هل هناك اختلاف في التركيب الكيميائي للكواكب؟ ما هي المادة؟ ما هي فئات المواد؟ الفرق بين المواد العضوية وغير العضوية. تشكيل أنظمة الكواكب

عن الذرات والعناصر الكيميائية

لا يوجد شيء آخر في الطبيعة

لا هنا ولا هناك، في أعماق الفضاء:

كل شيء - من حبيبات الرمل الصغيرة إلى الكواكب -

يتكون من عناصر موحدة

إس بي شيباتشيف، "قراءة مندليف".

في الكيمياء باستثناء المصطلحات "ذرة"و "مركب"غالبا ما يستخدم هذا المفهوم "عنصر". ما المشترك بين هذه المفاهيم وكيف تختلف؟

عنصر كيميائي – هذه ذرات من نفس النوع . فعلى سبيل المثال، جميع ذرات الهيدروجين هي عنصر الهيدروجين؛ جميع ذرات الأكسجين والزئبق هي عناصر الأكسجين والزئبق، على التوالي.

حاليًا، يُعرف أكثر من 107 أنواع من الذرات، أي أكثر من 107 عناصر كيميائية. لا بد من التمييز بين مفاهيم "العنصر الكيميائي" و"الذرة" و"المادة البسيطة"

المواد البسيطة والمعقدة

وفقا لتكوينها العنصري فهي تتميز مواد بسيطة، تتكون من ذرات عنصر واحد (H 2، O 2، Cl 2، P 4، Na، Cu، Au)، و مواد معقدة، تتكون من ذرات عناصر مختلفة (H 2 O، NH 3، OF 2، H 2 SO 4، MgCl 2، K 2 SO 4).

حاليا، من المعروف 115 عنصرا كيميائيا، والتي تشكل حوالي 500 مادة بسيطة.

الذهب الأصلي مادة بسيطة.

تسمى قدرة عنصر واحد على الوجود على شكل مواد بسيطة متنوعة تختلف في خواصها التآصلعلى سبيل المثال، يحتوي عنصر الأكسجين O على شكلين متآصلين - ديوكسجين O 2 والأوزون O 3 بأعداد مختلفة من الذرات في الجزيئات.

تختلف الأشكال المتآصلة لعنصر الكربون C - الماس والجرافيت - في بنية بلوراتها. هناك أسباب أخرى للتآصل.

مركبات كيميائيةعلى سبيل المثال، أكسيد الزئبق (II) HgO (يتم الحصول عليه عن طريق الجمع بين ذرات المواد البسيطة - الزئبق الزئبق والأكسجين O 2)، وبروميد الصوديوم (يتم الحصول عليه عن طريق الجمع بين ذرات المواد البسيطة - الصوديوم Na والبروم Br 2).

لذلك، دعونا نلخص ما سبق. هناك نوعان من جزيئات المادة:

1. بسيط– تتكون جزيئات هذه المواد من ذرات من نفس النوع. وفي التفاعلات الكيميائية لا يمكنها أن تتحلل لتشكل عدة مواد أبسط.

2. معقد– تتكون جزيئات هذه المواد من ذرات ذات أنواع مختلفة. وفي التفاعلات الكيميائية يمكن أن تتحلل لتشكل مواد أبسط.

الفرق بين مفهومي "العنصر الكيميائي" و"المادة البسيطة"

التمييز بين المفاهيم "عنصر كيميائي"و "مادة بسيطة"ممكن من خلال مقارنة خصائص المواد البسيطة والمعقدة. على سبيل المثال، مادة بسيطة - الأكسجين– غاز عديم اللون ضروري للتنفس ودعم الاحتراق. أصغر جسيم من مادة الأكسجين البسيطة هو جزيء يتكون من ذرتين. يتم تضمين الأكسجين أيضًا في أول أكسيد الكربون (أول أكسيد الكربون) والماء. إلا أن الماء وأول أكسيد الكربون يحتويان على أكسجين مرتبط كيميائياً، وهو ليس له خواص المادة البسيطة، وعلى وجه الخصوص، لا يمكن استخدامه للتنفس. فالأسماك، على سبيل المثال، لا تتنفس الأكسجين المرتبط كيميائيا، وهو جزء من جزيء الماء، بل الأكسجين الحر المذاب فيه. لذلك، عندما نتحدث عن تركيب أي مركبات كيميائية، يجب أن نفهم أن هذه المركبات لا تحتوي على مواد بسيطة، بل ذرات من نوع معين، أي العناصر المقابلة لها.

عندما تتحلل المواد المعقدة، يمكن للذرات أن تتحرر في حالة حرة وتتحد لتشكل مواد بسيطة. المواد البسيطة تتكون من ذرات عنصر واحد. يتم تأكيد الفرق بين مفهومي "العنصر الكيميائي" و "المادة البسيطة" أيضًا من خلال حقيقة أن نفس العنصر يمكن أن يشكل عدة مواد بسيطة. على سبيل المثال، يمكن لذرات عنصر الأكسجين أن تشكل جزيئات أكسجين ثنائية الذرة وجزيئات أوزون ثلاثية الذرة. الأكسجين والأوزون مادتان بسيطتان مختلفتان تمامًا. وهذا ما يفسر حقيقة أن المواد المعروفة أكثر بساطة من العناصر الكيميائية.

باستخدام مفهوم "العنصر الكيميائي" يمكننا إعطاء التعريف التالي للمواد البسيطة والمعقدة:

المواد البسيطة هي تلك التي تتكون من ذرات عنصر كيميائي واحد.

المواد المعقدة هي تلك التي تتكون من ذرات عناصر كيميائية مختلفة.

الفرق بين مفهومي "الخليط" و"المركب الكيميائي"

غالبًا ما تسمى المواد المعقدة مركبات كيميائية.

حاول الإجابة على الأسئلة:

1. كيف تختلف المخاليط في التركيب عن المركبات الكيميائية؟

2. قارن بين خصائص المخاليط والمركبات الكيميائية؟

3. ما هي الطرق التي يمكن من خلالها فصل مكونات المخلوط والمركب الكيميائي؟

4. هل يمكن الحكم من خلال العلامات الخارجية على تكوين خليط ومركب كيميائي؟

الخصائص المقارنة للمخاليط والمواد الكيميائية

مهام للتوحيد

I. العمل مع أجهزة المحاكاة

ثانيا. حل المهمة

№1

كم عدد المواد البسيطة المكتوبة في سلسلة من الصيغ:
H 2 O، N 2، O 3، HNO 3، P 2 O 5، S، Fe، CO 2، KOH.

№2

كلا المادتين معقدتان:

أ) ج (الفحم) و س (الكبريت)؛
ب) CO 2 (ثاني أكسيد الكربون) وH 2 O (الماء)؛
ب) الحديد (الحديد) وCH 4 (الميثان)؛
د) H2SO4 (حمض الكبريتيك) وH2 (الهيدروجين).

