Igor' Kondrashin - Dialektika Materii (CHast' 3, prodolzhenie)

ne budem ostanavlivat'sya na ego opisanii. Zdes' vazhno tol'ko eshche raz podcherknut', chto, kakoe by stroenie ni imeli vysokomolekulyarnye soedineniya, kakova by ni byla ih struktura, my vsegda smozhem opredelit' v nih nevidimye fn. yachejki i zanimayushchie ih real'nye fshch. edinicy razlichnyh podurovnej, to est' razlichnye atomy, molekuly i t.d. Vypadenie fshch. edinicy iz toj ili inoj fn. yachejki ili zapolnenie ee nesootvetstvuyushchej ej fshch. edinicej v lyubom sluchae privedet k narusheniyu struktury dannoj sistemy, libo izmeneniyu ee fn. svojstv.

V svyazi so slozhnost'yu ih strukturnogo postroeniya i nalichiya mnozhestva svyazej vse vysokomolekulyarnye soedineniya sushchestvuyut lish' v kondensirovannom sostoyanii - tverdom ili zhidkom. Odnako, po fazovomu sostoyaniyu oni bol'she sootvetstvuyut strukture zhidkosti, kotoraya vsledstvie vysokoj vyazkosti predstavlyaetsya nam v bol'shinstve sluchaev tverdym telom.

Osobuyu podgruppu sistemnyh obrazovanij podurovnya E sostavlyayut kompleksnye soedineniya, ochen' raznoobraznye kak po stroeniyu, tak i po fn. svojstvam. Odnako v razvitii material'noj substancii na rassmatrivaemom orgurovne oni igrayut bolee vtorostepennuyu, ili skoree, vspomogatel'nuyu rol'. V dal'nejshem, na urovnyah bolee vysokoj organizacii, ih rol' vozrastaet. V chastnosti, takie vazhnejshie prirodnye soedineniya, opredelyayushchie ZHizn' na Zemle, kak gemoglobin i hlorofill, otnosyatsya k vnutrikompleksnym soedineniyam. Struktura ih yader odinakova, tol'ko u hlorofilla fn. yachejku kompleksoobrazovatelya zanimaet Mg²⁺, a u gemoglobina Fe²⁺. Po dvum vakantnym koordinacionnym mestam v svobodnye fn. yachejki k etim kompleksoobrazovatelyam legko prisoedinyayutsya eshche dve molekuly drugih veshchestv. Tak, v gemoglobine po odnu storonu ploskosti helata zhelezom svyazana molekula belka globina, a po druguyu storonu - molekula kisloroda, blagodarya chemu eto soedinenie i yavlyaetsya perenoschikom kisloroda.

Funkcional'noe razvitie Materii v podurovne E i poyavlenie novyh strukturnyh obrazovanij proishodilo i proishodit za schet raznoobraznogo prevrashcheniya veshchestv putem pereraspredeleniya elektronnyh plotnostej mezhdu sostavlyayushchimi ih atomami, chto privodit k razryvu staryh i obrazovaniyu novyh vnutristrukturnyh svyazej. Odnako dostatochno vspomnit' takie himicheskie prevrashcheniya, kak vzryv poroha i rzhavlenie zheleza, chtoby utverzhdat', chto razlichnye strukturnye izmeneniya protekayut s samymi razlichnymi skorostyami - ot krajne vysokih do ochen' nizkih. Prichinoj etomu yavlyayutsya specificheskie osobennosti kazhdogo perestroeniya, zavisyashchie ot sbalansirovannogo rasprostraneniya novoobrazovannoj struktury (

) v prostranstve-vremeni (

) pri dannyh usloviyah, a takzhe kachestvennoj harakteristiki uchastvuyushchih v reakcii fshch. edinic.

Interval vremeni protekaniya razlichnyh himicheskih reakcij na edinicu prostranstva kolebletsya ot dolej sekundy do minut, chasov, dnej. Izvestny reakcii, trebuyushchie dlya svoego protekaniya neskol'ko let, desyatiletij i eshche bolee dlitel'nyh otrezkov vremeni. Esli reakciya protekaet v gomogennoj sisteme, to ona idet vo vsem ob®eme etoj sistemy. V rezul'tate reakcii voznikaet, kak pravilo, geterogennaya sistema:

H₂SO₄ + Na₂S₂O₃ = Na₂SO₄ + H₂O + SO₂ + S

Primerami gomogennoj sistemy mozhet sluzhit' lyubaya odnofazovaya smes', zhidkij rastvor razlichnyh veshchestv. Esli reakciya protekaet mezhdu veshchestvami, obrazuyushchimi geterogennuyu sistemu, to ona mozhet idti tol'ko na poverhnosti razdela faz, obrazuyushchih sistemu. Tak, naprimer, rastvorenie metalla v kislote Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂ mozhet protekat' tol'ko na poverhnosti metalla, potomu chto tol'ko zdes' soprikasayutsya drug s drugom oba reagiruyushchih veshchestva. Rezul'tatom reakcii yavlyaetsya opyat' geterogennaya sistema, kotoraya v usloviyah otsutstviya zamknutosti mozhet putem osvobozhdeniya ot odnoj iz svoih faz stat' gomogennoj sistemoj. V kachestve primerov geterogennyh sistem mozhno privesti sleduyushchie sistemy: voda so l'dom, nasyshchennyj rastvor s osadkom, sera v atmosfere vozduha. Na bolee vysokih stupenyah Razvitiya Materii primerami gomogennyh sistem mogut sluzhit' zarosli funkcional'no odnotipnyh rastenij (les, lugovaya trava, fruktovye sady), ob®edinennye gruppy funkcional'no odnotipnyh zhivotnyh (stado ovec, staya volkov ili obez'yan). Geterogennymi sistemami v etom sluchae budut: tabun loshadej na lugu, brigada lesorubov v lesu, proizvodstvennye predpriyatiya i t.p. Izucheniem uslovij, vliyayushchih na skorosti himicheskih reakcij, zanimaetsya himicheskaya kinetika. Na bolee vysokih stupenyah Razvitiya Materii eti voprosy dolzhny byt' otneseny sootvetstvenno k biologicheskoj i social'noj kinetike.

