Хімічні явища в природі
Кожен з нас бачив, як мамине срібне кільце з часом темніє. Чи як іржавіє цвях. Або як згоряють до золи дерев’яні поліна, як заварюється чайний пакетик в чашці.
Що спільного у всіх цих прикладах? А те, що всі вони відносяться до хімічних явищ.
Хімічне явище відбувається тоді, коли одні речовини перетворюються в інші: у нових речовин інший склад і нові властивості. Якщо пригадати ще й фізику, то запам’ятайте, що хімічні явища відбуваються на молекулярному і атомарному рівні, але не зачіпають склад ядер атомів.
З точки ж зору хімії це не що інше, як хімічна реакція. А для кожної хімічної реакції обов’язково можливо виділити характерні ознаки:
- в ході реакції може випасти осад; може змінитися колір речовини; наслідком протікання реакції може стати виділення газу; може бути виділена або поглинута теплота; також реакція може супроводжуватися виділенням світла.
Ми далі розглянемо приклади різних хімічних явищ, так що цей момент стане зрозуміліше.
Також давно визначений список необхідних для протікання хімічної реакції умов:
- контакт: щоб реагувати, речовини повинні стикатися. подрібнення: для успішного протікання реакції, що вступають у неї речовини повинні бути якомога дрібніше подрібнені, ідеальний варіант – розчинені; температура: дуже багато реакцій безпосередньо залежать від температури речовин (найчастіше їх потрібно нагріти, але деякі навпаки – охолодити до певної температури).
Записуючи буквами і цифрами рівняння хімічної реакції, ви тим самим описуєте суть хімічного явища. А закон збереження маси – одне й найголовніших правил при складанні таких описів.
Хімічні явища в природі
Ви, звичайно, розумієте, що хімія відбувається не тільки в пробірках в шкільній лабораторії. Найбільш вражаючі хімічні явища ви можете спостерігати в природі. І значення їх таке велике, що не було б ніякого життя на землі, якби не деякі з природних хімічних явищ.
Отже, насамперед поговоримо про Фотосинтез. Це процес, під час якого рослини поглинають вуглекислий газ з атмосфери і під впливом сонячного світла виробляють кисень. Цим киснем ми і дихаємо.
Взагалі фотосинтез протікає у дві фази, і освітлення потрібно тільки для однієї. Вчені проводили різні досліди і з’ясували, що фотосинтез протікає навіть при слабкому освітленні. Але зі збільшенням кількості світла процес значно прискорюється. Також було відмічено, що якщо одночасно збільшувати освітленість рослини і підвищувати температуру, швидкість фотосинтезу збільшується ще більше. Відбувається це до певної межі, після досягнення якого подальше збільшення освітленості перестає прискорювати фотосинтез.
У процесі фотосинтезу задіяні фотони, які випромінює сонце, і спеціальні пігментні молекули рослин – хлорофіл. У клітинах рослин він міститься в хлоропластах, саме завдяки яким листя зелене.
З погляду хімії при фотосинтезі відбувається ланцюжок перетворень, результатом якого є кисень, вода і вуглеводи як запасу енергії.
Спочатку вважалося, що кисень утворюється в результаті розщеплення вуглекислого газу. Проте пізніше Корнеліус Ван Ніль з’ясував, що кисень утворюється в результаті фотолізу води. Пізніші дослідження підтвердили цю гіпотезу.
Описати суть фотосинтезу можна за допомогою ось такого рівняння: 6СО2 + 12Н2О + світло = С6Н12О6 + 6О2 + 6Н2О.
Дихання, наше з вами в тому числі, – це теж хімічне явище. Ми вдихаємо вироблений рослинами кисень, а видихаємо вуглекислий газ.
Але не тільки вуглекислий газ утворюється в результаті дихання. Головне в цьому процесі те, що завдяки диханню виділяється велика кількість енергії, і цей спосіб її отримання дуже ефективний.
Крім того, проміжним підсумком різних етапів дихання є велике число різних сполук. А ті в свою чергу служать основою для синтезу амінокислот, білків, вітамінів, жирів і жирних кислот.
Процес дихання складний і розбитий на кілька етапів. На кожному з яких у хід йде велика кількість ферментів, що виконують роль каталізаторів. Схема хімічних реакцій дихання практично однакова у тварин, рослин і навіть бактерій.
