Несколько десятков тысяч важнейших химических веществ плотно вошли в нашу жизнь, одевая и обувая, снабжая наш организм полезными элементами, обеспечивая нам оптимальные условия для жизнедеятельности. Масла, щелочи, кислоты, газы, минеральные удобрения, краски, пластмассы – лишь малая часть продукции, созданной на основе химических элементов.
Это химия. Не знали?
Просыпаясь утром, мы умываемся и чистим зубы. Мыло, зубная паста, шампунь, лосьоны, кремы – средства, созданные на основе химии. Завариваем чай, опускаем в стакан кусочек лимона – и наблюдаем, как жидкость становится светлее. На наших глазах происходит химическая реакция – кислотно-основное взаимодействие нескольких продуктов. Ванная и кухня – каждая, в своем роде, мини-лаборатория дома или квартиры, где в емкости или пузырьке что-то хранится. Какое вещество, название их узнаем с этикетки: соль, сода, белизна и т. д.
Особенно много химических процессов происходит на кухне в период приготовления пищи. Сковородки и кастрюли успешно заменяют здесь колбы и реторты, а каждый новый отправленный в них продукт осуществляет свою отдельную химическую реакцию, взаимодействуя с находящимся там составом. Далее человек, употребляя приготовленные им блюда, запускает механизм переваривания еды. Это тоже химический процесс. И так во всем. Вся наша жизнь предопределена элементами из периодической таблицы Менделеева.
Открытая таблица
Изначально таблица, созданная Дмитрием Ивановичем, состояла из 63 элементов. Именно столько их к тому времени было открыто. Ученый понимал, что он классифицировал далеко не полный список существующих и открытых в разные годы его предшественниками в природе элементов. И оказался прав. Более чем через сто лет его таблица состояла уже из 103 наименований, к началу нулевых – из 109, и открытия продолжаются. Ученые всего мира бьются над вычислением новых элементов, опираясь на основу – таблицу, созданную русским ученым.
Периодический закон Менделеева – основа химии. Взаимодействия между собой атомов тех или иных элементов породили в природе основные вещества. Те, в свою очередь, – ранее неизвестные и более сложные их производные. Все существующие на сегодня названия веществ происходят от элементов, вступивших во взаимосвязь между собой в процессе химических реакций. Молекулы веществ отражают состав этих элементов в них, а также количество атомов.
Каждому элементу – свой буквенный символ
В периодической таблице название элементов дается как в буквенном, так и в символическом выражении. Одни мы произносим, другие используем при написании формул. Выпишите отдельно названия веществ и посмотрите на ряд их символов. Он показывает, из каких элементов состоит продукт, сколько атомов того или иного составляющего смогло синтезировать в процессе химической реакции каждое конкретное вещество. Все довольно просто и наглядно, благодаря наличию символов.
Основой символического выражения элементов стала начальная, а, в большинстве случаях, и одна из последующих букв из латинского названия элемента. Система была предложена в начале 19 века Берцелиусом – химиком из Швеции. Одной буквой на сегодня выражены названия двух десятков элементов. Остальные – двухбуквенные. Примеры таких названий: медь – Cu (cuprum), железо – Fe (ferrum), магний – Mg (magnium) и так далее. В названии веществ даны продукты реакции тех или иных элементов, а в формулы – их символический ряд.
Продукт безопасный и не очень
Химии вокруг нас гораздо больше, чем может предположить среднестатистический индивид. Не занимаясь наукой профессионально, нам все равно приходится с нею сталкиваться в своей повседневной жизни. Все, что стоит на нашем столе, – состоит из химических элементов. Даже человеческий организм соткан из десятков химических веществ.
Названия химических веществ, существующих в природе, можно разделить на две группы: используемых в повседневности или нет. Сложные и опасные соли, кислоты, эфирные соединения являются узко специфическими и применяемыми исключительно в профессиональной деятельности. Они требуют осторожности и точности в их использовании, а в отдельных случаях и специального разрешения. Вещества, незаменимые в быту, менее безобидные, но их неправильное применение может привести к тяжелым последствиям. Отсюда можно сделать вывод, что безобидной химии не бывает. Разберем основные вещества, с которыми связана жизнедеятельность человека.
Биополимер как строительный материал организма
Основным фундаментальным компонентом организма является белок – состоящий из аминокислот и воды полимер. Он отвечает за формирование клеток, гормональной и иммунной систем, мышечной массы, костей, связок, внутренних органов. Тело человека состоит из более одного миллиарда клеток, и для каждой нужен белок или, как его еще называют – протеин. На основании вышеизложенного приведите названия веществ, более незаменимых для живого организма. Основа тела – клетка, основа клетки – белок. Другого не дано. Недостаток протеина, как и его переизбыток, приводит к нарушению всех жизненно важных функций организма.
В построении белков участвуют порядка 20 альфа-аминокислот, создающих макромолекулы пептидными связями. Те, в свою очередь, возникают в результате взаимодействия веществ СООН – карбоксильных и NH2 – аминогрупп. Самый известный из белков – коллаген. Он относится к классу фибриллярных белков. Самый первый, строение которого удалось установить, – инсулин. Даже для далекого от химии человека эти названия говорят о многом. Но не все знают, что эти вещества – белки.