K vazhnejshim faktoram, vliyayushchim na skorosti reakcij, protekayushchih v sistemah urovnya E, otnosyatsya sleduyushchie: funkcional'nye osobennosti reagiruyushchih veshchestv, ih koncentracii, temperatura, prisutstvie v sisteme katalizatorov. Skorosti nekotoryh geterogennyh reakcij zavisyat takzhe ot intensivnosti dvizheniya zhidkosti ili gaza okolo poverhnosti, na kotoroj proishodit reakciya. Pri vstuplenii v reakciyu fshch. edinic dvuh razlichnyh veshchestv obrazuyutsya fshch. edinicy tret'ego, chetvertogo i t.d. veshchestva, kotorye zapolnyayut sootvetstvuyushchie im fn. yachejki, hotya teoreticheski process predstavlyaetsya v obratnom poryadke: vnachale poyavlyaetsya nevidimaya fn. yachejka V novogo kachestva, zatem proishodit sblizhenie yavnyh fshch. edinic a i b i obrazovanie novoj fshch. edinicy v, kotoraya zapolnyaet fn. yachejku V. Poetomu skorosti reakcij zavisyat ot sposobnosti reagiruyushchih veshchestv obrazovyvat' novye fshch. edinicy v silu svoego strukturnogo stroeniya, to est' prostranstvennogo raspolozheniya i vzaimnoj svyazi ishodnyh fshch. edinic kachestvennyh podurovnej, ot proporcii i kolichestva fshch. edinic a i b, vstupayushchih v reakcii, chto harakterizuetsya ih koncentraciej.

Neobhodimym usloviem togo, chtoby mezhdu chasticami (molekulami, ionami) ishodnyh veshchestv proizoshlo himicheskoe vzaimodejstvie, yavlyaetsya ih vzaimnoe sblizhenie i stolknovenie drug s drugom (soudarenie). Tochnee govorya, chasticy dolzhny sblizit'sya drug s drugom nastol'ko, chtoby atomy odnoj iz nih ispytyvali by dejstvie elektricheskih polej, sozdavaemyh atomami drugoj. Tol'ko pri etom stanut vozmozhny te perehody elektronov i peregruppirovki atomov, v rezul'tate kotoryh obrazuyutsya molekuly novyh veshchestv - produktov reakcii. Odnako ne vsyakoe stolknovenie molekul reagiruyushchih veshchestv privodit k obrazovaniyu produkta reakcii. Dlya togo, chtoby proizoshla reakciya, to est' chtoby obrazovalis' novye molekuly, neobhodimo snachala razorvat' ili oslabit' svyazi mezhdu atomami v molekulah ishodnyh veshchestv. Na eto nado zatratit' opredelennuyu energiyu. Esli stalkivayushchiesya molekuly ne obladayut takoj energiej, to ih stolknovenie ne privedet k obrazovaniyu novoj molekuly: stolknuvshis', oni razletayutsya v raznye storony, kak uprugie shary.

Esli zhe kineticheskaya energiya stalkivayushchihsya molekul dostatochna dlya oslableniya ili razryva svyazej, to stolknovenie mozhet privesti k perestrojke atomov i k obrazovaniyu molekuly novogo veshchestva. Poetomu lish' molekuly, obladayushchie izbytkom energii po sravneniyu so srednim zapasom energii vseh molekul, mogut preodolet' takoj "energeticheskij bar'er", chtoby vojti v himicheskij kontakt drug s drugom. Izbytochnaya energiya, kotoroj dolzhny obladat' molekuly dlya togo, chtoby ih stolknovenie moglo privesti k obrazovaniyu novogo veshchestva, nazyvaetsya energiej aktivacii dannoj reakcii. Molekuly, obladayushchie takoj energiej, nazyvayutsya aktivnymi molekulami. Izbytochnaya energiya etih molekul mozhet byt' postupatel'noj ili vrashchatel'noj dlya molekuly v celom, kolebatel'noj dlya sostavlyayushchih ee atomov, energiej vozbuzhdeniya dlya elektronov i t.d. Dlya kazhdoj konkretnoj reakcii osnovnoe znachenie mozhet imet' kakaya-libo odna forma izbytochnoj energii. S rostom temperatury chislo aktivnyh molekul vozrastaet, vsledstvie chego i skorosti himicheskih reakcij uvelichivayutsya.

|nergiya aktivacii razlichnyh reakcij razlichna. Ee velichina yavlyaetsya tem faktorom, posredstvom kotorogo skazyvaetsya vliyanie prirody reagiruyushchih veshchestv na skorost' reakcii. Dlya nekotoryh reakcij energiya aktivacii mala, dlya drugih, naoborot, velika. Esli energiya aktivacii ochen' mala, to eto oznachaet, chto znachitel'naya chast' stolknovenij mezhdu chasticami reagiruyushchih veshchestv privodit k reakcii. Skorost' takoj reakcii velika. Naprotiv, esli energiya aktivacii reakcii ochen' velika, to eto oznachaet, chto lish' ochen' malaya chast' stolknovenij vzaimodejstvuyushchih chastic privodit k protekaniyu himicheskoj reakcii. Skorost' podobnoj reakcii ochen' mala.

Reakcii, trebuyushchie dlya svoego protekaniya zametnoj energii aktivacii, nachinayutsya s razryva ili s oslableniya svyazej mezhdu atomami v molekulah ishodnyh veshchestv. Pri etom veshchestva perehodyat v neustojchivoe promezhutochnoe sostoyanie, harakterizuyushcheesya bol'shim zapasom energii - aktivirovannyj kompleks. Imenno dlya ego obrazovaniya i neobhodima energiya aktivacii. Neustojchivyj aktivirovannyj kompleks sushchestvuet ochen' korotkoe vremya. On raspadaetsya s obrazovaniem produktov reakcii, pri etom energiya vydelyaetsya. V prostejshem sluchae aktivirovannyj kompleks predstavlyaet soboj konfiguraciyu atomov, v kotoroj oslableny starye svyazi i obrazuyutsya novye. Aktivirovannyj kompleks voznikaet v kachestve promezhutochnogo sostoyaniya v hode kak pryamoj, tak i obratnoj reakcii. |nergeticheski on otlichaetsya ot ishodnyh veshchestv na velichinu energii aktivacii pryamoj reakcii, a ot konechnyh - na energiyu aktivacii obratnoj reakcii. Aktivaciya molekul vozmozhna pri nagrevanii ili rastvorenii veshchestva, pri vydelenii energii v hode samoj reakcii, pri pogloshchenii imi kvantov izlucheniya (svetovogo, radioaktivnogo, rentgenovskogo i t.p.), pod dejstviem ul'trazvuka ili elektricheskogo razryada i dazhe pri udarah o stenku sosuda.

