Site Loader

Содержание

Разновидности жесткости воды – смягчение воды | О воде

Жесткость воды можно определить как содержание растворенных в ней солей магния, кальция, а также ряда других элементов из периодической таблицы Д. И. Менделеева. К примеру, это могут быть соли железа и марганца, однако, содержание последних в воде, как правило, на порядок ниже в сравнении с содержанием солей кальция и магния, поэтому, говоря об общей жесткости воды, подразумевают именно содержание в воде растворенных солей кальция и магния. Общая жесткость включает в себя временную и постоянную жесткость, которые также иногда называют карбонатной и некарбонатной, соответственно. 

Временная (карбонатная жесткость): Имеет обозначение KH. Она напрямую зависит содержания в воде гидрокарбонатов и карбонатов магния и кальция. Карбонатная жесткость называется временной, поскольку она может быть устранена путем кипячения воды. При кипячении данные соли выпадают в осадок и образуют накипь. Карбонатная жесткость определяет буферные свойства воды, в связи с чем, препятствует резким колебаниям уровня pH воды. Этот тип жесткости определяет ее пригодность для использования в быту, поскольку образование накипи на сантехнике и водонагревательных элементах бытовых приборов может легко вывести их из строя. 

Постоянная жесткость (некарбонатная жесткость): Имеет обозначение GH. Она обусловлена количественным содержанием в воде хлоридов, сульфатов и ряда других солей магния и кальция. При кипячении воды, такие соли в осадок выпадать не будут. Именно эта разновидность жесткости определяет степень пригодности воды для целей питья и приготовления пищи, т.к. ввиду невозможности ее удаления посредством кипячения, все соли кальция и магния, определяющие данные тип жесткости, попадут в организм человека. Кальций и магний – важнейшие макроэлементы, необходимые для нормального функционирования человеческого организма, однако, все хорошо в меру, и потребление воды с избыточным содержанием солей кальция и магния на протяжении длительного периода времени может привести к развитию мочекаменной болезни. Данный показатель может быть снижен путем применения технологии – смягчение. 

Успешно справиться с избыточной жесткостью поможет фильтр, в котором реализована технология смягчения воды, которая позволит привести качество воды по данному показателю к приемлемому уровню.

Введение в биологию (II) — caenogenesis — LiveJournal

Тема II
ВОДА

Растворителем, в котором работают почти все известные живые системы, служит окись водорода, или вода (H2O). В молекуле воды атом кислорода соединен с двумя атомами водорода одинарными ковалентными связями. Чтобы понять, почему это важно и на что это влияет, нам придется ввести несколько дополнительных понятий из общей химии.
Электроотрицательность — сила, с которой атом в составе молекулы оттягивает на себя общие с другим атомом электроны, образующие ковалентную связь. Это понятие ввел Лайнус Полинг (Linus Carl Pauling). Самый электроотрицательный элемент — фтор, за ним на шкале электроотрицательности следует кислород. Иными словами, кислород превосходит по электроотрицательности все другие атомы, за исключением фтора (который в биологической химии практически не встречается). Запомним этот факт.

Электроотрицательность одинаковых атомов по определению равна. Если между двумя одинаковыми атомами есть ковалентная связь, то образующие ее электроны никуда не смещены (в рамках старинной планетарной модели атома можно сказать, что они находятся точно посредине между атомами, как на картинке). Такая ковалентная связь называется неполярной.


Если ковалентную связь образуют два разных атома, то общие электроны смещаются к тому из них, у которого выше электроотрицательность. Такая связь называется полярной. При очень большой разнице в электроотрицательности она может даже стать ионной — это случится, если один атом полностью “отберет” у другого общую пару электронов.

Связь между водородом и кислородом в молекуле воды — типичный пример ковалентной полярной связи. Электроотрицательность кислорода намного выше, поэтому общие электроны смещены к нему. В результате на кислороде возникает маленький отрицательный заряд, а на водороде маленький положительный; эти заряды принято обозначать буквой δ (“дельта”).

Связи кислорода с водородом или углеродом (H-O или C-O) — всегда полярные. Молекулы, в которых много таких связей, несут многочисленные частичные заряды, отрицательные на кислороде и положительные на водороде или углероде. В то же время связь между углеродом и водородом (C-H) считается неполярной: разница в электроотрицательности между этими элементами так мала, что смещение электронов незаметно. Например, молекулы углеводородов в силу этого полностью неполярны, они не несут никаких частичных зарядов ни на каких атомах.


При наличии полярных связей между водородом и кислородом частичные заряды на этих атомах (отрицательные на кислороде и положительные на водороде) притягиваются друг к другу, образуя водородные связи. Эти связи гораздо слабее ковалентных, но могут давать сильный эффект, если их много. Например, именно из-за колоссального количества водородных связей у воды очень высокая теплоемкость — ее трудно нагреть и трудно остудить. Строго говоря, водородная связь может образоваться не только с кислородом, но и с другими электроотрицательными атомами (например, с азотом или фтором).


Любые заряженные частицы в водном растворе гидратируются, то есть окружаются молекулами воды — конечно, по-разному ориентированными в зависимости от того, положительная это частица или отрицательная. Любые ионы, растворенные в воде, на самом деле присутствуют там в гидратированном состоянии, то есть с водной оболочкой. На картинке для примера показана растворенная поваренная соль (NaCl) — образец чисто ионного вещества.

Полярные молекулы (а тем более ионы) хорошо взаимодействуют с водой, образуя с ней водородные связи и (или) подвергаясь гидратации. Такие вещества хорошо растворяются в воде и называются гидрофильными. Неполярные молекулы взаимодействуют с водой гораздо слабее, чем друг с другом. Такие вещества плохо растворяются в воде и называются гидрофобными. Типичные гидрофобные вещества — углеводороды. Типичные гидрофильные вещества — спирты, такие как этанол или показанный на картинке глицерин. Вообще кислородсодержащие соединения углерода, как правило, гидрофильны, если только в них нет совсем уж огромных углеводородных радикалов.

Могут ли подойти для жизни другие растворители, кроме воды? Ответ — да. Например, двуокись углерода (CO2) при более высоких давлениях, чем наше атмосферное, становится жидкостью и представляет собой хороший гидрофильный растворитель, в котором успешно идут многие биохимические реакции. В этом растворителе могут жить даже земные микроорганизмы: например, на дне Окинавского желоба в Восточно-Китайском море обнаружено целое озеро жидкой углекислоты, в котором постоянно живут довольно разнообразные бактерии (Inagaki et al., 2006).

Некоторые исследователи предполагают, что океаны жидкой двуокиси углерода могут существовать на планетах-“суперземлях” с массой, в несколько раз превосходящей массу Земли (Budisa, Schulze-Makuch, 2014). На картинке — художественное изображение планеты GJ1214b в созвездии Змееносца.

На крупнейшем спутнике Сатурна — Титане — есть углеводородные озера и даже моря, состоящие из метана (CH4), этана (C2H6) и пропана (C3H8). Это гидрофобный растворитель, в котором тоже иногда предполагают существование жизни, хотя прямых подтверждений тому пока нет. На картине — пейзаж Титана. Жидкой воды на поверхности Титана нет, там слишком холодно.

Аммиак (NH3) — гидрофильный растворитель, образующий много водородных связей, в данном случае между водородом и азотом, и напоминающий воду по физико-химическим свойствам. На более холодных планетах, чем Земля, аммиак находится в жидком состоянии и вполне может быть средой для жизни.

Теоретически возможно существование холодных землеподобных планет с аммиачными океанами (на картинке художественное изображение такой планеты). Есть ли там жизнь, никто не знает. Но почему бы и нет? Если насчет альтернатив углеродной жизни есть сомнения, то углеродную жизнь в неводном растворителе представить гораздо легче.
Можно придумать и другие экзотические варианты — например, океан из плавиковой кислоты (HF) на планете, описанной в фантастической повести Ивана Ефремова “Сердце Змеи”. “Люди Земли увидели лиловые волны океана из фтористого водорода, омывавшие берега черных песков, красных утесов и склонов иззубренных гор, светящихся голубым лунным сиянием…” Возвращаясь к земной биохимии, будем помнить, что она — не единственная теоретически возможная.

iPhone XR – Спецификации – Apple (RU)

Поддержка клавиатуры QuickType

Азербайджанский, албанский, английский (Австралия, Великобритания, Индия, Канада, Сингапур, США), арабский (недждийский, стандартный современный), армянский, ассамский, белорусский, бенгальский, бирманский, бодо, болгарский, валлийский, венгерский, вьетнамский, гавайский, греческий, грузинский, гуджарати, датский, догри, иврит, индонезийский, ирландский (гэльский), исландский, испанский (Испания, Латинская Америка, Мексика), итальянский, казахский, каннада, кантонский традиционный (иероглифы, сучэн, убихуа, цанцзе), каталанский, кашмирский (арабский, деванагари), киргизский, китайский традиционный (иероглифы, пиньинь QWERTY, пиньинь 10 клавиш, сучэн, убихуа, цанцзе, чжуинь, шуанпинь), китайский упрощённый (иероглифы, пиньинь QWERTY, пиньинь 10 клавиш, убихуа, шуанпинь), конкани (деванагари), корейский (2‑Set, 10 клавиш), курдский (арабский, латиница), кхмерский, лаосский, латышский, литовский, майтхили, македонский, малайский (арабский, латиница), малаялам, мальдивский, мальтийский, манипури (бенгальский, мейтей‑маек), маори, маратхи, монгольский, немецкий (Австрия, Германия, Швейцария), непальский, нидерландский, норвежский (букмол, нюнорск), ория, панджаби, персидский, персидский (Афганистан), польский, португальский (Бразилия, Португалия), пушту, румынский, русский, санскрит, сантали (деванагари, ол‑чики), сербский (кириллица, латиница), сингальский, синдхи (арабский, деванагари), словацкий, словенский, суахили, таджикский, тайский, тамильский (аньяльский, тамильский 99), телугу, тибетский, тонганский, турецкий, туркменский, узбекский (арабский, кириллица, латиница), уйгурский, украинский, урду, фарерский, филиппинский, финский, фламандский, французский (Бельгия, Канада, Франция, Швейцария), хинди (деванагари, латиница, транслитерация), хорватский, чероки, чешский, шведский, эмодзи, эстонский, японский (кана, ромадзи)

табло | Официальный сайт аэропорта Минеральные Воды

Анталья → Минеральные Воды

  • Номер рейса: LLM 9323
  • По расписанию: 11:00, 06.09
  • Расчетное время: 11:00, 06.09
  • Сектор: Б
  • Авиакомпания: Ямал
  • Тип ВС: A-321
  • Лента выдачи багажа: —

