Tabelle 2.4).
Der Einsatz solcher Methoden ermöglichte es Wissenschaftlern, eine Zeitskala der Erdgeschichte vom Moment ihrer Abkühlung vor 4500 Millionen Jahren bis zur Gegenwart zu erstellen (Tabelle 2.5). Unsere Aufgabe besteht nun darin, innerhalb dieser Zeitskala herauszufinden, wie die Bedingungen auf der Urerde waren, welche Art von Atmosphäre die Erde hatte, wie die Temperatur und der Druck waren, wann sich die Ozeane bildeten und wie die Erde selbst entstand.
Tabelle 2.5. Geochronologische Skala
Die Wiederherstellung der Bedingungen, unter denen die ersten „Embryonen des Lebens“ entstanden, ist heute für die Wissenschaft von grundlegender Bedeutung. Groß ist das Verdienst von A.I. Oparin, der 1924 das erste Konzept der chemischen Evolution vorschlug, wonach eine sauerstofffreie Atmosphäre als Ausgangspunkt für Laborexperimente vorgeschlagen wurde, um die Bedingungen der Urerde zu reproduzieren.
1953 setzten die amerikanischen Wissenschaftler G. Urey und S. Miller eine Mischung aus Methan, Ammoniak und Wasser elektrischen Entladungen aus (Abb. 2.5). Mit einem solchen Experiment wurden erstmals Aminosäuren (Glycin, Alanin, Asparaginsäure und Glutaminsäure) unter den resultierenden Produkten identifiziert.
Die Experimente von Miller und Urey regten in vielen Laboratorien die Erforschung der molekularen Evolution und des Ursprungs des Lebens an und führten zu einer systematischen Untersuchung des Problems, bei der biologisch wichtige Verbindungen synthetisiert wurden. Die wichtigsten von den Forschern berücksichtigten Bedingungen auf der Urerde sind in Tabelle 2.6 aufgeführt.
Der Druck ist ebenso wie die quantitative Zusammensetzung der Atmosphäre schwer zu berechnen. Schätzungen unter Berücksichtigung des „Treibhauseffekts“ sind sehr willkürlich.
Berechnungen, die den Treibhauseffekt sowie die ungefähre Intensität der Sonnenstrahlung im abiotischen Zeitalter berücksichtigen, führten zu Werten von mehreren zehn Grad über dem Gefrierpunkt. Fast alle Experimente zur Nachbildung der Bedingungen der Urerde wurden bei Temperaturen von 20–200 °C durchgeführt. Diese Grenzwerte wurden nicht durch Berechnung oder Extrapolation bestimmter geologischer Daten ermittelt, sondern höchstwahrscheinlich unter Berücksichtigung der Temperaturgrenzen der Stabilität organischer Verbindungen.
Die Verwendung von Gasgemischen, die den Gasen der Primäratmosphäre ähneln verschiedene Arten Energien, die vor 4–4,5 × 10 9 Jahren für unseren Planeten charakteristisch waren, und unter Berücksichtigung der klimatischen, geologischen und hydrografischen Bedingungen dieser Zeit konnten in vielen Laboratorien, die sich mit der Erforschung des Ursprungs des Lebens befassten, Beweise dafür gefunden werden Wege abiotischen Ursprungs solcher organischen Moleküle wie Aldehyde, Nitrite, Aminosäuren, Monosaccharide, Purine, Porphyrine, Nukleotide usw.
Reis. 2.5. Miller-Apparat
Tabelle 2.6. Bedingungen auf der Urerde
Die Entstehung von Protobiopolymeren stellt ein komplexeres Problem dar. Die Notwendigkeit ihrer Existenz in allen lebenden Systemen ist offensichtlich. Sie sind dafür verantwortlich protoenzymatische Prozesse(Zum Beispiel, Hydrolyse, Decarboxylierung, Aminierung, Desaminierung, Peroxidation usw.), für einige sehr einfache Prozesse, wie z Fermentation, und für andere zum Beispiel komplexer photochemisch Reaktionen, Photophosphorylierung, Photosynthese und usw.
Das Vorhandensein von Wasser auf unserem Planeten (Primärmeer) ermöglichte die Entstehung von Protobiopolymeren im Prozess einer chemischen Reaktion – der Kondensation. Für die Bildung einer Peptidbindung in wässrigen Lösungen gilt also die Reaktion:
Energieaufwand erforderlich ist. Bei der Herstellung von Proteinmolekülen in wässrigen Lösungen erhöhen sich diese Energiekosten um ein Vielfaches. Die Synthese von Makromolekülen aus „Biomonomeren“ erfordert den Einsatz spezifischer (enzymatischer) Methoden zur Wasserentfernung.
Der allgemeine Entwicklungsprozess von Materie und Energie im Universum umfasst mehrere aufeinanderfolgende Phasen. Darunter sind die Entstehung von Weltraumnebeln, deren Entstehung und Strukturierung von Planetensystemen zu erkennen. Stoffumwandlungen, die auf den Planeten stattfinden, werden durch einige allgemeine Naturgesetze bestimmt und hängen von der Position des Planeten innerhalb des Sternensystems ab. Einige dieser Planeten, wie die Erde, zeichnen sich durch Merkmale aus, die die Entwicklung anorganischer Materie hin zur Entstehung verschiedener komplizierter organischer Moleküle ermöglichen.
