ХИМИЧЕСКАЯ ДЕЛИМОСТЬ: КОНЦЕПЦИИ И ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2025

В химии мы можем определить делимость как свойство материи, которое позволяет ей разделяться на более мелкие части. Чтобы понять концепцию, мы можем привести пример.

Если мы возьмем буханку хлеба и снова и снова разрежем ее пополам, доберемся ли мы когда-нибудь до фундаментального блока материи, который нельзя разделить дальше? Этот вопрос не давал покоя ученым и философам на протяжении тысячелетий.

Происхождение и понятие химической делимости

Долгое время обсуждался вопрос о том, состоит ли материя из частиц (то, что мы знаем сегодня как атомы), однако общая идея заключалась в том, что материя представляет собой континуум, который можно разделить.

Эта общая концепция сделала таких блестящих ученых, как Джеймс Клерк Максвелл (уравнения Максвелла) и Людвинг Больцман (распределение Больцмана), жертвой насмешек, которые довели первого до безумия, а второго - до самоубийства.

В V веке до нашей эры греческий философ Левкипп и его ученик Демокрит использовали слово «атомы» для обозначения мельчайшего отдельного кусочка материи и предположили, что мир состоит не более чем из движущихся атомов.

Эта ранняя атомная теория отличалась от более поздних версий, поскольку она включала идею человеческой души, состоящей из более совершенного типа атома, распределенного по всему телу.

В средние века атомная теория пришла в упадок, но возродилась в начале научной революции 17 века.

Исаак Ньютон, например, считал, что материя состоит из «твердых, массивных, твердых, непроницаемых и подвижных частиц».

Делимость может происходить разными способами, наиболее распространенным является деление физическими методами, например, разрезанием яблока ножом.

Однако делимость также может происходить химическими методами, при которых материя разделяется на молекулы или атомы.

10 примеров химической делимости

1- Растворите соль в воде

Когда соль, например хлорид натрия, растворяется в воде, происходит явление сольватации, когда ионные связи соли разрываются:

NaCl → Na ⁺ + Cl ^-

Если растворить всего одну крупинку соли в воде, она разделится на миллиарды ионов натрия и хлорида в растворе.

Рисунок 1: растворение соли в воде.

2- Окисление металлов в кислой среде

Все металлы, например магний или цинк, реагируют с кислотами, например разбавленной соляной кислотой, с образованием пузырьков водорода и бесцветного раствора хлорида металла.

Mg + HCl → Mg ²⁺ + Cl ^- + H ₂

Кислота окисляет металл, разделяющий металлические связи, с получением ионов в растворе (BBC, 2014).

3- Гидролиз сложных эфиров

Гидролиз - это разрыв химической связи через воду. Примером гидролиза является гидролиз сложных эфиров, при котором они разделяются на две молекулы, спирт и карбоновую кислоту.

Рисунок 2: гидролиз метилацетата.

4- реакции элиминации

Реакция отщепления делает именно то, что говорит: она удаляет атомы из молекулы. Это сделано для создания двойной связи углерод-углерод. Это можно сделать с помощью основания или кислоты.

Это может происходить в один согласованный этап (отрыв протона в Cα происходит одновременно с разрывом связи Cβ-X) или в два этапа (сначала происходит разрыв связи Cβ-X с образованием промежуточного карбокатиона, который затем «выключается» за счет отрыва протона от альфа-углерода).

Рисунок 3: реакции элиминации.

5- Ферментативная реакция альдолазы

На подготовительной фазе гликолиза одна молекула глюкозы расщепляется на две молекулы глицеральдегид-3-фосфата (G3P) с использованием 2 АТФ.

Фермент, ответственный за этот разрез, - альдолаза, которая посредством обратной конденсации делит на две части молекулу фруктозо-1,6-бисфосфата в молекуле G3P и молекулу дигидроксиацетонфосфата, которая позже изомеризуется с образованием другой молекулы G3P.

Рисунок 4: Альдолазная реакция.

6- Распад биомолекул

Не только гликолиз, но и все разложение биомолекул в реакциях катаболизма являются примерами химической делимости.

Это потому, что они начинаются с больших молекул, таких как углеводы, жирные кислоты и белки, для производства более мелких молекул, таких как ацетил-КоА, который входит в цикл Кребса для производства энергии в форме АТФ.

7- Реакции горения

Это еще один пример химической делимости, поскольку сложные молекулы, такие как пропан или бутан, реагируют с кислородом с образованием CO ₂ и воды:

С ₃ Н ₈ + 5O ₂ → 3СО ₂ + 4Н ₂ О

Можно сказать, что разложение биомолекул является реакцией горения, поскольку конечными продуктами являются CO ₂ и вода, однако они происходят в несколько стадий с различными посредниками.

8- Центрифугирование крови

Разделение различных компонентов крови - пример делимости. Несмотря на то, что это физический процесс, этот пример мне кажется интересным, поскольку компоненты разделены разницей в плотности при центрифугировании.

Наиболее плотные компоненты, сыворотка с эритроцитами, останутся на дне центрифужной пробирки, а менее плотные компоненты, плазма, останутся наверху.

9- Бикарбонатный буфер

Бикарбонат натрия, HCO ₃ ^- это основной способ транспортировки CO ₂ в организме в результате реакций метаболической деградации.

Это соединение реагирует с протоном в среде с образованием угольной кислоты, которая впоследствии разделяется на СО2 и воду:

HCO ₃ ^- + H ⁺ DH ₂ CO ₃ D CO ₂ + H ₂ O

Поскольку реакции обратимы, это способ, которым организм может посредством дыхания контролировать физиологический pH, чтобы избежать процессов алкалоза или ацидоза.

10- Деление атома или ядерного деления

В случае разрушения массивного ядра (такого как уран-235) (деления) это приведет к чистому выходу энергии. Это потому, что сумма масс осколков будет меньше массы уранового ядра.

В том случае, если масса фрагментов равна или превышает массу железа на пике кривой энергии связи, ядерные частицы будут более тесно связаны, чем в ядре урана, и это уменьшение массы происходит в форма энергии согласно уравнению Эйнштейна.

Рисунок 5: деление урана 235.

Для элементов легче железа синтез дает энергию. Эта концепция привела к созданию атомной бомбы и ядерной энергетики.

Ссылки

1. Программное обеспечение и мультимедиа AJ. (2015). Ядерное деление: основы. Получено с сайта atomicarchive.com.
2. (2014). Реакции кислот. Получено с bbc.co.uk.
3. Кларк, Дж. (2016, январь). ГИДРОЛИЗИРУЮЩИЕ ЭФИРЫ. Получено с сайта chemguide.co.uk.
4. Фойст, Л. (СФ). Реакции ликвидации в органической химии. Получено с сайта study.com.
5. Миллер, Вашингтон (1867 г.). Элементы химии: теоретические и практические, часть 1. Нью-Йорк: Джон Вили и сын.
6. Ядерное деление. (СФ). Восстановлен из гиперфизики.
7. Пратт, Д. (1997, ноябрь). Бесконечная делимость материи. Получено с сайта davidpratt.info.
8. Содерберг, Т. (31 мая 2016 г.). Устранение с помощью механизмов E1 и E2. Восстановлено с хим.libretext.