Вопросы и ответы / Портал госуслуг Москвы

Фильтр по вопросам

Выберите темуАвтоплатежи по выставленным счетам за текущий ЕПД, МГТС, детский сад, кружки и секцииАвтоплатежи по расписаниюАвторизация и восстановление пароляАннулирование разрешения на установку и эксплуатацию рекламной конструкцииАренда городских пространствБесплатное получение земельного участка в собственность гражданами и юридическими лицамиВвод СНИЛСВключение места размещения нестационарного торгового объекта при стационарном торговом объекте в схему размещения нестационарных торговых объектов (внесение изменений в схему размещения)Внесение в реестр резидентных парковочных разрешенийВнесение изменений в договор аренды земельного участка для строительства (реконструкции) капитального сооруженияВнесение изменений в разрешение на строительство (городской округ Троицк)Внесение изменений в разрешение на строительство (городской округ Щербинка)Внесение изменений в разрешение на строительство (только для ОКН)Внесение изменений в разрешение на строительство (только для ООПТ)Внесение изменений в разрешение на установку и эксплуатацию рекламной конструкцииВнесение изменений в реестр лицензий по управлению многоквартирными домамиВозмещение затрат на адаптацию продукцииВозмещение затрат на подтверждение соответствия продукции (сертификация продукции)Возмещение затрат на получение охранных документов (патентов, свидетельств) на РИД и средства индивидуализацииВозмещение затрат на сертификацию соответствия систем менеджментаВыдача пропусков грузовикамВыдача разрешения на строительствоВызов мастера (подача заявки в ЕДЦ)Выкуп арендуемой недвижимости у города субъектами малого и среднего бизнеса Государственная экспертиза результатов инженерных изысканий и проектной документацииГрадостроительный план земельного участка городского округа ТроицкГрадостроительный план земельного участка городского округа ЩербинкаГрант в целях стимулирования развития субъектов малого и среднего предпринимательства, осуществляющих реализацию товаров за пределы территории Российской Федерации, экспорт результатов интеллектуальной деятельности и (или) услугДоговор на размещение объекта благоустройстваДополнительное соглашение об изменении договора аренды земельного участкаДополнительное соглашение об изменении договора аренды недвижимости, принадлежащей городу, за исключением земельных участков и жильяЕдиный платежный документ для нежилых помещенийЕжемесячная выплата в связи с рождением (усыновлением) первого ребенкаЕжемесячная городская денежная выплата, включающая компенсацию на оплату стационарного телефонЗадание (или его копия) на работы по сохранению объекта культурного наследия федерального значения (за исключением объектов, перечень которых устанавливается правительством РФ)Задание на работы по сохранению объекта культурного наследия регионального значения, выявленного объекта культурного наследияЗаключение о соответствии Сводному плану подземных коммуникаций и сооруженийЗаписаться на личный приём в МАДИЗапись в детский садЗапись в колледжЗапись в кружки, спортивные секции, дома творчестваЗапись в офис МОСГОРТУРЗапись в первый класс, перевод из одной школы в другуюЗапись к ветеринарному врачуЗапись на ЦПМПК г. МосквыЗапись на медкомиссию для получения справки в ГИБДДЗапись на приёмЗапись на приём к нотариусуЗапись на прием в центр «Моя карьера»Запись на прием к врачуЗапись на прием к экспертамЗапись на проведение контрольно-геодезической съемкиЗапись на регистрационный учет на территории Троицкого и Новомосковского административных округовЗапись на собеседование в Школу вожатыхЗапись на торжественное вручение первого паспортаЗапись на участие в ГИА (ЕГЭ, ОГЭ, ГВЭ), итоговом сочинении (изложении), итоговом собеседовании по русскому языку для 9 классовЗапись ребёнка в группу продлённого дняЗапрос на сверку расчетов по финансово-лицевому счетуЗапрос, изменение и отмена доступа к электронной медицинской картеЗаявление на устранение строительных дефектов в рамках переезда по программе реновацииИзменение разрешенного использования земельного участка Информация об очерёдности граждан, состоящих на жилищном учётеКарта москвича для студента/ординатора/аспиранта/ассистента-стажераКомпенсация взамен получения подарочного комплекта для новорожденныхКомпенсация платы за детский садКопии правоудостоверяющих, правоустанавливающих документовЛицензирование предпринимательской деятельности по управлению многоквартирными домамиЛицензирование розничной продажи алкогольной продукцииЛичный кабинетЛичный кабинет юридического лицаМОСВОДОКАНАЛ. Заключение договора о подключении к сетям холодного водоснабжения, водоотведения МОСВОДОКАНАЛ. Заключение дополнительного соглашения к договору о подключении объекта строительства к сетям водоснабжения и (или) водоотведенияМОСВОДОКАНАЛ. Получение акта о подключении к сетям холодного водоснабжения, водоотведенияМОСВОДОКАНАЛ. Получение технических условий подключения к сетям холодного водоснабжения, водоотведения МОСВОДОСТОК. Заключение договора о подключении (технологическом присоединении) к сетям водоотведения поверхностных сточных водМОСВОДОСТОК. Заключение дополнительного соглашения к договору о подключении объекта строительства к централизованной системе водоотведения поверхностных сточных водМОСВОДОСТОК. Получение акта о подключении к сетям водоотведения поверхностных сточных водМОСВОДОСТОК. Получение технических условий подключения к сетям водоотведения поверхностных сточных водМОСГАЗ. Заключение договора о подключении к сетям газораспределенияМОСГАЗ. Заключение дополнительного соглашения к договору о подключении (технологическом присоединении) объекта капитального строительства к сетям газораспределенияМОСГАЗ. Получение акта о подключении к сетям газораспределения МОСГАЗ. Получение технических условий подключения к сетям газораспределенияМОСОБЛГАЗ. Заключение договора о подключении к сетям газораспределенияМОСОБЛГАЗ. Заключение дополнительного соглашения к договору о подключении (технологическом присоединении) объекта капитального строительства к сетям газораспределенияМОСОБЛГАЗ. Получение акта о подключении к сетям газораспределенияМОСОБЛГАЗ. Получение технических условий подключения к сетям газораспределенияМОЭК. Заключение договора о подключении к сетям теплоснабженияМОЭК. Заключение дополнительного соглашения к договору о подключении (технологическом присоединении) к системам теплоснабженияМОЭК. Получение акта о подключении к сетям теплоснабженияМОЭК. Получение технических условий подключения к сетям теплоснабженияНазначение компенсации на приобретение технического средства реабилитации инвалидам за счет средств бюджета города МосквыНаправление декларации о характеристиках объекта недвижимостиНаправление замечаний к промежуточным отчётным документамНаправление обращения об исправлении ошибок, допущенных при определении кадастровой стоимостиНаправление предложений о внесении изменений в правила землепользования и застройки города МосквыНаше деревоОЭК. Заключение договора о технологическом присоединении к электрическим сетямОЭК. Заключение дополнительного соглашения к договору о подключении (технологическом присоединении) к электрическим сетямОЭК. Получение акта о технологическом присоединении к электрическим сетямОбщие вопросыОпределение вида фактического использования зданий и помещений в целях налогообложения и выдача копии актаОрдер на производство земляных работ, установку временных ограждений и объектовОтзыв согласования переустройства, перепланировки помещения в многоквартирном домеОтказ от права постоянного (бессрочного) пользования либо пожизненного наследуемого владения земельным участкомОформление (закрытие) порубочного билета и (или) разрешения на пересадку зеленых насажденийОформление полиса ОМСОформление приемочной комиссией акта о завершенном переустройстве, перепланировке помещения в многоквартирном домеПАО «Россети Московский регион». Заключение договора о технологическом присоединении к электрическим сетямПАО «Россети Московский регион». Заключение дополнительного соглашения к договору о подключении (технологическом присоединении) к электрическим сетям ПАО «Россети Московский регион». Получение акта о технологическом присоединении к электрическим сетямПарковочные разрешения для многодетных семейПаспорт колористического решения фасадов зданий, строений, сооруженийПереезд по программе реновацииПерераспределение земель и (или) земельных участков, находящихся в государственной или муниципальной собственности, и земельных участков, находящихся в частной собственностиПодача апелляции о несогласии с выставленными баллами ГИА (ЕГЭ, ОГЭ, ГВЭ)Подача отчетности по долевому строительствуПодача сведений о поверке, вводе в эксплуатацию приборов учёта водыПодготовка, утверждение, изменение (переоформление) и отмена градостроительных планов земельных участковПодтверждение документов об образовании и (или) о квалификации, об ученых степенях, ученых званияхПоиск вакансий (работы)Поиск информации о ранее поданных заявлениях на предоставление государственных услугПоиск пропавших и найденных животныхПолучение архивной справки из государственных архивов МосквыПолучение земельного участка в безвозмездное пользованиеПолучение земельного участка в собственность собственником здания, сооруженияПолучение и оплата ЕПДПолучение информации жилищного учётаПолучение информации об эвакуированном транспортном средствеПолучение места на ярмарке выходного дняПолучение охотничьего билетаПолучение права постоянного (бессрочного) пользования земельным участкомПолучение разрешения на ввод объекта в эксплуатациюПолучение социальной карты учащегосяПолучение субсидии на оплату жилого помещения и коммунальных услугПомощь в переездеПосмотреть информацию о посещении и питании в школеПособия и компенсации семьям с детьми (в т.ч. многодетным)Постановка граждан льготных категорий, нуждающихся в санаторно-курортном лечении, на учет для получения бесплатной санаторно-курортной путевкиПредварительное согласование предоставления земельного участкаПредзапись на государственные услуги по регистрации автотранспортных средствПредоставление городских мер социальной поддержки в денежном выражении либо в виде социальных услугПредоставление ежемесячной денежной компенсации на оплату услуг местной телефонной связиПредоставление земельных участков в аренду правообладателям зданий, сооружений, расположенных на земельных участкахПредоставление информации и документов о зарегистрированных до 31 января 1998 г. правах на объекты жилищного фондаПредоставление информации из Сводного плана подземных коммуникаций и сооружений в городе МосквеПредоставление информации о результатах ГИА (ЕГЭ, ОГЭ, ГВЭ), итогового сочинения (изложения)Предоставление питания за счёт средств бюджета города МосквыПредоставление разъяснений, связанных с определением кадастровой стоимостиПредоставление сведений, содержащихся в ИАИС ОГДПриём показаний и оплата электроэнергииПриёмка исполнительной документации для ведения Сводного плана подземных коммуникаций и сооружений в городе МосквеПриватизация гражданами жилых помещений жилищного фонда города МосквыПрием показаний приборов учета водыПриемка результатов инженерных изысканий в ИАИС ОГДПрикрепление к детской стоматологической поликлиникеПрикрепление к женской консультацииПрикрепление к поликлиникеПрикрепление к стоматологической поликлиникеПрикрепление ребенка к детской поликлиникеПрисвоение гражданам статуса «Предпенсионер»Проверка и пополнение баланса домашнего телефона МГТСПродление срока действия согласования переустройства, перепланировки помещения в многоквартирном домеПросмотр результатов олимпиадыПубличные слушанияПутевки на отдых и оздоровление детейРазрешение (или его копия) на работы по сохранению объекта культурного наследия федерального значения (за исключением объектов, перечень которых устанавливается правительством РФ)Разрешение на ввод объекта в эксплуатацию (городской округ Троицк)Разрешение на ввод объекта в эксплуатацию (городской округ Щербинка)Разрешение на ввод объекта в эксплуатацию (только для ОКН)Разрешение на ввод объекта в эксплуатацию (только для ООПТ)Разрешение на использование земельных участков, которые принадлежат городу, либо государственная собственность на которые не разграниченаРазрешение на работы по сохранению объекта культурного наследия регионального значения, выявленного объекта культурного наследияРазрешение на строительство (городской округ Троицк)Разрешение на строительство (городской округ Щербинка)Разрешение на строительство (для ООПТ)Разрешение на строительство (только для ОКН)Разрешение на таксомоторную деятельностьРаспоряжение о снятии запрета на строительствоРассмотрение запроса (заявления) о принятии на учет в качестве нуждающихся в жилых помещениях/внесение изменений в учётное делоРегиональная социальная доплата к пенсииРегистрация аттракционаРегистрация самоходных машин и прицепов к нимРегистрация физического лицаСведения о капитальном ремонтеСервис сверки финансово-лицевых счетов арендаторовСогласие на залог, переуступку прав аренды земельного участка либо субарендуСогласие на субаренду либо переуступку прав аренды недвижимости, принадлежащей городу (за исключением земельных участков и жилья)Согласование дизайн-проекта размещения вывескиСогласование межевого плана границ земельного участкаСогласование мероприятий по уменьшению выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух в периоды неблагоприятных метеорологических условийСогласование переустройства, перепланировки помещения в многоквартирном домеСогласование специальных технических условийСубсидии в целях возмещения затрат, возникших при перевозке (транспортировке) товаров от пунктов отправления на территории Российской Федерации до конечного пункта назначения на территории иностранного государстваСубсидии на возмещение части затрат на создание, развитие имущественного комплекса технопарка, индустриального паркаТехнические вопросыТехнический осмотр самоходных машин и прицепов к нимУведомление о соответствии (несоответствии) завершенного строительства требованиям законодательства о градостроительной деятельностиУведомление о соответствии (несоответствии) параметров планируемого строительстваУведомление об изменении параметров планируемого строительстваУдостоверение тракториста-машиниста (тракториста)Установка рекламной конструкцииШтрафыЭлектронная медицинская картаЭлектронный дневник