№3

اختر العبارة الصحيحة:
تتكون المواد البسيطة من ذرات من نفس النوع.

أ) صحيح

ب) غير صحيح

№4

ما هو نموذجي للمخاليط هو ذلك
أ) لديهم تكوين ثابت؛
ب) المواد الموجودة في "الخليط" لا تحتفظ بخصائصها الفردية؛
ج) يمكن فصل المواد الموجودة في "المخاليط" بالخصائص الفيزيائية؛
د) يمكن فصل المواد الموجودة في "المخاليط" عن طريق التفاعل الكيميائي.

№5

ما يلي نموذجي لـ "المركبات الكيميائية":
أ) تكوين متغير.
ب) يمكن فصل المواد الموجودة في "المركب الكيميائي" بالوسائل الفيزيائية؛
ج) يمكن الحكم على تكوين مركب كيميائي من خلال علامات التفاعلات الكيميائية؛
د) التكوين الدائم.

№6

في أي حالة نتحدث عنها غدةماذا عن عنصر كيميائي?
أ) الحديد معدن يجذبه المغناطيس.
ب) الحديد جزء من الصدأ؛
ج) يتميز الحديد ببريق معدني؛
د) يحتوي كبريتيد الحديد على ذرة حديد واحدة.

№7

في أي حالة نتحدث عن الأكسجين كمادة بسيطة؟
أ) الأكسجين هو الغاز الذي يدعم التنفس والاحتراق؛
ب) تتنفس الأسماك الأكسجين المذاب في الماء؛
ج) ذرة الأكسجين جزء من جزيء الماء؛
د) الأكسجين جزء من الهواء.

أثناء التفاعلات الكيميائية، تتحول مادة إلى أخرى (يجب عدم الخلط بينه وبين التفاعلات النووية، التي يتحول فيها عنصر كيميائي إلى عنصر آخر).

يتم وصف أي تفاعل كيميائي بالمعادلة الكيميائية:

المواد المتفاعلة → منتجات التفاعل

يشير السهم إلى اتجاه رد الفعل.

على سبيل المثال:

في هذا التفاعل، يتفاعل الميثان (CH 4) مع الأكسجين (O 2)، مما يؤدي إلى تكوين ثاني أكسيد الكربون (CO 2) والماء (H 2 O)، أو بشكل أكثر دقة، بخار الماء. هذا هو بالضبط رد الفعل الذي يحدث في مطبخك عندما تشعل موقد الغاز. المعادلة يجب أن تقرأ هكذا: يتفاعل جزيء واحد من غاز الميثان مع جزيئين من غاز الأكسجين لإنتاج جزيء واحد من ثاني أكسيد الكربون وجزيئين من الماء (بخار الماء).

تسمى الأرقام الموضوعة قبل مكونات التفاعل الكيميائي معاملات التفاعل.

تحدث تفاعلات كيميائية ماص للحرارة(مع امتصاص الطاقة) و طارد للحرارة(مع إطلاق الطاقة). يعد احتراق الميثان مثالًا نموذجيًا للتفاعل الطارد للحرارة.

هناك عدة أنواع من التفاعلات الكيميائية. الأكثر شيوعا:

• تفاعلات الاتصال
• تفاعلات التحلل
• تفاعلات استبدال واحدة؛
• تفاعلات الإزاحة المزدوجة؛
• تفاعلات الأكسدة
• تفاعلات الأكسدة والاختزال.

التفاعلات المركبة

في التفاعلات المركبة، يتكون عنصران على الأقل من منتج واحد:

2Na (ر) + Cl 2 (ز) → 2NaCl (ر)- تكوين ملح الطعام.

يجب الانتباه إلى فارق بسيط في التفاعلات المركبة: اعتمادًا على ظروف التفاعل أو نسب الكواشف التي تدخل التفاعل، قد تكون هناك منتجات مختلفة نتيجة لذلك. على سبيل المثال، في ظل ظروف الاحتراق العادية للفحم، يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون:
C (ر) + O 2 (ز) → CO 2 (ز)

إذا كانت كمية الأكسجين غير كافية، يتكون أول أكسيد الكربون القاتل:
2C (ر) + O 2 (ز) → 2CO (ز)

تفاعلات التحلل

هذه التفاعلات هي في الأساس معاكسة لتفاعلات المركب. ونتيجة تفاعل التحلل، تنقسم المادة إلى عنصرين (3، 4...) أبسط (مركبات):

• 2H2O (ل) → 2H2 (ز) + O2 (ز)- تحلل الماء
• 2H2O2 (ل) → 2H2 (ز) O + O2 (ز)- تحلل بيروكسيد الهيدروجين

ردود فعل النزوح واحدة

نتيجة لتفاعلات الاستبدال الفردية، يحل عنصر أكثر نشاطًا محل عنصر أقل نشاطًا في المركب:

Zn (s) + CuSO 4 (محلول) → ZnSO 4 (محلول) + Cu (s)

يزيح الزنك الموجود في محلول كبريتات النحاس النحاس الأقل نشاطًا، مما يؤدي إلى تكوين محلول كبريتات الزنك.

درجة نشاط المعادن حسب ترتيب النشاط التصاعدي:

• الأكثر نشاطا هي الفلزات القلوية والقلوية الأرضية

المعادلة الأيونية للتفاعل أعلاه ستكون:

Zn (t) + Cu 2+ + SO 4 2- → Zn 2+ + SO 4 2- + Cu (t)

الرابطة الأيونية CuSO 4، عند ذوبانها في الماء، تتحلل إلى كاتيون نحاس (شحنة 2+) وأنيون كبريتات (شحنة 2-). نتيجة لتفاعل الاستبدال، يتم تشكيل كاتيون الزنك (الذي له نفس شحنة كاتيون النحاس: 2-). يرجى ملاحظة أن أنيون الكبريتات موجود على طرفي المعادلة، أي أنه وفقا لجميع قواعد الرياضيات، يمكن اختزاله. والنتيجة هي معادلة أيونية جزيئية:

الزنك (ر) + النحاس 2+ → الزنك 2+ + النحاس (ر)

تفاعلات الإزاحة المزدوجة

في تفاعلات الاستبدال المزدوج، يتم بالفعل استبدال إلكترونين. وتسمى ردود الفعل هذه أيضًا تبادل ردود الفعل. تحدث مثل هذه التفاعلات في المحلول بتكوين:

• مادة صلبة غير قابلة للذوبان (تفاعل الهطول)؛
• الماء (رد فعل تحييد).

