Химическая связь и химическая эволюция.

Одним из центральных понятий химии является понятие химической связи. Очень немногие элементы встречаются в природе в виде отдельных, свободных атомов одного сорта. Атомы большинства элементов становятся более устойчивыми при образовании химических связей с другими атомами. Соединения образуются при условии, что возникает энергетическое состояние с более низкой полной энергией, чем у непрореагировавших исходных атомов.

Химическая связь осуществляется обобществлением электронов. В зависимости от конкретного механизма этого обобществления возникают связи различных типов. Самопроизвольные химические реакции идут в сторону образования более устойчивых соединений и сопровождаются выделением энергии.

На сегодняшний день известны 112 химических элементов, однако основу живых систем составляют только 6 из них, которые в связи в этим обстоятельством получили название органогенов. Этоуглерод (С), водород (Н), кислород (О), азот (N), фосфор (Р) и cepa (S). Их общая весовая доля в живой материи составляет 97,4%. Еще 12 элементов (Na, К, Са, Mg, Fe, Si, Al, Cl, Cu, Zn, Co, Mn) составляют примерно 1,6%. Остальные слабо представлены в живой материи, то естьк участию в живой материи природа отобрала ограниченный набор элементов. К настоящему моменту науке известно всего около 8 000 000 химических соединений. Из них подавляющее большинство (около 96%) — это органические соединения, основной «строительный материал» которых - перечисленные выше элементы. Из остальных химических элементов природа создала лишь около 300000 неорганических соединений.

Тогда возникает вопрос, по каким признакам химическая эволюция отобрала малую часть элементов в число органогенов? С химической точки зрения видны признаки, по которым происходил этот «естественный отбор» элементов. Это, во-первых, способность образовывать достаточно прочные, энергоемкие химические связи. Во-вторых, образуемые связи должны быть достаточно лабильными, т.е. изменчивыми, перестраиваемыми.

Именно поэтому углерод был отобран эволюцией как органоген № 1. Он в полной мере отвечает перечисленным выше требованиям. Атом углерода образует почти все типы химических связей, какие знает химия, с самыми разными значениями энергии связи. Он образует углерод-углеродные связи, строя таким путем длинные и стабильные углеродные скелеты молекул в виде цепей и (или) колец. Углеродные атомы образуют связи с остальными элементами-органогенами.

Химическая эволюция вещества началась в момент начала расширения Вселенной. Высокие температуры и радиация обеспечивают энергию, необходимую для активации любых химических взаимодействий. Образовались первые соединения (CО, СН, НО и SiO).Затем при температурах ниже 3-4 тыс. градусов начинается образование твердых тел, а при возникновении некоторых оптимальных условий начинается биогенная стадия эволюции вещества.

Таким образом, эволюционная химия совместно с другими естественными науками, постепенно подступает к расшифровке механизма предбиологической эволюции и зарождению живого.

Контрольные вопросы:

1). Что вам известно о возникновении химической науки?

2). В чем заключается особенность и двуединая задача химии?

3). Какие четыре основных концептуальных уровня химии вам известны?

4). Каковы основные принципы и законы химии?

5). Поясните понятие “химическая связь”.

6). Почему углерод был отобран химической эволюцией, как органоген №1?

7). Каковы практические применения достижений химии?

Тема 10: «Особенности биологического уровня организации материи»

План.

1. Концепции происхождения жизни.

2. Признаки (свойства) живого.

3. Особенности самоорганизации и информационного обмена в живых системах.

 

Если бы некий космический разум взялся бы написать историю Вселенной, он едва ли обратил бы внимание на одно незначительное для мироздания событие. Примерно 4,6 млрд. лет назад в системе небольшой звезды, которую люди впоследствии назвали Солнцем, появился сгусток раскалённых газов и космической пыли. Постепенно остывая и притягивая к себе всё новые и новые порции межзвёздного вещества, сгусток рос и отвердевал. Так возникло новое космическое тело — планета Земля. Ничто не предвещало особой судьбы этой ничем не примечательной планете. Но именно на ней возникла жизнь. Случилось это по космическим масштабам быстро, спустя всего полмиллиарда лет.