Skorost' reakcii chasto zavisit ot prisutstviya v sisteme "tret'ego" komponenta, s kotorym reagenty mogut obrazovyvat' aktivirovannyj kompleks. Pri etom izmenenie skorosti reakcii proishodit za schet izmeneniya energii ee aktivacii, tak kak promezhutochnye stadii processa budut drugimi. Dobavlennyj komponent, nazyvaemyj katalizatorom, posle razrusheniya aktivirovannogo kompleksa ne vhodit v sostav produktov reakcii, poetomu obshchee uravnenie processa ostaetsya prezhnim. V bol'shinstve sluchaev dejstvie katalizatora ob®yasnyaetsya tem, chto on snizhaet energiyu aktivacii reakcii. V prisutstvii katalizatora reakciya prohodit cherez drugie promezhutochnye stadii, chem bez nego, prichem eti stadii energeticheski bolee dostupny. Inache govorya, v prisutstvii katalizatora voznikayut drugie aktivirovannye kompleksy, prichem dlya ih obrazovaniya trebuetsya men'she energii, chem dlya obrazovaniya aktivirovannyh kompleksov, voznikayushchih bez katalizatora. Takim obrazom energiya aktivacii reakcii ponizhaetsya - nekotorye molekuly, energiya kotoryh byla nedostatochna dlya aktivnyh stolknovenij, teper' okazyvayutsya aktivnymi.

Esli reakciya A + B

AB protekaet s maloj skorost'yu, to mozhno najti veshchestvo K, kotoroe s odnim iz reagentov obrazuet aktivirovannyj kompleks, vzaimodejstvuyushchij v svoyu ochered' s drugim reagentom:

A + B [A... K]; [A... K] + B AB + K

Esli energii aktivacii etih stadij nizhe energii aktivacii processa v otsutstvie K, to obshchaya skorost' processa znachitel'no vozrastaet, i takoj kataliz nazyvaetsya polozhitel'nym. V protivnom sluchae skorost' processa umen'shitsya i kataliz budet otricatel'nym. Takim obrazom, katalizator - eto veshchestvo, izmenyayushchee skorost' reakcii i ostayushcheesya posle nee himicheski neizmennym. Katalizator, prisutstvuyushchij v sisteme v kolichestvah, v tysyachi raz men'shih, chem reagenty, mozhet v sotni, v tysyachi i v milliony raz izmenyat' skorost' reakcii. V nekotoryh sluchayah pod dejstviem katalizatorov mogut vozbuzhdat'sya takie reakcii, kotorye bez nih v dannyh usloviyah prakticheski ne protekayut. Vmeste s tem, s pomoshch'yu katalizatora mozhno izmenit' skorost' lish' termodinamicheski vozmozhnogo processa. Dlya zamedleniya nezhelatel'nyh processov ili dlya pridaniya reakciyam bolee spokojnogo haraktera ispol'zuyutsya otricatel'nye katalizatory.

Razlichayut gomogennyj i geterogennyj kataliz. V sluchae gomogennogo kataliza katalizator i reagiruyushchie veshchestva obrazuyut odnu fazu (gaz ili rastvor). V sluchae geterogennogo kataliza katalizator nahoditsya v sisteme v vide samostoyatel'noj fazy i reakciya protekaet na ego poverhnosti.

Ochen' bol'shuyu rol' igraet kataliz v biologicheskih sistemah. Aktivnymi katalizatorami biologicheskogo dejstviya yavlyayutsya fermenty - prostye i slozhnye belki s bol'shoj molekulyarnoj massoj. Bol'shinstvo himicheskih reakcij, protekayushchih v pishchevaritel'noj sisteme, v krovi i kletkah zhivotnyh i cheloveka, yavlyayutsya kataliticheskimi reakciyami. Tak, slyuna soderzhit ferment ptialin, kotoryj kataliziruet prevrashchenie krahmala v sahar. Ferment, imeyushchijsya v zheludke - pepsin - kataliziruet rasshcheplenie belkov. Polovina ot imeyushchegosya kolichestva mocheviny pri 25^oC v obychnyh usloviyah razlagaetsya vodoj za 3200 let, a v prisutstvii fermenta ureazy vremya ee "poluprevrashcheniya" pri toj zhe temperature sostavlyaet 10^-4 sek. Vsego v organizme cheloveka funkcioniruet svyshe 30 tys. razlichnyh fermentov; kazhdyj iz nih sluzhit effektivnym katalizatorom sootvetstvuyushchej reakcii.

Rassmatrivaya geterogennye reakcii, netrudno zametit', chto oni tesno svyazany s processami peremeshcheniya fshch. edinic veshchestv, vstupayushchih v reakciyu, i novyh veshchestv. Tak, dlya osushchestvleniya postoyannogo processa goreniya uglya neobhodimo, chtoby dioksid ugleroda, obrazuyushchijsya pri etoj reakcii, vse vremya udalyalsya by ot poverhnosti uglya, a novye kolichestva kisloroda podhodili by k nej. Poetomu v hode geterogennoj reakcii mozhno vydelit' po men'shej mere tri stadii:

1) podvod reagiruyushchih veshchestv;

2) himicheskaya reakciya;

3) otvod produktov reakcii.

Skorost' himicheskoj reakcii, kotoruyu v svoyu ochered' mozhno razbit' na podstadii, opredelyaetsya skorost'yu naibolee medlennoj podstadii. Stadiya, opredelyayushchaya skorost' protekaniya vsej reakcii v celom, nazyvaetsya limitiruyushchej stadiej. V odnom sluchae eto mozhet byt' otvod ili podvod veshchestv, v drugom - sobstvenno himicheskaya reakciya.