Вопросы и ответы / Портал госуслуг Москвы

Фильтр по вопросам

Выберите темуАвтоплатежи по выставленным счетам за текущий ЕПД, МГТС, детский сад, кружки и секцииАвтоплатежи по расписаниюАвторизация и восстановление пароляАннулирование разрешения на установку и эксплуатацию рекламной конструкцииАренда городских пространствБесплатное получение земельного участка в собственность гражданами и юридическими лицамиВвод СНИЛСВключение места размещения нестационарного торгового объекта при стационарном торговом объекте в схему размещения нестационарных торговых объектов (внесение изменений в схему размещения)Внесение в реестр резидентных парковочных разрешенийВнесение изменений в договор аренды земельного участка для строительства (реконструкции) капитального сооруженияВнесение изменений в разрешение на строительство (городской округ Троицк)Внесение изменений в разрешение на строительство (городской округ Щербинка)Внесение изменений в разрешение на строительство (только для ОКН)Внесение изменений в разрешение на строительство (только для ООПТ)Внесение изменений в разрешение на установку и эксплуатацию рекламной конструкцииВнесение изменений в реестр лицензий по управлению многоквартирными домамиВозмещение затрат на адаптацию продукцииВозмещение затрат на подтверждение соответствия продукции (сертификация продукции)Возмещение затрат на получение охранных документов (патентов, свидетельств) на РИД и средства индивидуализацииВозмещение затрат на сертификацию соответствия систем менеджментаВыдача пропусков грузовикамВыдача разрешения на строительствоВызов мастера (подача заявки в ЕДЦ)Выкуп арендуемой недвижимости у города субъектами малого и среднего бизнеса Государственная экспертиза результатов инженерных изысканий и проектной документацииГрадостроительный план земельного участка городского округа ТроицкГрадостроительный план земельного участка городского округа ЩербинкаГрант в целях стимулирования развития субъектов малого и среднего предпринимательства, осуществляющих реализацию товаров за пределы территории Российской Федерации, экспорт результатов интеллектуальной деятельности и (или) услугДоговор на размещение объекта благоустройстваДополнительное соглашение об изменении договора аренды земельного участкаДополнительное соглашение об изменении договора аренды недвижимости, принадлежащей городу, за исключением земельных участков и жильяЕдиный платежный документ для нежилых помещенийЕжемесячная выплата в связи с рождением (усыновлением) первого ребенкаЕжемесячная городская денежная выплата, включающая компенсацию на оплату стационарного телефонЗадание (или его копия) на работы по сохранению объекта культурного наследия федерального значения (за исключением объектов, перечень которых устанавливается правительством РФ)Задание на работы по сохранению объекта культурного наследия регионального значения, выявленного объекта культурного наследияЗаключение о соответствии Сводному плану подземных коммуникаций и сооруженийЗаписаться на личный приём в МАДИЗапись в детский садЗапись в колледжЗапись в кружки, спортивные секции, дома творчестваЗапись в офис МОСГОРТУРЗапись в первый класс, перевод из одной школы в другуюЗапись к ветеринарному врачуЗапись на ЦПМПК г. МосквыЗапись на медкомиссию для получения справки в ГИБДДЗапись на приёмЗапись на приём к нотариусуЗапись на прием в центр «Моя карьера»Запись на прием к врачуЗапись на прием к экспертамЗапись на проведение контрольно-геодезической съемкиЗапись на регистрационный учет на территории Троицкого и Новомосковского административных округовЗапись на собеседование в Школу вожатыхЗапись на торжественное вручение первого паспортаЗапись на участие в ГИА (ЕГЭ, ОГЭ, ГВЭ), итоговом сочинении (изложении), итоговом собеседовании по русскому языку для 9 классовЗапись ребёнка в группу продлённого дняЗапрос на сверку расчетов по финансово-лицевому счетуЗапрос, изменение и отмена доступа к электронной медицинской картеЗаявление на устранение строительных дефектов в рамках переезда по программе реновацииИзменение разрешенного использования земельного участка Информация об очерёдности граждан, состоящих на жилищном учётеКарта москвича для студента/ординатора/аспиранта/ассистента-стажераКомпенсация взамен получения подарочного комплекта для новорожденныхКомпенсация платы за детский садКопии правоудостоверяющих, правоустанавливающих документовЛицензирование предпринимательской деятельности по управлению многоквартирными домамиЛицензирование розничной продажи алкогольной продукцииЛичный кабинетЛичный кабинет юридического лицаМОСВОДОКАНАЛ. Заключение договора о подключении к сетям холодного водоснабжения, водоотведения МОСВОДОКАНАЛ. Заключение дополнительного соглашения к договору о подключении объекта строительства к сетям водоснабжения и (или) водоотведенияМОСВОДОКАНАЛ. Получение акта о подключении к сетям холодного водоснабжения, водоотведенияМОСВОДОКАНАЛ. Получение технических условий подключения к сетям холодного водоснабжения, водоотведения МОСВОДОСТОК. Заключение договора о подключении (технологическом присоединении) к сетям водоотведения поверхностных сточных водМОСВОДОСТОК. Заключение дополнительного соглашения к договору о подключении объекта строительства к централизованной системе водоотведения поверхностных сточных водМОСВОДОСТОК. Получение акта о подключении к сетям водоотведения поверхностных сточных водМОСВОДОСТОК. Получение технических условий подключения к сетям водоотведения поверхностных сточных водМОСГАЗ. Заключение договора о подключении к сетям газораспределенияМОСГАЗ. Заключение дополнительного соглашения к договору о подключении (технологическом присоединении) объекта капитального строительства к сетям газораспределенияМОСГАЗ. Получение акта о подключении к сетям газораспределения МОСГАЗ. Получение технических условий подключения к сетям газораспределенияМОСОБЛГАЗ. Заключение договора о подключении к сетям газораспределенияМОСОБЛГАЗ. Заключение дополнительного соглашения к договору о подключении (технологическом присоединении) объекта капитального строительства к сетям газораспределенияМОСОБЛГАЗ. Получение акта о подключении к сетям газораспределенияМОСОБЛГАЗ. Получение технических условий подключения к сетям газораспределенияМОЭК. Заключение договора о подключении к сетям теплоснабженияМОЭК. Заключение дополнительного соглашения к договору о подключении (технологическом присоединении) к системам теплоснабженияМОЭК. Получение акта о подключении к сетям теплоснабженияМОЭК. Получение технических условий подключения к сетям теплоснабженияНазначение компенсации на приобретение технического средства реабилитации инвалидам за счет средств бюджета города МосквыНаправление декларации о характеристиках объекта недвижимостиНаправление замечаний к промежуточным отчётным документамНаправление обращения об исправлении ошибок, допущенных при определении кадастровой стоимостиНаправление предложений о внесении изменений в правила землепользования и застройки города МосквыНаше деревоОЭК. Заключение договора о технологическом присоединении к электрическим сетямОЭК. Заключение дополнительного соглашения к договору о подключении (технологическом присоединении) к электрическим сетямОЭК. Получение акта о технологическом присоединении к электрическим сетямОбщие вопросыОпределение вида фактического использования зданий и помещений в целях налогообложения и выдача копии актаОрдер на производство земляных работ, установку временных ограждений и объектовОтзыв согласования переустройства, перепланировки помещения в многоквартирном домеОтказ от права постоянного (бессрочного) пользования либо пожизненного наследуемого владения земельным участкомОформление (закрытие) порубочного билета и (или) разрешения на пересадку зеленых насажденийОформление полиса ОМСОформление приемочной комиссией акта о завершенном переустройстве, перепланировке помещения в многоквартирном домеПАО «Россети Московский регион». Заключение договора о технологическом присоединении к электрическим сетямПАО «Россети Московский регион». Заключение дополнительного соглашения к договору о подключении (технологическом присоединении) к электрическим сетям ПАО «Россети Московский регион». Получение акта о технологическом присоединении к электрическим сетямПарковочные разрешения для многодетных семейПаспорт колористического решения фасадов зданий, строений, сооруженийПереезд по программе реновацииПерераспределение земель и (или) земельных участков, находящихся в государственной или муниципальной собственности, и земельных участков, находящихся в частной собственностиПодача апелляции о несогласии с выставленными баллами ГИА (ЕГЭ, ОГЭ, ГВЭ)Подача отчетности по долевому строительствуПодача сведений о поверке, вводе в эксплуатацию приборов учёта водыПодготовка, утверждение, изменение (переоформление) и отмена градостроительных планов земельных участковПодтверждение документов об образовании и (или) о квалификации, об ученых степенях, ученых званияхПоиск вакансий (работы)Поиск информации о ранее поданных заявлениях на предоставление государственных услугПоиск пропавших и найденных животныхПолучение архивной справки из государственных архивов МосквыПолучение земельного участка в безвозмездное пользованиеПолучение земельного участка в собственность собственником здания, сооруженияПолучение и оплата ЕПДПолучение информации жилищного учётаПолучение информации об эвакуированном транспортном средствеПолучение места на ярмарке выходного дняПолучение охотничьего билетаПолучение права постоянного (бессрочного) пользования земельным участкомПолучение разрешения на ввод объекта в эксплуатациюПолучение социальной карты учащегосяПолучение субсидии на оплату жилого помещения и коммунальных услугПомощь в переездеПосмотреть информацию о посещении и питании в школеПособия и компенсации семьям с детьми (в т.ч. многодетным)Постановка граждан льготных категорий, нуждающихся в санаторно-курортном лечении, на учет для получения бесплатной санаторно-курортной путевкиПредварительное согласование предоставления земельного участкаПредзапись на государственные услуги по регистрации автотранспортных средствПредоставление городских мер социальной поддержки в денежном выражении либо в виде социальных услугПредоставление ежемесячной денежной компенсации на оплату услуг местной телефонной связиПредоставление земельных участков в аренду правообладателям зданий, сооружений, расположенных на земельных участкахПредоставление информации и документов о зарегистрированных до 31 января 1998 г. правах на объекты жилищного фондаПредоставление информации из Сводного плана подземных коммуникаций и сооружений в городе МосквеПредоставление информации о результатах ГИА (ЕГЭ, ОГЭ, ГВЭ), итогового сочинения (изложения)Предоставление питания за счёт средств бюджета города МосквыПредоставление разъяснений, связанных с определением кадастровой стоимостиПредоставление сведений, содержащихся в ИАИС ОГДПриём показаний и оплата электроэнергииПриёмка исполнительной документации для ведения Сводного плана подземных коммуникаций и сооружений в городе МосквеПриватизация гражданами жилых помещений жилищного фонда города МосквыПрием показаний приборов учета водыПриемка результатов инженерных изысканий в ИАИС ОГДПрикрепление к детской стоматологической поликлиникеПрикрепление к женской консультацииПрикрепление к поликлиникеПрикрепление к стоматологической поликлиникеПрикрепление ребенка к детской поликлиникеПрисвоение гражданам статуса «Предпенсионер»Проверка и пополнение баланса домашнего телефона МГТСПродление срока действия согласования переустройства, перепланировки помещения в многоквартирном домеПросмотр результатов олимпиадыПубличные слушанияПутевки на отдых и оздоровление детейРазрешение (или его копия) на работы по сохранению объекта культурного наследия федерального значения (за исключением объектов, перечень которых устанавливается правительством РФ)Разрешение на ввод объекта в эксплуатацию (городской округ Троицк)Разрешение на ввод объекта в эксплуатацию (городской округ Щербинка)Разрешение на ввод объекта в эксплуатацию (только для ОКН)Разрешение на ввод объекта в эксплуатацию (только для ООПТ)Разрешение на использование земельных участков, которые принадлежат городу, либо государственная собственность на которые не разграниченаРазрешение на работы по сохранению объекта культурного наследия регионального значения, выявленного объекта культурного наследияРазрешение на строительство (городской округ Троицк)Разрешение на строительство (городской округ Щербинка)Разрешение на строительство (для ООПТ)Разрешение на строительство (только для ОКН)Разрешение на таксомоторную деятельностьРаспоряжение о снятии запрета на строительствоРассмотрение запроса (заявления) о принятии на учет в качестве нуждающихся в жилых помещениях/внесение изменений в учётное делоРегиональная социальная доплата к пенсииРегистрация аттракционаРегистрация самоходных машин и прицепов к нимРегистрация физического лицаСведения о капитальном ремонтеСервис сверки финансово-лицевых счетов арендаторовСогласие на залог, переуступку прав аренды земельного участка либо субарендуСогласие на субаренду либо переуступку прав аренды недвижимости, принадлежащей городу (за исключением земельных участков и жилья)Согласование дизайн-проекта размещения вывескиСогласование межевого плана границ земельного участкаСогласование мероприятий по уменьшению выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух в периоды неблагоприятных метеорологических условийСогласование переустройства, перепланировки помещения в многоквартирном домеСогласование специальных технических условийСубсидии в целях возмещения затрат, возникших при перевозке (транспортировке) товаров от пунктов отправления на территории Российской Федерации до конечного пункта назначения на территории иностранного государстваСубсидии на возмещение части затрат на создание, развитие имущественного комплекса технопарка, индустриального паркаТехнические вопросыТехнический осмотр самоходных машин и прицепов к нимУведомление о соответствии (несоответствии) завершенного строительства требованиям законодательства о градостроительной деятельностиУведомление о соответствии (несоответствии) параметров планируемого строительстваУведомление об изменении параметров планируемого строительстваУдостоверение тракториста-машиниста (тракториста)Установка рекламной конструкцииШтрафыЭлектронная медицинская картаЭлектронный дневник

Невидимые связи в природе и факторы, полезные для нас

22/05/2018

У кого-то волосы кудрявые, у кого-то – прямые.  У кого-то красивый загар, а у кого-то кожа сгорает на солнце. Кто-то может кривить губы, а кто-то нет. Все это из-за наших генов и отличий в них. Разнообразие. Это — изюминка жизни.

Как и в случае отличий в нас, отличия есть и у растений и животных, видимые и невидимые нам. Например, один из сортов риса может быть более устойчивым к подтоплению, чем другие. Одна из пород домашнего скота лучше переносит засуху, чем другие.  Все это благодаря биоразнообразию.

Биоразнообразие означает многообразие растительной и животной жизни в мире.  Речь идет о генетическом, видовом и экосистемном многообразии. Чем больше разнообразие видов, сред обитания и генов, тем здоровее и продуктивнее экосистемы и тем лучше они адаптируются к таким вызовам, как изменение климата.

Но, в отличие от простого многообразия, биоразнообразие также характеризует тот способ, благодаря которому различные виды растений и животных связаны и взаимодействуют между собой.  Мир состоит из невидимой сети, которую мы редко осознаем. Утрата вида, будь то растение или животное, может изменить всю экосистему. Это означает утрату связей.  

Вот 7 экосистемных связей и полезных факторов, о которых вы могли не знать:

1. Сельское хозяйство и более здоровые почвы – На сельское хозяйство обычно возлагают вину за деградацию почвы.  В то же время при условии бережного ведения сельское хозяйство на самом деле может способствовать улучшению здоровья почв.  Например, зернобобовые помогают восстановить жизнеспособность почвы, что, в свою очередь, помогает лучше расти  другим растениям.  Знали ли вы, что в столовой ложке почвы больше отдельных живых организмов, чем людей на планете? Для роста продовольствия, извлечения углерода из воздуха и получения микробов, из которых изготавливают такие лекарственные средства, как пенициллин, нужны здоровые почвы. Сельскохозяйственные сектора – крупнейшие пользователи биоразнообразия. Все вместе они распоряжаются огромными наземными, пресноводными и морскими пространствами на Земле, будь то «дикое» разнообразие в лесном хозяйстве или рыболовстве или «одомашненное» биоразнообразие производственных систем.  При условии устойчивого ведения сельское хозяйство может способствовать сохранению биоразнообразия и важных экосистемных функций. 