ردود الفعل هطول الأمطار

عند خلط محلول نترات الفضة (الملح) مع محلول كلوريد الصوديوم يتكون كلوريد الفضة:

المعادلة الجزيئية: بوكل (محلول) + AgNO 3 (p-p) → AgCl (s) + KNO 3 (p-p)

المعادلة الأيونية: K + + Cl - + Ag + + NO 3 - → AgCl (t) + K + + NO 3 -

المعادلة الأيونية الجزيئية: Cl - + Ag + → AgCl (s)

إذا كان المركب قابلاً للذوبان، فإنه سيكون موجوداً في المحلول على شكل أيوني. إذا كان المركب غير قابل للذوبان، فإنه سوف يترسب لتكوين مادة صلبة.

تفاعلات التعادل

هذه هي التفاعلات بين الأحماض والقواعد التي تؤدي إلى تكوين جزيئات الماء.

على سبيل المثال، تفاعل خلط محلول حمض الكبريتيك مع محلول هيدروكسيد الصوديوم (الغسول):

المعادلة الجزيئية: H 2 SO 4 (ص - ص) + 2NaOH (ص - ص) → Na 2 SO 4 (ص - ع) + 2H 2 O (ل)

المعادلة الأيونية: 2H + + SO 4 2- + 2Na + + 2OH - → 2Na + + SO 4 2- + 2H 2 O (ل)

المعادلة الأيونية الجزيئية: 2H + + 2OH - → 2H 2 O (l) أو H + + OH - → H 2 O (l)

تفاعلات الأكسدة

هذه هي تفاعلات تفاعل المواد مع الأكسجين الغازي في الهواء، والتي يتم خلالها، كقاعدة عامة، إطلاق كمية كبيرة من الطاقة في شكل حرارة وضوء. تفاعل الأكسدة النموذجي هو الاحتراق. في بداية هذه الصفحة يوجد التفاعل بين الميثان والأكسجين:

CH 4 (جم) + 2O2 (جم) → CO 2 (جم) + 2H2O (جم)

ينتمي الميثان إلى الهيدروكربونات (مركبات الكربون والهيدروجين). عندما يتفاعل الهيدروكربون مع الأكسجين، يتم إطلاق الكثير من الطاقة الحرارية.

تفاعلات الأكسدة والاختزال

هذه هي التفاعلات التي يتم فيها تبادل الإلكترونات بين الذرات المتفاعلة. التفاعلات التي تمت مناقشتها أعلاه هي أيضًا تفاعلات الأكسدة والاختزال:

• 2Na + Cl 2 → 2NaCl - تفاعل مركب
• CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O - تفاعل الأكسدة
• Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu - تفاعل استبدال فردي

يتم وصف تفاعلات الأكسدة والاختزال مع عدد كبير من الأمثلة على حل المعادلات باستخدام طريقة توازن الإلكترون وطريقة التفاعل النصفي بأكبر قدر ممكن من التفاصيل في القسم

الصفحة الحالية: 3 (يحتوي الكتاب على 18 صفحة إجمالاً) [مقطع القراءة المتاح: 12 صفحة]

2.2.2. تشكيل أنظمة الكواكب

يعتقد العلماء أن السدم هي مرحلة في تكوين المجرات أو الأنظمة النجمية الكبيرة. في نماذج هذه الأنواع من النظريات، تكون الكواكب نتيجة ثانوية لتكوين النجوم. تم التعبير عن وجهة النظر هذه لأول مرة في القرن الثامن عشر. I. Kant وتم تطويره لاحقًا بواسطة P. Laplace و D. Kuiper و D. Alfven و R. Cameron، تم تأكيده بعدد من الأدلة.

تم العثور على النجوم الشابة داخل السدم، وهي مناطق من الغاز والغبار بين النجوم مركزة نسبيا والتي تمتد على مدى سنوات ضوئية. تم العثور على السدم في جميع أنحاء مجرتنا. ويعتقد أن النجوم والأنظمة الكوكبية المرتبطة بها تتشكل داخل هذه السحب الهائلة من المادة.

باستخدام التحليل الطيفي، تبين أن المادة بين النجوم تتكون من غازات - الهيدروجين والهيليوم والنيون - وجزيئات الغبار، بقياس عدة ميكرونات وتتكون من معادن وعناصر أخرى. وبما أن درجة الحرارة منخفضة جدًا (10-20 كلفن)، فإن جميع المواد، باستثناء الغازات المذكورة، تتجمد على جزيئات الغبار. العناصر الأثقل وبعض الهيدروجين تأتي من نجوم الأجيال السابقة؛ وانفجرت بعض هذه النجوم على شكل مستعرات أعظم، مما أدى إلى إعادة الهيدروجين المتبقي إلى الوسط البينجمي وإثرائه بعناصر أثقل تتشكل في أعماقها.

يبلغ متوسط ​​تركيز الغاز في الفضاء بين النجوم 0.1 ذرة ن/سم3 فقط، في حين يبلغ تركيز الغاز في السدم حوالي 1000 ذرة ن/سم3، أي أكثر بـ 10000 مرة. (1 سم3 من الهواء يحتوي على 2.7×1019 جزيء تقريبًا).

عندما تصبح سحابة الغبار الغازي كبيرة بدرجة كافية نتيجة للترسيب البطيء والالتصاق (التراكم) للغاز والغبار بين النجوم تحت تأثير الجاذبية، فإنها تصبح غير مستقرة - وتتعطل العلاقة القريبة من التوازن بين الضغط وقوى الجاذبية. . تسود قوى الجاذبية وبالتالي تتقلص السحابة. خلال المراحل المبكرة من الضغط، فإن الحرارة المنطلقة عندما يتم تحويل طاقة الجاذبية إلى طاقة إشعاعية تترك السحابة بسهولة لأن الكثافة النسبية للمادة منخفضة. مع زيادة كثافة المادة، تبدأ تغييرات مهمة جديدة. بسبب تقلبات الجاذبية وغيرها من التقلبات، تنقسم سحابة كبيرة إلى سحب أصغر، والتي بدورها تشكل شظايا لها في النهاية كتلة وحجم أكبر بعدة مرات من نظامنا الشمسي (الشكل 2.2؛ 1-5). تسمى هذه الغيوم النجوم الأولية.بالطبع، بعض النجوم الأولية أضخم من نظامنا الشمسي وتشكل نجومًا أكبر وأكثر سخونة، بينما تشكل النجوم الأولية الأقل ضخامة نجومًا أصغر حجمًا وأكثر برودة وتتطور بشكل أبطأ من الأولى. حجم النجوم الأولية محدود بحد أعلى، والذي إذا تجاوزته سيحدث المزيد من التجزئة، وحد أدنى، يحدده الحد الأدنى من الكتلة المطلوبة لدعم التفاعلات النووية.

