Сообщение на тему вещества в природе

Обновлено: 28.06.2024

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.

Под химической реакцией понимают процесс превращения одних химических веществ в другие.

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.

Солнечный луч, поглощенный растением сотни миллионов лет назад сохранился до наших дней в виде каменного угля.

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.

Закваска для выпечки черного хлеба содержит, кроме дрожжей, бактерии молочнокислого брожения.

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.

Прогорклость животного масла при длительном хранении — результат маслянокислого брожения.

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.

Дыхание представляет собой определенные процессы, в результате которых органические вещества, имеющие сложное строение, окисляются и образуют углекислый газ и воду.

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.

Тем не менее живая природа — кладезь органических веществ.

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.

Круговорот веществ в природе - это взаимосвязанные биологические, химические, физиологические процессы движения и видоизменения соединений, которые имеют повторяющийся характер.

Биогенные элементы

Для благоприятного функционирования всей биосферы и непрерывности ее процессов, внутри нее должны постоянно осуществляться обмены биогенных веществ, все элементы которых важны для жизни как таковой. В организмы живых существ входят те же составляющие, что и в воздух, воду, почву и минералы. Отличие только в том, что молекулы неживой природы просты и однотипны, а живые организмы состоят из множества атомов разных типов.

водород
кислород
сера
фосфор
углерод
азот
железо

Важно! Все процессы на планете взаимосвязаны, и основным условием существования жизни на планете является непрерывный оборот биогеохимических веществ.

Возникновение круговоротов

Активность живого вещества и энергетические потоки Солнца выступают движущими силами этого процесса. Они перераспределяют, концентрируют и перемещают огромное количество жизненно необходимых веществ между растениями, их корневыми системами и всеми существами на планете.

Важно! Энергия заключена в химических связях органических веществ, которая поглощена продуцентом, вследствие чего она циркулирует в круговороте.

Возникает циклический оборот энергии потому, что действует закон ее сохранения. Она не исчезает бесследно, а расходуется для жизни биосферы Земли, переходя из одного состояния в другое.

Переходят в виде пищи от организма к организму;
Выделяются в окружающий мир;
Снова приобщаются автотрофами в процессы жизнедеятельности организмов.

Структура природного цикла

Большой либо геологический
Малый либо биологический

Геологический

Испарение влаги;
Ее передвижение с воздушными потоками в состоянии пара;
Формирование облаков;
Осадки;
Подземный и поверхностный сток воды в Мировой океан.

По поверхности земной коры . Сток наполняет материковые водоемы, чьи воды стекаются в океаны. Эта вода содержит в себе растворенные химические элементы, частички почвы и гумуса.

Важно! По причине неконтролируемой вырубки лесов и безответственной деятельности человека в отношении ресурсов Земли, количество вод поверхностного стока растет с каждым годом. Это стало причиной многих экологических отклонений.

Оседает в верхних слоях земной коры . Вода впитывается и сохраняется на некоторое время в почвах для питания растений. Спустя время, переработанная в процессе фотосинтеза, она переходит в атмосферу в парообразном состоянии.
Проникает в более глубокие слои коры и образует подземные воды. Попадая в глубины Земли и заполняя ее трещины, вода вымывает растворенные минеральные вещества и доставляет их в океан.

Важно! Большой цикл круговорота никогда не повторяется в точности, как предыдущий, и проходит по спирали, а не по кругу.

Малый

Продуценты
Консументы
Запас энергии и полезных веществ
Редуценты

Все организмы вбирают в себя атомы биогенных веществ из гидросферы, литосферы и атмосферы;
В телах организмов проходят химические реакции с участием этих веществ;
После переработки микроэлементы выделяются в виде продуктов распада в окружающую среду;
Окружающий мир и все живые организмы планеты, черпая из него питательные вещества и выделяя их обратно в виде продуктов жизнедеятельности, создают общую экосистему.

Важно! Организованная таким образом жизнь на Земле продолжается уже миллионы лет. Если внести даже незначительные изменения в структуру, массу и в исходный химический состав живого вещества, можно необратимо повлиять на весь характер биологического цикла.

