читать онлайн: ОТВЕТЫ на Вопросы и задания по биологии 10 класс параграф 5 учебника § 5. Молекулярный уровень: общая характеристика по учебнику Пасечник. Код материалов: Биология Ответы к §5.
§5. Молекулярный уровень: общая характеристика
Ответы на вопросы «ВСПОМНИМ»
Вопрос 1: Каковы основные положения атомно-молекулярного учения?
Основные положения атомно-молекулярного учения заключаются в том, что почти все вещества состоят из молекул, а молекулы, в свою очередь, состоят из атомов различных химических элементов. Атом является наименьшей частью химического элемента, носителем его свойств.
Вопрос 2: Что такое химические элементы? Как устроены атомы разных химических элементов?
Химические элементы — это виды атомов. Атом состоит из атомного ядра и электронов, образующих вокруг него электронное облако.
Вопрос 3: Чем различаются свойства химических элементов главных и побочных подгрупп из левой и правой частей таблицы Менделеева?
Атомы химических элементов из левой части таблицы (например, металлы) чаще выступают в качестве доноров электронов, «отдавая» их. Атомы из правой части (например, кислород и галогены) являются акцепторами электронов, стремясь «отобрать» их у соседей.
Вопрос 4: Что такое валентные электроны?
Валентные электроны — это электроны, находящиеся на внешних электронных оболочках атома. Именно они участвуют в образовании химических связей.
Ответы на вопросы «ТРЕНИРУЕМСЯ»
Вопрос 1 (Тренируемся): Какие химические элементы относят к группе макроэлементов и почему?
К макроэлементам относят кислород, углерод, водород, азот, кальций, фосфор, калий, серу и хлор. Их называют так потому, что содержание этих элементов в живых организмах превышает 0,01%.
Вопрос 2 (Тренируемся): Из чего состоят молекулы различных веществ? Что лежит в основе образования их структуры?
Молекулы различных веществ состоят из атомов химических элементов. В основе образования их структуры лежит возникновение химической связи между атомами за счет объединения их валентных электронов.
Вопрос 3 (Тренируемся): Что лежит в основе разделения веществ на органические и неорганические?
В основе разделения лежит принадлежность к соединениям углерода. Почти все молекулы, встречающиеся только в живой природе, являются органическими веществами — соединениями углерода.
Вопрос 4 (Тренируемся): Какие особенности атомов углерода обусловливают многообразие органических веществ в природе?
Атом углерода способен образовывать связи сразу с четырьмя другими такими же атомами, создавая углеродные скелеты. Кроме того, углерод способен образовывать двойные и тройные связи, что значительно увеличивает разнообразие органических веществ.
Вопрос 5 (Тренируемся): Какие органические вещества являются биополимерами? Приведите примеры известных вам регулярных и нерегулярных полимеров, гомо- и гетерополимеров.
К биополимерам относятся высокомолекулярные органические вещества, такие как белки и нуклеиновые кислоты. Примеры гомополимеров — крахмал, гликоген, целлюлоза (состоят из глюкозы). Примеры гетерополимеров — белки (состоят из 20 аминокислот) и нуклеиновые кислоты (состоят из 4 нуклеотидов). Белки и нуклеиновые кислоты — нерегулярные гетерополимеры, а полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза) — регулярные гомополимеры.
Ответы на вопросы «СОВЕРШЕНСТВУЕМСЯ»
1. Используя данные таблицы 1, постройте диаграмму, отражающую содержание указанных в ней химических элементов в организме человека и в земной коре (% по массе).
Для наглядного сравнения лучше всего подойдет столбчатая диаграмма, где для каждого элемента будут представлены два столбца: один для организма человека, другой для земной коры.
Вывод по диаграмме: Как видно из диаграммы, состав организма человека и земной коры принципиально различается. В организме человека преобладают элементы-органогены, необходимые для построения органических молекул: кислород, углерод, водород и азот. В земной коре эти элементы (кроме кислорода) представлены гораздо слабее, зато широко распространены кремний, алюминий, железо и щелочные металлы (кальций, калий, натрий). Например, углерод, являющийся основой жизни, в организме человека составляет 21%, а в земной коре — лишь 0,35%.2. Прочитайте статью «Химические связи в молекулах веществ». Составьте схему образования молекул известных вам веществ: водорода (Н2), кислорода (О2), воды (Н2О), хлорида натрия (NaCI) и метана (СН4). Подпишите на схеме названия типов химических связей, участвующих в их образовании.
Химическая связь — это сила, удерживающая атомы в молекулах и кристаллах. Она возникает в результате взаимодействия внешних (валентных) электронных оболочек атомов. Основные типы связей: ковалентная (полярная и неполярная), ионная и металлическая.
Схемы образования молекул:
Водород (H₂) — Ковалентная неполярная связь
Атом водорода имеет 1 неспаренный электрон. Два атома водорода объединяют свои электроны, образуя общую электронную пару.
H· + ·H → H:HилиH—HСвязь ковалентная неполярная, так как она образована между двумя одинаковыми атомами неметалла.
Кислород (O₂) — Ковалентная неполярная связь
Атом кислорода имеет 2 неспаренных электрона. Два атома кислорода образуют две общие электронные пары (двойную связь).
:Ö· + ·Ö: → :Ö::Ö:илиO=OСвязь ковалентная неполярная.
Вода (H₂O) — Ковалентная полярная связь
Кислород более электроотрицателен, чем водород. Общие электронные пары смещены к атому кислорода.
H· + ·Ö· + ·H → H:Ö:HилиH—O—H(с обозначением частичных зарядов δ+ и δ-)Связь ковалентная полярная, так как образована между атомами разных неметаллов с разной электроотрицательностью.