أرز. 2.2. تطور سديم الغاز والغبار وتشكيل قرص كوكبي أولي

أولاً، يتم تحويل طاقة الجاذبية المحتملة إلى حرارة (طاقة إشعاعية)، ببساطة إلى الخارج أثناء ضغط الجاذبية. ولكن مع زيادة كثافة المادة، يتم امتصاص المزيد والمزيد من الطاقة الإشعاعية، ونتيجة لذلك، ترتفع درجة الحرارة. تبدأ المركبات المتطايرة التي تم تجميدها في البداية على جزيئات الغبار في التبخر. الآن يتم خلط غازات مثل NH 3 وCH 4 وH 2 O (بخار) وHCN مع H 2 وHe وNe. تمتص هذه الغازات الأجزاء اللاحقة من الطاقة الإشعاعية، وتتفكك وتخضع للتأين.

يستمر ضغط الجاذبية حتى تتبدد الطاقة الإشعاعية المنبعثة أثناء تبخر وتأين الجزيئات في جزيئات الغبار. عندما تتأين الجزيئات بالكامل، ترتفع درجة الحرارة بسرعة حتى يتوقف الضغط تقريبًا عندما يبدأ ضغط الغاز في موازنة قوى الجاذبية. وهكذا تنتهي مرحلة ضغط الجاذبية السريع (الانهيار).

في هذه المرحلة من تطوره، يكون النجم الأولي المقابل لنظامنا عبارة عن قرص ذو سماكة في المركز ودرجة حرارة تبلغ حوالي 1000 كلفن على مستوى مدار كوكب المشتري. يستمر مثل هذا القرص النجمي الأولي في التطور: تحدث فيه إعادة الهيكلة وينكمش ببطء. يصبح النجم الأولي نفسه تدريجيًا أكثر إحكاما وأكثر ضخامة وأكثر سخونة، حيث لا يمكن للحرارة الآن أن تشع إلا من سطحه. تنتقل الحرارة من أعماق النجم الأولي إلى سطحه باستخدام تيارات الحمل الحراري. المنطقة الممتدة من سطح النجم الأولي إلى مسافة تعادل مدار بلوتو مليئة بالغاز والضباب الغباري.

خلال هذه السلسلة المعقدة من الانقباضات، والتي يُعتقد أنها استغرقت حوالي 10 ملايين سنة، يجب الحفاظ على الزخم الزاوي للنظام. تدور المجرة بأكملها، وتقوم بدورة واحدة كل 100 مليون سنة. عندما تنضغط سحب الغبار، لا يمكن أن يتغير زخمها الزاوي، فكلما زاد ضغطها، زادت سرعة دورانها. بسبب الحفاظ على الزخم الزاوي، يتغير شكل سحابة الغبار المنهارة من الشكل الكروي إلى الشكل القرصي.

ومع تقلص المادة المتبقية من النجم الأولي، أصبحت درجة حرارته عالية بما يكفي لبدء تفاعل الاندماج لذرات الهيدروجين. ومع تدفق المزيد من الطاقة من هذا التفاعل، أصبحت درجة الحرارة مرتفعة بما يكفي لموازنة قوى ضغط الجاذبية الإضافية.

تشكلت الكواكب من الغازات والغبار المتبقية على محيط القرص النجمي (الشكل 2.3). يؤدي تكتل الغبار بين النجوم تحت تأثير الجاذبية إلى تكوين النجوم والكواكب في حوالي 10 ملايين سنة (1-4). يدخل النجم في التسلسل الرئيسي (4) ويبقى في حالة ثابتة (مستقرة) لمدة 8000 مليون سنة تقريبًا، ويقوم بمعالجة الهيدروجين تدريجيًا. ثم يترك النجم التسلسل الرئيسي، ويتوسع ليصبح عملاقًا أحمر (5 و 6)، و"يلتهم" كواكبه على مدى الـ 100 مليون سنة القادمة. بعد النبض كنجم متغير لعدة آلاف من السنين (7)، ينفجر كمستعر أعظم (8) وينهار في النهاية إلى قزم أبيض (9). على الرغم من أن الكواكب تعتبر عادةً أجسامًا ضخمة، إلا أن الكتلة الإجمالية لجميع الكواكب تبلغ 0.135٪ فقط من كتلة النظام الشمسي.

أرز. 2.3. تشكيل نظام كوكبي

تقع كواكبنا، ومن المفترض الكواكب التي تتشكل في أي قرص نجمي أولي، في منطقتين رئيسيتين. والمنطقة الداخلية، والتي تمتد في النظام الشمسي من عطارد إلى حزام الكويكبات، هي منطقة الكواكب الأرضية الصغيرة. هنا، في مرحلة الانكماش البطيء للنجم الأولي، تكون درجات الحرارة مرتفعة جدًا بحيث تتبخر المعادن. تحتوي المنطقة الباردة الخارجية على غازات مثل H2O وHe وNe، وجسيمات مغلفة بمواد متطايرة مجمدة مثل H2O وNH3 وCH4. تحتوي هذه المنطقة الخارجية التي تضم كواكب من نوع المشتري على مادة أكثر بكثير من المنطقة الداخلية لأنها كبيرة ولأن الكثير من المواد المتطايرة الموجودة أصلاً في المنطقة الداخلية يتم دفعها إلى الخارج بسبب نشاط النجم الأولي.

إحدى الطرق لبناء صورة لتطور النجم وحساب عمره هي تحليل عينة عشوائية كبيرة من النجوم. وفي الوقت نفسه يتم قياس المسافات إلى النجوم وسطوعها الظاهري ولون كل نجم.

إذا كان السطوع الظاهري والمسافة إلى النجم معروفة، فيمكن حساب حجمه المطلق، لأن السطوع المرئي للنجم يتناسب عكسيا مع المسافة التي يفصلها. الحجم المطلق للنجم هو دالة على معدل إطلاق الطاقة، بغض النظر عن بعده عن الراصد.

يتم تحديد لون النجم حسب درجة حرارته: فالأزرق يمثل النجوم الساخنة جدًا، والأبيض يمثل النجوم الساخنة، والأحمر يمثل النجوم الباردة نسبيًا.

يوضح الشكل 2.4 مخطط هيرتزسبرونج-راسل، المألوف لك من خلال مقرر علم الفلك الخاص بك، والذي يعكس العلاقة بين الحجم المطلق واللون لعدد كبير من النجوم. ولأن هذا المخطط الكلاسيكي يتضمن نجومًا من جميع الأحجام والأعمار، فهو يتوافق مع النجم "المتوسط" في مراحل مختلفة من تطوره.

