Чтение онлайн

В качестве второго примера возьмем закон действующих масс, установленный в 1864–1867 гг. норвежскими учеными К. Т. Гульдбергом (1836–1902) и П. Вааге (1833–1900). Закон действующих масс может быть сформулирован так: скорость химической реакции, протекающей при постоянной температуре, пропорциональна концентрациям исходных веществ в степенях, равных их стехиометрическим числам, и обратно пропорциональна концентрациям продуктов реакции в степенях, равных их стехиометрическим числам.

Если рассматривать химическую реакцию

где А1, А2…— исходные вещества, v1, v2 и т. д, — их стехиометрические числа, и т. д. — продукты реакции, vi', v2' и т. д. — их стехиометрические числа А1' А2', W — скорость протекания реакции слева направо, W' — справа налево, то видно, что реакция имеет динамический характер: она всегда течет в обоих направлениях. Скорости W и W' становятся равными тогда, когда устанавливается химическое равновесие, т. е. состав реагирующей смеси остается неизменным. Но даже и в этом случае реакция продолжает протекать, но таким образом, что состав реагирующей смеси остается постоянным, т. е. достигается химическое равновесие. Величина

называется константой равновесия [343] . Ее значение для данной реакции определяется составом реагентов и параметрами состояния, особенно температурой. Не следует думать, что химическое равновесие устанавливается приблизительно «в середине», при более или менее равном количестве всех реагентов. Наоборот, в большинстве случаев реакция сильно «сдвинута» в одну из сторон. Закон действующих масс имеет большое значение для практики.

Приведем теперь примеры достижений химии в практике. Здесь такой большой выбор, что трудно решить, на чем остановиться.

Большие успехи достигнуты, особенно за последние десятилетия, в органической химии. Очень много сделано в области полимеров, представляющих собой основу для получения пластических масс, синтетических волокон, каучука и других очень нужных материалов.

Известный советский ученый физик и химик Николай Николаевич Семенов (р. 1896) пишет о том, что представляют собой полимеры, так: «Полимеры — это гигантские химические молекулы, образуемые в результате последовательного химического присоединения друг к другу тысяч и десятков тысяч простых молекул, так называемых мономеров. В вытянутом состоянии такого рода гигантские молекулы представляют собой как бы гибкие нити, поперечники которых равны поперечнику мономера, а протяженность их в тысячи раз превосходит длину мономера. Звенья полимерной цепи связаны между собой очень прочными химическими силами. Поэтому полимерные материалы оказываются исключительно прочными. Максимальная прочность их реализуется в том случае, когда все нити располагаются параллельно друг другу, обеспечивая равномерное распределение нагрузки. Одним из важнейших свойств полимеров является возможность легкой реализации их максимальной прочности путем вытягивания материала в нити, как это делается, например, в производстве искусственного волокна.

Данные молекулы полимеров связаны между собой силами притяжения, которые тем больше, чем больше длина молекулы. По этой причине полимеры являются твердыми прочными телами, в то время как мономеры представляют собой при обычных температурах газы или жидкости» [344] .

Огромное развитие химии, именуемое иногда химизацией народного хозяйства, нашло свое выражение в быстром росте полимерной промышленности, продукция (полимерные материалы) которой находит широкое применение в машиностроении в качестве конструкционных материалов, успешно заменяющих (в пределах известных ограничений, конечно, например высокой температуры) сталь и цветные металлы; в ускоренном развитии промышленности, производящей минеральные удобрения и другие нужные сельскому хозяйству продукты; в строительстве, где полимерные материалы успешно используются как строительные материалы; в изготовлении одежды (особенно в виде волокон) и еще для многих других изделий. Этот перечень развития различных направлений химической промышленности можно было бы продолжить.

Биологией называется совокупность наук о живой природе. За последние десятилетия в биологии широко применяются понятия и методы физики и химии. Поэтому, наряду с такими «чистыми» биологическими науками, как ботаника — наука о растениях, зоология — наука о животных, микробиология — наука о микроорганизмах, генетика — наука о законах наследственности и изменчивости организмов, в систему наук, в целом составляющих биологию, вошли биофизика, биохимия, молекулярная биология.