З погляду хімії дихання – це процес окислення вуглеводів (як варіант: білків, жирів) за допомогою кисню, в результаті реакції виходять вода, вуглекислий газ і енергія, яку клітини запасають в АТФ: С6Н12О6 + 6О2 = СО2 + 6Н2О + 2,87 * 106 Дж.
До речі, ми говорили вище, що хімічні реакції можуть супроводжуватися випромінюванням світла. У випадку з диханням і супутніми йому хімічними реакціями це теж вірно. Світитися (люмінесцентний) можуть деякі мікроорганізми. Хоча при цьому енергетична ефективність дихання знижується.
Горіння теж відбувається за участю кисню. У результаті деревина (і інше тверде паливо) перетворюється на золу, а ця речовина з абсолютно іншим складом і властивостями. Крім того, в процесі горіння виділяється велика кількість теплоти і світла, а також газу.
Горять, звичайно, не тільки тверді речовини, просто з їх допомогою було зручніше навести приклад в даному випадку.
З хімічної точки зору горіння – це окислювальна реакція, яка протікає з дуже великою швидкістю. А при дуже-дуже високій швидкості реакції може статися вибух.
Схематично реакцію можна записати так: речовина + О2 → оксиди + енергія.
Як природне хімічне явище розглядаємо ми і Гниття.
По суті, це той же процес, що й горіння, тільки протікає він набагато повільніше. Гниття являє собою взаємодію складних азотовмісних речовин з киснем за участю мікроорганізмів. Наявність вологи є одним з факторів, що сприяють виникненню гниття.
У результаті хімічних реакцій з білка утворюється аміак, жирні летючі кислоти, вуглекислота, оксикислоти, спирти, аміни, скатол, індол, сірководень, меркаптани. Частина з утворених в результаті гниття азотомістких з’єднань отруйні.
Якщо знову звернемося до нашого списку ознак хімічної реакції, то багато з них виявимо і в цьому випадку. Зокрема, мається вихідна речовина, реагент, продукти реакції. З характерних ознак відзначимо виділення теплоти, газів (сильнопахнущих), зміна кольору.
Для кругообігу речовин у природі гниття має дуже велике значення: дозволяє переробляти білки загиблих організмів у з’єднання, придатні до засвоєння рослинами. І коло починається спочатку.
Впевнена, ви помічали, як влітку легко дихається після грози. І повітря теж стає особливо свіжим і набуває характерний запах. Щоразу після літньої грози ви можете спостерігати ще одне поширене в природі хімічне явище – Утворення озону.
Озон (О3) в чистому вигляді являє собою газ синього кольору. У природі найбільша концентрація озону – у верхніх шарах атмосфери. Там він виконує роль щита нашої планети. Який захищає її від сонячної радіації з космосу і не дає Землі остигати, оскільки поглинає і її інфрачервоне випромінювання.
У природі озон в більшості своїй утворюється завдяки опроміненню повітря ультрафіолетовими променями Сонця (3О2 + УФ світло → 2ПРО3). А також при електричних розрядах блискавок під час грози.
У грозу під впливом блискавок частина молекул кисню розпадається на атоми, молекулярний і атомарний кисень з’єднуються, і утворюється О3.
Ось чому ми відчуваємо особливу свіжість після грози, нам легше дихається, повітря здається більш прозорим. Справа в тому, що озон набагато більш сильний окислювач, ніж кисень. І в невеликій концентрації (як після грози) безпечний. І навіть корисний, оскільки розкладає шкідливі речовини в повітрі. По суті, дезінфікує його.
Проте у великих дозах озон дуже небезпечний для людей, тварин і навіть рослин, для них він отруйний.
До речі, дезінфікуючі властивості отриманого лабораторним шляхом озону широко використовуються для озонування води, оберігання продуктів від псування, в медицині і косметології.
Зрозуміло, це далеко не повний список дивовижних хімічних явищ в природі, які роблять життя на планеті такою різноманітною і прекрасною. Ви зможете дізнатися про них більше, якщо будете уважно дивитися по сторонах і тримати вуха відкритими. Навколо повно дивовижних явищ, які тільки й чекають, щоб ви ними зацікавилися.