Ankerpunkte
1. Die Primäratmosphäre der Erde bestand hauptsächlich aus Wasserstoff und seinen Verbindungen.
2. Die Erde befindet sich im optimalen Abstand zur Sonne und erhält genügend Energie, um flüssiges Wasser aufrechtzuerhalten.
3. In wässrigen Lösungen entstehen aufgrund verschiedener Energiequellen die einfachsten organischen Verbindungen nichtbiologisch.
Überprüfen Sie Fragen und Aufgaben
1. Listen Sie die kosmischen und planetarischen Voraussetzungen für die abiogene Entstehung von Leben auf unserem Planeten auf.
2. Welche Bedeutung hatte der reduzierende Charakter der Primäratmosphäre für die Entstehung organischer Moleküle aus anorganischen Substanzen auf der Erde?
3. Beschreiben Sie die Geräte und Methoden zur Durchführung von Experimenten von S. Miller und P. Urey.
Übersetzen Sie die Absätze von „Anchor Points“ mithilfe des Vokabulars der Überschriften „Terminologie“ und „Zusammenfassung“ ins Englische.
Terminologie
Wählen Sie für jeden in der linken Spalte angegebenen Begriff die entsprechende Definition in der rechten Spalte auf Russisch und Englisch aus.
Wählen Sie für jeden Begriff in der linken Spalte die richtige Definition aus den in der rechten Spalte aufgeführten englischen und russischen Varianten aus.
2.3. Theorien zur Entstehung von ProtobiopolymerenFragen zur Diskussion
Was waren Ihrer Meinung nach die vorherrschenden Energiequellen auf der alten Erde? Wie lässt sich der unspezifische Einfluss verschiedener Energiequellen auf die Entstehungsprozesse organischer Moleküle erklären?
Verschiedene Einschätzungen der Beschaffenheit der Umwelt auf der Urerde führten zur Entstehung unterschiedliche Bedingungen Insbesondere Experimente, die grundsätzlich die gleichen, aber nicht immer identischen Ergebnisse lieferten.
Betrachten wir einige der wichtigsten Theorien zur Entstehung von Polymerstrukturen auf unserem Planeten, die den Ursprung der Bildung von Biopolymeren – der Grundlage des Lebens – bilden.
Thermische Theorie. Durch Erhitzen können Kondensationsreaktionen durchgeführt werden, die zur Bildung von Polymeren aus niedermolekularen Vorläufern führen würden. Im Vergleich zu anderen Bestandteilen lebender Materie ist die Synthese von Polypeptiden am besten untersucht.
Der Autor der Hypothese der Synthese von Polypeptiden auf thermischem Wege ist der amerikanische Wissenschaftler S. Fox, der lange Zeit die Möglichkeiten der Bildung von Peptiden unter den Bedingungen der Urerde untersuchte. Wenn eine Mischung von Aminosäuren unter normalen atmosphärischen Bedingungen oder in einer inerten Umgebung auf 180–200 °C erhitzt wird, entstehen Polymerisationsprodukte, kleine Oligomere, in denen Monomere durch Peptidbindungen verbunden sind, sowie geringe Mengen an Polypeptiden. In Fällen, in denen die Experimentatoren die anfänglichen Aminosäuremischungen mit sauren oder basischen Aminosäuren, beispielsweise Asparaginsäure und Glutaminsäure, anreicherten, stieg der Anteil der Polypeptide deutlich an. Das Molekulargewicht der auf diese Weise erhaltenen Polymere kann mehrere Tausend D erreichen. (D ist Dalton, eine Maßeinheit für die Masse, die numerisch der Masse von 1/16 eines Sauerstoffatoms entspricht.)
Thermisch aus Aminosäuren gewonnene Polymere – Proteinoide – weisen viele der spezifischen Eigenschaften proteinartiger Biopolymere auf. Bei der thermischen Kondensation von Nukleotiden und Monosacchariden mit komplexer Struktur erscheint die Bildung der derzeit bekannten Nukleinsäuren und Polysaccharide jedoch unwahrscheinlich.
Adsorptionstheorie. Das Hauptgegenargument in der Debatte über den abiogenen Ursprung von Polymerstrukturen ist die geringe Konzentration von Molekülen und der Mangel an Energie für die Kondensation von Monomeren in verdünnten Lösungen. Einigen Schätzungen zufolge betrug die Konzentration organischer Moleküle in der „Primärbrühe“ tatsächlich etwa 1 %. Eine solche Konzentration könnte aufgrund der Seltenheit und Zufälligkeit der Kontakte verschiedener Moleküle, die für die Kondensation von Substanzen erforderlich sind, nach Ansicht einiger Wissenschaftler keine so „schnelle“ Bildung von Protobiopolymeren gewährleisten, wie dies auf der Erde der Fall war. Eine Lösung für dieses Problem, die mit der Überwindung einer solchen Konzentrationsbarriere zusammenhängt, wurde vom englischen Physiker D. Bernal vorgeschlagen, der glaubte, dass die Konzentration verdünnter Lösungen organischer Substanzen durch „ihre Adsorption in wässrigen Tonablagerungen“ erfolgt.