Поскольку объектом изучения биологии является живая природа, естественно возникает вопрос: что следует понимать под словом «жизнь»? Общим ответом на этот вопрос является: жизнь есть одна из форм существования материи. Но появляется второй вопрос: в чем особенности этой формы существования материи? На этот вопрос, по-видимому, нельзя дать столь же короткий ответ, как на предыдущий, — жизнь характеризуется рядом важнейших признаков. Живой организм должен быть способен к обмену веществ (метаболизму), т. е. быть в состоянии усваивать извне определенные вещества (например, пищу, кислород), подвергать их химической переработке, выделять вовне ненужные ему продукты. Он должен быть также способен к воспроизводству себе подобных, причем так, чтобы в данном воспроизводстве сохранялся биологический вид. Живой организм также должен быть в состоянии регулировать свои функции, приспосабливая их к изменениям среды, различным видам движения и к другим условиям.

Но не всегда легко определить применительно к некоторым объектам, можно ли их отнести к живым организмам или пет. Речь идет, например, о вирусах — мельчайших неклеточных частицах, состоящих из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) [345] и белковой оболочки, способных вызывать болезни у растений, животных и человека (например, оспу, корь, грипп, полиомиелит, чуму рогатого скота и птиц, бешенство и др.).

Л. Полинг и П. Полинг по этому поводу пишут: «Чтобы показать, как трудно определить, что такое живой организм, рассмотрим простейшие виды материи, которая считается живой. Примером могут служить вирусы растений, например вирус кустистой карликовости томата… Эти вирусы в соответствующих условиях обладают способностью самовоспроизведения. Отдельная частица (индивидуальный организм) вируса кустистой карликовости томата, оказавшись на листе растения, может вызвать превращение значительной части вещества, составляющего клетки данного листа, в точно такие же, как и она сама, вирусные частицы. Эта способность к самовоспроизведению представляется, однако, единственной характерной чертой живого организма, которой обладает данный вирус. После того как вирусные частицы образовались, они не растут, не нуждаются в питательной среде и уже не участвуют в процессах обмена веществ. Насколько можно судить на основании данных, полученных при помощи электронной микроскопии и других методов исследования, отдельные частицы данного вируса совершенно идентичны между собой; со временем они не изменяются — явление старения для них не наблюдается. Вирусные частицы не способны передвигаться и, по-видимому, не обладают свойством реагировать на внешние раздражители так, как это делают более сложные живые организмы. Однако, как уже сказано, они обладают свойством самовоспроизведения.

Можно ли на основании рассмотренных фактов сказать, что вирус является живым организмом? В настоящее время наука не дает ответа на этот вопрос — фактически же такой вопрос вообще не может считаться научным, он просто сводится к определению понятия жизни» [346] .

Говоря о живых организмах, необходимо отметить, что все они состоят из клеток. Известные сегодня клетки очень разнообразны. Например, их размеры, как правило, колеблются от 1 мкм (10– 6 м) до 1 м. Существуют одноклеточные организмы, например бактерии. И наоборот, многие состоят из очень большого числа клеток. Например, организм человека состоит приблизительно из 500 000 миллиардов (5·1014) клеток. Клетки имеют очень топкую клеточную мембрану, так называемую цитоплазму и ядро. Клеточная (плазматическая) мембрана участвует в регуляции обмена веществ между клеткой и средой, цитоплазма — внеядерная часть белка клетки, ядро — часть клетки, управляющая синтезом белка.

Как по своему строению и размерам, так и по исполняемым функциям клетки также очень разнообразны. Их разделяют, в частности, на клетки, составляющие тело (соматические), и клетки, служащие для размножения. В организме человека среди огромного числа клеток существуют клетки мышц, стенок кровеносных сосудов, соединительных тканей, нервов (некоторые из них имеют длину около 1 м, например клетка, соединяющая концы пальцев ног со спинным мозгом), кожи. Красные тельца крови — эритроциты также являются клетками; их в организме человека имеется около 25 млрд. (25·109).

В состав организма человека входят также кости, образованные костеобразующими клетками и состоящие из фосфата кальция, а также из белка коллагена. В теле человека имеется жидкость: кровь (около пяти литров), лимфа, обеспечивающая обмен веществ между кровью и тканями организма, и др.

Белки являются основной частью организма всех растений и животных, в том числе и человека. В состав белков входят аминокислоты. Растения и большинство микроорганизмов сами синтезируют их в своем организме. Что касается животных и человека, то они не могут синтезировать 20 аминокислот из примерно 150. Поэтому эти 20 аминокислот называются незаменимыми и животные должны получать их с пищей.