Незаменимые аминокислоты
Клетка белка состоит из аминокислот – название веществ, имеющих боковую цепь в строении молекул. Их образуют: C – углерод, N – азот, O – кислород и H – водород. Из двадцати стандартных аминокислот девять попадают в клетки исключительно с пищей. Остальные синтезируются организмом в процессе взаимодействия различных соединений. С возрастом или при наличии заболеваний список из девяти незаменимых аминокислот значительно расширяется и пополняется условно незаменимыми.
Всего известно более пятисот различных аминокислот. Их классифицируют многими способами, один из которых разделяет их на две группы: протеиногенные и непротеиногенные. Некоторые из них играют незаменимую роль в процессе функционирования организма, не связанную с формированием белка. Названия органических веществ в этих группах, являющихся ключевыми: глутамат, глицин, карнитин. Последний служит транспортером по организму липидов.
Жиры: и просто, и сложно
Все жироподобные вещества в организме мы привыкли называть липидами или жирами. Их основное физическое свойство – нерастворимость в воде. Однако во взаимодействии с другими веществами, такими как бензол, спирт, хлороформ и другие, эти органические соединения расщепляются довольно легко. Основное химическое отличие жиров – похожие свойства, но различные строения. В жизнедеятельности живого организма эти вещества отвечают за его энергию. Так, один грамм липидов способен выделить около сорока кДж.
Большое количество входящих в молекулы жиров веществ не позволяют произвести их удобную и доступную классификацию. Основное, что их объединяет, – отношение к процессу гидролиза. В этом отношении жиры бывают омыляемые и неомыляемые. Названия веществ, создающих первую группу, подразделяют на простые и сложные липиды. К простым относятся некоторые виды воска, хорестерольные эфиры. Ко вторым – сфинголипиды, фосфолипиды и ряд других веществ.
Углеводы как третий тип питательных веществ
Третий тип основных питательных веществ живой клетки наравне с белками и жирами – углеводы. Это состоящие из H (водорода), O (кислорода) и C (углерода) органические соединения. Строение углеводов и их функции схожи со свойствами жиров. Они также являются источниками энергии организма, но в отличие от липидов, в основном, попадают туда с пищей растительного происхождения. Исключение составляет молоко.
Углеводы подразделяются на полисахариды, моносахариды и олигосахариды. Одни не растворяются в воде, другие – наоборот. Далее даны названия веществ нерастворимых. К ним относятся такие сложные углеводы из группы полисахаридов, как крахмал и целлюлоза. Их расщепление на более простые вещества происходит под воздействием соков, выделяемых системой пищеварения.
Полезные вещества двух других групп содержатся в ягодах и фруктах в виде растворимых в воде сахаров, отлично усваиваемых организмом. Олигосахариды – лактоза и сахароза, моносахариды – фруктоза и глюкоза.
Глюкоза и клетчатка
Такие названия веществ, как глюкоза и клетчатка в повседневной жизни человека встречается часто. Оба – углеводы. Один - из моносахаридов, содержащийся в крови любого живого организма и соке растений. Второй - из полисахаридов, отвечающий за процесс пищеварения, в остальных функциях клетчатка используется редко, но также является незаменимым веществом. Их строение и синтез довольно сложные. Но человеку достаточно знать основные функции, принимаемые в жизнедеятельности организма, чтобы не пренебрегать их употреблением.
Глюкоза обеспечивает клетки таким веществом, как виноградный сахар, дающий энергию для их ритмичного бесперебойного функционирования. Около 70 процентов глюкозы попадает в клетки с питанием, остальные тридцать – организм вырабатывает самостоятельно. В глюкозе пищевого происхождения крайне нуждается головной мозг человека, так как этот орган не способен самостоятельно синтезировать глюкозу. В меде она содержится в наибольшем количестве.
Не так проста аскорбинка
Знакомый каждому с детства источник витамина C – сложное химическое вещество, состоящее из атомов водорода и кислорода. Их взаимодействие с другими элементами может привести даже к созданию солей – достаточно в соединении поменять всего лишь один атом. В этом случае название и класс вещества изменятся. Опыты, проведенные с аскорбиновой кислотой, открыли ее незаменимые свойства в функции восстановления кожи человека.
Кроме того, она укрепляет иммунную систему кожного покрова, помогает противостоять негативным воздействиям атмосферы. Обладает омолаживающим, отбеливающим свойством, предупреждает старение, нейтрализует свободные радикалы. Содержится в цитрусах, болгарском перце, целебных травах, клубнике. Около ста миллиграмм аскорбинки – оптимальную суточную дозу – можно получить с шиповником, облепихой, а также киви.
Вещества вокруг нас
Мы убедились, что вся наша жизнь – химия, так как человека сам целиком состоит из ее элементов. Пища, обувь и одежда, средства гигиены – лишь малая толика того, где мы встречаем плоды науки в быту. Предназначение многих элементов мы знаем и используем для собственного блага. В редком доме не встретишь борную кислоту, или гашеную известь, как мы ее называем, или гидроксид кальция, как она известна науке. Широко используется человеком медный купорос – сульфат меди. Название вещества произошло от названия ее главного компонента.
Гидрокарбонат натрия – привычная в быту сода. Эта новая кислота – уксусная кислота. И так с любым элементом природного или животного происхождения. Все они состоят из соединений химических элементов. Их молекулярное строение может объяснить далеко не каждый, достаточно знать название, предназначение вещества и правильно его использовать.