Durch die Wechselwirkung von Stoffen während des Adsorptionsprozesses werden einige Bindungen geschwächt, was zur Zerstörung einiger und zur Bildung anderer chemischer Verbindungen führt.
Theorie der niedrigen Temperatur. Die Autoren dieser Theorie, die rumänischen Wissenschaftler C. Simonescu und F. Denes, gingen von leicht unterschiedlichen Vorstellungen über die Bedingungen für die abiogene Entstehung einfachster organischer Verbindungen und deren Kondensation zu Polymerstrukturen aus. Die Autoren messen der Energie des kalten Plasmas als Energiequelle eine herausragende Bedeutung bei. Diese Meinung ist nicht unbegründet.
Kaltes Plasma ist in der Natur weit verbreitet. Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich 99 % des Universums im Plasmazustand befinden. Dieser Materiezustand kommt auch auf der modernen Erde in Form von Kugelblitzen, Polarlichtern und auch einer besonderen Art von Plasma – der Ionosphäre – vor.
Unabhängig von der Art der Energie auf der abiotischen Erde wandelt jede Art von Energie chemische Verbindungen, insbesondere organische Moleküle, in aktive Spezies wie mono- und polyfunktionelle freie Radikale um. Ihre weitere Entwicklung hängt jedoch maßgeblich von der Energieflussdichte ab, die bei kaltem Plasma am stärksten ausgeprägt ist.
Durch sorgfältige und komplexe Experimente mit kaltem Plasma als Energiequelle für die abiogene Synthese von Protobiopolymeren konnten Forscher sowohl einzelne Monomere als auch peptidartige Polymerstrukturen und Lipide gewinnen.
Oparin glaubte, dass der Übergang von der chemischen zur biologischen Evolution die obligatorische Entstehung einzelner phasengetrennter Systeme erforderte, die mit der umgebenden äußeren Umgebung interagieren, ihre Substanzen und Energie nutzen und auf dieser Grundlage wachsen, sich vermehren und der natürlichen Selektion unterliegen können .
Die abiotische Isolierung multimolekularer Systeme aus einer homogenen Lösung organischer Substanzen musste offenbar wiederholt durchgeführt werden. Es ist in der Natur immer noch sehr weit verbreitet. Unter den Bedingungen der modernen Biosphäre können jedoch nur die Anfangsstadien der Bildung solcher Systeme direkt beobachtet werden. Ihre Entwicklung ist in der Regel nur von kurzer Dauer, wenn Mikroben vorhanden sind, die alles Leben zerstören. Um dieses Stadium der Entstehung des Lebens zu verstehen, ist es daher notwendig, phasengetrennte organische Systeme unter streng kontrollierten Laborbedingungen künstlich zu erhalten und anhand der so gebildeten Modelle sowohl die Wege ihrer möglichen Entwicklung in der Vergangenheit als auch in Zukunft zu bestimmen Muster dieses Prozesses. Bei der Arbeit mit hochmolekularen organischen Verbindungen unter Laborbedingungen kommt es immer wieder zur Bildung solcher phasengetrennter Systeme. Daher können wir uns die Art und Weise ihres Auftretens vorstellen und experimentell verschiedene Systeme unter Laborbedingungen erhalten, von denen viele uns als Modelle für Formationen dienen könnten, die einst auf der Erdoberfläche erschienen. Einige davon können wir zum Beispiel nennen: „Blasen“ Goldacre, „Mikrosphären“ Fuchs, „jayvan“ Bahadur, „Probionten“ Egami und viele andere.
Bei der Arbeit mit solchen künstlichen Systemen, die sich von der Lösung selbst isolieren, wird häufig besonderes Augenmerk auf ihre äußere morphologische Ähnlichkeit mit lebenden Objekten gelegt. Dies ist jedoch nicht die Lösung des Problems, sondern dass das System wie offene Systeme mit der äußeren Umgebung interagieren und seine Substanzen und Energie nutzen und auf dieser Basis wachsen und sich vermehren kann, was für alle Lebewesen typisch ist.
Die vielversprechendsten Modelle in dieser Hinsicht sind Koazervattropfen.
Jedes Molekül hat eine spezifische strukturelle Organisation, d.h. die in seiner Zusammensetzung enthaltenen Atome befinden sich regelmäßig im Raum. Dadurch entstehen im Molekül Pole mit unterschiedlicher Ladung. Beispielsweise bildet ein Wassermolekül H 2 O einen Dipol, bei dem ein Teil des Moleküls eine positive Ladung (+) und der andere eine negative Ladung (-) trägt. Darüber hinaus dissoziieren einige Moleküle (z. B. Salze) in einer wässrigen Umgebung in Ionen. Aufgrund dieser Merkmale der chemischen Organisation der sie umgebenden Moleküle im Wasser werden Wasserhemden aus Wassermolekülen gebildet, die auf eine bestimmte Weise ausgerichtet sind. Am Beispiel des NaCl-Moleküls können Sie erkennen, dass den Wasserdipolen, die das Na + -Ion umgeben, negative Pole zugewandt sind (Abb. 2.6) und positive Pole dem Cl − -Ion zugewandt sind.