أرز. 2.4. مخطط هيرتزسبرونج-راسل

تقع معظم النجوم في الجزء المستقيم من المخطط؛ إنهم لا يواجهون سوى تغيرات تدريجية في التوازن حيث يحترق الهيدروجين الموجود بداخلهم. في هذا الجزء من المخطط، المسمى بالتسلسل الرئيسي، تتمتع النجوم ذات الكتلة الأكبر بدرجات حرارة أعلى؛ فيها، يتم تفاعل اندماج ذرات الهيدروجين بشكل أسرع، ويكون متوسط ​​العمر المتوقع لها أقصر. النجوم ذات الكتلة الأقل من الشمس تكون درجة حرارتها أقل، ويكون اندماج ذرات الهيدروجين فيها أبطأ، ويكون متوسط ​​عمرها المتوقع أطول. بمجرد أن يستهلك نجم التسلسل الرئيسي حوالي 10% من إمداداته الأولية من الهيدروجين، ستنخفض درجة حرارته وسيحدث التوسع. من المفترض أن العمالقة الحمراء هي نجوم "قديمة" من جميع الأحجام والتي كانت تنتمي سابقًا إلى التسلسل الرئيسي. عند تحديد عمر النجم بدقة، يجب أخذ هذه العوامل بعين الاعتبار. تظهر الحسابات التي تأخذها في الاعتبار أنه لا يوجد نجم واحد في مجرتنا يزيد عمره عن 11000 مليون سنة. بعض النجوم الصغيرة تنتمي إلى هذا العصر؛ العديد من النجوم الأكبر سنا أصغر سنا بكثير. يمكن للنجوم الأكثر ضخامة أن تبقى في التسلسل الرئيسي لمدة لا تزيد عن مليون سنة. تقضي الشمس والنجوم ذات الأحجام المماثلة حوالي 10.000 مليون سنة في التسلسل الرئيسي قبل الوصول إلى مرحلة العملاق الأحمر.

نقاط الربط

1. المادة في حركة وتطور مستمرين.

2. التطور البيولوجي هو مرحلة نوعية معينة في تطور المادة ككل.

3. تحدث تحولات العناصر والجزيئات في الفضاء الخارجي باستمرار وبسرعة منخفضة للغاية.

1. ما هي تفاعلات الاندماج النووي؟ أعط أمثلة.

2. كيف، وفقًا لفرضية كانط-لابلاس، تتشكل الأنظمة النجمية من مادة غبار الغاز؟

3. هل هناك اختلافات في التركيب الكيميائي للكواكب التابعة لنفس النظام النجمي؟

وبالالتزام بوجهة النظر المذكورة أعلاه حول أصل أنظمة الكواكب، فمن الممكن إجراء تقديرات معقولة إلى حد ما للتكوين العنصري للغلاف الجوي الأساسي للأرض. يعتمد جزء من وجهة النظر الحديثة، بالطبع، على الهيمنة الهائلة للهيدروجين في الفضاء؛ ويوجد أيضًا في الشمس. يوضح الجدول 2.2 التركيب العنصري للمادة النجمية والشمسية.

الجدول 2.2. التركيب العنصري للمادة النجمية والشمسية

من المفترض أن الغلاف الجوي للأرض البدائية، الذي كان متوسط ​​درجة حرارته مرتفعًا، كان شيئًا من هذا القبيل: قبل فقدان الجاذبية، كان الهيدروجين يشكل معظمه، وكانت المكونات الجزيئية الرئيسية هي الميثان والماء والأمونيا. ومن المثير للاهتمام مقارنة التركيب العنصري للمادة النجمية بتكوين الأرض الحديثة والمادة الحية على الأرض.

العناصر الأكثر شيوعًا في الطبيعة غير الحية هي الهيدروجين والهيليوم؛ يليه الكربون والنيتروجين والسيليكون والمغنيسيوم. دعونا نلاحظ أن المادة الحية للمحيط الحيوي على سطح الأرض تتكون في الغالب من الهيدروجين والأكسجين والكربون والنيتروجين، وهو ما كان متوقعًا بالطبع، بناءً على طبيعة هذه العناصر.

يمكن أن يتغير الغلاف الجوي الأولي للأرض نتيجة لمجموعة متنوعة من العمليات، وذلك في المقام الأول نتيجة لانتشار الهيدروجين والهيليوم، اللذين يشكلان جزءًا كبيرًا منه. وهذه العناصر هي الأخف وزنا، وكان ينبغي أن تختفي من الغلاف الجوي، لأن مجال جاذبية كوكبنا صغير مقارنة بمجال جاذبية الكواكب العملاقة. لا بد أن جزءًا كبيرًا من الغلاف الجوي الأولي للأرض قد فُقد في وقت قصير جدًا؛ ولذلك يفترض أن العديد من الغازات الأولية في الغلاف الجوي للأرض هي غازات دُفنت في أحشاء الأرض ثم انبعثت مرة أخرى نتيجة التسخين التدريجي لصخور الأرض. ربما كان الغلاف الجوي الأولي للأرض يتكون من مواد عضوية من نفس النوع الذي يتم ملاحظته في المذنبات: جزيئات ذات روابط كربون-هيدروجين، وكربون-نيتروجين، ونيتروجين-هيدروجين، وأكسجين-هيدروجين. بالإضافة إلى ذلك، أثناء التسخين الجاذبي لباطن الأرض، ربما ظهر أيضًا الهيدروجين والميثان وأول أكسيد الكربون والأمونيا والماء وما إلى ذلك، وهذه هي المواد التي أجريت بها معظم التجارب لمحاكاة الغلاف الجوي الأولي.

ما الذي يمكن أن يحدث بالفعل في ظل ظروف الأرض البدائية؟ ومن أجل تحديد ذلك لا بد من معرفة أنواع الطاقة التي من المرجح أن تؤثر على غلافه الجوي.

إن تطور المادة وتحويلها دون تدفق الطاقة أمر مستحيل. دعونا نفكر في مصادر الطاقة التي تحدد التطور الإضافي للمواد، لم تعد في الفضاء، ولكن على كوكبنا - على الأرض.

إن تقييم دور مصادر الطاقة ليس بالأمر السهل؛ في هذه الحالة، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار ظروف عدم التوازن، وتبريد منتجات التفاعل ودرجة عزلها عن مصادر الطاقة.

على ما يبدو، كان لأي مصادر للطاقة (الجدول 2.3) تأثير كبير على تحول المواد على كوكبنا. كيف حدث هذا؟ وبطبيعة الحال، ببساطة لا يوجد دليل موضوعي. ومع ذلك، يمكن محاكاة العمليات التي حدثت على أرضنا في العصور القديمة. أولاً، من الضروري تحديد الحدود الزمنية، وثانيًا، إعادة إنتاج الظروف بأكبر قدر ممكن من الدقة في كل عصر من العصور التي تمت مناقشتها من وجود الكوكب.

ولمناقشة الأسئلة المتعلقة بأصل الحياة على الأرض، بالإضافة إلى معرفة مصادر الطاقة اللازمة لتحول المادة، يجب على المرء أيضًا أن يكون لديه فكرة واضحة إلى حد ما عن زمن هذه التحولات.