Хлорид натрия (NaCl) — Ионная связь
Атом натрия (металл) легко отдает свой внешний электрон, а атом хлора (неметалл) его принимает. Образуются ионы Na⁺ и Cl⁻, которые притягиваются друг к другу.
Na· + ·Cl: → Na⁺ [:Cl:]⁻Связь ионная.
Метан (CH₄) — Ковалентная полярная связь
Атом углерода образует четыре общие электронные пары с четырьмя атомами водорода. Электронные пары смещены к более электроотрицательному атому углерода.
Структурная формула:
H | H—C—H | H
Связь ковалентная полярная.
| Понятие | Строение атома | Строение молекулы |
|---|---|---|
| Определение | Мельчайшая, химически неделимая частица вещества, состоящая из положительно заряженного ядра и электронной оболочки. | Наименьшая, электронейтральная частица вещества, состоящая из двух или более атомов, соединенных химическими связями. |
| Состав | Ядро: — Протоны (p⁺) — положительно заряженные. — Нейтроны (n⁰) — нейтральные. Оболочка: — Электроны (e⁻) — отрицательно заряженные. | Состоит из атомов одного или разных химических элементов в определенном соотношении и пространственном расположении. |
| Заряд | Ядро заряжено положительно, заряд равен числу протонов. Атом в целом электронейтрален (число e⁻ = числу p⁺). | Молекула в целом электронейтральна. |
| Основная характеристика | Атомный номер (Z) — число протонов в ядре. Определяет химический элемент. Массовое число (A) — сумма протонов и нейтронов. | Химическая формула — показывает качественный и количественный состав. Химическая связь — определяет структуру и свойства. |
| Пример | Атом Углерода (C): 6 протонов, 6 нейтронов (в основном изотопе), 6 электронов. | Молекула воды (H₂O): состоит из 2 атомов Водорода и 1 атома Кислорода, соединенных ковалентными полярными связями. |
4. Используя доступные информационные источники, найдите и рассмотрите таблицу химических элементов Д. И. Менделеева. Найдите в ней элементы, относящиеся к микро- и макроэлементам. Атомы нескольких химических элементов обладают строением, сходным со строением атомов углерода. Назовите эти элементы. Могли бы они заменить углерод в структуре органических веществ? Ответ обоснуйте и подкрепите известными вам примерами.
Макро- и микроэлементы:
Макроэлементы (содержание в организме > 0.01%): Кислород (O), Углерод (C), Водород (H), Азот (N), Кальций (Ca), Фосфор (P), Калий (K), Сера (S), Натрий (Na), Хлор (Cl), Магний (Mg).
Микроэлементы (содержание в организме < 0.01%): Железо (Fe), Фтор (F), Цинк (Zn), Медь (Cu), Йод (I), Селен (Se) и др.
Элементы, сходные по строению атома с углеродом: Атом углерода имеет на внешнем энергетическом уровне 4 электрона, что позволяет ему образовывать 4 ковалентные связи и создавать длинные цепи (явление катенации).
Сходное строение внешнего электронного слоя (4 электрона) имеют элементы главной подгруппы IV группы (14-й группы по современной номенклатуре):
- Кремний (Si)
- Германий (Ge)
- Олово (Sn)
- Свинец (Pb)
Могли бы они заменить углерод в структуре органических веществ?
Краткий ответ: Теоретически кремний рассматривается как наиболее вероятный кандидат, но на практике замена углерода в земных условиях маловероятна из-за фундаментальных химических различий.
Обоснование и примеры:
Прочность связей:
Связь C–C очень прочная, что позволяет формировать стабильные и разнообразные длинные цепи (полимеры, основу жизни).
Связь Si–Si значительно слабее. Соединения с длинными цепями кремния (силаны) гораздо менее стабильны и легко окисляются или гидролизуются.
Явление катенации:
Способность углерода образовывать цепи и циклы практически неограниченной длины уникальна. Кремний проявляет это свойство в гораздо меньшей степени.
Химия соединений:
Углекислый газ (CO₂) — летучее газообразное вещество, что позволяет ему легко участвовать в обмене веществ (дыхание, фотосинтез).
Диоксид кремния (SiO₂) — твёрдое, тугоплавкое вещество (кварц, песок), химически инертное в биологических условиях.
Гибридизация и многообразие соединений:
Углерод легко образует двойные и тройные связи (C=C, C=O, C≡C), что резко увеличивает разнообразие органических молекул.
Кремний с трудом образует кратные связи, что делает его химию гораздо беднее.
Известный пример: В научной фантастике и некоторых научных гипотезах рассматривается кремниевая жизнь, которая могла бы существовать в условиях, radically отличных от земных (например, при очень высоких температурах, в среде жидкого аммиака или серной кислоты). Однако на Земле и в известных нам условиях углерод является единственным элементом, способным создать столь сложные и разнообразные структуры, необходимые для жизни.
Ответы на вопросы «ОБСУЖДАЕМ»
Какую проблему необходимо учитывать учёным в связи с разработкой и внедрением в производство новых искусственно созданных органических веществ?
При разработке и внедрении новых искусственных органических веществ ученым необходимо учитывать проблему их потенциального воздействия на живые организмы и окружающую среду. Многие такие вещества не встречаются в природе, и их долгосрочное влияние может быть непредсказуемым, что требует тщательного изучения и оценки рисков.
Вы смотрели: ОТВЕТЫ на Вопросы и задания по биологии к учебнику Пасечник для 10 класса §5. Молекулярный уровень: общая характеристика. Код материалов: Биология Ответы к §5.