Reis. 2.6. Hydratisiertes Natriumkation
Reis. 2.7. Zusammenbau von Koazervaten
Organische Moleküle haben ein großes Molekulargewicht und eine komplexe räumliche Konfiguration, daher sind sie auch von einer Wasserhülle umgeben, deren Dicke von der Ladung des Moleküls, der Salzkonzentration in der Lösung, der Temperatur usw. abhängt.
Unter bestimmten Bedingungen erhält die wässrige Hülle klare Grenzen und trennt das Molekül von der umgebenden Lösung. Von einer wässrigen Hülle umgebene Moleküle können sich zu multimolekularen Komplexen verbinden – koazervatiert(Abb. 2.7).
Koazervattropfen entstehen auch durch einfaches Mischen verschiedener natürlicher und künstlich gewonnener Polymere. In diesem Fall erfolgt die Selbstorganisation von Polymermolekülen zu multimolekularen phasengetrennten Formationen – Tröpfchen, die unter einem optischen Mikroskop sichtbar sind (Abb. 2.8). In ihnen sind die meisten Polymermoleküle konzentriert, während sie in der Umwelt fast vollständig fehlen.
Tropfen getrennt von Umfeld scharfe Grenzfläche, sind aber wie offene Systeme in der Lage, Stoffe von außen aufzunehmen.
Reis. 2.8. Im Experiment gewonnene Koazervattropfen
Durch die Einbindung verschiedener Katalysatoren(einschließlich Enzyme) können eine Reihe von Reaktionen hervorrufen, insbesondere die Polymerisation von Monomeren aus der äußeren Umgebung. Dadurch können Tropfen an Volumen und Gewicht zunehmen und sich dann in Tochterformationen aufspalten.
Beispielsweise sind die in einem Koazervattropfen ablaufenden Prozesse in eckigen Klammern dargestellt und in der äußeren Umgebung befindliche Stoffe außerhalb davon platziert:
Glucose-1-phosphat → [Glucose-1-phosphat → Stärke → Maltose] → Maltose
Ein aus Protein und Gummi arabicum gebildeter Koazervattropfen wird in eine Lösung aus Glucose-1-phosphat getaucht. Glucose-1-phosphat beginnt in den Tropfen einzudringen und polymerisiert darin unter der Wirkung eines Katalysators, der Phosphorylase, zu Stärke. Aufgrund der gebildeten Stärke wächst der Tropfen, was sowohl durch chemische Analyse als auch durch direkte mikroskopische Messungen leicht festgestellt werden kann. Wenn dem Tropfen ein weiterer Katalysator, b-Amylase, zugesetzt wird, zerfällt die Stärke zu Maltose, die an die äußere Umgebung abgegeben wird.
Also das einfachste Stoffwechsel. Die Substanz dringt in den Tropfen ein, polymerisiert und verursacht Höhe System, und wenn es zerfällt, gelangen die Produkte dieses Zerfalls in die äußere Umgebung, wo sie vorher nicht vorhanden waren.
Ein weiteres Diagramm veranschaulicht ein Experiment, bei dem das Polymer ein Polynukleotid ist. Ein aus Histonprotein und Gummi arabicum bestehendes Tröpfchen ist von einer ADP-Lösung umgeben.
Beim Eintritt in den Tropfen polymerisiert ADP unter dem Einfluss der Polymerase zu Polyadenylsäure, wodurch der Tropfen wächst und anorganischer Phosphor in die äußere Umgebung gelangt.
ADP → [ADP → Poly-A + F] → F
In diesem Fall verdoppelt sich das Volumen des Tropfens innerhalb kurzer Zeit mehr als.
Sowohl bei der Stärkesynthese als auch bei der Bildung von Polyadenylsäure energiereich (makroergisch) Verbindungen. Aufgrund der Energie dieser Verbindungen aus der äußeren Umgebung kam es zur Synthese von Polymeren und zum Wachstum von Koazervattröpfchen. In einer weiteren Versuchsreihe des Akademikers A.I. Oparin und seiner Kollegen wurde gezeigt, dass mit der Energiedissipation verbundene Reaktionen auch in den Koazervattröpfchen selbst auftreten können.
Im Leben sind wir von verschiedenen Körpern und Objekten umgeben. Im Innenbereich ist dies beispielsweise ein Fenster, eine Tür, ein Tisch, eine Glühbirne, eine Tasse, im Freien ein Auto, eine Ampel, Asphalt. Jeder Körper oder Gegenstand besteht aus Materie. In diesem Artikel wird erläutert, was eine Substanz ist.
Was ist Chemie?
Wasser ist ein wesentliches Lösungsmittel und Stabilisator. Es verfügt über eine starke Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit. Das wässrige Milieu begünstigt den Ablauf grundlegender chemischer Reaktionen. Es zeichnet sich durch Transparenz aus und ist praktisch druckfest.