الجدول 2.3. مصادر الطاقة المحتملة للتطور الكيميائي الأولي

الجدول 2.4. نصف العمر وبيانات أخرى لبعض العناصر المستخدمة في تحديد عمر الأرض

لقد زود تطور العلوم الفيزيائية الآن علماء الأحياء بعدة طرق فعالة لتحديد عمر بعض صخور القشرة الأرضية. يتمثل جوهر هذه الطرق في تحليل نسبة النظائر المختلفة والمنتجات النهائية للتحلل النووي في العينات وربط نتائج البحث بوقت انشطار العناصر الأصلية (الجدول 2.4).

إن استخدام مثل هذه الأساليب سمح للعلماء ببناء مقياس زمني لتاريخ الأرض منذ لحظة تبريدها، قبل 4500 مليون سنة، وحتى الوقت الحاضر (الجدول 2.5). ومهمتنا الآن هي أن نحدد، خلال هذا النطاق الزمني، كيف كانت الظروف على الأرض البدائية، ونوع الغلاف الجوي الذي كانت عليه الأرض، وكيف كانت درجة الحرارة والضغط، ومتى تشكلت المحيطات، وكيف تشكلت الأرض نفسها.

الجدول 2.5. مقياس جيولوجي زمني

واليوم، يشكل إعادة خلق الظروف التي نشأت فيها "أجنة الحياة" الأولى أهمية أساسية للعلم. إن الفضل الكبير لـ A. I. Oparin هو الذي اقترح في عام 1924 المفهوم الأول للتطور الكيميائي، والذي بموجبه تم اقتراح جو خالٍ من الأكسجين كنقطة انطلاق في التجارب المعملية لإعادة إنتاج ظروف الأرض البدائية.

في عام 1953، كشف العلماء الأمريكيون G. Urey و S. Miller عن خليط من الميثان والأمونيا والماء للتصريفات الكهربائية (الشكل 2.5). لأول مرة، وباستخدام مثل هذه التجربة، تم تحديد الأحماض الأمينية (الجليسين والألانين والأسبارتيك والجلوتاميك) من بين المنتجات الناتجة.

حفزت تجارب ميلر وأوري البحث في التطور الجزيئي وأصل الحياة في العديد من المختبرات، وأدت إلى دراسة منهجية للمشكلة، تم خلالها تصنيع مركبات مهمة بيولوجيًا. يتم عرض الظروف الرئيسية على الأرض البدائية التي أخذها الباحثون في الاعتبار في الجدول 2.6.

من الصعب حساب الضغط، مثل التركيب الكمي للغلاف الجوي. التقديرات التي تم إجراؤها مع الأخذ في الاعتبار تأثير "الاحتباس الحراري" تعسفية للغاية.

أدت الحسابات التي تأخذ في الاعتبار ظاهرة الاحتباس الحراري، وكذلك الكثافة التقريبية للإشعاع الشمسي في العصر اللاأحيائي، إلى قيم عدة عشرات من الدرجات فوق نقطة التجمد. تم إجراء جميع التجارب تقريبًا لإعادة خلق ظروف الأرض البدائية عند درجات حرارة تتراوح بين 20-200 درجة مئوية. لم يتم تحديد هذه الحدود عن طريق حساب أو استقراء بيانات جيولوجية معينة، ولكن على الأرجح من خلال مراعاة حدود درجة حرارة ثبات المركبات العضوية.

إن استخدام مخاليط الغازات المشابهة لغازات الغلاف الجوي الأولي، وأنواع مختلفة من الطاقة التي كانت مميزة لكوكبنا منذ 4-4.5 × 10 9 سنوات، ومراعاة الظروف المناخية والجيولوجية والهيدروغرافية لتلك الفترة جعلته من الممكن في العديد من المختبرات التي تدرس أصل الحياة العثور على أدلة على مسارات التواجد اللاأحيائي للجزيئات العضوية مثل الألدهيدات والنيتريت والأحماض الأمينية والسكريات الأحادية والبيورينات والبورفيرينات والنيوكليوتيدات وما إلى ذلك.

أرز. 2.5. جهاز ميلر

الجدول 2.6. الظروف على الأرض البدائية

يطرح ظهور البوليمرات الحيوية الأولية مشكلة أكثر تعقيدًا. والحاجة إلى وجودها في جميع الأنظمة الحية واضحة. وهم مسؤولون عن العمليات الأنزيمية البروتينية(على سبيل المثال، التحلل المائي، نزع الكربوكسيل، الأمين، التبليل، بيروكسيدإلخ)، لبعض العمليات البسيطة جدًا، مثل التخمير,وبالنسبة للآخرين، أكثر تعقيدا، على سبيل المثال الكيميائية الضوئيةتفاعلات، الفسفرة الضوئية والتمثيل الضوئي وإلخ.

إن وجود الماء على كوكبنا (المحيط الأساسي) جعل من الممكن ظهور البوليمرات الحيوية في عملية التفاعل الكيميائي - التكثيف. وهكذا، لتكوين رابطة الببتيد في المحاليل المائية وفقا للتفاعل:

مطلوب إنفاق الطاقة. وتزداد تكاليف الطاقة هذه عدة مرات عند إنتاج جزيئات البروتين في المحاليل المائية. يتطلب تخليق الجزيئات الكبيرة من "المونومرات الحيوية" استخدام طرق (إنزيمية) محددة لإزالة الماء.

تتضمن العملية العامة لتطور المادة والطاقة في الكون عدة مراحل متتالية. من بينها تشكيل السدم الفضائية، ويمكن التعرف على تطورها وهيكلة أنظمة الكواكب. إن تحولات المواد التي تحدث على الكواكب تحددها بعض القوانين الطبيعية العامة وتعتمد على موقع الكوكب داخل النظام النجمي. وتتميز بعض هذه الكواكب، مثل الأرض، بسمات تمكن من تطور المادة غير العضوية نحو ظهور جزيئات عضوية معقدة مختلفة.

نقاط الربط

1. يتكون الغلاف الجوي الأساسي للأرض بشكل أساسي من الهيدروجين ومركباته.

2. الأرض على المسافة المثلى من الشمس وتتلقى طاقة كافية للحفاظ على الماء السائل.

3. في المحاليل المائية، بسبب تنوع مصادر الطاقة، تنشأ أبسط المركبات العضوية بشكل غير بيولوجي.

مراجعة الأسئلة والواجبات

1. قم بإدراج المتطلبات الكونية والكوكبية لظهور الحياة بشكل أحيائي على كوكبنا.

2. ما هي أهمية الطبيعة المخفضة للغلاف الجوي الأولي في ظهور الجزيئات العضوية من المواد غير العضوية على الأرض؟

3. وصف الأجهزة وطرق إجراء التجارب بواسطة S. Miller وP. Urey.

باستخدام مفردات عناوين "المصطلحات" و"الملخص"، قم بترجمة فقرات "نقاط الربط" إلى اللغة الإنجليزية.

المصطلح

لكل مصطلح مشار إليه في العمود الأيسر، حدد التعريف المقابل الوارد في العمود الأيمن باللغتين الروسية والإنجليزية.