Vse himicheskie reakcii delyatsya na neobratimye i obratimye. Neobratimye reakcii protekayut do konca - do polnogo izrashodovaniya odnogo iz reagiruyushchih veshchestv. Obratimye reakcii protekayut ne do konca: pri obratimoj reakcii ni odno iz reagiruyushchih veshchestv ne rashoduetsya polnost'yu. Poetomu neobratimaya reakciya mozhet protekat' tol'ko v odnom napravlenii, obratimaya - kak v pryamom, tak i v obratnom napravleniyah. V nachale obratimoj reakcii, pri smeshenii ishodnyh veshchestv, skorost' pryamoj reakcii velika, a skorost' obratnoj - ravna nulyu. Po mere protekaniya reakcii ishodnye veshchestva rashoduyutsya i ih koncentracii padayut. V rezul'tate etogo umen'shaetsya skorost' pryamoj reakcii. Odnovremenno poyavlyayutsya produkty reakcii i ih koncentraciya vozrastaet. Vsledstvie etogo nachinaet idti obratnaya reakciya, prichem ee skorost' postepenno uvelichivaetsya. Kogda skorosti pryamoj i obratnoj reakcij stanovyatsya odinakovymi, nastupaet himicheskoe (dinamicheskoe) ravnovesie.

Izmenyaya usloviya, v kotoryh prebyvaet sistema, - koncentraciyu veshchestv, davlenie, temperaturu - mozhno izmenyat' skorosti pryamoj i obratnoj reakcij. Togda ravnovesie v sisteme narushaetsya i sdvigaetsya v storonu toj reakcii, skorost' kotoroj stala bol'she. Tak, pri uvelichenii koncentracii reagentov skorost' pryamoj reakcii, estestvenno, vozrastaet i ravnovesie smeshchaetsya v storonu pryamoj reakcii, v storonu bol'shego vyhoda produktov. Bol'shego vyhoda produktov mozhno dobit'sya i pri sistematicheskom vyvedenii ih iz sfery reakcii, privodyashchem k snizheniyu ih koncentracii v sisteme i k umen'sheniyu skorosti obratnoj reakcii po sravneniyu s pryamoj. Dlya himicheskih sistem, soderzhashchih gazoobraznye veshchestva, izmenenie davleniya okazyvaet na smeshchenie ravnovesiya vliyanie, analogichnoe izmeneniyu koncentracii gazov. Pri etom v bol'shej mere izmenyaetsya skorost' toj reakcii, v kotoroj uchavstvuet bol'shee kolichestvo molekul gazov. Izmenenie temperatury okazyvaet vliyanie na sdvig himicheskogo ravnovesiya dlya processov, soprovozhdayushchihsya teplovymi effektami. Esli pryamaya reakciya ekzotermichna, to obratnaya - endotermichna, i naoborot. Dlya obratimyh reakcij energiya aktivacii endotermicheskogo processa bol'she energii aktivacii ekzotermicheskogo processa. V svoyu ochered', chem bol'she E_akt., tem sil'nee zavisit skorost' reakcii ot temperatury. Sledovatel'no, uvelichenie temperatury smeshchaet himicheskoe ravnovesie v storonu endotermichnoj reakcii, v rezul'tate kotoroj pogloshchaetsya teplota i sistema ohlazhdaetsya.

Sopostavlyaya izmeneniya uslovij, pri kotoryh nahoditsya himicheskaya sistema, s ee otvetnoj reakciej na vneshnee vozdejstvie, proyavlyayushchejsya v smeshchenii himicheskogo ravnovesiya, netrudno zametit', chto eta reakciya vsegda okazyvaetsya protivopolozhnoj izmeneniyu usloviya. Tak, esli umen'shayut koncentraciyu kakogo-libo iz veshchestv, nahodyashchegosya v ravnovesii s drugimi reagiruyushchimi veshchestvami, to ravnovesie sdvigaetsya v storonu reakcii, uvelichivayushchej koncentraciyu etogo veshchestva. Pri uvelichenii davleniya bystree nachinaet idti process, ponizhayushchij ego, a pri uvelichenii temperatury - process, vyzyvayushchij ohlazhdenie sistemy. |ti nablyudeniya sostavlyayut himicheskoe soderzhanie obshchego principa povedeniya sistem, nahodyashchihsya pri dannyh usloviyah v sostoyanii dinamicheskogo ravnovesiya: esli sistema, nahodyashchayasya v ravnovesii, podvergnuta vozdejstviyu izvne putem izmeneniya kakogo-libo iz uslovij, opredelyayushchih polozhenie ravnovesiya, to ravnovesie v nej smeshchaetsya v storonu togo processa, kotoryj vedet k snizheniyu effekta proizvedennogo vozdejstviya. |to pravilo protivodejstviya izvestno pod nazvaniem principa Le SHatel'e, sformulirovannogo im v 1884 godu.

Itak, dlya provedeniya kazhdoj himicheskoj reakcii trebuyutsya strogo opredelennye reagenty v kolichestvah, obespechivayushchih trebuemoe protekanie reakcii pri zadannom temperaturnom i drugih rezhimah pri opredelennoj skorosti, kotoruyu mozhno sorazmerit' s vremennymi intervalami. Krome togo, kazhdaya himicheskaya reakciya, protekayushchaya pri zadannyh usloviyah, imeet svoyu opredelennuyu sistemnuyu konstrukciyu, predstavlyayushchuyu sochetanie fn. yacheek, v opredelennye momenty zapolnyaemye i osvobozhdaemye sootvetstvuyushchimi im fshch. edinicami soglasno s harakternym dlya dannoj reakcii algoritmom, otrazhayushchim momenty vstupleniya v reakciyu reagentov - fshch. edinic, ih vozmozhnoe cheredovanie, pri etom vse eto sootnositsya so strogo opredelennymi promezhutkami vremeni, zafiksirovannymi nezavisimym schetchikom vremeni.

Uroven' ZH

Vse prostejshie i slozhnye molekulyarnye soedineniya urovnej G, D i E rassredotocheny vdol' poverhnosti Zemnogo shara i v sootvetstvii s ih agregatnym sostoyaniem vhodyat v sostav sushi, okeanov i atmosfery Zemli.

Razvitie Materii v podurovne ZH proishodilo za schet formirovaniya novyh molekulyarnyh soedinenij, nadelyavshihsya vse novymi funkciyami v sootvetstvii s dvizheniem Materii v kachestve (

). Differenciaciya fn. yacheek i obrazovanie novyh fshch. edinic dannogo podurovnya proishodili v processe postoyannogo kombinirovaniya fn. yacheek predshestvuyushchih podurovnej, integracionnogo var'irovaniya ih struktur, poluraspada etih svoeobraznyh mikrosistem na edinicy nizhnih podurovnej.

