41. Литосфера как абиотическая основа жизни. Экологические функции литосферы.

Литосфера – это внешняя твердая оболочка Земли, которая включает всю земную кору и часть верхней мантии. Литосфера является источником всех минеральных ресурсов, одним из основных объектов антропогенной деятельности. Основную ценность представляет почвенный слой литосферы.

Почва – это органоминеральный продукт, созданный в результате многолетней деятельности живых организмов и воздействия абиотических факторов: воды, воздуха, тепла, света. Почва возникла вместе с живым веществом и развивалась под влиянием деятельности растений, животных и микроорганизмов. Современные почвы являются трехфазной системой (твердые частицы, вода и газы, растворенные в воде), состоящей из смеси минеральных частиц (продуктов разрушения горных пород) и органических веществ {продукты жизнедеятельности организмов и грибов). Почвы играют огромную роль в кругообороте воды, углекислого газа и других веществ.

В литосфере происходят различные процессы, которые прямо не зависят от человека, что и позволяет говорить о ее абиотическом характере,

Выветривание. Под выветриванием понимается разрушение и преобразование горных пород под действием различных абиотических факторов. В зависимости от сочетания этих факторов выделяют физическое, химическое и биохимическое выветривание.

1. Физическое выветривание происходит вследствие перепада температур, действия корневых систем и замершей воды.

2. Химическое выветривание осуществляется при совместном воздействии агрессивной водной среды, содержащей различные химические соединения.

3. Биохимическое выветривание имеет своей причиной воздействие органических кислот и преобразование остатков живых организмов.

Оползни и сели. Суть этих явлений заключается в перемещении обломков горных пород по поверхности Земли. Причиной этих перемещений выступают гравитационные процессы, которые подразделяются на обвальные, провальные и медленные.

Извержения вулканов. Распространение и извержение вулканов связаны с активными границами литосферных плит. Типы вулканов и их извержения зависят от состава магмы, формы подводящего канала, концентрации летучих веществ.

Подземные воды. Перемещение подземных вод зависит от водопроницаемости пород. С подземными водами вязаны процессы создания поверхностного и подземного рельефов.

Поверхностные водостоки. Деятельность поверхностных вод связана с эрозией, формированием оврагов. Помимо эрозионной функции, реки выполняют также переносную и аккумулятивную работу.

Таким образом, мы можем видеть, что литосфера является абиотической средой и играет важную роль в жизни человека.

43. Учение о составе вещества. Классификация веществ. Химические процессы. Реакционная способность веществ.

Первое научное определение химического элемента, сформулировал англ.химик и физик Бойль. В 1669 г. был открыт химический элемент фосфор, потом кобальт, никель и др. Открытие франц.химиком Лавуазье кислорода и установление его роли в образовании различных химических соединений позволило от прежних представлений об огненной материи (флогистоне). Лавуазье систематизировал химические элементы на базе имевшихся в 18 веке знаний. Эта систематизация оказалась ошибочным и была усовершенствована Менделеевым.

В периодической системе Менделеева насчитывалось 62 элемента, в 1930-е года она заканчивалась ураном (Z=92). В 1999 было сообщено, что путем физического синтеза атомных ядер открыт 114-й элемент.

Казалось очевидным, что именно относится к химическим соединениям, а что к простым телам или смесям. Однако применение в последнее время физических методов исследования вещества позволило выявить физическую природу химизма. С открытием физиками природы химизма как обменного взаимодействия электронов химики совершенно по другому стали рассматривать химические соединения.

Химическое соединение должно состоять из двух или более разных химических элементов, но оно может состоять и из одного элемента (молекула Н2, О2 , графит, алмаз и др. кристаллы без посторонних включений в их решетку).

Классификация веществ.

Вещества чаще всего классифицируют по двум самым важным показателям — их строению и составу. Мы уже знаем, что наименьшей полноценной частицей вещества является молекула. Однако, далеко не у всех веществ имеются молекулы, поэтому с точки зрения строения вещества принято разделять на молекулярные и немолекулярные. Молекулярных веществ, т. е. веществ, состоящих из молекул, — подавляющее большинство. В немолекулярных веществах атомы сразу образуют макроскопические тела, не объединяясь перед этим в молекулы. Прежде всего вещества делятся на два больших семейства: органические и неорганические.

Слово органический происходит от слова организм, т. е. живой, живущий. И действительно, вся живая материя на Земле состоит из огромного разнообразия органических веществ. Несколько столетий назад считали, что органические вещества могут содержаться только в растениях и животных, однако сегодня мы встречаемся с ними и далеко за пределами живой природы: это пластмассы, пластики, клеи, краски, синтетические ткани и многие другие материалы.

Количество органических веществ, превышает 20 миллионов, поэтому им отведен целый самостоятельный раздел химии — органическая химия.

Все остальные вещества, т. е. не содержащие углеродных цепей и колец, называются неорганическими.

Неорганические вещества, в свою очередь, образуют две обширные группы: простые и сложные.

Простыми называются вещества, состоящие из атомов только одного элемента. Элемент и простое вещество, образованное им, имеют одно и то же название: водород, кислород, железо, золото. Простые вещества, а также соответствующие им химические элементы, делятся на два класса: металлы и неметаллы

Сложными называются неорганические вещества, образованные атомами разных элементов. Сложные вещества, или, как их еще называют — химические соединения, — невероятно разнообразны по строению и свойствам. Они составляют основную часть неживой природы

Химические процессы.

