Значение химии в жизни: химические процессы, источник энергии, круговорот веществ в природе

Значение химии в жизни

Химические процессы в природе

Вещество и химическая реакция — два понятия, без которых невозможно в полной мере понять значение химических процессов в природе. Все потому, что природные и синтетические органические и неорганические вещества являются строительным материалом для создания окружающего мира, такого большого и разнообразного. Ежесекундно происходит огромное количество химических реакций, в результате которых одни вещества превращаются в другие.

Горение, дыхание и фотосинтез — наиболее важные процессы, имеющие химическую природу. Они заметно влияют на свойства окружающего мира, а также способы и формы существования живых и неживых организмов. Их протекание связано с биогеохимическими процессами, которые свойственны для биосферы и обусловлены деятельностью организмов.

Утверждение в химии кислородной теории горения А. Л. Лавуазье называют большой французской революцией в химии. С ее началось правильное понимание окислительных процессов, происходящих при участии кислорода: горения, дыхания, гниения.

Эти процессы в природе происходят постоянно. К примеру, реакции наблюдаются между горными породами, водой и воздухом, в организмах людей, растений и животных, а также на многочисленных небесных телах.

Химические реакции или химия жизни крайне важны для природы и человека. Они используются в добыче металлов, минеральных удобрений, пластмасс, медикаментов и др.

Также реакции — источник различного вида энергии.

Источник энергии

Химия в природе связана с процессом фотосинтеза. Накапливание энергии в растениях является результатом фотосинтеза. Это едва ли не самый важный процесс на нашей планете. Зеленое растение — единственная земная лаборатория, усваивающая солнечную энергию и сохраняющая ее в виде химических связей углеводородов, которые и синтезированы растением.

Благодаря зеленому растению животный и растительный мир, лишенный зеленой окраски, получает питательные вещества. Зеленое растение кормит, одевает и согревает человечество.

Даже если мы видим, что горит дерево, нефть или газ, то это все результат жизнедеятельности зеленого растения.

Фотосинтез или процесс образования органических веществ (сахаров) из неорганических (воды и углекислого газа) происходит в хлоропластах зеленых растений. Важное условие: фотосинтез осуществляется только при участии света.

Фотосинтез может происходить и в случае искусственного освещения. За счет этого у людей есть возможность выращивать овощи круглый год.

Реакция фотосинтеза выглядит следующим образом:

Ежегодно за счет фотосинтеза синтезируется примерно 150 млрд тонн углеводородов, а также происходит выделение свыше 200 млрд тонн кислорода.

Всасываемая корнями растения вода и углекислый газ из воздуха становятся в хлоропластах глюкозой. Освобожденный кислород при этом выходит в атмосферу. Кислород — основа дыхания.

В результате воздействия солнечных лучей часть кислорода превращается в озон, образующий озоновый слой. Его функция — поглощение коротковолновых космических ультрафиолетовых лучей, пагубно воздействующих на живые организмы.

Дыхание — один из процессов, непосредственно связанных с фотосинтезом. Оно является неотъемлемым признаком растительного и животного мира. Полное прекращение дыхания означает смерть организма.

Дыхание — это комплекс взаимосвязанных окислительно-восстановительных процессов, протекающих при участии ферментов. Этот процесс является источником энергии для всех биохимических процессов организма. В процессе дыхания происходит образование веществ, которые нужны для синтеза составных частей цитоплазмы.

Химическая энергия, освобожденная в процессе дыхания, способна превращаться во что-то другое и участвовать в ряде физиологических процессов организма: росте, движении, усвоении питательных веществ. Часть химической энергии выделяется в виде тепла, а часть — скапливается в митохондриях в составе АТФ.

Если представить химическую реакцию дыхания в виде схемы, то она будет противоположной фотосинтезу:

Молочнокислое брожение — распространенный в природе процесс, который вызывают различные группы бактерий. Такой процесс встречается при брожении капусты, огурцов, помидоров, силоса, при изготовлении кумыса, сметаны и кефира. Молочная кислота, которая образуется в процессе, подавляет действие гнилостных бактерий.

Процесс фотосинтеза помогает зеленым растениям накапливать энергию в виде химических связей синтезированных ими органических соединений.

Процесс дыхания сопровождается окислительно-восстановительными реакциями. В результате энергия, накопленная зелеными растениями, высвобождается. Часть этой энергии идет на процессы жизнедеятельности, другая часть используется для поддержания температуры тела (если речь идет о растениях, то выделяется в атмосферу), еще часть — аккумулируется в митохондриях.

Распространенным процессом является маслянокислое брожение. В результате образуется масляная кислота.

Нитрификующие бактерии также занимают важное место в природе. Они делают доступным для растений нитроген — в результате последовательного окисления аммониака до нитратов.

Хемотрофные организмы способствуют процессам круговорота веществ в природе.

Круговорот веществ в природе

Важные составляющие круговоротов оксигена и карбона — такие процессы как горение, дыхание и фотосинтез, имеющие химическую природу.

Если говорить упрощенно, то круговорот оксигена можно описать так: процесс образования кислорода в результате фотосинтеза растений и использование его в процессе дыхания, а также в реакциях окисления и горения. Благодаря круговороту оксигена атмосфера и гидросфера связываются с земной корой.

Карбон является составной частью всех органических веществ. Круговорот карбона тесно связан с круговоротом оксигена. Среди звеньев круговорота карбона можно выделить горение ископаемого топлива, образование глюкозы и крахмала из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза, процессы обмена в живых организмах, гниение отмерших органических остатков.

Две стороны одного окислительно-восстановительного процесса — окисление и восстановление соответственно. Окислению в результате горения и дыхания соответствует процесс восстановления в процессе фотосинтеза.

Природные химические процессы в жизни человека

Первые объекты исследования в науке — органические вещества живой природы. В дальнейшем эти исследования оформились в отдельную науку: органическую химию. Это понятие было введено шведским ученым Берцелиусом. В учебнике по химии 1827 года он говорит о том, что элементы в живой природе находятся в подчинении законов, отличных от тех, что действуют в неживой природе.

По этой причине невозможно образование органических веществ под воздействием обычных физических и химических сил. В этом случае есть необходимость в особой жизненной силе. Так, органическая химия была определена Берцелиусом как химия растительных и животных веществ.

Но это утверждение довольно ограниченно. О чем свидетельствуют хотя бы первые синтезы органических веществ «in vitro». Кроме того, если посмотреть вокруг себя, то можно понять, что повсеместно используются синтетические органические вещества, отсутствующие в живой природе.

Различные вещества, такие как масла и животные жиры, смолистые, клейкие и сахаристые вещества, воск, крахмал, душистые эссенции, растительные и животные красители были описаны в труде «Естественная история» Гая Плиния-Секунда еще в I ст.

По сей день человечество использует выработанные живыми организмами органические вещества для удовлетворения своих потребностей. В основном — в продуктах, одежде, жилье, гигиене и здоровье.

Новые токсические источники загрязнения окружающей среды — результат создания синтетических материалов и синтеза искусственных радионуклидов. А это является реальной угрозой жизни на нашей планете.

Успешное использование природных ресурсов зависит от того, насколько хорошо люди смогут разобраться в законах природы.

Эта информация — своеобразный краткий доклад о химии в жизни человека.