حدد التعريف الصحيح لكل مصطلح في العمود الأيسر من المتغيرات الإنجليزية والروسية المدرجة في العمود الأيمن.

قضايا للمناقشة

ما هي في رأيك مصادر الطاقة السائدة على الأرض القديمة؟ كيف يمكننا تفسير التأثير غير النوعي لمصادر الطاقة المختلفة على عمليات تكوين الجزيئات العضوية؟

أدت التقييمات المختلفة لطبيعة البيئة على الأرض البدائية إلى خلق ظروف تجريبية مختلفة كانت لها نتائج موحدة بشكل أساسي، ولكنها لم تكن متطابقة دائمًا على وجه الخصوص.

دعونا نفكر في بعض أهم النظريات حول ظهور هياكل البوليمر على كوكبنا، والتي تكمن في أصول تكوين البوليمرات الحيوية - أساس الحياة.

النظرية الحرارية.يمكن إجراء تفاعلات التكثيف التي قد تؤدي إلى تكوين بوليمرات من سلائف ذات وزن جزيئي منخفض عن طريق التسخين. بالمقارنة مع المكونات الأخرى للمادة الحية، فإن تركيب البوليببتيدات هو الأكثر دراسة جيدًا.

مؤلف فرضية تخليق الببتيدات بالوسائل الحرارية هو العالم الأمريكي إس. فوكس، الذي درس لفترة طويلة إمكانيات تكوين الببتيدات في ظل الظروف التي كانت موجودة على الأرض البدائية. إذا تم تسخين خليط من الأحماض الأمينية إلى 180-200 درجة مئوية في ظل الظروف الجوية العادية أو في بيئة خاملة، فإن منتجات البلمرة، والأوليجومرات الصغيرة التي ترتبط فيها المونومرات بروابط الببتيد، وكذلك كميات صغيرة من الببتيدات تتشكل. في الحالات التي قام فيها المجربون بإثراء الخلائط الأولية من الأحماض الأمينية بالأحماض الأمينية الحمضية أو الأساسية، على سبيل المثال، أحماض الأسبارتيك والجلوتاميك، زادت نسبة البوليبيبتيدات بشكل ملحوظ. يمكن أن يصل الوزن الجزيئي للبوليمرات التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة إلى عدة آلاف D. (D هو دالتون، وهي وحدة قياس الكتلة تساوي عدديًا كتلة 1/16 من ذرة الأكسجين).

تظهر البوليمرات التي يتم الحصول عليها حرارياً من الأحماض الأمينية - البروتينات - العديد من الخصائص المحددة للبوليمرات الحيوية من النوع البروتيني. ومع ذلك، في حالة التكثيف الحراري للنيوكليوتيدات والسكريات الأحادية ذات البنية المعقدة، يبدو من غير المحتمل تكوين الأحماض النووية والسكريات المعروفة حاليًا.

نظرية الامتزاز.الحجة المضادة الرئيسية في الجدل حول الأصل اللاحيوي لهياكل البوليمر هي انخفاض تركيز الجزيئات ونقص الطاقة اللازمة لتكثيف المونومرات في المحاليل المخففة. في الواقع، وفقا لبعض التقديرات، كان تركيز الجزيئات العضوية في "المرق الأولي" حوالي 1٪. مثل هذا التركيز، بسبب ندرة وعشوائية ملامسة الجزيئات المختلفة اللازمة لتكثيف المواد، لا يمكن أن يضمن مثل هذا التكوين "السريع" للبوليمرات الحيوية الأولية، كما كان الحال على الأرض، وفقًا لبعض العلماء. أحد الحلول لهذه المشكلة، المتعلقة بالتغلب على حاجز التركيز هذا، اقترحه الفيزيائي الإنجليزي د. بيرنال، الذي يعتقد أن تركيز المحاليل المخففة للمواد العضوية يحدث من خلال "امتزازها في رواسب الطين المائية".

ونتيجة لتفاعل المواد أثناء عملية الامتزاز تضعف بعض الروابط مما يؤدي إلى تدمير بعضها وتكوين مركبات كيميائية أخرى.

نظرية درجات الحرارة المنخفضة.انطلق مؤلفو هذه النظرية، العلماء الرومانيون C. Simonescu وF. Denes، من أفكار مختلفة قليلاً حول ظروف النشوء اللاحيوي لأبسط المركبات العضوية وتكثيفها في هياكل البوليمر. يعلق المؤلفون أهمية رائدة على طاقة البلازما الباردة كمصدر للطاقة. هذا الرأي لا أساس له من الصحة.

البلازما الباردة منتشرة على نطاق واسع في الطبيعة. ويعتقد العلماء أن 99% من الكون موجود في حالة البلازما. تحدث هذه الحالة من المادة أيضًا على الأرض الحديثة على شكل برق كروي، وشفق، وأيضًا نوع خاص من البلازما - الأيونوسفير.

وبغض النظر عن طبيعة الطاقة الموجودة على الأرض اللاأحيائية، فإن أي نوع من الطاقة يحول المركبات الكيميائية، وخاصة الجزيئات العضوية، إلى أنواع نشطة، مثل الجذور الحرة الأحادية والمتعددة الوظائف. ومع ذلك، فإن تطورها الإضافي يعتمد إلى حد كبير على كثافة تدفق الطاقة، والتي تكون أكثر وضوحًا في حالة استخدام البلازما الباردة.

نتيجة للتجارب المضنية والمعقدة مع البلازما الباردة كمصدر للطاقة للتخليق اللاحيوي للبوليمرات الحيوية، تمكن الباحثون من الحصول على كل من المونومرات الفردية وهياكل البوليمر من نوع الببتيد والدهون.

ويرى أوبارين أن الانتقال من التطور الكيميائي إلى التطور البيولوجي يتطلب الظهور الإجباري لأنظمة فردية مفصولة الطور قادرة على التفاعل مع البيئة الخارجية المحيطة، مستخدمة موادها وطاقتها، وقادرة على هذا الأساس على النمو والتكاثر والخضوع للانتقاء الطبيعي. .