2. Питание и изменение климата – Сельскохозяйственное биоразнообразие, включающее диких сородичей сельскохозяйственных культур, является основополагающим условием преодоления последствий изменения климата и обеспечения будущего нашего продовольствия. Это разнообразие дает сельскому хозяйству различные сорта культур и породы домашнего скота, которые лучше адаптируются к изменениям в температурах и осадках и к экстремальным погодным явлениям.  В нашу эпоху изменений необходимо изучать возможности других видов сельскохозяйственных культур. Из примерно 400 000 выявленных видов растений 30 000 оказываются съедобными. Но до сегодняшнего дня в пищу идут только 6 000.  А во всем мире в сколь-либо значимом масштабе выращивается всего 150 культур! Удивительно, но всего три культуры (кукуруза, пшеница и рис) обеспечивают почти 60% нашей дневной нормы потребления белков и калорий.  Нам необходимо расширять рацион питания и включать в него иные разновидности, которые могут оказаться более питательными и лучше справляются с последствиями изменения климата.

Типы ковалентных связей: полярные и неполярные

Электроны по-разному разделяются на ионные и ковалентные связи. Ковалентные связи могут быть неполярными или полярными и реагировать на электростатические заряды.

Ионные связи , как и в поваренной соли (NaCl), возникают из-за электростатических сил притяжения между положительными (Na +) и отрицательно заряженными (Cl-) ионами. Во втором блоке мы сравнили атомы со щенками и электроны с костями, аналогично тому, как работает связь. При ионной связи каждый щенок начинается с электронной кости, но один щенок действует как вор и крадет кость другого щенка (см.рис.3-1а). Теперь у одного щенка две электронные кости, а у одного — нет. Поскольку электронные кости в нашей аналогии имеют отрицательный заряд, щенок-вор получает отрицательный заряд из-за дополнительной кости. Щенок, потерявший электронную кость, заряжается положительно. Поскольку у щенка, потерявшего свою кость, заряд противоположен щенку-воришке, щенки удерживаются вместе за счет электростатических сил, как ионы натрия и хлора!

В ковалентных связях , как и газообразный хлор (Cl2), оба атома делятся друг с другом электронами и прочно удерживаются на них.В нашей аналогии каждый щенок снова начинается с электронной кости. Однако вместо того, чтобы один щенок украл кость у другого, оба щенка держатся за обе кости (см. Рис. 3-1b).

Некоторые ковалентно связанные молекулы, такие как газообразный хлор (Cl2), в равной степени разделяют свои электроны (как два одинаково сильных щенка, каждый из которых держит обе кости). Другие ковалентно связанные молекулы, такие как газообразный фтористый водород (HF), не имеют одинаковых электронов. Атом фтора действует как немного более сильный щенок, который немного сильнее притягивает общие электроны (см.рис.3-1в). Несмотря на то, что электроны во фтористом водороде являются общими, фторсодержащая сторона молекулы воды сильнее притягивает отрицательно заряженные общие электроны и становится отрицательно заряженной. Атом водорода имеет небольшой положительный заряд, потому что он не может так крепко держаться за отрицательные электронные кости. Ковалентные молекулы с таким типом неравномерного распределения заряда имеют полярность и . Молекулы с полярными ковалентными связями имеют положительную и отрицательную стороны.


Фиг.3-1: Связь на примере щенка. По этой аналогии каждый щенок представляет собой атом, а каждая кость представляет собой электрон.

Вода — полярная ковалентная молекула

Вода (h3O), как и фтористый водород (HF), представляет собой полярную ковалентную молекулу. Если вы посмотрите на диаграмму воды (см. Рис. 3-2), вы увидите, что два атома водорода неравномерно распределены вокруг атома кислорода. Неравномерное распределение электронов между атомами и несимметричная форма молекулы означает, что молекула воды имеет два полюса — положительный заряд на водородном полюсе (сбоку) и отрицательный заряд на кислородном полюсе (сбоку).Мы говорим, что молекула воды электрически полярна.

Рис. 3-2: Различные способы представления полярного распределения электронов в молекуле воды. Каждая диаграмма показывает несимметричную форму молекулы воды. На (a) и (b) полярные ковалентные связи показаны линиями. В части (c) полярные ковалентные связи показаны в виде электронных точек, общих для атомов кислорода и водорода. В части (d) диаграмма показывает относительный размер атомов, а связи представлены касанием атомов.

Деятельность

Полярная ковалентная связь водорода и кислорода в воде приводит к интересному поведению, su

Ориентация молекулы

Вода притягивается положительными и отрицательными электростатическими силами, потому что жидкие полярные молекулы ковалентной воды могут перемещаться, чтобы они могли ориентироваться в присутствии электростатической силы. (см. рис. 3-4).

Эти силы можно увидеть на следующем видео:

Хотя мы не можем видеть отдельные молекулы, мы можем сделать вывод из наших наблюдений, что в присутствии отрицательного заряда молекулы воды поворачиваются так, что их положительные полюса водорода обращены к отрицательно заряженному объекту.То же самое было бы верно в присутствии положительно заряженного объекта; молекулы воды поворачиваются так, что отрицательные полюса кислорода обращены к положительному объекту. См. Рис. 3-5 для интерпретации художника.

Симметрия и асимметрия

Помните, что в полярной молекуле притяжение одного атома сильнее, чем другого. Полярные ковалентные молекулы существуют всякий раз, когда существует асимметрия или неравномерное распределение электронов в молекуле. Один или несколько из этих асимметричных атомов притягивают электроны сильнее, чем другие атомы.Например, полярный метиловый спирт имеет отрицательный полюс, состоящий из углерода и водорода, и положительный полюс, состоящий из кислорода и водорода (см. Рис. 3-6).

Однако, когда молекулы симметричны , атомы одинаково притягивают электроны и распределение заряда однородно. Симметричные молекулы неполярны. Поскольку неполярные молекулы равномерно разделяют свои заряды, они не реагируют на электростатические заряды, как вода. Ковалентные молекулы, состоящие только из одного типа атомов, такие как газообразный водород (h3), неполярны, потому что атомы водорода делят свои электроны поровну.Молекулы, состоящие из более чем одного типа ковалентно связанных неметаллических атомов, такие как газообразный диоксид углерода (CO2), остаются неполярными, если они симметричны или если их атомы имеют относительно одинаковое притяжение. Даже большие соединения, такие как гексан бензин (С6х24), симметричны и неполярны. Похоже, что электростатические заряды не оказывают большого влияния на неполярные соединения. См. Рис. 3-6 для примеров полярных и неполярных молекул.

химических облигаций | Анатомия и физиология I

Цели обучения

  • Объясните взаимосвязь между молекулами и соединениями
  • Различают ионы, катионы и анионы
  • Определите ключевое различие между ионными и ковалентными связями
  • Различают неполярные и полярные ковалентные связи; описать полярность воды
  • Объясните, как молекулы воды связываются водородными связями
  • Различайте гидрофильные и гидрофобные вещества и описывайте их взаимодействия

Атомы, разделенные большим расстоянием, не могут связываться; скорее, они должны подойти достаточно близко, чтобы электроны в их валентных оболочках могли взаимодействовать.Но действительно ли атомы касаются друг друга? Большинство физиков сказали бы нет, потому что отрицательно заряженные электроны в их валентных оболочках отталкиваются друг от друга. Никакая сила внутри человеческого тела — или где-либо в мире природы — не достаточно сильна, чтобы преодолеть это электрическое отталкивание. Поэтому, когда вы читаете об атомах, которые соединяются или сталкиваются, имейте в виду, что атомы не сливаются в физическом смысле.

Вместо этого атомы соединяются, образуя химическую связь. Связь — это слабое или сильное электрическое притяжение, которое удерживает атомы в одном месте.Новая группа обычно более стабильна — с меньшей вероятностью снова вступит в реакцию — чем составляющие ее атомы, когда они были разделены. Более или менее стабильная группа из двух или более атомов, удерживаемых вместе химическими связями, называется молекулой . Связанные атомы могут быть одного и того же элемента, как в случае H 2 , который называется молекулярным водородом или газообразным водородом. Когда молекула состоит из двух или более атомов разных элементов, она называется химическим соединением .Таким образом, единица воды или H 2 O представляет собой соединение, как и отдельная молекула газового метана, или CH 4 .

Три типа химических связей важны в физиологии человека, потому что они удерживают вместе вещества, которые используются организмом для критических аспектов гомеостаза, передачи сигналов и производства энергии, и это всего лишь несколько важных процессов. Это ионные связи, ковалентные связи и водородные связи.

Ионы и ионные связи

Напомним, что в атоме обычно одинаковое количество положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов.Пока сохраняется эта ситуация, атом электрически нейтрален. Но когда атом участвует в химической реакции, которая приводит к передаче или принятию одного или нескольких электронов, атом становится положительно или отрицательно заряженным. Это часто случается с большинством атомов, чтобы иметь полную валентную оболочку, как описано ранее. Это может происходить либо путем получения электронов, чтобы заполнить оболочку, которая заполнена более чем наполовину, либо путем отдачи электронов для опустошения оболочки, которая меньше чем наполовину заполнена, тем самым оставляя следующую меньшую электронную оболочку в качестве новой, полной валентности. оболочка.Атом, имеющий электрический заряд — положительный или отрицательный — представляет собой ион .

Посетите этот веб-сайт, чтобы узнать об электрической энергии и притяжении / отталкивании зарядов. Что происходит с заряженным электроскопом, когда проводник перемещается между пластиковыми пластинами и почему?

Калий (K), например, является важным элементом во всех клетках организма. Его атомный номер 19. В валентной оболочке всего один электрон. Эта характеристика делает калий весьма вероятным для участия в химических реакциях, в которых он отдает один электрон.(Калию легче отдать один электрон, чем получить семь электронов.) Потеря приведет к тому, что положительный заряд протонов калия будет иметь большее влияние, чем отрицательный заряд электронов калия. Другими словами, полученный ион калия будет слегка положительным. Ион калия обозначается K + , что указывает на то, что он потерял один электрон. Положительно заряженный ион известен как катион .

Теперь рассмотрим фтор (F), компонент костей и зубов.Его атомный номер девять, и он имеет семь электронов в валентной оболочке. Таким образом, высока вероятность связывания с другими атомами таким образом, что фтор принимает один электрон (фтору легче получить один электрон, чем отдать семь электронов). Когда это произойдет, количество его электронов будет на единицу больше, чем протонов, и у него будет общий отрицательный заряд. Ионизированная форма фтора называется фторидом и обозначается как F . Отрицательно заряженный ион известен как анион .

Атомы, которые должны отдать или принять более одного электрона, в конечном итоге будут иметь более сильный положительный или отрицательный заряд. Катион, который подарил два электрона, имеет чистый заряд +2. На примере магния (Mg) это можно записать как Mg ++ или Mg 2+ . Анион, который принял два электрона, имеет чистый заряд –2. Ионная форма селена (Se), например, обычно обозначается как Se 2–.

Противоположные заряды катионов и анионов создают умеренно сильное взаимное притяжение, которое удерживает атомы в непосредственной близости, образуя ионную связь.Ионная связь , , , — это постоянная тесная связь между ионами противоположного заряда. Поваренная соль, которую вы добавляете в пищу, обязана своим существованием ионной связи. Как показано на рис. 2.8, натрий обычно отдает электрон хлору, превращаясь в катион Na + . Когда хлор принимает электрон, он становится хлорид-анионом, Cl . Обладая противоположными зарядами, эти два иона сильно притягиваются друг к другу.

Рисунок 2.8. Ионное соединение
(a) Натрий легко отдает одиночный электрон в своей валентной оболочке хлору, которому нужен только один электрон, чтобы иметь полную валентную оболочку.(b) Противоположные электрические заряды образующихся катиона натрия и аниона хлорида приводят к образованию связи притяжения, называемой ионной связью. (c) Привлечение большого количества ионов натрия и хлора приводит к образованию больших групп, называемых кристаллами.

Вода является важным компонентом жизни, потому что она способна разорвать ионные связи в солях, чтобы высвободить ионы. Фактически, в биологических жидкостях большинство отдельных атомов существует в виде ионов. Эти растворенные ионы производят электрические заряды в теле.Поведение этих ионов позволяет отслеживать работу сердца и мозга в виде волн на электрокардиограмме (ЭКГ или ЭКГ) или электроэнцефалограмме (ЭЭГ). Электрическая активность, возникающая при взаимодействии заряженных ионов, является причиной того, что их также называют электролитами.

Ковалентные облигации

Ковалентные связи — это тип связей, в которых два атома связаны друг с другом за счет совместного использования двух или более электронов. Таким образом, в отличие от ионных связей, которые образованы притяжением между положительным зарядом катиона и отрицательным зарядом аниона, молекулы, образованные ковалентной связью , разделяют электроны во взаимно стабилизирующем соотношении.Как и у ближайших соседей, дети которых сначала проводят в одном доме, а затем в другом, атомы не теряют и не приобретают электроны навсегда. Вместо этого электроны, вращающиеся вокруг атомного ядра, являются общими, и они перемещаются между элементами. Из-за близкого распределения пар электронов (по одному электрону от каждого из двух атомов) ковалентные связи на сильнее, чем на ионные. Ковалентные связи, обнаруженные в неорганических молекулах, таких как H 2 O, O 2 и CO 2 , а также в органических молекулах, таких как белки и молекулы ДНК.