Восходящий поток образуется, благодаря взаимодействию окружающей среды с растениями. На этом этапе создается первичный продукт.
Нисходящий поток генерируется всеми уровнями экосистемы, которые преобразуют синтезированную продукцию в неорганические вещества.

Основные отличия круговоротов

Составляющими компонентами. В геологическом круговороте принимают участие химические вещества со всех уровней земной коры. Биологический - отличается взаимодействием только между биогенными элементами.
Длительностью . Цикл Малого оборота длится от года до сотни лет. Период Большого - тянется до сотен тысяч лет.
Движущей силой. Импульсом для геологического круговорота выступает вода, которая “путешествует” между сушей и водоемами. В Малом круговороте в этой роли выступают живые организмы, их продукты жизнедеятельности и питание.

Влияние человека

Человек, как существо биологическое, непосредственно втянут в круговорот веществ. Однако ему все труднее соблюдать баланс и кодекс невмешательства в основные природные процессы. Бесконтрольно потребляя ресурсы планеты, заполняя неперерабатываемыми отходами ее атмосферу и биосферу, человек неблагоприятно влияет на естественный круговорот. Таким образом он наносит вред себе в первую очередь. Так, излишки азотных удобрений, которыми люди щедро посыпают почвы, впитываются в глубокие слои почвы и смываются дождями с полей, попадая в воду. Так или иначе, нитраты попадают в организм человека через пищу и воду, вызывая рак и другие сбои в процессах жизнедеятельности. Необходимо помнить, что все на Земле взаимосвязано. Для гармоничной и продолжительной жизни нужно поддерживать баланс веществ в природе, учитывая особенности естественного круговорота. Для лучшего восприятия всей изложенной информации смотрите тематическое видео.

План урока:

Чистые вещества в природе

А как вы думаете, существуют чистые вещества? Для решения этого вопроса, посмотрим на рисунок.

Девочка, относительно ребят выглядит чистенько и опрятно, можно сказать, что она служит для них образцом. Мальчишки оба грязные, но их загрязнённость разная. Значит, вещество, которое не будет содержать примесей, является чистым. В зависимости от процентного содержания примесей, выделяют виды чистых веществ.

Снова возникает вопрос, можем ли мы применить к воде понятие чистое вещество? Таковой является дистиллированная вода, полученная путём перегонки.

Во время кипячения вода, в виде пара, через газоотводящую трубку, поступает в пробирку-приёмник, которая помещена в стакан со льдом. Полученная таким образом вода не способна проводить электрический ток, поскольку не содержит солей, она относится к химически чистым веществам, которые находят применение в лаборатории и медицине. Не стоит путать данный процесс с кипячением, который вы ежедневно наблюдаете. Кипячёная вода будет электропроводна, поскольку соли не были удалены.

Растворы как смеси

Окружающий мир состоит из смесей. Воздух, который нам так необходим, земля, пища, одежда, техника, можно перечислять до бесконечности. Однако по своему внешнему виду, они существенно отличаются. К примеру, смесь вода – спирт и вода – масло, вода – песок и вода – сахар.

Гомогенная смесь характеризуется однородностью, наливая в стакан столовую воду, о присутствии минеральных солей, мы можем судить по вкусу и читая состав на этикетке. Взяв в руки бронзовую монету, мы не можем выделить отдельно медь и олово.

Играя в салки в воде, так увлекаетесь игрой, и не замечаете, что песок со дна распределился по воде. Бегая по пляжу, поднимаете столб пыли. Вы наверняка, даже не подозреваете, что это все примеры природных гетерогенных смесей. Ключевым признаком является их неоднородность.

В зависимости от агрегатного состояния составляющих частиц, разделяют следующие гетерогенные смеси.

Применение суспензий имеет широкий спектр во многих отраслях:

Медицина: порошки, зубная паста, скраб;
Химическая промышленность: пасты, порошки, красители;
Пищевая промышленность: соусы, кетчупы, шоколадная масса.

Налив в стакан с водой малую часть подсолнечного масла и потом взболтав эту смесь, вы завороженно наблюдали за пузырьками. Это классический пример эмульсии в быту, смесь взаимно нерастворимых жидкостей. Однако пролившаяся нефть в море, которая также является примером эмульсии, наносит большой вред всему живому организму.

Разделение гетерогенных смесей, а также гомогенных, возможно с помощью следующих способов.