يبدو أن العزلة اللاأحيائية للأنظمة متعددة الجزيئات من محلول متجانس للمواد العضوية كان لا بد من إجرائها بشكل متكرر. ولا يزال منتشرًا على نطاق واسع في الطبيعة. ولكن في ظل ظروف المحيط الحيوي الحديث، يمكن ملاحظة المراحل الأولية فقط لتشكيل مثل هذه الأنظمة بشكل مباشر. عادةً ما يكون تطورها قصير الأمد جدًا في ظل وجود ميكروبات تدمر جميع الكائنات الحية. لذلك، لفهم هذه المرحلة من أصل الحياة، من الضروري الحصول بشكل مصطنع على أنظمة عضوية مفصولة الطور تحت ظروف مختبرية خاضعة لرقابة صارمة، وباستخدام النماذج التي تشكلت على هذا النحو، لتحديد مسارات تطورها المحتمل في الماضي والمسارات المستقبلية. أنماط هذه العملية. عند العمل مع المركبات العضوية عالية الجزيئات في ظروف المختبر، نواجه باستمرار تشكيل هذا النوع من الأنظمة ذات الطور المنفصل. لذلك، يمكننا أن نتخيل طرق حدوثها ونحصل تجريبيًا على أنظمة مختلفة في ظروف معملية، يمكن أن يخدمنا الكثير منها كنماذج للتكوينات التي ظهرت ذات يوم على سطح الأرض. على سبيل المثال يمكننا تسمية بعض منها: "فقاعات"جولدكر, "الكريات المجهرية"فوكس، "جايفان"بهادور، "بروبيونتس"إيغامي وغيرها الكثير.

في كثير من الأحيان، عند العمل مع مثل هذه الأنظمة الاصطناعية التي تنعزل عن المحلول، يتم إيلاء اهتمام خاص لتشابهها المورفولوجي الخارجي مع الكائنات الحية. ولكن ليس هذا هو الحل للمشكلة، بل أن النظام يستطيع أن يتفاعل مع البيئة الخارجية، مستخدماً ما فيه من مواد وطاقة مثل الأنظمة المفتوحة، وعلى هذا الأساس ينمو ويتكاثر، وهو أمر طبيعي بالنسبة لجميع الكائنات الحية.

النماذج الواعدة في هذا الصدد هي قطرات متماسكة.

يحتوي كل جزيء على تنظيم هيكلي معين، أي أن الذرات التي تشكل تركيبته موجودة بانتظام في الفضاء. ونتيجة لذلك، تتشكل أقطاب ذات شحنات مختلفة في الجزيء. على سبيل المثال، يشكل جزيء الماء H 2 O ثنائي القطب، حيث يحمل جزء من الجزيء شحنة موجبة (+) والآخر يحمل شحنة سالبة (-). بالإضافة إلى ذلك، تتفكك بعض الجزيئات (مثل الأملاح) إلى أيونات في بيئة مائية. وبسبب هذه السمات الخاصة بالتنظيم الكيميائي للجزيئات المحيطة بها في الماء، تتشكل "قمصان" الماء من جزيئات الماء الموجهة بطريقة معينة. باستخدام مثال جزيء NaCl، يمكنك ملاحظة أن ثنائيات أقطاب الماء المحيطة بأيون Na + لها أقطاب سالبة تواجهها (الشكل 2.6)، والأقطاب الموجبة تواجه أيون Cl -.

أرز. 2.6. كاتيون الصوديوم المائي

أرز. 2.7. تجميع cocervates

تتمتع الجزيئات العضوية بوزن جزيئي كبير وتكوين مكاني معقد، لذا فهي أيضًا محاطة بقشرة مائية، ويعتمد سمكها على شحنة الجزيء، وتركيز الأملاح في المحلول، ودرجة الحرارة، وما إلى ذلك.

في ظل ظروف معينة، تكتسب القشرة المائية حدودًا واضحة وتفصل الجزيء عن المحلول المحيط. يمكن للجزيئات المحاطة بغلاف مائي أن تتحد لتشكل مجمعات متعددة الجزيئات - يتفاقم(الشكل 2.7).

تنشأ قطرات Coacervate أيضًا من الخلط البسيط للبوليمرات المختلفة، الطبيعية منها والاصطناعية. في هذه الحالة، يحدث التجميع الذاتي لجزيئات البوليمر في تكوينات متعددة الجزيئات مفصولة الطور - قطرات مرئية تحت المجهر الضوئي (الشكل 2.8). وتتركز فيها غالبية جزيئات البوليمر، في حين أن البيئة المحيطة بها تكاد تكون خالية تماما منها.

يتم فصل القطرات عن البيئة بواسطة واجهة حادة، ولكنها قادرة على امتصاص المواد من الخارج مثل الأنظمة المفتوحة.

أرز. 2.8. قطرات Coacervate التي تم الحصول عليها في التجربة

من خلال دمج مختلف المحفزات(بما في ذلك الإنزيمات) يمكن أن يسبب عددا من التفاعلات، ولا سيما بلمرة المونومرات القادمة من البيئة الخارجية. نتيجة لهذا، يمكن أن تزيد القطرات في الحجم والوزن، ثم تنقسم إلى تكوينات ابنة.

على سبيل المثال، يتم تصوير العمليات التي تحدث في قطرة متماسكة بين قوسين مربعين، ويتم وضع المواد الموجودة في البيئة الخارجية خارجها:

الجلوكوز-1-فوسفات → [الجلوكوز-1-فوسفات → النشا → المالتوز] → المالتوز

يتم غمر قطيرة متضافرة مكونة من البروتين والصمغ العربي في محلول الجلوكوز 1 فوسفات. يبدأ الجلوكوز 1-فوسفات في الدخول إلى القطرة ويتبلمر إلى النشا فيها تحت تأثير المحفز، الفسفوريلاز. بسبب النشا المتكون، تنمو القطرة، والتي يمكن تحديدها بسهولة عن طريق التحليل الكيميائي والقياسات المجهرية المباشرة. إذا تم تضمين محفز آخر، b-amylase، في القطرة، فإن النشا يتحلل إلى المالتوز، الذي يتم إطلاقه في البيئة الخارجية.

وهكذا أبسط الاسْتِقْلاب.تدخل المادة إلى القطرة وتتبلمر مسببة ارتفاعالنظام، وعندما يتحلل، تخرج منتجات هذا الاضمحلال إلى البيئة الخارجية، حيث لم تكن موجودة من قبل.

رسم تخطيطي آخر يوضح تجربة حيث يكون البوليمر عبارة عن متعدد النوكليوتيدات. قطرة تتكون من بروتين هيستون والصمغ العربي محاطة بمحلول ADP.

عند دخول القطرة، يتبلمر ADP تحت تأثير البوليميراز إلى حمض البولي أدينيليك، والذي بسببه ينمو القطرة، ويدخل الفوسفور غير العضوي إلى البيئة الخارجية.

ADP → [ADP → بولي-A + F] → F

في هذه الحالة، يتضاعف حجم الانخفاض خلال فترة زمنية قصيرة.

سواء في حالة تخليق النشا أو في تكوين حمض البولي أدينيليك الغني بالطاقة (ماكرورجيك)روابط. ونظرًا لطاقة هذه المركبات القادمة من البيئة الخارجية، حدث تخليق البوليمرات ونمو قطرات التحمض. وفي سلسلة أخرى من التجارب التي أجراها الأكاديمي أ. آي. أوبارين وزملاؤه، تبين أن التفاعلات المرتبطة بتبديد الطاقة يمكن أن تحدث أيضًا في القطرات المتكاثفة نفسها.