Природа ковалентной связи определяется числом совместно используемых электронов и природой двух элементов, разделяющих связь. Два или более атома, удерживаемые вместе ковалентными связями в определенном порядке, называются молекулой. Ковалентные связи бывают двух типов: неполярные и полярные . Неполярные и полярные ковалентные связи различаются в зависимости от того, одинаково или неравно они разделяют электроны. Относительное притяжение атома к электрону известно как его электроотрицательность.Атомы, которые сильнее притягивают электрон, считаются более электроотрицательными .

Неполярные ковалентные связи

Неполярные ковалентные связи образуются между атомами с одинаковой или близкой электроотрицательностью, чаще всего между двумя неметаллами. На рис. 2.9 показано несколько распространенных типов ковалентных связей. Обратите внимание, что два ковалентно связанных атома обычно разделяют только одну или две электронные пары, хотя возможны и более крупные разделения. Важная концепция, которую следует извлечь из этого, заключается в том, что в ковалентных связях электроны во внешней валентной оболочке используются совместно, чтобы заполнить валентные оболочки обоих атомов, в конечном итоге стабилизируя оба задействованных атома.В одинарной ковалентной связи один электрон используется совместно двумя атомами, в то время как в двойной ковалентной связи две пары электронов используются совместно двумя атомами. Есть даже тройные ковалентные связи, в которых разделяются три атома. Чем больше ковалентных связей между двумя атомами, тем сильнее связь.

Рисунок 2.9. Ковалентное соединение

Вы можете видеть, что ковалентные связи, показанные на рисунке 2.9, сбалансированы. Доля отрицательных электронов относительно одинакова, как и электрическое притяжение положительных протонов в ядрах участвующих атомов.Вот почему ковалентно связанные молекулы, которые электрически сбалансированы таким образом, описываются как неполярные; то есть ни один участок молекулы не является более положительным или отрицательным, чем любой другой.

Полярные ковалентные связи

Группы законодателей с совершенно противоположными взглядами на конкретный вопрос часто описываются новостными авторами как «поляризованные». В химии, когда электроны в ковалентной связи разделяются неравным образом , это называется полярной полярной или полярной ковалентной связью. Из-за неравного распределения и распределения электронов между атомами возникает слегка отрицательный или слегка положительный заряд, что приводит к образованию полярной молекулы . Полярная молекула — это молекула, которая содержит области с противоположными электрическими зарядами.

Самый известный пример полярной молекулы — вода (рис. 2.10). Молекула состоит из трех частей: один атом кислорода, ядро ​​которого содержит восемь протонов, и два атома водорода, каждое из ядер которых содержит только один протон.Поскольку каждый протон обладает одинаковым положительным зарядом, ядро, содержащее восемь протонов, имеет заряд в восемь раз больше, чем ядро, содержащее один протон. Это означает, что отрицательно заряженные электроны, присутствующие в молекуле воды, сильнее притягиваются к ядру кислорода, чем к ядрам водорода. Таким образом, единственный отрицательный электрон каждого атома водорода мигрирует к атому кислорода, делая кислородный конец их связи немного более отрицательным, чем водородный конец их связи.

Рисунок 2.10. Полярные ковалентные связи в молекуле воды

То, что верно для связей, верно для молекулы воды в целом; то есть область кислорода имеет слегка отрицательный заряд, а области атомов водорода имеют слегка положительный заряд. Эти заряды часто называют «частичными зарядами», потому что сила заряда меньше одного полного электрона, как в ионной связи. Как показано на рисунке 2.10, области слабой полярности обозначены греческой буквой дельта (∂) и знаком плюс (+) или минус (-).

Хотя одна молекула воды невообразимо крошечная, у нее есть масса, и противоположные электрические заряды на молекуле притягивают эту массу таким образом, что она создает форму, напоминающую треугольную палатку (см. Рис. 2.10 b ). Этот диполь с положительными зарядами на одном конце, образованными атомами водорода на «дне» палатки, и отрицательным зарядом на противоположном конце (атом кислорода на «вершине» палатки), делает заряженные области очень вероятно, что они будут взаимодействовать с заряженными областями других полярных молекул.Для физиологии человека образующаяся связь является одной из самых важных, образованных водой, — водородной связью.

Водородные связи

Водородная связь образуется, когда слабо положительный атом водорода, уже связанный с одним электроотрицательным атомом (например, кислород в молекуле воды), притягивается к другому электроотрицательному атому другой молекулы. Другими словами, водородные связи всегда включают водород, который уже является частью полярной молекулы.

Самый распространенный пример водородной связи в мире природы происходит между молекулами воды.Это происходит у вас на глазах, когда две капли дождя сливаются в большую бусину или ручей впадает в реку. Водородная связь возникает из-за того, что слабоотрицательный атом кислорода в одной молекуле воды притягивается к слабоположительным атомам водорода двух других молекул воды (рис. 2.11).

Рисунок 2.11. Водородные связи между молекулами воды
Обратите внимание, что связи возникают между слабо положительным зарядом атомов водорода и слабо отрицательным зарядом атомов кислорода.Водородные связи относительно слабые и поэтому обозначены пунктирной (а не сплошной) линией.

Молекулы воды также сильно притягивают другие типы заряженных молекул, а также ионы. Это объясняет, почему, например, «поваренная соль» на самом деле представляет собой молекулу, называемую в химии «солью», которая состоит из равного количества положительно заряженного натрия (Na + ) и отрицательно заряженного хлорида (Cl ). , так легко растворяется в воде, в этом случае образуя диполь-ионные связи между водой и электрически заряженными ионами (электролитами).Молекулы воды также отталкивают молекулы с неполярными ковалентными связями, такие как жиры, липиды и масла. Вы можете продемонстрировать это с помощью простого кухонного эксперимента: налейте чайную ложку растительного масла, соединения, образованного неполярными ковалентными связями, в стакан с водой. Вместо того, чтобы мгновенно растворяться в воде, масло образует четкую гранулу, потому что полярные молекулы воды отталкивают неполярное масло.

Вода и водородная связь

Вода — основа жизни. Без него жизнь невозможна.На воду приходится до 75 процентов веса человеческого тела. Вода представляет собой относительно стабильную среду, в которой могут происходить химические реакции. Уникальные химические свойства воды (как растворителя с высокой температурой кипения и высокой теплоемкостью) делают ее незаменимой для гомеостаза. Терморегуляция тела зависит от высокой теплоемкости воды, которая защищает его от колебаний внешней температуры. Охлаждение тела осуществляется за счет испарения влаги — потоотделения. Вода также жизненно важна как средство передвижения.Кислород переносится эритроцитами, взвешенными в сыворотке, которая в основном состоит из воды. Питательные вещества растворяются в воде и транспортируются к клеткам. Вода используется для растворения и разбавления молекул отходов. Если в организме очень долго не будет воды, наступит смерть.

Вода имеет несколько свойств, которые способствуют ее пригодности для поддержания жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Одно из этих свойств состоит в том, что вода представляет собой полярную молекулу . Кислород более электроотрицателен, чем водород, и притягивает к себе электроны, которые он разделяет в ковалентной связи.Поскольку вода полярна, частичный положительный конец одной молекулы воды будет притягиваться к частичному отрицательному концу соседней молекулы воды. Это притяжение называется водородной связью. Водородная связь (определяется как притяжение атома с высокой электроотрицательностью к атому водорода, который ковалентно связан с другим сильно электроотрицательным атомом. Это включает притяжение атома водорода с частичным положительным зарядом к атому с частичным отрицательным зарядом. Только атомы водорода, ковалентно связанные с сильно электроотрицательным атомом, могут участвовать в водородной связи.) возникает между частично отрицательно заряженными атомами с высокой электроотрицательностью — кислородом, азотом или фтором — и частично положительно заряженными атомами водорода, которые связаны с атомами кислорода, азота или фтора.

Водородная связь , которую называют межмолекулярным притяжением, является критическим взаимодействием внутри клетки. Это основная сила, которая удерживает вместе третичную структуру белков, углеводов и нуклеиновых кислот, и общая стабильность этих молекул частично обусловлена ​​кумулятивным эффектом большого количества водородных связей, обнаруженных в функциональных структурах.Водородные связи обнаруживаются внутри множества молекул и между ними. Например, огромное количество водородных связей между нитями растительной целлюлозы обеспечивает прочность и структуру стенки растительной клетки. Другой пример: шерсть (овечья шерсть) содержит много белков с огромным количеством водородных связей, которые обеспечивают волнистую структуру отдельных волокон шерсти. Эти изогнутые волокна задерживают воздушные пространства, что делает шерсть таким хорошим изолятором. При стирке при высоких температурах эти водородные связи разрываются, и шерстяные волокна теряют форму, вероятно, повреждая шерстяную одежду.

Электроотрицательный кислород (красный) притягивает к себе электроны, создавая частичный отрицательный заряд кислорода и частичный положительный заряд водорода.

Взаимодействие с водой

Вода и ионы

Притяжение между противоположно заряженными ионами в ионном соединении сильное. Однако из-за полярности воды, когда многие ионные соединения находятся в водных растворах, они диссоциируют на ионы. Например, когда ионное соединение, такое как поваренная соль (NaCl), растворяется в воде, оно разделяется на ионы Na + и Cl .Молекулы воды окружают ионы, чтобы сформировать полярные взаимодействия, так что положительные концы молекул воды располагаются вокруг отрицательных ионов, а отрицательные концы молекул воды окружают положительные ионы. Таким образом, ионы инкапсулируются водяными сферами, которые называются сферами гидратации. Биологический мир очень ионный, и сферы гидратации важны в клетке, потому что они поддерживают разделение многих ионов клетки друг от друга. Сфера гидратации должна быть нарушена, чтобы произошло связывание со специфическим связывающим партнером.

Гидрофильное взаимодействие

Природа полярных молекул такова, что они содержат сильно электроотрицательные атомы. Следовательно, многие из них способны образовывать водородные связи с водными или полярными растворителями. Поскольку полярные молекулы обычно растворимы в воде, их называют гидрофильными или водолюбивыми. Одноуглеродный спирт, метанол, является примером полярной молекулы.

Гидрофобное взаимодействие

Последний тип взаимодействия происходит между нейтральными гидрофобными или водобоязненными молекулами.Эти неполярные молекулы не взаимодействуют с водой и характеризуются атомами с одинаковой или почти одинаковой электроотрицательностью. В водных растворах гидрофобные молекулы движутся вместе, исключая воду. Например, встряхивание бутылки с маслом и уксусом (уксусная кислота в воде), например, в заправке для салата, приводит к диспергированию масла в уксусе в виде крошечных капелек. По мере того, как смесь оседает, масло собирается все большими и большими каплями, пока не останется только в виде слоя или фазы над уксусом.

Подобный эффект наблюдается в биологических системах. Когда белок сворачивается в свою окончательную трехмерную структуру, гидрофобные части белка вытесняются вместе и удаляются от водной среды клетки. Точно так же биологические мембраны стабилизируются за счет исключения воды между слоями липидов, как мы увидим позже.

Амфипатические молекулы — это молекулы, которые имеют отчетливую неполярную или гидрофобную область и отчетливую полярную область. Эти молекулы не образуют настоящих растворов в воде.Скорее, неполярные части прижимаются друг к другу в неполярный агрегат, в результате чего полярная часть молекулы взаимодействует с водной фазой. Моющие средства и длинноцепочечные карбоновые кислоты являются примерами амфипатических молекул.

ковалентных облигаций | Биология для неосновных I

Результаты обучения

  • Опишите характеристики ковалентных связей и проведите различие между полярными и неполярными связями

Другой способ выполнения правила октетов — это разделение электронов между атомами с образованием ковалентных связей .Эти связи более сильные и гораздо более распространены, чем ионные связи в молекулах живых организмов. Ковалентные связи обычно встречаются в органических молекулах на основе углерода, таких как наша ДНК и белки. Ковалентные связи также встречаются в неорганических молекулах, таких как H 2 O, CO 2 и O 2 . Одна, две или три пары электронов могут использоваться совместно, образуя одинарные, двойные и тройные связи соответственно. Чем больше ковалентных связей между двумя атомами, тем сильнее их связь. Таким образом, тройные связи являются наиболее прочными.

Прочность различных уровней ковалентной связи является одной из основных причин, по которым живым организмам трудно получить азот для использования в построении своих молекул, даже несмотря на то, что молекулярный азот, N 2 , является наиболее распространенным газом в атмосфере. Молекулярный азот состоит из двух атомов азота, тройно связанных друг с другом, и, как и все молекулы, совместное использование этих трех пар электронов между двумя атомами азота позволяет заполнить их внешние электронные оболочки, что делает молекулу более стабильной, чем индивидуальная. атомы азота.Эта сильная тройная связь мешает живым системам расщеплять этот азот, чтобы использовать его в качестве составных частей белков и ДНК.