Ves' process Razvitiya Materii v podurovne ZH protekal i do sih por protekaet vot uzhe bolee 5 mlrd. let v geosferah Zemli - sfericheskih obolochkah razlichnoj plotnosti i sostava. Glavnymi iz nih yavlyayutsya atmosfera, gidrosfera i litosfera (zemnaya kora), kotorye pronikayut odna v druguyu, nahodyatsya v tesnom vzaimodejstvii, zaklyuchayushchemsya v obmene veshchestvom i energiej, i predstavyayut edinuyu sistemu, pronizyvaemuyu Solnechnoj radiaciej.

Vneshnej geosferoj Zemli yavlyaetsya atmosfera, kotoraya v svoyu ochered' delitsya na tri podsloya: troposferu, stratosferu i ionosferu. Kazhdaya iz etih subsfer harakterizuetsya rezko vyrazhennymi fizicheskimi osobennostyami i neset strogo opredelennuyu funkcional'nuyu nagruzku. Granicy mezhdu etimi sloyami vyrazheny nerezko, a ih vysoty menyayutsya kak so vremenem, tak i s shirotoj mesta. Verhnyaya granica troposfery nahoditsya v predelah ot 8 do 18 km. Troposfera ob®edinyaet bolee 79% massy atmosfery. Stratosfera prostiraetsya do vysoty okolo 80 km, sostavlyaya primerno 20% obshchej massy atmosfery. Vyshe stratosfery raspolozhena ionosfera, soderzhashchaya menee 0,5% vsej massy atmosfery.

Troposfera, v kotoroj sosredotochen pochti ves' vodyanoj par, harakterizuetsya pochti polnoj prozrachnost'yu po otnosheniyu k prohodyashchej cherez nee korotkovolnovoj solnechnoj radiacii i znachitel'nym pogloshcheniem dlinnovolnovogo (teplovogo) izlucheniya Zemli, vyzyvaemym glavnym obrazom vodyanym parom i oblakami. Poetomu troposfera nagrevaetsya preimushchestvenno ot zemnoj poverhnosti, sledstviem chego yavlyaetsya padenie temperatury s vysotoj. |to, v svoyu ochered', privodit k vertikal'nomu peremeshivaniyu vozduha, kondensacii vodyanogo para, obrazovaniyu oblakov i vypadeniyu osadkov. V sostav troposfery vhodyat (po ob®emu): 78,08% azota; 20,95% kisloroda; 0,93% argona i okolo 0,03% uglekislogo gaza. 0,01% sostavlyayut vmeste vodorod, neon, gelij, kripton, ksenon, ammiak, perekis' vodoroda, jod i dr.

Sostav suhogo vozduha v stratosfere otlichaetsya ves'ma vazhnoj osobennost'yu - vozrastaniem s vysotoj kak obshchej koncentracii, tak i otnositel'nogo soderzhaniya ozona (trehatomnogo kisloroda). Ozon obrazuetsya v stratosfere v rezul'tate dissociacii molekul kisloroda pod dejstviem ul'trafioletovogo izlucheniya Solnca i posleduyushchego soedineniya obrazovavshegosya atoma kisloroda s drugoj molekuloj kisloroda. Ozon raspolozhen v atmosfere v vide rasseyanogo sloya, prostirayushchegosya ot Zemnoj poverhnosti primerno do 60 km. Esli ves' ozon v atmosfere skoncentrirovat' v vide sloya pri nazemnom davlenii, to obrazovalas' by plenka tolshchinoj v 2 - 3 mm. Nesmotrya na stol' nichtozhnoe kolichestvo, rol' ozona v atmosfere isklyuchitel'no velika, vsledstvie chrezvychajno sil'nogo pogloshcheniya ozonom kak solnechnoj radiacii, tak i zemnogo izlucheniya. Tak, vsledstvie pogloshcheniya ozonom ul'trafioletovoe izluchenie Solnca pochti sovershenno ne dohodit do troposfery.

Ionosfera - vneshnyaya oblast' atmosfery, na kotoruyu padaet mnogoobraznoe izluchenie Solnca i zvezd. Ee sostav v osnovnom predstavlen atomarnym kislorodom i ryadom drugih veshchestv.

Mezhdu atmosferoj i tverdoj kamennoj zemnoj koroj raspolagaetsya preryvistaya vodnaya obolochka - gidrosfera, pokryvayushchaya v nastoyashchee vremya 70,8% (361 mln. kv. km) poverhnosti Zemli. Ona predstavlyat soboj sovokupnost' okeanov, morej i kontinental'nyh vodnyh bassejnov. Himicheskij sostav gidrosfery vyrazhaetsya sleduyushchimi ciframi: O - 85,82%, H - 10,72%, Cl - 1,9%, Na - 1,05%, Mg - 0,14%, S - 0,088%, Ca - 0,04%, K - 0,038% i t.d. Vozrast gidrosfery sostavlyaet ne menee 2 mlrd. let. V gidrosfere vpervye zarodilas' ZHizn' na Zemle. |volyuciya organizmov prodolzhalas' zdes' v techenie vsego dokembriya, i lish' v nachale paleozojskoj ery nachalos' postepennoe pereselenie zhivotnyh i rastitel'nyh organizmov na sushu. Glavnoj sostavnoj chast'yu gidrosfery yavlyaetsya voda - odno iz samyh rasprostranennyh na Zemle veshchestv. Mnogo vody nahoditsya v gazoobraznom sostoyanii v vide parov v atmosfere; v vide ogromnyh mass snega i l'da lezhit ona kruglyj god na vershinah vysokih gor i v polyarnyh oblastyah. V nedrah Zemli takzhe nahoditsya voda, propityvayushchaya pochvu i gornye porody. Voda imeet dovol'no vysokij koefficient polifunkcional'nosti i neset na sebe bol'shoj spektr vypolnyaemyh funkcij. YAvlyayas' pervoj kolybel'yu proishozhdeniya ZHizni, voda vo vsyakom organizme predstavlyaet sredu, v kotoroj protekayut himicheskie processy, obespechivayushchie zhiznedeyatel'nost' organizma; krome togo, ona sama prinimaet uchastie v celom ryade biohimicheskih reakcij. V vide razlichnyh rastvorov voda osushchestvlyaet funkcii peremeshcheniya (transportirovki) razlichnyh fshch. edinic s mesta ih sinteza do mesta funkcionirovaniya v strukture organizma. Buduchi ves'ma reakcionnosposobnym veshchestvom, voda yavlyaetsya aktivnym himicheskim reagentom; chasto vypolnyaet funkcii katalizatora. Obladaya anomal'no vysokoj teploemkost'yu, sluzhit v kachestve estestvennogo teploakkumulyatora.