Was ist der Unterschied zwischen anorganischen und organischen Stoffen?
Es gibt keine besonders starken äußerlichen Unterschiede zwischen diesen beiden Stoffgruppen. Der Hauptunterschied liegt in der Struktur, wobei anorganische Stoffe eine nichtmolekulare Struktur und organische Stoffe eine molekulare Struktur haben.
Anorganische Stoffe haben eine nichtmolekulare Struktur und zeichnen sich daher durch hohe Schmelz- und Siedepunkte aus. Sie enthalten keinen Kohlenstoff. Dazu gehören Edelgase (Neon, Argon), Metalle (Kalzium, Calcium, Natrium), amphotere Stoffe (Eisen, Aluminium) und Nichtmetalle (Silizium), Hydroxide, binäre Verbindungen, Salze.
Organische Substanzen mit molekularer Struktur. Sie haben genug niedrige Temperaturen schmelzen und zersetzen sich beim Erhitzen schnell. Besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff. Ausnahmen: Karbide, Karbonate, Kohlenoxide und Cyanide. Kohlenstoff ermöglicht die Bildung einer Vielzahl komplexer Verbindungen (mehr als 10 Millionen davon sind in der Natur bekannt).
Die meisten ihrer Klassen sind biologischen Ursprungs (Kohlenhydrate, Proteine, Lipide, Nukleinsäuren). Zu diesen Verbindungen gehören Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel.
Um zu verstehen, was eine Substanz ist, muss man sich vorstellen, welche Rolle sie in unserem Leben spielt. Durch die Wechselwirkung mit anderen Stoffen entstehen neue. Ohne sie ist das Leben der umgebenden Welt untrennbar und undenkbar. Alle Gegenstände bestehen aus bestimmten Stoffen und spielen daher eine wichtige Rolle in unserem Leben.
Test Nr. 2.
Erkunden Kapitel 2 „Der Ursprung des Lebens auf der Erde“" S. 30-80 des Lehrbuchs „Allgemeine Biologie Klasse 10“ des Autors usw.
I. Beantworten Sie die Fragen schriftlich:
1. Was sind nach Ansicht der antiken griechischen Philosophen die Grundlagen und das Wesen des Lebens?
2. Was bedeuten die Experimente von F. Redi?
3. Beschreiben Sie die Experimente von L. Pasteur, die die Unmöglichkeit der spontanen Entstehung von Leben unter modernen Bedingungen beweisen.
4.Was sind Theorien zur Ewigkeit des Lebens?
5.Welche materialistischen Theorien zur Entstehung des Lebens kennen Sie?
Was sind Kernfusionsreaktionen? Nennen Sie Beispiele.
6. Wie entstehen gemäß der Kant-Laplace-Hypothese Sternensysteme aus Gas-Staub-Materie?
7. Gibt es Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung von Planeten desselben Sternensystems?
8. Listen Sie die kosmischen und planetarischen Voraussetzungen für die abiogene Entstehung von Leben auf unserem Planeten auf.
9. Welche Bedeutung hatte die reduzierende Natur der Primäratmosphäre für die Entstehung organischer Moleküle aus anorganischen Substanzen auf der Erde?
10.Beschreiben Sie die Geräte und Methoden zur Durchführung von Experimenten von S. Miller und P. Ury.
11. Was ist Koazervation, Koazervat?
12. Mit welchen Modellsystemen lässt sich die Entstehung von Koazervattröpfchen in Lösung nachweisen?
13.Welche Möglichkeiten gab es, niedrige Konzentrationen organischer Substanzen in den Gewässern des Primärozeans zu überwinden?
14. Welche Vorteile ergeben sich für die Wechselwirkung organischer Moleküle in Bereichen hoher Stoffkonzentrationen?
15. Wie könnten organische Moleküle mit hydrophilen und hydrophoben Eigenschaften im Wasser des Primärozeans verteilt sein?
16. Nennen Sie das Prinzip der Aufteilung einer Lösung in Phasen mit hoher und niedriger Molekülkonzentration. ?
17. Was sind Koazervattropfen?
18. Wie erfolgt die Selektion der Koazervate in der „Primärbrühe“?
19. Was ist der Kern der Hypothese der Entstehung von Eukaryoten durch Symbiogenese?
20. Auf welche Weise erhielten die ersten eukaryotischen Zellen die für lebenswichtige Prozesse notwendige Energie?
21. Welche Organismen entwickelten im Laufe der Evolution zum ersten Mal den Sexualvorgang?
22. Beschreiben Sie den Kern der Hypothese über die Entstehung mehrzelliger Organismen?
23. Definieren Sie die folgenden Begriffe: Protobionten, biologische Katalysatoren, genetischer Code, Selbstreproduktion, Prokaryoten, Photosynthese, sexueller Prozess, Eukaryoten.