Химические процессы представляют собой сложнейшее явление, как в неживой, так и в живой природе. Эти процессы изучают химия, физика и биология. Перед химической наукой стоит принципиальная задача – научиться управлять химическими процессами, потому что некоторые процессы не удается осуществить, другие трудно остановить – реакция горения, взрыва.

Все химические процессы имеют св-во обратимости, происходит перераспределение химических связей. Обратимость удерживает между прямой и обратной реакциями. В действительности равновесие зависит от условий прохождения процесса и чистоты реагентов.

Все проблемы, связанные с такими сложными процессами, например, получение аммиака, решает химическая кинетика. Она устанавливает зависимость химических реакций от различных факторов – от строения и концентрации, наличия катализаторов, от материала и конструкции реакторов.

Реакционная способность веществ.

Число известных в природе и технике химических процессов очень велико. Одни из них, например, окисление бронзы на воздухе, протекают веками, другие — горение бензина — очень быстро. Разложение же взрывчатых веществ происходит в миллионные доли секунды. При промышленном производстве химических продуктов очень важно знать закономерности протекания реакций во времени, т. е. зависимость их скорости и выхода продукта от температуры, давления, концентрации реагентов и примесей.

Изучением скорости и особенностей протекания химических реакций занимается химическая кинетика. Основополагающим для химической кинетики является представление о том, что исходные вещества, вступающие в химическую реакцию, чрезвычайно редко непосредственно превращаются в ее продукты. В большинстве случаев реакция проходит ряд последовательных и параллельных стадий, на которых образуются и расходуются промежуточные вещества. Число последовательных стадий может быть очень велико — в цепных реакциях их десятки и сотни тысяч. Время жизни промежуточных веществ весьма разнообразно: одни вполне стабильны, другие существуют в равновесном состоянии доли секунды. Изучение скорости протекания химических процессов показало, что химические реакции протекают тем быстрее, чем выше температура, давление и концентрация реагентов.

На скорость некоторых химических реакций можно влиять присутствием небольшого количества определенных веществ, которые сами в реакции участия не принимают. Вещества эти называются катализаторами. Катализаторы бывают положительными, ускоряющими реакцию, и отрицательными — замедляющими ее. Каталитическое ускорение химической реакции называется катализом и является приемом современной химической технологии (производство полимерных материалов, синтетического топлива и др.). Считается, что удельный вес каталитических процессов в химической промышленности достигает 80%. Благодаря катализу существенно повысилась эффективность экономики химической промышленности, поскольку ускорение химических реакций заметно влияет на снижение издержек производства.

44. Основные законы химической химии.

Для периода классической химии характерно стремительное развитие науки: были созданы периодическая система элементов, теория химического строения молекул, стереохимия, химическая термодинамика и химическая кинетика; блестящих успехов достигли прикладная неорганическая химия и органический синтез. В связи с ростом объёма знаний о веществе и его свойствах началась дифференциация химии — выделение её отдельных ветвей, приобретающих черты самостоятельных наук.

Основные законы химии

Закон сохранения массы (М. Ломоносов, 1748; А. Лавуазье, 1789): масса всех веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции.

Периодический закон (Д. Менделеев, 1869): свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра элемента.

Существует ряд частных законов химии, которые имеют ограниченную область применимости.

Закон постоянства состава (Ж. Пруст, 1808): все индивидуальные вещества имеют постоянный качественный и количественный состав, независимо от способа их получения.

Известны соединения переменного состава, для которых закон Пруста несправедлив, например сверхпроводники общей формулы YBa2CU3O7-x

Решающую роль в доказательстве существования атомов и молекул сыграли газовые законы.

Закон объемных отношений (Ж. Гей-Люссак, 1808): объемы газов, вступающих в реакцию, а также объемы газообразных продуктов реакции относятся друг к другу как небольшие целые числа.

Закон Авогадро: в равных объемах любых газов при постоянных температуре и давлении содержится одинаковое число молекул.

Закон Авогадро является следствием уравнения Клапейрона—Менделеева:

PV = VRT,

или

PV = (m/М) • RT,

где Р — давление газа, V— его объем, V — количество газа (в молях), R — универсальная газовая по¬стоянная, Т — абсолютная температура, m — его молярная масса.

Численное значение R зависит от размерности давления (объем газов, как правило, выражают в литрах). Если [Р] = кПа, то R = 8,314Дж /(моль • К); если [Р] = атм, то R = 0,082 л • атм/(моль • К).

Нормальные условия для газов:

Р0= 101,325 кПа = 1 атм, Т0= 273,15 К = 0 °С.

При нормальных условиях объем одного моля газа равен:

VM = RT0/P0= 22,4 л/моль.

Количество газа при нормальных условиях рас-считывают по формуле:

V = V(л)/Vm= V/22,4.

При произвольных условиях количество газа рассчитывают по уравнению Клапейрона—Менделеева

V = PV/(RT).

Плотность газов прямо пропорциональна их мо-лярной массе при заданных давлении и температуре:

р = m/V = PM/(RT) = (P/RT) • М.

Относительная плотность газов показывает, во сколько раз один газ тяжелее другого. Плотность газа В по газу А определяется следующим образом:

DA(B) = р(В)/р(А) = М(В)/М(А).

Средняя молярная масса смеси п газов равна общей массе смеси, деленной на общее число молей