Tverdoe telo Zemli imeet tri osnovnyh geosfery: yadro Zemli, promezhutochnuyu obolochku i zemnuyu koru. Radius yadra okolo 3500 km. Promezhutochnaya obolochka zapolnyaet prostranstvo ot poverhnosti yadra do nizhnej poverhnosti zemnoj kory i imeet tolshchinu okolo 2900 km. Zemnaya kora, ili litosfera, yavlyaetsya verhnej tverdoj obolochkoj Zemli tolshchinoj 15 - 70 km; sverhu ona ogranichena atmosferoj i gidrosferoj. Zemnaya kora imeet sloistoe stroenie, razlichnoe v raznyh mestah. Samoe verhnee polozhenie zanimaet osadochnaya obolochka (stratisfera). Ona preryvista, imeet moshchnost' do 10 - 15 km i sostoit iz osadochnyh gornyh porod, sredi kotoryh preobladayut gliny i glinistye slancy. Peski i peschaniki, izvestnyaki i dolomity sostavlyayut men'shuyu ee chast'.

Formirovanie stratisfery nachalos' eshche v drevnem dokembrii i prodolzhaetsya do sih por. Obshchij vozrast zemnoj kory opredelyaetsya v 3 - 3,5 mlrd. let, odnako vozrast samyh drevnih dostupnyh nablyudeniyu dokembrijskih geologicheskih formacij neskol'ko prevyshaet 2 mlrd. let. Osadochnaya obolochka obrazovalas' v rezul'tate dlitel'nogo processa differenciacii veshchestva litosfery pod vozdejstviem tektonicheskih dvizhenij, Solnechnoj energii i zhiznedeyatel'nosti organizmov. |tot process soprovozhdalsya slozhnym obmenom veshchestv mezhdu granitnoj i bazal'tovoj obolochkami Zemli, s odnoj storony, i atmosferoj i gidrosferoj - s drugoj. Himicheskij sostav stratisfery, v summe s solevym sostavom okeana, blizok k srednemu sostavu zemnoj kory v celom.

V techenie geologicheskoj istorii Zemli proishodili zakonomernye izmeneniya vnutrennego stroeniya i sostava zemnoj kory, rel'efa ee poverhnosti, haraktera vneshnih i vnutrennih geologicheskih processov. Tak, naprimer, porody drevnejshej arhejskoj ery povsemestno sil'no metamorfizovany (perekristallizovany), pronizany vnedreniyami magmy i smyaty v skladki. Po vsej poverhnosti materikov neodnokratno voznikali gory, kotorye potom razrushalis'. V techenie proterozoya i pozdnee materiki, opuskayas', chastichno zalivalis' morem i, podnimayas', vnov' prevrashchalis' v sushu. Odnovremenno v razlichnyh mestah proishodili moshchnye dvizheniya zemnoj kory, v rezul'tate kotoryh voznikali mnogochislennye gornye hrebty, pozdnee razrushennye. Sovremennye vnutrennie geologicheskie processy proyavlyayutsya:

1) v medlennyh podnyatiyah i opuskaniyah zemnoj poverhnosti, skorost' kotoryh v gornyh oblastyah dostigaet neskol'kih santimetrov v god, no obychno ischislyaetsya millimetrami v god;

2) v rezkih dvizheniyah otdel'nyh uchastkov zemnoj kory - zemletryaseniyah;

3) v vulkanicheskih izverzheniyah.

V rezul'tate vysheukazannyh geologicheskih processov, a takzhe pri postoyannom vozdejstvii so storony atmosfery (vklyuchaya solnechnuyu i kosmicheskuyu radiacii), gidrosfery i biosfery na protyazhenii dvuh mlrd. let proishodilo formirovanie osnovnogo sloya litosfery - pochvy.

Ee obrazovanie proishodilo iz ryhlyh gornyh porod, to est' fshch. edinic podurovnej G - E: glin, suglinkov, supesej i peskov, predstavlyayushchih soboj produkty vyvetrivaniya magmaticheskih, metamorficheskih ili plotnyh osadochnyh porod, zalegayushchih na meste svoego obrazovaniya ili, chashche, podvergshihsya perenosu i pereotlozheniyu (chasto mnogokratnomu) tekuchimi vodami ili vetrom. Pochva sostoit iz tverdoj, zhidkoj (pochvennyj rastvor) i gazoobraznoj (pochvennyj vozduh) chastej. V sostave tverdoj chasti osnovnuyu dolyu po masse zanimaet obychno mineral'naya chast', predstavlennaya melkimi (chashche vsego ot 1 mm do desyatyh i sotyh dolej mikrona) chasticami razlichnyh mineralov. V sostav pochvy vhodyat sleduyushchie himicheskie soedineniya (v ubyvayushchem poryadke): SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, K₂O, Na₂O, MgO, CaO, CO₂, Cl, SO₄ i mnogie drugie. No naibolee cennoj sostavnoj chast'yu pochvy yavlyaetsya gumus, ili peregnoj - konechnyj rezul'tat fukncional'nogo Razvitiya Materii po orgurovnyu ZH. V sostav gumusa vhodyat razlichnye vysokomolekulyarnye kisloty, sredi kotoryh naibol'shee znachenie imeyut gruppy guminovyh i ul'minovh kislot i ful'vokislot. Osnovu slozhnyh molekul guminovyh kislot sostavlyayut cepochki aromaticheskih yader tipa dvuh- i trehchlennyh fenolov. K nim prisoedineny razlichnye funkcional'nye gruppy: karboksil'nye, metoksil'nye, spirtovye i dr.