Testen Sie Ihr Wissen zum Thema:
Ursprung des Lebens und Entwicklung der organischen Welt
1. Das argumentieren Befürworter der Biogenese
· Alle Lebewesen sind von Lebewesen
· Alle Lebewesen wurden von Gott geschaffen
· Alle Lebewesen entstehen aus nicht lebenden Dingen
· Lebende Organismen wurden aus dem Universum auf die Erde gebracht
2. Befürworter der Abiogenese argumentieren, dass alles lebt
· Kommt aus dem Nichtleben
·Entsteht aus Lebewesen
· Von Gott geschaffen
·Aus dem Weltraum mitgebracht
3. Experimente von L. Pasteur mit Kolben mit verlängertem Hals
· Die Inkonsistenz der Position der Abiogenese bewiesen
· Bekräftigte die Position der Abiogenese
· Bekräftigte die Position der Biogenese
· Die Inkonsistenz der Position der Biogenese bewiesen
4. Der Beweis dafür, dass Leben nicht spontan entsteht, wurde erbracht von
· L. Pasteur
· A. Van Leeuwenhoek
· Aristoteles
5. Aristoteles glaubte das
· Nur vom Leben leben
· Leben entsteht aus vier Elementen
· Lebewesen entstehen aus nichtlebenden Dingen
· Lebewesen können aus nichtlebenden Dingen entstehen, wenn sie ein „aktives Prinzip“ haben.
6. Hypothese
· Stärkt die Position der Befürworter der Biogenese
· Stärkt die Position der Befürworter der Abiogenese
· Betont die Inkonsistenz der Position der Biogenese
· Betont die Inkonsistenz der Position der Abiogenese
7. Der Hypothese zufolge sind Koazervate die ersten
· Organismen
„Organisationen“ von Molekülen
· Proteinkomplexe
Ansammlungen anorganischer Stoffe
8. Im Stadium der chemischen Evolution entstehen sie
· Bakterien
· Protobionten
· Biopolymere
Organische Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht
9. Auf der Stufe der biologischen Evolution
· Biopolymere
· Organismen
Organische Substanzen mit niedrigem Molekulargewicht
· Anorganische Stoffe
1. Nach modernen Vorstellungen entstand dadurch das Leben auf der Erde
Chemische Evolution
Biologische Evolution
· Chemische und dann biologische Evolution
Chemische und biologische Evolution
Biologische und dann chemische Evolution
10. Die ersten Organismen, die auf der Erde auftauchten, aßen
Autotrophe
Heterotrophe
· Saprophyten
11. Als Folge des Auftretens von Autotrophen in der Erdatmosphäre
Erhöhte Sauerstoffmenge
· Verminderte Sauerstoffmenge
Erhöhte Menge an Kohlendioxid
· Der Ozonbildschirm wurde angezeigt
12. Die Menge an organischen Verbindungen im Urmeer nahm dadurch ab
Zunahme der Zahl der Autotrophen
Zunahme der Zahl der Heterotrophen
Reduzierung der Anzahl der Autotrophen
· Rückgang der Zahl der Heterotrophen
13. Die Anreicherung von Sauerstoff in der Atmosphäre erfolgte durch
Das Aussehen des Ozonschirms
· Photosynthese
· Fermentation
· Der Stoffkreislauf in der Natur
14. Der Prozess der Photosynthese führte dazu
· Bildung großer Mengen Sauerstoff
Das Aussehen des Ozonschirms
Die Entstehung der Vielzelligkeit
Die Entstehung der sexuellen Fortpflanzung
15. Überprüfen Sie die richtigen Aussagen:
Heterotrophe sind Organismen, die in der Lage sind, selbstständig organische Substanzen aus anorganischen Substanzen zu synthetisieren
· Die ersten Organismen auf der Erde waren heterotroph
Cyanobakterien – die ersten photosynthetischen Organismen
· Der Mechanismus der Photosynthese wurde nach und nach entwickelt
16. Abbau organischer Verbindungen unter sauerstofffreien Bedingungen:
· Fermentation
· Photosynthese
Oxidation
Biosynthese
17. Mit dem Erscheinen von Autotrophen auf der Erde:
Es haben irreversible Veränderungen der Lebensbedingungen begonnen
In der Atmosphäre entstand eine große Menge Sauerstoff
· Es kam zu einer Ansammlung von Sonnenenergie in den chemischen Bindungen organischer Substanzen
· Alle Heterotrophen verschwanden
18. Der Mensch erschien auf der Erde in
Proterozoikum
Mesozoikum
· Känozoikum
Proterozoikum
Mesozoikum
· Paläozoikum
Känozoikum
20. Berücksichtigt werden die größten Ereignisse des Proterozoikums
· Entstehung von Eukaryoten
Das Aussehen blühender Pflanzen
Die Entstehung der ersten Akkordate
21. Der Prozess der Bodenbildung auf der Erde erfolgte dank
· Der Wasserkreislauf in der Natur
· Besiedlung der oberen Schicht der Lithosphäre durch Organismen
Der Tod von Organismen
· Zerstörung von Hartgestein unter Bildung von Sand und Ton
22. Sie waren im Archaikum weit verbreitet
Reptilien und Farne
· Bakterien und Cyanobakterien
23. Pflanzen, Tiere und Pilze kamen hierher
Proterozoikum
· Paläozoikum
Mesozoikum
24. Proterozoikum
Säugetiere und Insekten
Algen und Darmtiere
· Erste Landpflanzen
· Dominanz der Reptilien
Über Atome und chemische Elemente
Es gibt nichts anderes in der Natur
weder hier noch dort, in den Tiefen des Raumes:
alles - von kleinen Sandkörnern bis zu Planeten -
besteht aus einheitlichen Elementen.
