Связь химии с другими науками

Многие вещества состоят не из молекул или атомов, а из ионов. Ионы - это положительно или отрицательно заряженные частицы, образовавшиеся из атомов. Поваренная соль, сода, марганцовка - это вещества, состоящие из ионов.

Модели кристаллических решеток веществ ионного строения и образцы соответствующих природных минералов вы можете рассмотреть на рисунке ниже.

В предыдущем эксперименте вы наблюдали диффузию «ароматных» молекул в воздухе. Нетрудно увидеть диффузию в водном растворе веществ, состоящих из ионов.

На скорость диффузии веществ существенное влияние оказывает температура. Предыдущий эксперимент можно провести в двух сосудах, один из которых поместить в холодильник, второй оставить в комнате.

Модели кристаллических решеток и образцы природных минералов: а - фторид кальция (минерал флюорит); б - хлорид натрия (минерал галит)

Диффузия окрашенных ионов вещества в водном растворе

2. Химия и география

Из курса географии 6 и 7 классов нам известно, что наш общий дом - планета Земля - имеет сложное строение:

Так, наиболее известная вам из курса биологии химическая реакция - процесс образования органического вещества глюкозы на свету из углекислого газа и воды, который называется фотосинтез и упрощенно описывается схемой:

Однако этот процесс невозможен без особого вещества, содержащегося в зеленых листьях, - хлорофилла:

Демонстрационный эксперимент. Зеленый листок растения учитель помещает в пробирку, заливает его спиртом, а затем нагревает пробирку в стакане с горячей водой или на пламени спиртовки. Через некоторое время спирт окрасится в изумрудно-зеленый цвет. Хлорофилл, содержащийся в клетках растения, хорошо растворяется в спирте.

Этот опыт для вас проделал учитель. Какое явление - физическое или химическое - он вам продемонстрировал? А вот опыт по определению содержания неорганических и органических веществ в растениях вы с помощью учителя можете выполнить и сами.

Ученический эксперимент. Взвесьте 100 г свежего укропа или петрушки. Высушите зелень на солнце или батарее центрального отопления. На это потребуется 5-7 дней. Таким способом вы удалите из растения большую часть содержащейся в нем воды. Сколько граммов воды вы удалили высушиванием?

Сухой остаток с помощью учителя прокалите в муфельной печи. При этом из сухого остатка вы удалите все органические вещества, содержащиеся в растении. Взвесьте остаток после прокаливания, который состоит из негорючих минеральных солей. Массы воды, органических и неорганических веществ (в граммах) покажут вам процентное содержание каждой группы этих соединений в зеленом растении, взятом для опыта.

В повседневной жизни вы постоянно сталкиваетесь с такими важными веществами, как жиры.

Как правило, по консистенции жиры делятся на жидкие и твёрдые. Жидкие жиры имеют растительное происхождение, а твердые - это жиры животные.

На любой кухне обязательно найдется жидкий растительный жир, который чаще называют растительным маслом: подсолнечным, оливковым, кукурузным. Сливочное масло в основном состоит из жиров. Это жир животного происхождения: его получают из коровьего молока. Понятно, что свиное сало, говяжий жир - это жиры той же группы.

Жиры входят в состав любых растений и живых организмов. За их счёт организм получает основное количество энергии, необходимой для жизни, развития и роста. Кроме того, жиры выполняют роль резервного запаса энергии: подобно тому, как рачительная хозяйка имеет запас продуктов на «крайний случай», живой организм запасает жиры на тот период, когда поступление питательных веществ извне внезапно прекратится.

Обнаружить жиры в тканях растений достаточно просто.

Ученический эксперимент. На лист белой бумаги положите семечку подсолнечника или кусочек ядра грецкого ореха и раздавите его. На бумаге образуется жирное пятно. Значит, в семечке содержится растительное масло.

Особую группу растительных масел составляют так называемые эфирные масла. Часто именно они придают цветам, ягодам, фруктам и плодам неповторимый запах.

Ученический эксперимент. Резко согнув корочку апельсина, «выстрелите» соком на пламя свечи или газовой горелки. Что при этом наблюдается?

Эфирные масла - горючие органические вещества, они-то и вызывают небольшой «фейерверк».

В мире растений огромную роль играет группа органических веществ, называемых углеводами. К углеводам относятся простейшие по строению вещества этой группы - сладкие на вкус глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (фруктовый сахар). Подобно им растворимы в воде углеводы более сложного строения - сахароза (называемая в быту сахаром) и лактоза, придающая сладкий вкус молоку животных. Кроме растворимых в воде углеводов в природе есть углеводы, нерастворимые в воде, например основной «строительный материал» клеток и тканей растений - целлюлоза. Не растворяется, а набухает в воде запасное питательное вещество и один из важнейших компонентов пищи человека - углевод под названием «крахмал».

Обнаружим крахмал в некоторых продуктах питания с помощью эксперимента.

Ученический эксперимент. Из муки (ее изготавливают из зерен пшеницы) и небольшого количества воды замесите немного теста. Поместите кусочек теста в марлю и тщательно промойте его в стакане воды. К полученной мутной воде добавьте несколько капель йодной настойки из аптечки. О чем свидетельствует появление сине-фиолетового окрашивания?

В марле осталась липкая тягучая масса. Это растительный белок, который называется клейковиной.

Слово «белок» вам знакомо с раннего детства. Конечно, вы связываете его прежде всего с белком куриного яйца. Но вы даже не представляете, насколько велико разнообразие белковых веществ! Можно бесконечно спорить о том, какое из веществ на Земле главное. Понятно, что спор этот бесполезен.

Если в цепочке химических превращений, которые определяют обмен веществ в живых организмах, нарушить хотя бы одно звено, то цепь разорвется. И все-таки ученые сошлись во мнении: между понятиями «жизнь» и «белок» можно поставить знак равенства. Белки - это особая группа веществ, из которых построены любые живые организмы. Благодаря белкам все живое на Земле растет и размножается, борется с болезнями и врагами, питается и двигается, т.е. существует.

Следовательно, для нормального существования живому организму, и в первую очередь животному, необходимы углеводы, жиры, белки, а также вода и минеральные соли, которые поступают вместе с пищей. Растениям в этом плане повезло: они могут синтезировать из углекислого газа и воды углеводы (процесс фотосинтеза), а также еще одну удивительную группу веществ, которые называются витаминами.

Впервые предположение о существовании этих особых веществ высказал русский врач-педиатр Н.И. Лунин в 1880 г. Он кормил одну группу мышей искусственно приготовленной пищей, состоящей из чистых углеводов, белков и жиров, а другую - природными питательными веществами: зернами злаков, шариками из бобовой муки и кусочков мяса, замешанными на молоке. Ученый обнаружил, что первая группа мышей вскоре начала болеть, а затем погибла. Вторая же группа продолжала чувствовать себя хорошо. Лунин сделал вывод, что в состав пищи второй группы мышей помимо белков, жиров и углеводов входят еще какие-то очень важные для жизни вещества. Позже их обнаружили и дали им название «витамины».

Вы не раз слышали об укрепляющем действии на организм витамина С (читается «витамин цэ», химическое название этого вещества - аскорбиновая кислота), как и о том, что им богаты фрукты (рисунок ниже) и овощи. Обнаружить витамин С можно с помощью той же настойки йода, которую он обесцвечивает.