Vse mnogochislennye himicheskie soedineniya podurovnya ZH, vklyuchaya i gumusovye veshchestva, predstavlyayut soboj slozhnye sistemnye obrazovaniya, zaklyuchayushchie v svoi fn. yachejki fshch. edinicy vseh predydushchih podurovnej ot a do D. Kazhdaya iz etih chastic v vide opredelennym obrazom organizovannyh struktur Materii neset na svoem orgurovne razlichnye funkcional'nye nagruzki, znachitel'no otlichayushchiesya drug ot druga. Odnako, kak eto bylo i na predydushchih etapah Razvitiya Materii, kazhdoe ustoyavsheesya sistemoobrazovanie podurovnya ZH v opredelennyj moment stanovitsya fshch. edinicej sleduyushchego orgurovnya - Z (biosfery). I kak tol'ko ostrie nevidimoj linii tenzora Razvitiya Materii peremestilos' iz urovnya ZH v uroven' Z, srazu zhe uroven' ZH ostalsya za predelami oblasti aktual'nogo Razvitiya Materii i stal, kak i vse predydushchie orgurovni, postavshchikom funkcional'nyh polufabrikatov - fshch. edinic svoego podurovnya - dlya postroeniya fn. sistem urovnya Z.

Svoeobraznym akkumulyatorom etih polufabrikatov i sluzhit gumusovyj gorizont pochvy, sostoyashchij glavnym obrazom iz ee organicheskogo veshchestva. YAvlyayas' samym verhnim sloem pochvy i neposredstvenno soprikasayas' s atmosferoj i, chastichno, s gidrosferoj, gumusovyj gorizont imeet otnositel'no nebol'shuyu tolshchinu. Ona kolebletsya v raznyh pochvah ot neskol'kih santimetrov do odnogo, inogda do 1,5 m. V rajonah pustyn', polupustyn', gor i t.p. gumusovyj gorizont prakticheski otsutstvuet. No i tam, gde on znachitelen, soderzhanie gumusa v verhnej chasti gumusovogo gorizonta - ot desyatyh dolej procenta do 15 - 18%. Takim obrazom, obrazovanie, funkcionirovanie i razvitie fn. sistem i fshch. edinic vseh posleduyushchih orgurovnej Materii nahoditsya v pryamoj zavisimosti ot kolichestvennogo sostava polufabrikatov, nahodyashchihsya v gumusovom gorizonte - akkumulyatore. A tak kak etot akkumulyator mnogie milliony let imeet prakticheski neizmennuyu ploshchad' (

), on i yavlyaetsya odnim iz osnovnyh estestvennyh regulyatorov chislennosti vsego zhivogo na Zemle v tochno takoj zhe stepeni, v kakoj samo vse zhivoe na Zemle vo izbezhanie hudshih posledstvij dolzhno samoregulirovat' svoyu chislennost' v sootvetstvii s vozmozhnostyami etoj stupeni sistemnoj organizacii Materii.

[ Oglavlenie ] [ Prodolzhenie teksta ]

Igor' Kondrashin - Dialektika Materii (CHast' 3, prodolzhenie)

[ Oglavlenie ]

Igor' Kondrashin
Dialektika Materii

Dialekticheskij genezis material'nyh sistem
(prodolzhenie)

Uroven' Z

Uslovno razgranichivaya kaskadnye stupeni Razvitiya Materii, neobhodimo chetko sebe predstavlyat', chto nachalo etapa fn. razvitiya Materii po kazhdomu posleduyushchemu orgurovnyu i prekrashchenie ee razvitiya po predydushchemu znachitel'noe vremya protekayut parallel'no, odnovremenno odno s drugim. Obrazovanie i nakoplenie gumusovogo sloya pochvy na Zemle proishodilo v techenie mnogih soten millionov let. Pri etom process protekal odnovremenno s nachalom razvitiya biosfery i poyavleniem ZHizni na nashej planete. Formirovanie biosfery shlo glavnym obrazom po puti sinteza fshch. edinic gumusovogo gorizonta pochvy, kotoryj nakaplivaet i hranit fn. sistemy - kompleksy orgurovnya ZH, stavshimi na opredelennom etape fshch. edinicami urovnya Z, iz kotoryh, v svoyu ochered', vposledstvii nachalos' obrazovanie sistem dannogo podurovnya - aminokislot, belkov i drugih vnutrikletochnyh struktur.

   Vse eto proizoshlo v period, kogda, kak izvestno, uglevodorody i ih prostejshie kislorodnye i azotistye proizvodnye, voznikshie na poverhnosti Zemli, nahodyas' v vodnom rastvore - v pervichnoj zemnoj gidrosfere, - v silu dejstviya zakonov dvizheniya Materii v kachestve () postepenno vovlekalis' v reakcii polimerizacii i kondensacii i takim putem vse bolee integrirovalis' v raznoobraznye slozhnye organicheskie soedineniya, imevshie razlichnye funkcional'nye svojstva. V etoj smesi organicheskih veshchestv voznikli, v chastnosti, i aminokisloty. Dal'nejshaya strukturnaya integraciya etih fn. sistem po sheme:

privela k sozdaniyu koacervatnyh kapel' - individual'nyh belkovyh kompleksov, otdelennyh ot okruzhayushchej sredy opredelenno vyrazhennoj poverhnost'yu.

   V koacervatnyh kaplyah, kak i v lyuboj fn. sisteme Materii dannogo organizacionnogo urovnya, postoyanno protekayut himicheskie processy sinteza i raspada. Odnako vremya protekaniya kazhdoj otdel'noj reakcii pod vliyaniem vklyuchennyh v sistemu katalizatorov nastol'ko malo, a chastota reakcij nastol'ko velika, chto processy dlyatsya prakticheski bespreryvno. Ot etogo sozdaetsya vpechatlenie "zhivosti" rassmatrivaemogo ob®ekta. Takim obrazom, skorosti sinteza i raspada vysokomolekulyarnyh organicheskih soedinenij yavlyayutsya osnovoj funkcionirovaniya vseh sushchestvuyushchih zhiznennyh sistem, pri etom kazhdaya iz protekayushchih reakcij imeet svoj strogo opredelennyj algoritm. Sootnoshenie chastoty i skorostej ukazannyh processov zavisit ot individual'nogo sostava i organizacii kazhdoj dannoj sistemy, a takzhe ee vzaimodejstviya s usloviyami okruzhayushchej sredy. Esli v etom sootnoshenii soblyudaetsya balans, koacervatnaya kaplya, kak i lyubaya sistema, priobretaet dinamicheski ustojchivyj harakter. V sluchae, esli v nej preobladaet skorost' i chastota sinteticheskih reakcij, ona rastet. V protivom sluchae ona raspadaetsya na sostavlyayushchie fshch. edinicy. Takim obrazom, sushchestvuet tesnaya svyaz' mezhdu individual'noj sistemnoj organizaciej dannoj koacervatnoj kapli, temi himicheskimi prevrashcheniyami, kotorye sovershayutsya v nej v sootvetstvii s opredelennymi dlya ee fn. yacheek algoritmami, i ee dal'nejshej sud'boj v dannyh usloviyah sushchestvovaniya.