Образование молекул воды является примером ковалентной связи. Атомы водорода и кислорода, которые объединяются в молекулы воды, связаны ковалентными связями. Электрон из водорода делит свое время между неполной внешней оболочкой атомов водорода и неполной внешней оболочкой атомов кислорода. Чтобы полностью заполнить внешнюю оболочку кислорода, которая имеет шесть электронов на внешней оболочке, но которая была бы более стабильной с восемью, необходимы два электрона (по одному от каждого атома водорода): отсюда известная формула H 2 O.Электроны распределяются между двумя элементами, чтобы заполнить внешнюю оболочку каждого, что делает оба элемента более стабильными.

Просмотрите это короткое видео, чтобы увидеть анимацию ионного и ковалентного связывания.


Полярные и неполярные ковалентные связи

Есть два типа ковалентных связей: полярные и неполярные. Неполярные ковалентные связи образуются между двумя атомами одного и того же элемента или между разными элементами, которые в равной степени разделяют электроны.Например, атом кислорода может связываться с другим атомом кислорода, чтобы заполнить их внешние оболочки. Эта ассоциация неполярна, потому что электроны будут равномерно распределены между каждым атомом кислорода. Между двумя атомами кислорода образуются две ковалентные связи, потому что кислород требует, чтобы два общих электрона заполняли его внешнюю оболочку. Атомы азота образуют три ковалентные связи (также называемые тройными ковалентными) между двумя атомами азота, потому что каждому атому азота требуется три электрона, чтобы заполнить его внешнюю оболочку.Другой пример неполярной ковалентной связи обнаружен в молекуле метана (CH 4 ). У атома углерода четыре электрона во внешней оболочке, и ему нужно еще четыре, чтобы заполнить его. Он получает эти четыре из четырех атомов водорода, каждый из которых обеспечивает один. Все эти элементы делят электроны в равной степени, создавая четыре неполярные ковалентные связи.

В полярной ковалентной связи общие для атомов электроны проводят больше времени ближе к одному ядру, чем к другому. Из-за неравномерного распределения электронов между разными ядрами возникает слегка положительный (δ +) или слегка отрицательный (δ–) заряд.Ковалентные связи между атомами водорода и кислорода в воде являются полярными ковалентными связями. Общие электроны проводят больше времени рядом с ядром кислорода, придавая ему небольшой отрицательный заряд, чем они проводят рядом с ядрами водорода, придавая этим молекулам небольшой положительный заряд. Полярные ковалентные связи образуются чаще, когда атомы, сильно различающиеся по размеру, разделяют электроны.

Примеры ковалентного связывания

Рис. 1. Полярная или неполярная молекула зависит как от типа связи, так и от формы молекулы.И вода, и диоксид углерода имеют полярные ковалентные связи, но диоксид углерода является линейным, поэтому частичные заряды молекулы компенсируют друг друга.

Видеообзор

Посмотрите это видео, чтобы узнать еще одно объяснение ковалентных связей и того, как они образуются:

Внесите свой вклад!

У вас была идея улучшить этот контент? Нам очень понравится ваш вклад.

Улучшить эту страницуПодробнее

Ковалентная связь — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Ковалентные связи воды (h3O)

Ковалентная связь — химическая связь между двумя атомами неметалла.Примером является вода, в которой водород (H) и кислород (O) соединяются вместе, образуя (H 2 O). Полная внешняя оболочка обычно имеет восемь электронов или два в случае водорода или гелия. Валентные электроны — это электроны, относительно свободно удерживаемые во внешней оболочке атома. Строение электронных оболочек определяется квантовой механикой.)

Число электронов в атоме определяется числом протонов в атоме. Электроны вращаются вокруг атомных ядер, и они подобны нечетким орбитальным путям вокруг атомного ядра.Первый слой имеет до двух электронов. Слои после этого обычно содержат до восьми. Ковалентные связи образуются атомами, разделяющими валентные электроны.

Если, например, у атома было девять электронов, первые два вращались очень близко к ядру, а следующие семь вращались немного дальше. Внешние семь электронов удерживаются менее плотно, чем два внутренних, потому что они дальше от положительно заряженного ядра. Если этот атом приблизится к другому атому со слабо удерживаемым электроном в его внешней оболочке, новая орбиталь станет доступной для слабо удерживаемого электрона.Эта новая электронная орбиталь связана с обоими атомными ядрами и имеет более низкий уровень энергии, чем исходная электронная орбиталь. Электрон может самопроизвольно прыгнуть на него и испустить фотон с избыточной энергией. Теперь у нас есть электрон, вращающийся вокруг обоих атомов, что приводит к тому, что атом, предоставивший электрону, имеет небольшой суммарный положительный заряд, а другой атом имеет небольшой суммарный отрицательный заряд. Два атома теперь удерживаются вместе электромагнитной силой притяжения между положительными и отрицательными зарядами.Это называется ковалентной связью. Чтобы разорвать эту связь, нужно столько же энергии, сколько было высвобождено при ее образовании.

Молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, соединенных ковалентной связью. В этом случае атом кислорода делит по одному электрону с каждым атомом водорода. Это означает, что атомы кислорода имеют небольшой суммарный положительный заряд, а атом водорода имеет небольшой суммарный отрицательный заряд. В результате атомы кислорода и водорода притягиваются друг к другу под действием электромагнитной силы.Из-за этого молекула воды является полярной молекулой: ее заряд распределен неравномерно.

Атомные орбитали (кроме s-орбиталей) образуют ковалентные связи разных типов:

  • Сигма (σ) -связи являются самыми прочными ковалентными связями. У них лобовое перекрытие орбиталей двух разных атомов. Одинарная связь обычно представляет собой σ-связь.
  • Связи
  • Pi (π) слабее и возникают из-за бокового перекрытия между p (или d) орбиталями.
  • Двойная связь между двумя данными атомами имеет одну σ и одну π связь, а
  • тройная связь имеет одну σ и две π связи.

Ковалентные связи слабее ионных и имеют более низкую температуру плавления. Кроме того, они обычно плохо проводят электричество и тепло.

В химии длина связи является мерой размера ковалентной связи. Поскольку молекулы очень малы, они измеряются в пикометрах, или около одной миллионной миллиардной доли метра.

Химия молекул объясняется в основном их связями, а их связи обусловлены их структурой электронов.

Обнаружен новый тип сверхпрочной химической связи

Ученые недавно открыли совершенно новый тип химической связи — и она намного сильнее, чем имеет право быть.

Новый тип связи показывает, что разрыв между мощными ковалентными связями, которые связывают молекулы вместе, и слабыми водородными связями, которые образуются между молекулами и могут быть разрушены чем-то таким простым, как размешивание соли в стакане воды, не является так ясно, как можно предположить из учебников химии.

Вспомните тот урок химии в средней школе , и вы вспомните, что существуют различные типы связей, которые связывают атомов вместе в молекулы и кристаллические структуры.

Ионные связи связывают металлы и неметаллы с образованием солей. Сильные ковалентные связи связывают вместе такие молекулы, как углекислый газ и воду. Более слабые водородные связи образуются из-за электростатического притяжения между водородом и более отрицательно заряженным атомом или молекулой, например, заставляя молекулы воды притягиваться друг к другу и образовывать капли или кристаллический лед.Ионные, ковалентные и водородные связи относительно стабильны; они, как правило, сохраняются в течение длительных периодов времени и имеют легко заметные эффекты. Но исследователям давно известно, что во время химической реакции, когда химические связи образуются или разрываются, история более сложна и включает «промежуточные состояния», которые могут существовать в течение крошечных долей секунды и их труднее наблюдать.

В новом исследовании исследователям удалось сохранить эти промежуточные состояния достаточно долго, чтобы провести детальное исследование.Они обнаружили водородную связь с прочностью ковалентной связи, связывающую атомы вместе в нечто, напоминающее молекулу.

Связано: Нобелевская премия по химии: с 1901 г. по настоящее время

Для этого исследователи растворили фтористый водород в воде и наблюдали, как взаимодействуют атомы водорода и атомов фтора (). Атомы фтора притягивались к атомам водорода из-за дисбаланса положительных и отрицательных зарядов на их поверхностях, что является классической структурой водородной связи.Каждый атом водорода имел тенденцию быть зажатым между двумя атомами фтора. Но эти бутерброды были связаны друг с другом с большей прочностью, чем обычные водородные связи, которые легко разрываются. Атомы водорода подпрыгивают между атомами фтора, образуя связи столь же прочные, как ковалентные связи, и напоминающие молекулы, которые водородные связи не должны образовывать. Но механизм новой связи был электростатическим, что означало, что он включал в себя различия в положительном и отрицательном заряде, которые определяют водородные связи.

Новые связи имели прочность 45,8 килокалорий на моль (единица энергии химической связи), большую, чем у некоторых ковалентных связей. Молекулы азота, например, состоят из двух атомов азота, связанных вместе с силой около 40 ккал / моль, согласно LibreTexts . Согласно книге Biochemistry , водородная связь обычно имеет энергию примерно от 1 до 3 ккал / моль.

Они описали свои результаты в статье, опубликованной в четверг (7 января) в журнале Science .В сопроводительной статье в Science, Mischa Bonn и Johannes Hunger исследователи из Института исследований полимеров Макса Планка в Германии, которые не участвовали в исследовании, написали, что эта необычная связь размывает четкие категории химии .

«Существование гибридного состояния с ковалентной водородной связью не только бросает вызов нашему нынешнему пониманию того, что такое химическая связь, но также дает возможность лучше понять химические реакции, — писали они, — где« промежуточные состояния реакции » часто вызывается, но редко изучается напрямую.«

Подобные связи, вероятно, существуют в чистой воде, — писали они, — когда атом водорода оказывается зажатым между двумя молекулами воды. Но эти связи, как полагают, существуют, но не столь долговечны», — писали исследователи.

Это исследование, как они писали, могло открыть дверь к «более глубокому пониманию сильной связи» и промежуточных реакционных состояний.

Первоначально опубликовано на Live Science.

Химические связи — Принципы биологии

Как элементы взаимодействуют друг с другом, зависит от того, как расположены их электроны и сколько отверстий для электронов существует во внешней области, где электроны присутствуют в атоме.Электроны существуют на энергетических уровнях, которые образуют оболочки вокруг ядра. Ближайшая оболочка может вместить до двух электронов. Ближайшая к ядру оболочка всегда заполняется первой, прежде чем можно будет заполнить любую другую оболочку. Водород имеет один электрон; следовательно, в самой нижней оболочке занято только одно место. Гелий имеет два электрона; следовательно, он может полностью заполнить нижнюю оболочку двумя своими электронами. Если вы посмотрите на таблицу Менделеева, вы увидите, что водород и гелий — единственные два элемента в первой строке.Это потому, что в их первой оболочке есть только электроны. Водород и гелий — единственные два элемента, которые имеют самую низкую оболочку и не имеют других оболочек.

Второй и третий энергетические уровни могут содержать до восьми электронов. Восемь электронов расположены в четырех парах, и одна позиция в каждой паре заполняется электроном до того, как любые пары будут сформированы.

Еще раз взглянув на таблицу Менделеева (рис. 1), вы заметите, что там семь строк. Эти строки соответствуют количеству оболочек, которые имеют элементы в этой строке.Элементы в определенной строке имеют увеличивающееся количество электронов по мере того, как столбцы перемещаются слева направо. Хотя у каждого элемента одинаковое количество оболочек, не все оболочки полностью заполнены электронами. Если вы посмотрите на вторую строку периодической таблицы, вы найдете литий (Li), бериллий (Be), бор (B), углерод (C), азот (N), кислород (O), фтор (F), и неон (Ne). Все они имеют электроны, которые занимают только первую и вторую оболочки. Литий имеет только один электрон во внешней оболочке, бериллий имеет два электрона, бор имеет три и так далее, пока вся оболочка не будет заполнена восемью электронами, как в случае с неоном.

Не все элементы имеют достаточно электронов, чтобы заполнить свои внешние оболочки, но атом наиболее стабилен, когда все позиции электронов на внешней оболочке заполнены. Из-за этих вакансий во внешних оболочках мы видим образование химических связей или взаимодействия между двумя или более одинаковыми или разными элементами, которые приводят к образованию молекул. Чтобы достичь большей стабильности, атомы будут стремиться полностью заполнить свои внешние оболочки и будут связываться с другими элементами для достижения этой цели, разделяя электроны, принимая электроны от другого атома или отдавая электроны другому атому.Поскольку внешние оболочки элементов с низкими атомными номерами (вплоть до кальция с атомным номером 20) могут содержать восемь электронов, это называется правилом октетов. Элемент может отдавать, принимать или делиться электронами с другими элементами, чтобы заполнить свою внешнюю оболочку и удовлетворить правилу октетов.

Когда атом не содержит равного количества протонов и электронов, его называют ионом . Поскольку количество электронов не равно количеству протонов, каждый ион имеет чистый заряд.Положительные ионы образуются при потере электронов и называются катионами. Отрицательные ионы образуются путем захвата электронов и называются анионами.

Например, у натрия только один электрон на внешней оболочке. Натрию требуется меньше энергии, чтобы отдать один электрон, чем принять еще семь электронов, чтобы заполнить внешнюю оболочку. Если натрий теряет электрон, у него теперь будет 11 протонов и только 10 электронов, а общий заряд останется +1. Теперь он называется ионом натрия.