S. P. Shchipachev, „Reading Mendeleev“.
In der Chemie, außer Begriffe "Atom" Und "Molekül" Der Begriff wird häufig verwendet "Element". Was haben diese Konzepte gemeinsam und worin unterscheiden sie sich?
Chemisches Element – das sind Atome der gleichen Art . So sind beispielsweise alle Wasserstoffatome das Element Wasserstoff; Alle Sauerstoff- und Quecksilberatome sind die Elemente Sauerstoff bzw. Quecksilber.
Derzeit sind mehr als 107 Atomarten bekannt, also mehr als 107 chemische Elemente. Es ist notwendig, zwischen den Begriffen „chemisches Element“, „Atom“ und „einfache Substanz“ zu unterscheiden.
Einfache und komplexe Substanzen
Nach ihrer elementaren Zusammensetzung werden sie unterschieden einfache Substanzen, bestehend aus Atomen eines Elements (H 2, O 2, Cl 2, P 4, Na, Cu, Au) und komplexe Substanzen, bestehend aus Atomen verschiedener Elemente (H 2 O, NH 3, OF 2, H 2 SO 4, MgCl 2, K 2 SO 4).
Derzeit sind 115 chemische Elemente bekannt, die etwa 500 einfache Stoffe bilden.
Natives Gold ist eine einfache Substanz.
Die Fähigkeit eines Elements, in Form verschiedener einfacher Substanzen mit unterschiedlichen Eigenschaften zu existieren, wird als bezeichnet Allotropie Beispielsweise hat das Element Sauerstoff O zwei allotrope Formen – Disauerstoff O 2 und Ozon O 3 mit unterschiedlicher Anzahl von Atomen in den Molekülen.
Allotrope Formen des Elements Kohlenstoff C – Diamant und Graphit – unterscheiden sich in der Struktur ihrer Kristalle. Es gibt andere Gründe für die Allotropie.
chemische Verbindungen, zum Beispiel Quecksilber(II)-oxid HgO (erhalten durch Kombination von Atomen einfacher Substanzen – Quecksilber Hg und Sauerstoff O 2), Natriumbromid (erhalten durch Kombination von Atomen einfacher Substanzen – Natrium Na und Brom Br 2).
Fassen wir also das oben Gesagte zusammen. Es gibt zwei Arten von Materiemolekülen:
1. Einfach– Die Moleküle solcher Stoffe bestehen aus Atomen der gleichen Art. Bei chemischen Reaktionen können sie nicht in mehrere einfachere Stoffe zerfallen.
2. Komplex– Die Moleküle solcher Stoffe bestehen aus Atomen unterschiedlicher Art. Bei chemischen Reaktionen können sie in einfachere Stoffe zerfallen.
Der Unterschied zwischen den Konzepten „chemisches Element“ und „einfache Substanz“
Unterscheiden Sie zwischen Konzepten „chemisches Element“ Und „einfache Substanz“ möglich durch den Vergleich der Eigenschaften einfacher und komplexer Stoffe. Zum Beispiel eine einfache Substanz – Sauerstoff– ein farbloses Gas, das zum Atmen und zur Unterstützung der Verbrennung notwendig ist. Das kleinste Teilchen des einfachen Stoffes Sauerstoff ist ein Molekül, das aus zwei Atomen besteht. Sauerstoff ist auch in Kohlenmonoxid (Kohlenmonoxid) und Wasser enthalten. Allerdings enthalten Wasser und Kohlenmonoxid chemisch gebundenen Sauerstoff, der nicht die Eigenschaften eines einfachen Stoffes besitzt und insbesondere nicht zur Atmung genutzt werden kann. Fische beispielsweise atmen nicht chemisch gebundenen Sauerstoff, der Teil des Wassermoleküls ist, sondern darin gelösten freien Sauerstoff. Wenn wir also über die Zusammensetzung chemischer Verbindungen sprechen, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass diese Verbindungen keine einfachen Substanzen enthalten, sondern Atome einer bestimmten Art, also die entsprechenden Elemente.
Bei der Zersetzung komplexer Stoffe können Atome in freiem Zustand freigesetzt werden und sich zu einfachen Stoffen verbinden. Einfache Stoffe bestehen aus Atomen eines Elements. Der Unterschied zwischen den Begriffen „chemisches Element“ und „einfache Substanz“ wird auch durch die Tatsache bestätigt, dass dasselbe Element mehrere einfache Substanzen bilden kann. Beispielsweise können Atome des Elements Sauerstoff zweiatomige Sauerstoffmoleküle und dreiatomige Ozonmoleküle bilden. Sauerstoff und Ozon sind völlig unterschiedliche einfache Stoffe. Dies erklärt die Tatsache, dass viel mehr einfache Substanzen bekannt sind als chemische Elemente.