   V pervichnoj zemnoj gidrosfere koacervatnye kapli, obrazovavshiesya putem sinteza belkovyh molekul, plavali ne prosto v vode, a v rastvore raznoobraznyh organicheskih i neorganicheskih veshchestv, to est' gotovyh fshch. edinic (urovnej E - ZH). V sootvetstvii s zakonami dvizheniya Materii v kachestve () proishodila dal'nejshaya integraciya ih struktur parallel'no s differenciaciej i rostom kolichestva vhodyashchih v ih sistemu fn. yacheek. Odnako eto osushchestvlyalos' v techenie dlitel'nogo otbora i tol'ko v otnoshenii teh kapel', individual'naya sistemnaya organizaciya kotoryh obuslovlivala ih dinamicheskuyu ustojchivost' v dannyh usloviyah vneshnej sredy i izmenenie fn. kachestv po puti obrazovaniya imi novyh fshch. edinic bolee vysokogo organizacionnogo urovnya. Tol'ko takie koacervatnye kapli mogli dlitel'no sushchestvovat', rasti i razdelyat'sya na "dochernie" obrazovaniya. Te zhe kapli, v kotoryh pri dannyh usloviyah vneshnej sredy himicheskie izmeneniya ne veli k dal'nejshemu uslozhneniyu sistemnoj struktury, vypolnyali funkciyu vremennogo akkumulyatora fshch. edinic E, to est' sozdavalis' pod vliyaniem akkumulyativnogo faktora sistemnogo razvitiya i cherez opredelennyj period vremeni funkcionirovaniya raspadalis' na sostavlyayushchie fn. kompleksy nizhnih podurovnej, prekrashchaya svoe sushchestvovanie v kachestve sistemnogo obrazovaniya dannogo orgurovnya. Takim obrazom, kak i v lyubom processe sistemnoj organizacii, koacervatnye kapli v zavisimosti ot organizuyushchego ih faktora razdelilis' na funkcional'no-aktivnye i funkcional'no-passivnye. Poslednie, hotya i ne mogli igrat' sushchestvennoj roli v dal'nejshem razvitii belkovyh tel, vse zhe yavlyalis' neobhodimymi dlya togo perioda vremeni, tak kak vypolnyali sootvetstvuyushchie im funkcii. Tak, uzhe v samom processe stanovleniya ZHizni voznikla novaya zakonomernost', kotoraya napominaet nekij "estestvennyj otbor" individual'nyh belkovyh kompleksov. Pod strogim kontrolem etogo otbora shla vsya dal'nejshaya evolyuciya belkovyh koacervatov putem postoyannogo sovershenstvovaniya struktur ih fn. yacheek. Imenno poetomu v nih sozdavalas' ta vzaimosoglasovannost' yavlenij (to est' vse bolee obnovlyalsya i uslozhnyalsya nabor fn. algoritmov), ta prisposoblennost' vnutrennego stroeniya k vypolneniyu zhiznennyh funkcij v dannyh usloviyah vneshnej sredy, kotoraya harakterna dlya organizacii vseh zhivyh sushchestv. Sravnitel'noe izuchenie obmena veshchestv u sovremennyh primitivnyh organizmov pokazyvaet, kak na izlozhennoj osnove postepenno skladyvalsya vysokoorganizovannyj poryadok yavlenij, kotoryj svojstvenen vsem zhivym sushchestvam i kotoryj protekal v polnom sootvetstvii s obshchej teoriej razvivayushchihsya sistem. Tak na opredelennoj stadii Razvitiya Materii voznikla ZHizn' na Zemle, predstavlennaya na nashej planete gromadnym chislom otdel'nyh individual'nyh sistem - organizmov. "Nasha definiciya zhizni, - pisal F. |ngel's v "Anti-Dyuringe", - razumeetsya, ves'ma nedostatochna, poskol'ku ona daleka ot togo, chtoby ohvatit' vse yavleniya zhizni, a, naprotiv, ogranichivaetsya samymi obshchimi i samymi prostymi sredi nih... CHtoby dat' dejstvitel'no ischerpyvayushchee predstavlenie o zhizni, nam prishlos' by prosledit' vse formy ee proyavleniya, ot samoj nizshej do naivysshej".

   Kak izvestno, nachalo vozniknoveniya prostejshih zhiznennyh sistem proizoshlo okolo dvuh mlrd. let nazad v proterozojskuyu eru. Pervichnye zhivye sushchestva zarodilis' v vode v processe prodolzhitel'nogo razvitiya dinamicheski ustojchivyh koacervatnyh kapel', fn. kompleksy kotoryh vklyuchalis' v kachestve sostavnyh chastej v sistemy posleduyushchih orgurovnej. Vsledstvie etogo uzhe na dannom etape Razvitiya Materii naibolee polno proyavilsya i prodolzhal svoe dal'nejshee sovershenstvovanie mehanizm postroeniya vysokoorganizovannyh sistem, odin iz osnovnyh principov kotorogo zaklyuchaetsya v zapolnenii fn. yacheek sistemy ne edinichnymi fshch. edinicami, a celymi blokami ili kompleksami ih. Pod ego dejstviem fn. sistemy orgurovnya Z pogloshchali postoyanno okruzhayushchie ih belkovye kompleksy, "rasshcheplyali" ih i zapolnyali obrazovavshimisya blokami svobodnye fn. yachejki svoih struktur, v konechnom itoge sinteziruya iz nih fshch. edinicy bolee vysokogo orgurovnya. Pri etom energiya, vydelyayushchayasya pri rasshcheplenii kompleksov, ispol'zovalas' v bol'shej ee chasti na osushchestvlenie reakcij sinteza. Vse eto, v konechnom itoge, privelo k drevnejshim form