Хімія як дзеркало життя людини
Реферат з хімії
Роль хімії у суспільстві
Підготував: учень 9-Б класу
Буцко А. І.
Перевірив: вчитель хімії
КОШ № 108
Коломоєць Т. Н.
Кривий Ріг 2016
Зміст
1 Хімія у житті людини
3 Хімія як дзеркало життя.
Хімія в житті людини
Значення хімії у житті важко переоцінити. Наведемо фундаментальні області, у яких хімія надає свій творчий вплив життя людей.
1. Виникнення та розвитку життя людини неможливо без хімії. Саме хімічні процеси, багато таємниць яких вчені ще не розкрили, відповідальні за той гігантський перехід від неживої матерії до найпростіших одноклітинних, і далі до вершини сучасного еволюційного процесу - людині.
2. Більшість матеріальних потреб, що виникають у житті людини, обслуговується природною хімією або отримує задоволення внаслідок використання у виробництві хімічних процесів.
3. Навіть піднесені та гуманістичні устремління людей у своїй основі спираються на хімію людського організму, і, зокрема, сильно залежать від хімічних процесів у мозку людини.
Звичайно ж, все багатство та різноманітність життя не можна звести лише до хімії. Але поруч із фізикою і психологією, хімія як наука, є визначальний чинник розвитку людської цивілізації.
Хімія життя
Наскільки зараз відомо, наша планета утворилася приблизно 4.6 мільярда років тому, а найпростіші одноклітинні форми життя, що ферментують, існують 3.5 мільярда років. Вже 3.1 мільярда років вони могли б використовувати фотосинтез, але геологічніДані про окисному стані осадових відкладень заліза вказують, що атмосфера Землі набула окисного характеру лише 1.8-1.4 мільярда років тому. Багатоклітинні форми життя, які, мабуть, залежали від достатку енергії, можливого тільки при диханні киснем, з'явилися на Землі приблизно від мільярда до 700 мільйонів років тому, і саме на той час намітився шлях подальшої еволюції вищих організмів. Найбільш революційним кроком, після зародження життя, було використання позаземного джерела енергії, Сонця. Зрештою, саме це перетворило жалюгідні паростки життя, які використовували природні молекули, що випадково зустрічаються, з великою вільною енергією, у величезну силу, здатну перетворити поверхню планети і навіть вийти за її межі.
В даний час вчені дотримуються точки зору, що зародження життя на Землі відбувалося у відновлювальній атмосфері, яка складалася з аміаку, метану, води та діоксиду вуглецю, але не містила вільного кисню. Перші живі організми отримували енергію, розкладаючи молекули небіологічного походження з великою вільною енергією на менші молекули без їхнього окислення. Передбачається, що на ранній стадії існування Землі вона мала відновлювальну атмосферу, що складається з таких газів як водень, метан, вода, аміак і сірководень, але містить дуже мало вільного кисню або взагалі не мав. Вільний кисень руйнував би органічні сполуки швидше, ніж вони могли синтезуватися в результаті процесів, що природно протікають (під впливом електричного розряду, ультрафіолетового випромінювання, теплоти або природної радіоактивності). У цих відновлювальних умовах органічні молекули, що утворилися небіологічними способами, не моглируйнуватися в результаті окислення, як це відбувається в наш час, а продовжували накопичуватися протягом тисячоліть, доти, доки, нарешті, не з'явилися компактні локалізовані утворення з хімічних речовин, які можна вважати живими організмами. Живі організми, що з'явилися, могли підтримувати існування за рахунок руйнування природно утворюються органічних сполук, поглинаючи їх енергію. Але якби це було єдине джерело енергії, то життя на нашій планеті було б вкрай обмеженим. На щастя, близько 3 мільярдів років тому з'явилися важливі сполуки металів із порфіринами, і це відкрило шлях до використання абсолютно нового джерела енергії – сонячного світла. Першим кроком, який підняв життя Землі над роллю простого споживача органічних сполук, було включення до неї процесів координаційної хімії.
Загальна реакція фотосинтезу в зелених рослинах зворотна реакції згоряння глюкози і проходить із поглинанням значної кількості енергії.
Вода розщеплюється на елементи, що створює джерело атомів водню для відновлення вуглекислого газу глюкозу, а небажаний газоподібний кисень виділяється в атмосферу. Енергія, необхідна реалізації цього надзвичайно мимовільного процесу, забезпечується сонячним світлом. У найдавніших формах бактеріального фотосинтезу як джерело відновлювального водню використовувалася не вода, а сірководень, органічні речовини або сам газоподібний водень, але легка доступність води зробила це джерело найбільш зручним, і він використовується всіма водоростями і зеленими рослинами. Найпростішими організмами, у яких здійснюється фотосинтез із вивільненням кисню, є синьо-зелені водорості. Їх правильнішепозначати сучасною назвою ціанобактерії, оскільки це бактерії, які навчилися видобувати власну їжу з вуглекислого газу, води і сонячного світла.
На жаль, фотосинтез спричиняє вивільнення небезпечного побічного продукту, кисню. Кисень був не тільки марний для ранніх організмів, він конкурував з ними, окислюючи органічні сполуки, що природно утворюються, перш ніж вони могли бути окислені в процесі метаболізму цими організмами. Кисень був набагато ефективнішим «пожирачем» енергоємних сполук, ніж жива матерія. Ще гірше було те, що шар озону, який поступово утворювався з кисню у верхній частині атмосфери, перешкоджав доступу ультрафіолетового випромінювання Сонця і ще більше уповільнював природний синтез органічних сполук. З усіх сучасних точок зору, поява вільного кисню в атмосфері була загрозою для життя. Але, як часто трапляється, життя зуміло обійти цю перешкоду і навіть обернуло її у перевагу. Відходами життєдіяльності первинних найпростіших організмів були такі сполуки, як молочна кислота та етанол. Ці речовини набагато менш енергоємні в порівнянні з цукрами, але вони здатні вивільняти велику кількість енергії, якщо повністю окислюються до СО2 і Н2О. енергію згоряння того, що колись було їх відходами. Переваги спалювання їжі за допомогою кисню виявилися настільки великими, що переважна більшість форм життя – рослини та тварини – користуються нині кисневим диханням.
Коли з'явилися нові джерела енергії, виникла нова проблема, пов'язана вже не з отриманням їжі чи кисню, а зтранспортуванням кисню до належного місця організму. Малі організми могли обходитися простою дифузією газів через рідини, що містяться в них, але цього недостатньо для багатоклітинних істот. Так перед еволюцією постала чергова перешкода. Вихід із глухого кута втретє виявився можливим завдяки процесам координаційної хімії. З'явилися такі молекули, що складаються із заліза, порфірину та білка, в яких залізо могло пов'язувати молекулу кисню, не окислюючись при цьому. Кисень просто переноситься в різні ділянки організму, щоб звільнитися за належних умов – кислотності та нестачі кисню. Одна з таких молекул, гемоглобін, переносить О2в крові, а інша, міоглобін, отримує та запасає (зберігає) кисень у м'язових тканинах доти, доки він не знадобиться у хімічних процесах. Внаслідок появи міоглобіну та гемоглобіну було знято обмеження на розміри живих організмів. Це призвело до появи різноманітних багатоклітинних, і, зрештою, людини.
* Фотосинтез – це процес перетворення енергії світла в енергію хімічного зв'язку речовин, що виходять.
** Метаболізм – розщеплення багатих на енергію речовин та вилучення їх енергії.
Хімія як дзеркало життя.
Огляньтеся навколо, і Ви побачите, що життя сучасної людини неможливе без хімії. Ми використовуємо хімію для виробництва харчових продуктів. Ми пересуваємося на автомобілях, метал, гума та пластик яких зроблені з використанням хімічних процесів. Ми використовуємо парфуми, туалетну воду, мило та дезодоранти, виробництво яких немислимо без хімії. Є навіть думка, що найвище почуття людини, кохання, це набір певних хімічних реакцій в організмі. Такий підхід до розгляду ролі хімії в житті людини,на мій погляд, спрощеним, і я пропоную Вам його поглибити і розширити, перейшовши в нову площину оцінки хімії та її впливу на людське суспільство.
Нещодавно людина зрозуміла, що свідоме наслідування природи в техніці може дати чудовий результат. Скопіювавши крило птаха, ми створили літак. Розглянувши спосіб пересування черв'яка, отримали гусениці трактора. Уважніше, придивившись до рухів шкіри дельфінів і акул, змогли значно збільшити швидкість торпеди, при її русі у воді. Таких прикладів можна навести ще багато, а ще більше їх стане, якщо ми частіше застосовуватимемо цей підхід.
А що ж хімія? Невже вона, будучи насправді «тоншою» і глибшою наукою, порівняно з механікою макрооб'єктів, не дасть нам жодних натяків і підказок, розглянувши які людина зробив би черговий крок у своєму розвитку. Виявляється, такі підказки є, просто їх ніхто ще не намагався знайти та використати. І виявилося, що ці підказки стосуються вищої області, ніж механіка.
Світ людей багатий і різноманітний, але все ж таки поведінка кожної людини окремо, і стійких людських груп чи спільностей, можна звести до певного набору якостей. І тут ми можемо провести аналогію між атомом та людиною. Дійсно, хоча кількість різних атомів і обмежена, вони можуть розташовуватися в молекулах різними способами і насправді взаємодіяти по-різному, залежно від того, з чим доводиться вступати в реакцію. Така й людина.
Тепер дамо порівняння властивостей атома (з погляду хімії) та людини (з погляду людських взаємин).
Найактивнішими є атоми лужних металів. Їх відштовхуючий захист з електронів малий і слабкий, затевони можуть взаємодіяти з усіма хімічними елементами. Людина такого типу теж може чудово спілкуватися і уживатися з іншими людьми. Але він втратить у своїй свою індивідуальність. Адже лужні метали не зустрічаються в чистому вигляді в природі, а знаходяться тільки у вигляді сполук.
З іншого боку, інертні газу створюють навколо себе непереборний бар'єр із восьми електронів, і треба створити особливі умови, щоб змусити їх вступити в реакцію. Ось і люди. Відгороджуючись від усього світу, людина чи суспільство, втрачає здатність до змін та розвитку, тому що взаємодія – це взаємна дія. У його процесі змінюються обидві сторони.
І, нарешті, ідеал світу хімічних елементів – вуглець. У цьому елементі гармонійно поєднуються захищеність (4 електрони) та відкритість (4 вакансії). Причому розподіл електронів може легко змінюватися, не вимагаючи великих енергетичних витрат. Вуглець здатний утворити подвійні та потрійні зв'язки, взаємодіючи з собі подібними.
У пошуках ідеалу людини ми маємо використовувати цю інформацію. Виявляючи у своїй поведінці розумний компроміс між відстоюванням своїх інтересів (захист) та врахуванням думки опонента, змінюючи трохи свої підходи до вирішення проблем, як атом вуглецю в процесі реакцій змінює розташування своїх електронів та вакансій, ми просунемося у справі отримання результатів значно далі, ніж, якби зберігали свою позицію незмінною.
З урахуванням того, що такий підхід може бути застосований великою кількістю людей, то вони, як однакові атоми вуглецю, зможуть утворити міцні (подвійні та потрійні) зв'язки. Те саме можна сказати і щодо людських спільностей (невеликих груп, громадських об'єднань та цілих держав).
Розвиваючи цю думку, можнаприпустити, що найбільш перспективним шляхом розвитку людства є напрям, при якому в суспільстві існуватиме велика різноманітність поглядів і думок, буде дозволено законом значну кількість способів дії, але більшість людей володітиме універсальністю, здатністю розуміти інших людей і взаємодіяти з ними, схожою з універсальністю атом вуглецю. За таких умов життя суспільства буде гармонійним та стабільним.
Приклад водню, у цьому питанні також дуже показовий. Скоротіть сферу свого впливу (або зменшите область своїх запитів) і Ви, подібно до атома водню, зможете взаємодіяти і об'єднуватися зі значною кількістю людей (елементів).