Mit dem Begriff „chemisches Element“ können wir einfache und komplexe Stoffe wie folgt definieren:
Einfache Stoffe sind solche, die aus Atomen eines chemischen Elements bestehen.
Komplexe Stoffe sind solche, die aus Atomen verschiedener chemischer Elemente bestehen.
Der Unterschied zwischen den Konzepten „Mischung“ und „chemische Verbindung“
Komplexe Substanzen werden oft genannt chemische Verbindungen.
Versuchen Sie, die Fragen zu beantworten:
1. Wie unterscheiden sich Gemische in ihrer Zusammensetzung von chemischen Verbindungen?
2. Vergleichen Sie die Eigenschaften von Gemischen und chemischen Verbindungen?
3. Wie kann man die Bestandteile einer Mischung und einer chemischen Verbindung trennen?
4. Ist es möglich, die Bildung eines Gemisches und einer chemischen Verbindung anhand äußerer Anzeichen zu beurteilen?
Vergleichende Eigenschaften von Gemischen und Chemikalien
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Fragen zur Zuordnung von Gemischen zu chemischen Verbindungen |
Vergleich |
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Mischungen |
Chemische Verbindungen |
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Wie unterscheiden sich Gemische in ihrer Zusammensetzung von chemischen Verbindungen? |
Stoffe können in jedem Verhältnis gemischt werden, d.h. |
variable Zusammensetzung von Mischungen |
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Die Zusammensetzung chemischer Verbindungen ist konstant. |
Vergleichen Sie die Eigenschaften von Gemischen und chemischen Verbindungen? |
Stoffe in Gemischen behalten ihre Eigenschaften |
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Stoffe, die Verbindungen bilden, behalten ihre Eigenschaften nicht, da chemische Verbindungen mit anderen Eigenschaften gebildet werden |
Auf welche Weise kann ein Gemisch und eine chemische Verbindung in ihre Bestandteile zerlegt werden? |
Stoffe können auf physikalischem Weg getrennt werden |
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Chemische Verbindungen können nur durch chemische Reaktionen abgebaut werden |
Ist es möglich, die Bildung eines Gemisches und einer chemischen Verbindung anhand äußerer Anzeichen zu beurteilen? |
Das mechanische Mischen geht nicht mit der Freisetzung von Wärme oder anderen Anzeichen chemischer Reaktionen einher |
Die Bildung einer chemischen Verbindung kann anhand der Anzeichen chemischer Reaktionen beurteilt werden
Aufgaben zur Konsolidierung
I. Mit Simulatoren arbeiten
NaCl, H 2 SO 4, K, S 8, CO 2, O 3, H 3 PO 4, N 2, Fe.
Begründen Sie jeweils Ihre Wahl.
III. Beantworten Sie die Fragen
№1
Wie viele einfache Substanzen werden in einer Reihe von Formeln geschrieben:
H 2 O, N 2, O 3, HNO 3, P 2 O 5, S, Fe, CO 2, KOH.
№2
Beide Stoffe sind komplex:
A) C (Kohle) und S (Schwefel);
B) CO 2 (Kohlendioxid) und H 2 O (Wasser);
B) Fe (Eisen) und CH 4 (Methan);
D) H 2 SO 4 (Schwefelsäure) und H 2 (Wasserstoff).
№3
Wählen Sie die richtige Aussage:
Einfache Stoffe bestehen aus gleichartigen Atomen.
A) Richtig
B) Falsch
№4
Typisch für Mischungen ist das
A) Sie haben eine konstante Zusammensetzung;
B) Stoffe in der „Mischung“ behalten ihre individuellen Eigenschaften nicht;
C) Stoffe in „Gemischen“ können nach physikalischen Eigenschaften getrennt werden;
D) Stoffe in „Gemischen“ können durch eine chemische Reaktion getrennt werden.
№5
Typisch für „chemische Verbindungen“ sind:
A) Variable Zusammensetzung;
B) Stoffe, die in einer „chemischen Verbindung“ enthalten sind, können auf physikalischem Wege getrennt werden;
C) Die Bildung einer chemischen Verbindung kann anhand der Anzeichen chemischer Reaktionen beurteilt werden;
D) Permanente Zusammensetzung.
№6
In welchem Fall reden wir? Drüse Wie wäre es mit chemisches Element?
A) Eisen ist ein Metall, das von einem Magneten angezogen wird;
B) Eisen ist Teil von Rost;
C) Eisen zeichnet sich durch einen metallischen Glanz aus;
D) Eisensulfid enthält ein Eisenatom.
№7
In welchem Fall sprechen wir von Sauerstoff als einfacher Substanz?
A) Sauerstoff ist ein Gas, das die Atmung und Verbrennung unterstützt;
B) Fische atmen im Wasser gelösten Sauerstoff;
C) Das Sauerstoffatom ist Teil des Wassermoleküls;
D) Sauerstoff ist Teil der Luft.
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