У атома хлора семь электронов на внешней оболочке.Опять же, для хлора более энергоэффективно получить один электрон, чем потерять семь. Следовательно, он стремится получить электрон, чтобы создать ион с 17 протонами и 18 электронами, придавая ему чистый отрицательный (–1) заряд. Теперь он называется хлорид-ионом. Это движение электронов от одного элемента к другому называется переносом электронов. Как показано на рисунке 1, атом натрия (Na) имеет только один электрон в своей внешней оболочке, тогда как атом хлора (Cl) имеет семь электронов в своей внешней оболочке.Атом натрия отдаст свой один электрон, чтобы опустошить свою оболочку, а атом хлора примет этот электрон, чтобы заполнить свою оболочку, став хлоридом. Оба иона теперь удовлетворяют правилу октетов и имеют полные внешние оболочки. Поскольку количество электронов больше не равно количеству протонов, каждый теперь является ионом и имеет заряд +1 (натрий) или –1 (хлорид).

Рисунок 1 Элементы имеют тенденцию заполнять свои внешние оболочки электронами. Для этого они могут отдавать или принимать электроны от других элементов.

Ионные связи

Существует четыре типа связей или взаимодействий: ионные, ковалентные, водородные связи и ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Ионные и ковалентные связи — это сильные взаимодействия, для разрыва которых требуется больше энергии. Когда элемент отдает электрон из своей внешней оболочки, как в примере с атомом натрия выше, образуется положительный ион (рис. 2). Элемент, принимающий электрон, теперь заряжен отрицательно. Поскольку положительный и отрицательный заряды притягиваются, эти ионы остаются вместе и образуют ионную связь или связь между ионами.Элементы связываются вместе с электроном одного элемента, оставаясь преимущественно с другим элементом. Когда ионы Na + и Cl объединяются, чтобы произвести NaCl, электрон от атома натрия остается с другими семью от атома хлора, и ионы натрия и хлорида притягиваются друг к другу в решетке ионов с чистым нулем. плата.

Рисунок 2 При образовании ионного соединения металлы теряют электроны, а неметаллы приобретают электроны для достижения октета.

Ковалентные облигации

Другой тип прочной химической связи между двумя или более атомами — это ковалентная связь . Эти связи образуются, когда электрон разделяется между двумя элементами, и являются самой прочной и наиболее распространенной формой химической связи в живых организмах. Ковалентные связи образуются между элементами, из которых состоят биологические молекулы в наших клетках. В отличие от ионных связей ковалентные связи не диссоциируют в воде.

Интересно, что химики и биологи по-разному измеряют прочность связи.Химики измеряют абсолютную прочность связи (теоретическую прочность), в то время как биологов больше интересует, как эта связь ведет себя в биологической системе, которая обычно представляет собой водная (водная основа). В воде ионные связи распадаются гораздо легче, чем ковалентные связи, поэтому биологи сказали бы, что они слабее ковалентных связей. Если вы посмотрите в учебник химии, вы увидите нечто иное. Это отличный пример того, как одна и та же информация может привести к разным ответам в зависимости от точки зрения, с которой вы ее смотрите.

Атомы водорода и кислорода, которые объединяются в молекулы воды, связаны ковалентными связями. Электрон от атома водорода делит свое время между внешней оболочкой атома водорода и неполной внешней оболочкой атома кислорода. Чтобы полностью заполнить внешнюю оболочку атома кислорода, необходимы два электрона от двух атомов водорода, отсюда и индекс «2» в H 2 O. Электроны распределяются между атомами, разделяя их время на «заполнение» внешняя оболочка каждого.Это совместное использование является более низким энергетическим состоянием для всех задействованных атомов, чем если бы они существовали без заполненных внешних оболочек.

Есть два типа ковалентных связей: полярные и неполярные. Неполярные ковалентные связи образуются между двумя атомами одного и того же элемента или между разными элементами, которые в равной степени разделяют электроны. Например, атом кислорода может связываться с другим атомом кислорода, чтобы заполнить их внешние оболочки. Эта ассоциация неполярная , потому что электроны будут равномерно распределены между каждым атомом кислорода.Между двумя атомами кислорода образуются две ковалентные связи, потому что кислород требует, чтобы два общих электрона заполняли его внешнюю оболочку. Атомы азота образуют три ковалентные связи (также называемые тройными ковалентными) между двумя атомами азота, потому что каждому атому азота требуется три электрона, чтобы заполнить его внешнюю оболочку. Другой пример неполярной ковалентной связи обнаружен в молекуле метана (CH 4 ). У атома углерода четыре электрона во внешней оболочке, и ему нужно еще четыре, чтобы заполнить его. Он получает эти четыре из четырех атомов водорода, каждый из которых обеспечивает один.Все эти элементы делят электроны в равной степени, создавая четыре неполярные ковалентные связи (рис. 3).

В полярной ковалентной связи электроны, разделяемые атомами, проводят больше времени ближе к одному ядру, чем к другому ядру. Из-за неравномерного распределения электронов между разными ядрами возникает слегка положительный (δ +) или слегка отрицательный (δ–) заряд. Ковалентные связи между атомами водорода и кислорода в воде являются полярными ковалентными связями. Общие электроны проводят больше времени рядом с ядром кислорода, придавая ему небольшой отрицательный заряд, чем они проводят рядом с ядрами водорода, придавая этим молекулам небольшой положительный заряд.

Рисунок 3 Молекула воды (слева) изображает полярную связь со слегка положительным зарядом на атомах водорода и слегка отрицательным зарядом на кислороде. Примеры неполярных связей включают метан (в центре) и кислород (справа).

Водородные связи

Ионные и ковалентные связи — это прочные связи, для разрыва которых требуется значительная энергия. Однако не все связи между элементами являются ионными или ковалентными связями. Могут образоваться и более слабые связи. Это притяжения, возникающие между положительными и отрицательными зарядами, для разрушения которых не требуется много энергии.Две часто встречающиеся слабые связи — это водородные связи и ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Эти связи создают уникальные свойства воды и уникальные структуры ДНК и белков.

Когда образуются полярные ковалентные связи, содержащие атом водорода, атом водорода в этой связи имеет слегка положительный заряд. Это связано с тем, что общий электрон сильнее притягивается к другому элементу и от ядра водорода. Поскольку атом водорода слегка положительный (δ +), он будет притягиваться к соседним отрицательным частичным зарядам (δ–).Когда это происходит, происходит слабое взаимодействие между зарядом δ + атома водорода одной молекулы и зарядом δ– другой молекулы. Это взаимодействие называется водородной связью. Этот тип облигации распространен; например, жидкая природа воды обусловлена ​​водородными связями между молекулами воды (рис. 4). Водородные связи придают воде уникальные свойства, поддерживающие жизнь. Если бы не водородная связь, вода была бы газом, а не жидкостью при комнатной температуре.

Рисунок 4 Водородные связи образуются между слегка положительными (δ +) и слегка отрицательными (δ–) зарядами полярных ковалентных молекул, таких как вода.

Водородные связи могут образовываться между разными молекулами, и они не всегда должны включать молекулу воды. Атомы водорода в полярных связях внутри любой молекулы могут образовывать связи с другими соседними молекулами. Например, водородные связи удерживают вместе две длинные нити ДНК, чтобы придать молекуле ДНК характерную двухцепочечную структуру. Водородные связи также ответственны за некоторые трехмерные структуры белков.

Взаимодействия Ван-дер-Ваальса

Подобно водородным связям, ван-дер-ваальсовы взаимодействия представляют собой слабое притяжение или взаимодействие между молекулами.Они возникают между полярными ковалентно связанными атомами в разных молекулах. Некоторые из этих слабых притяжений вызваны временными частичными зарядами, которые образуются при движении электронов вокруг ядра. Эти слабые взаимодействия между молекулами важны в биологических системах.

Список литературы

Если не указано иное, изображения на этой странице лицензированы OpenStax в соответствии с CC-BY 4.0.

OpenStax, Концепции биологии. OpenStax CNX. 22 марта 2017 г. https://cnx.org/contents/[email protected]: IBRqRY3C @ 8 / Строительные блоки молекулы

Химические связи в биохимии — Биохимия

Сущность биологических процессов — основа единообразия живых систем — заключается в самом фундаментальном смысле молекулярных взаимодействий; другими словами, химия, происходящая между молекулами. Биохимия — это , химия , которая имеет место в живых системах. Чтобы по-настоящему понять биохимию, нам нужно понять химические связи. Мы рассматриваем здесь типы химических связей, которые важны для биохимических соединений и их превращений.

Самыми прочными связями, которые присутствуют в биохимических веществах, являются ковалентных связей, таких как связи, которые удерживают атомы вместе внутри отдельных оснований, показанных на. Ковалентная связь образована разделением пары электронов между соседними атомами. Типичная ковалентная связь углерод-углерод (C-C) имеет длину связи 1,54 Å и энергию связи 85 ккал-моль -1 (356 кДж-моль -1 ). Поскольку эта энергия относительно велика, для разрыва ковалентных связей необходимо расходовать значительную энергию.Более чем одна электронная пара может быть разделена между двумя атомами, образуя множественную ковалентную связь. Например, три из оснований включают двойные связи углерод-кислород (C = O). Эти связи даже сильнее, чем одинарные связи C-C, с энергиями около 175 ккал моль -1 (732 кДж моль -1 ).

Для некоторых молекул можно записать более одного образца ковалентной связи. Например, бензол можно записать двумя эквивалентными способами, называемыми резонансными структурами , . Истинная структура бензола состоит из двух его резонансных структур.Молекула, которую можно записать в виде нескольких резонансных структур примерно равных энергий, имеет большую стабильность, чем молекула без множественных резонансных структур. Таким образом, из-за своей резонансной структуры бензол необычайно стабилен.

Химические реакции влекут за собой разрыв и образование ковалентных связей. Поток электронов в ходе реакции можно изобразить изогнутыми стрелками, этот метод представления называется «толкание стрелы». Каждая стрелка представляет собой электронную пару.

1.3.1. Обратимые взаимодействия биомолекул опосредуются тремя видами нековалентных связей

Легко обратимые нековалентные молекулярные взаимодействия являются ключевыми этапами в танце жизни. Такие слабые нековалентные силы играют важную роль в точной репликации ДНК, сворачивании белков в сложные трехмерные формы, специфическом распознавании субстратов ферментами и обнаружении молекулярных сигналов. В самом деле, все биологические структуры и процессы зависят от взаимодействия как нековалентных взаимодействий, так и ковалентных.Три основных нековалентных связи — это электростатические взаимодействия , водородные связи, и ван-дер-ваальсовы взаимодействия . Они различаются геометрией, прочностью и спецификой. Кроме того, на эти связи по-разному сильно влияет присутствие воды. Рассмотрим характеристики каждого:

1.

Электростатические взаимодействия . Электростатическое взаимодействие зависит от электрических зарядов на атомах. Энергия электростатического взаимодействия определяется законом Кулона :

, где E — энергия, q 1 и q 2 — заряды двух атомов (в единицах электронной заряда), r — расстояние между двумя атомами (в ангстремах), D — диэлектрическая проницаемость (которая учитывает влияние промежуточной среды), а k — константа пропорциональности ( k = 332, чтобы указать энергию в килокалориях на моль, или 1389 для энергии в килоджоулях на моль).Таким образом, электростатическое взаимодействие между двумя атомами, несущими одиночные противоположные заряды, разделенные расстоянием 3 Å в воде (которая имеет диэлектрическую проницаемость 80), имеет энергию 1,4 ккал-моль -1 (5,9 кДж-моль -1 ).

2.

Водородные связи . Водородные связи — это относительно слабые взаимодействия, которые, тем не менее, имеют решающее значение для биологических макромолекул, таких как ДНК и белки. Эти взаимодействия также ответственны за многие свойства воды, которые делают ее таким особенным растворителем.Атом водорода в водородной связи частично разделяется между двумя относительно электроотрицательными атомами, такими как азот или кислород. Донор водородной связи представляет собой группу, которая включает как атом, с которым водород более прочно связан, так и сам атом водорода, тогда как акцептор водородной связи является атомом, менее тесно связанным с атомом водорода (). Водородные связи — это в основном электростатические взаимодействия. Относительно электроотрицательный атом, с которым ковалентно связан атом водорода, оттягивает электронную плотность от атома водорода, так что он развивает частичный положительный заряд (δ + ).Таким образом, он может взаимодействовать с атомом, имеющим частичный отрицательный заряд (δ ), посредством электростатического взаимодействия.

Водородные связи намного слабее ковалентных. Они имеют энергию 1-3 ккал-моль -1 (4-13 кДж-моль -1 ) по сравнению с примерно 100 ккал-моль -1 (418 кДж-моль -1 ) для ковалентной связи углерод-водород. . Водородные связи также несколько длиннее ковалентных; их расстояния связи (измеренные от атома водорода) варьируются от 1.От 5 до 2,6 Å; следовательно, два неводородных атома в водородной связи разделяют расстояния от 2,4 до 3,5 Å. Самые прочные водородные связи имеют тенденцию быть приблизительно прямыми, так что донор водородной связи, атом водорода и акцептор водородной связи лежат вдоль прямой линии.

3.

Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия . Основа взаимодействия Ван-дер-Ваальса заключается в том, что распределение электронного заряда вокруг атома изменяется со временем.В любой момент распределение заряда не является идеально симметричным. Эта временная асимметрия в электронном заряде вокруг атома действует через электростатические взаимодействия, вызывая дополнительную асимметрию в распределении электронов вокруг соседних атомов. Возникающее в результате притяжение между двумя атомами возрастает по мере их приближения друг к другу, пока они не будут разделены расстоянием между контактами Ван-дер-Ваальса (). На более коротком расстоянии очень сильные силы отталкивания становятся доминирующими, потому что внешние электронные облака перекрываются.

Энергии, связанные с ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, довольно малы; типичные взаимодействия составляют от 0,5 до 1,0 ккал-моль -1 (от 2 до 4 кДж-моль -1 ) на пару атомов. Однако, когда поверхности двух больших молекул соединяются, большое количество атомов находится в контакте Ван-дер-Ваальса, и суммарный эффект, просуммированный по многим парам атомов, может быть значительным.

Рисунок 1.9

Водородные связи, которые включают атомы азота и кислорода.Показаны положения частичных зарядов (δ + и δ ).

Рисунок 1.10

Энергия ван-дер-ваальсова взаимодействия при сближении двух атомов. Энергия наиболее выгодна на расстоянии контакта Ван-дер-Ваальса. Энергия быстро растет из-за отталкивания электронов, когда атомы движутся ближе друг к другу, чем это расстояние. (подробнее …)

1.3.2. Свойства воды влияют на связывающую способность биомолекул

Слабые взаимодействия являются ключевыми средствами, с помощью которых молекулы взаимодействуют друг с другом: ферменты со своими субстратами, гормоны со своими рецепторами, антитела со своими антигенами.Сила и специфичность слабых взаимодействий сильно зависят от среды, в которой они происходят, и большинство биологических взаимодействий происходит в воде. Два свойства воды особенно важны с биологической точки зрения:

1.

Вода — полярная молекула . Молекула воды изогнута, а не линейна, поэтому распределение заряда асимметрично. Ядро кислорода оттягивает электроны от ядер водорода, оставляя область вокруг ядер водорода с чистым положительным зарядом.Таким образом, молекула воды представляет собой электрически полярную структуру.

2.

Вода очень когезионная . Молекулы воды сильно взаимодействуют друг с другом посредством водородных связей. Эти взаимодействия проявляются в структуре льда (). Сети водородных связей удерживают структуру вместе; Подобные взаимодействия связывают молекулы в жидкой воде и объясняют когезию жидкой воды, хотя в жидком состоянии некоторые водородные связи разорваны.Высокая когезионная природа воды резко влияет на взаимодействие между молекулами в водном растворе.

Рисунок 1.11

Структура льда. Между молекулами воды образуются водородные связи (показаны пунктирными линиями).

Как свойства воды влияют на слабые взаимодействия, обсуждаемые в разделе 1.3.1? Полярность и способность воды связывать водород делают ее очень взаимодействующей молекулой. Вода — отличный растворитель для полярных молекул.Причина в том, что вода сильно ослабляет электростатические силы и водородные связи между полярными молекулами, конкурируя за их притяжение. Например, рассмотрим влияние воды на водородную связь между карбонильной группой и группой NH амида.

Атом водорода воды может заменять амидный атом водорода в качестве донора водородной связи, тогда как атом кислорода воды может заменять карбонильный атом кислорода в качестве акцептора водородной связи. Следовательно, прочная водородная связь между группой CO и группой NH образуется только в том случае, если исключена вода.

Диэлектрическая проницаемость воды равна 80, поэтому вода снижает силу электростатического притяжения в 80 раз по сравнению с силой тех же взаимодействий в вакууме. Диэлектрическая проницаемость воды необычно высока из-за ее полярности и способности образовывать ориентированные оболочки из растворителя вокруг ионов. Эти ориентированные оболочки из растворителя создают собственные электрические поля, которые противостоят полям, создаваемым ионами. Следовательно, присутствие воды заметно ослабляет электростатические взаимодействия между ионами.

Существование жизни на Земле в решающей степени зависит от способности воды растворять замечательный набор полярных молекул, которые служат топливом, строительными блоками, катализаторами и носителями информации. Эти полярные молекулы в высоких концентрациях могут сосуществовать в воде, где они могут свободно диффундировать и взаимодействовать друг с другом. Однако превосходное качество воды как растворителя создает проблему, поскольку она также ослабляет взаимодействие между полярными молекулами. Наличие безводной микросреды в биологических системах в значительной степени решает эту проблему .Мы увидим множество примеров этих специально сконструированных ниш в белковых молекулах. Более того, присутствие воды с ее полярной природой допускает другой вид слабого взаимодействия, которое управляет сворачиванием белков (Раздел 1.3.4) и образованием границ клеток (Раздел 12.4).

Суть этих взаимодействий, как и всех взаимодействий в биохимии, — энергия. Чтобы понять большую часть биохимии — образование связей, молекулярную структуру, ферментативный катализ — нам нужно понять энергию.Термодинамика предоставляет ценный инструмент для подхода к этой теме. Мы вернемся к этой теме более подробно, когда рассмотрим ферменты (глава 8) и основные концепции метаболизма (глава 14).

1.3.3. Энтропия и законы термодинамики

Высоко структурированная, организованная природа живых организмов очевидна и поразительна. Эта организация простирается от организма через клеточный до молекулярного уровня. В самом деле, биологические процессы могут казаться волшебными в том смысле, что упорядоченные структуры и паттерны возникают из хаотического и беспорядочного мира неодушевленных предметов.Однако организация, видимая в клетке или молекуле, возникает в результате биологических событий, которые подчиняются тем же физическим законам, которые управляют всеми процессами, в частности, законам термодинамики .

Как понять создание порядка из хаоса? Начнем с того, что отметим, что законы термодинамики проводят различие между системой и ее окружением. Система определяется как материя в определенной области пространства. Материя в остальной части Вселенной называется окружением .Первый закон термодинамики гласит, что полная энергия системы и ее окружения постоянна . Другими словами, энергосодержание Вселенной постоянно; энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. Однако энергия может принимать разные формы. Например, тепло — это одна из форм энергии. Тепло — это проявление кинетической энергии , связанной со случайным движением молекул. В качестве альтернативы энергия может быть представлена ​​как потенциальная энергия, относится к способности энергии высвобождаться при возникновении некоторого процесса.Рассмотрим, например, шар, удерживаемый на вершине башни. У мяча есть значительная потенциальная энергия, потому что, когда он выпущен, мяч будет развивать кинетическую энергию, связанную с его движением, когда он падает. В химических системах потенциальная энергия связана с вероятностью того, что атомы могут реагировать друг с другом. Например, смесь бензина и кислорода имеет много потенциальной энергии, потому что эти молекулы могут реагировать с образованием диоксида углерода и выделять энергию в виде тепла. Первый закон требует, чтобы любая энергия, выделяющаяся при образовании химических связей, использовалась для разрыва других связей, выделялась в виде тепла или сохранялась в какой-либо другой форме.

Еще одна важная термодинамическая концепция — это энтропия . Энтропия — это мера уровня случайности или беспорядка в системе. Второй закон термодинамики гласит, что полная энтропия системы и ее окружения всегда увеличивается для спонтанного процесса . На первый взгляд этот закон кажется противоречащим многим общепринятым практикам, особенно в отношении биологических систем. Многие биологические процессы, такие как создание четко определенной структуры, такой как лист из углекислого газа и других питательных веществ, явно повышают уровень порядка и, следовательно, уменьшают энтропию.Энтропия может быть уменьшена локально при образовании таких упорядоченных структур только в том случае, если энтропия других частей Вселенной увеличивается на равную или большую величину.

Пример может помочь прояснить применение законов термодинамики к химической системе. Рассмотрим контейнер с 2 молями газообразного водорода с одной стороны перегородки и 1 моль газообразного кислорода с другой (). Если разделитель удалить, газы будут самопроизвольно перемешиваться, образуя однородную смесь. Процесс смешивания увеличивает энтропию, поскольку упорядоченное расположение заменяется случайно распределенной смесью.

Рисунок 1.12

От порядка к беспорядку. Самопроизвольное смешение газов происходит за счет увеличения энтропии.

Другие процессы в этой системе могут локально уменьшать энтропию, одновременно увеличивая энтропию Вселенной. Искра, приложенная к смеси, инициирует химическую реакцию, в которой водород и кислород соединяются с образованием воды:

Если температура системы поддерживается постоянной, энтропия системы уменьшается, потому что 3 моля двух различных реагентов были объединены с образованием 2 моля одного продукта.Теперь газ состоит из однородного набора неразличимых молекул. Однако в результате реакции в окружающую среду выделяется значительное количество тепла, и это тепло увеличивает энтропию окружающих молекул за счет увеличения их беспорядочного движения. Увеличение энтропии в окружающей среде достаточно, чтобы позволить воде спонтанно образоваться из водорода и кислорода ().

Рисунок 1.13

Изменения энтропии. Когда водород и кислород объединяются с образованием воды, энтропия системы уменьшается, но энтропия Вселенной увеличивается из-за выделения тепла в окружающую среду.

Изменение энтропии окружающей среды будет пропорционально количеству тепла, передаваемого из системы, и обратно пропорционально температуре окружающей среды, потому что подвод тепла приводит к большему увеличению энтропии при более низких температурах, чем при более высоких температурах. температуры. В биологических системах значение T [в кельвинах (K), абсолютная температура] считается постоянным. Если мы определим теплосодержание системы как энтальпии (H), , тогда мы можем выразить отношение, связывающее энтропию (S) окружающей среды с передаваемыми теплотой и температурой, в виде простого уравнения:

Полная энтропия изменение дается выражением

Подстановка уравнения 1 в уравнение 2 дает

Умножение на — T дает

Функция — T Δ S имеет единицы энергии и обозначается как свободная энергия или свободная энергия Гиббса, после Джозайя Уилларда Гиббса, который разработал эту функцию в 1878 году:

Изменение свободной энергии Δ G, будет использоваться в этой книге для описания энергетики биохимических реакций.

Напомним, что Второй закон термодинамики гласит, что для того, чтобы реакция была спонтанной, энтропия Вселенной должна увеличиваться. Исследование уравнения 3 показывает, что общая энтропия увеличится тогда и только тогда, когда

Переупорядочивание даст T Δ S система > Δ H, или энтропия увеличится тогда и только тогда, когда

Другими словами, изменение свободной энергии должно быть отрицательным, чтобы реакция была спонтанной . Отрицательное изменение свободной энергии происходит с увеличением общей энтропии Вселенной.Таким образом, нам нужно рассмотреть только один член, свободную энергию системы, чтобы решить, может ли реакция происходить спонтанно; любые эффекты изменений в системе на остальную вселенную автоматически принимаются во внимание.

1.3.4. Сворачивание белка можно понять с точки зрения изменений свободной энергии

Проблема сворачивания белка иллюстрирует полезность концепции свободной энергии. Рассмотрим систему, состоящую из раствора развернутых белковых молекул в водном растворе ().Каждая развернутая молекула белка может принимать уникальную конформацию, поэтому система довольно неупорядочена, а энтропия совокупности молекул относительно высока. Тем не менее, сворачивание белка происходит спонтанно при определенных условиях. Таким образом, энтропия должна увеличиваться в другом месте системы или в окружающей среде. Как мы можем примирить очевидное противоречие, заключающееся в том, что белки спонтанно принимают упорядоченную структуру, но при этом энтропия увеличивается? Уменьшение энтропии в системе при сворачивании не так велико, как кажется, из-за свойств воды.Молекулы в водном растворе взаимодействуют с молекулами воды посредством образования водорода и ионных взаимодействий. Однако некоторые молекулы (называемые неполярными молекулами ) не могут участвовать в водородных или ионных взаимодействиях. Взаимодействие неполярных молекул с водой не так благоприятно, как взаимодействия между самими молекулами воды. Молекулы воды, контактирующие с этими неполярными поверхностями, образуют «клетки» вокруг неполярной молекулы, становясь более упорядоченными (и, следовательно, более низкими по энтропии), чем молекулы воды, свободные в растворе.Когда две такие неполярные молекулы собираются вместе, некоторые молекулы воды высвобождаются, и поэтому они могут свободно взаимодействовать с объемной водой (). Следовательно, неполярные молекулы имеют тенденцию к агрегированию в воде, потому что энтропия воды увеличивается за счет высвобождения молекул воды. Это явление, получившее название «гидрофобный эффект », способствует развитию многих биохимических процессов.

Рисунок 1.14

Сворачивание белка. Сворачивание белка влечет за собой переход от неупорядоченной смеси развернутых молекул к относительно однородному раствору свернутых молекул белка.

Рисунок 1.15

Гидрофобный эффект. Агрегация неполярных групп в воде приводит к увеличению энтропии за счет выделения молекул воды в объемную воду.

Как гидрофобный эффект способствует сворачиванию белка? Некоторые аминокислоты, из которых состоят белки, имеют неполярные группы. Эти неполярные аминокислоты имеют сильную тенденцию связываться друг с другом внутри свернутого белка. Повышенная энтропия воды в результате взаимодействия этих гидрофобных аминокислот помогает компенсировать потери энтропии, присущие процессу сворачивания.

Гидрофобные взаимодействия — не единственное средство стабилизации структуры белка. Многие слабые связи, включая водородные связи и ван-дер-ваальсовы взаимодействия, образуются в процессе сворачивания белка, и, как следствие, тепло выделяется в окружающую среду.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *