Международный союз охраны природы

Некоторой разновидностью ориентированной связи является водородная связь, которая проявляется благодаря поляризации двух соседних молекул, что можно наиболее четко видеть на примере молекулы воды – Н2О. В целом эта молекула электронейтральна, т.е. имеет равное число электронов и протонов в ядре, но электроны распределены несим-

Рис. 1. Схема размещения ковалентных связей на поверхности атомов углерода, азота и кислорода

метрично, что придает ей полярный характер. Атомы водорода “состыкованы” с атомами кислорода ковалентными связями с одной половины ее поверхности. Поэтому в целом молекула получается несимметричной. В ней ядро атома кислорода в некоторой степени оттягивает электроны от ядер атомов водорода, оставляя на них небольшой суммарный положительный заряд. Области с небольшим отрицательным зарядом располагаются вблизи атома кислорода в двух других углах воображаемого тетраэдра. Так получается дипольная молекула воды с положительным и отрицательным зарядами на двух противоположных концах, которые и способны притягивать другие атомы.

Неориентированные связи ? ионная и металлическая ? позволяют атомам соединяться также в определенных точках, распределенных по их поверхности равномерно и в достаточно большом количестве, так что при этом, в отличие от ковалентной связи, все равно, с какой стороны присоединяются атомы. Ионная связь возникает в результате того, что при взаимодействии атомов один из них притягивает в сферу своего ядра один или несколько электронов и становится отрицательно заряженным ионом (анионом), а другой, отдавая электроны, становится положительно заряженным ионом  (катионом). Между разнозаряженными ионами появляется электростатическое взаимодействие притяжения. Металлическая связь в наиболее чистом виде наблюдается между атомами одного и того же элемента – металла, рассматриваемого как совокупность положительно заряженных ионов – “атомных остовов”, между которыми свободно перемещаются электроны в виде “электронного газа”.

Ван-дер-ваальсова связь проявляется в результате взаимодействия нейтральных молекул. При вращении электрона вокруг положительного ядра атома в каждый момент образуется диполь – “ядро?электрон”. При достаточном сближении соседних атомов возникает взаимодействие между их мгновенными диполями, так называемое диполь-дипольное взаимодействие, т.е. слабые силы притяжения, называемые остаточными, или ван-дер-ваальсовыми.

Второе важнейшее свойство атомов и образованных из них молекул: они постоянно находятся в движении с огромной скоростью (около 500 м /с). Причем они двигаются, соударяясь и ни на мгновение нигде не останавливаясь, даже находясь в составе твердых тел, растений и живых организмов, не говоря уже о газах и жидкостях. Непосредственным проявлением этого движения в газах или жидкостях является, например, передача в воздухе запаха растворенного газа из одной комнаты в другую или движение растворенного в воде вещества в процессе диффузии; в твердых телах ? изменение температуры от более нагретых участков к менее нагретым за счет того, что двигающиеся в составе кристаллической решетки атомы передают энергию движения соседним атомам. Движение или имеет характер хаотического зигзагообразного перемещения с равной вероятностью во все стороны в газах и жидкостях при самодиффузии, или является колебательным около узлов кристаллической решетки в твердых телах, или хаотическим, но двухмерным на какой-либо поверхности, например, в биологических мембранах. Молекулы и атомы также могут вращаться вокруг своей оси – спиновое движение.

Именно это многообразие и большая скорость движения молекул и атомов позволяет им с огромной частотой соударяться друг с другом; при этом высока степень вероятности того, что произойдет их состыковка в более крупные частицы (молекулы) в зависимости от количества и расположения “стыковочных узлов”, с учетом необходимости достаточно высокой концентрации атомов и молекул в определенном участке.

Значит, весь окружающий нас мир состоит из постоянно двигающихся атомов и молекул. Но в чем же принципиальное различие органической – живой ? материи от неорганической – неживой ? на атомно-молекулярном уровне?

Рис. 2. Относительное количество (% к общему числу атомов) химических элементов, обнаруженных в земной коре (неживой мир) по сравнению с количеством тех же элементов в мягких тканях живых организмов

Первое отличие заключается в количественном соотношении веществ, что можно видеть на рис. 2. Если в неживой природе количественно преобладают кислород (48 %) и кремний (28 %), то в живой – водород (49 %), углерод (24 %) и кислород (24 %). Известно, что, например, в биологической клетке человеческого организма содержится более чем по 1014 атомов водорода и кислорода, по 1012-1014 атомов углерода и азота, по 1010-1012 атомов кремния, фосфора, натрия, калия, магния, кальция и хлора, по 108-1010 атомов цинка, лития, рубидия, меди, марганца, алюминия, железа, брома, по 106-108 атомов олова, титана, молибдена, кобальта, йода, свинца, серебра, бора, стронция, никеля, ванадия, скандия, кадмия, хрома, селена, по 104-106 атомов урана, ртути, бериллия и по 102-104 атомов еще сорока элементов таблицы Менделеева, т.е. в нас самих есть все элементы, из которых состоит окружающий нас мир, и мы ? часть этого мира.

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56