Данный урок посвящён гомогенным смесям, а именно растворам, в которых не существует границы между входящими веществами.

Состав растворов

Чтобы приготовить сладкий напиток, необходимо взять сахар (растворимое вещество) и воду, которая будет играть роль растворителя. Масса раствора состоит из входящих в неё компонентов.

Растворённое вещество в данном случае сахар, поскольку его количество малое по отношению к воде.

Чтобы выразить, какую часть занимает растворённое вещество, введём понятие массовая концентрация или массовая доля.

Вернёмся к примеру с сахаром, массовая концентрация вещества будет составлять:

Чем выше масса растворённого вещества, тем более концентрированный раствор.

И снова вспомним наш сладкий раствор, допустим, вы утром ещё не очень проснулись, и вместо одной ложечки сахара, положили две. Как выйти из ситуации? Правильно, добавить воды. При этом доля растворённого вещества (сахара) уменьшается и образуется разбавленный раствор.

Разберёмся ещё с одним понятием – растворимость.

Обратите внимание, что указывается растворимость при определённой температуре. Возьмём два стакана объёмом 100 мл, в одном горячая, а во втором холодная вода. В оба добавим 3 столовых ложки сахара. Как вы думаете, где лучше и быстрее растворится сахар? Конечно там, где температура воды выше.

Существует зависимость между растворимостью и природой вещества.

Растворимость сахара при температуре 20 °C составляет 2000 г на 1л, раствор с такими данными будет насыщенным. При меньшем содержании растворённого вещества – ненасыщенным, большем – пересыщенным.

А как Вы думаете, может концентрированный раствор вещества быть ненасыщенным. Математические расчёты помогут дать ответ. Допустим, что растворили 200 г сахара в 100 г воды при температуре 20°C. Необходимо определить массовую концентрацию.

Как показывают расчёты, этот раствор будет концентрированным, однако является ненасыщенным.

Насыщенность и концентрация – это разные понятия.

Рассмотрим на примере сахара и гипса (CaSO₄∙2H₂O).

Поскольку большинство химических процессов происходит между растворами, важно знать, какое количество вещества там содержится. Содержание растворённого вещества можно выразить в массовых долях, а также с помощью ещё одного вида, которая носит название молярная концентрация.

Если массовая доля растворённого вещества показывает содержание вещества в растворе (%), то молярная концентрация указывает, сколько моль содержится в 1 литре раствора.

Промоделируем лабораторную ситуацию. Разбавленный раствор щёлочи был приготовлен путём растворения 10 г гидроксида натрия в 500 мл воды. Наша с Вами задача, определить массовую и молярную концентрации.

Задачи на концентрацию растворов

С приготовлением растворов связана работа не только химиков, люди разных профессий сталкиваются с этой задачей, где необходимо рассчитать какое количество растворённого вещества содержится в растворе.

Задача 1. Какую массу соли и объём воды нужно, чтобы приготовить концентрированный раствор соли массой 500 г с массовой долей хлорида калия 70%?

Задача 2. К раствору хлорида железа (II) объёмом 500 мл, плотность которого равна ρ = 1,012 г/мл и массовой долей 12 % прибавили 100 г воды. Вычислите молярную концентрацию полученного раствора.

Задача 3. Определите концентрацию раствора, полученного при сливании растворов сульфата натрия массой 300 г 25% и 150 г 10%.

Задача 4. Раствор серной кислоты массой 250 г с массовой долей 15%, реагирует с цинком. Сколько грамм соли образовалось в результате реакции?

Еще в младших классах в школе детям рассказывают, что такое вещества, приводят простые примеры и объясняют, какие бывают вещества.

Попросту говоря, веществом можно назвать все то, из чего состоит любое тело. В более старших классах веществом называют материю, из которой состоит физическое тело, и она имеет определенные физические и химические свойства. Веществом также называют совокупность атомов или молекул, которые находятся в определенном агрегатном состоянии. Все вещества составляют определенное тело. В основном мы пересекаемся с его твердым состоянием, в котором частицы могут держать форму и не растекаться. Но в нём могут находиться жидкие и газообразные вещества. То есть какие бывают вещества и тела в плане происхождения? Тела могут быть созданы природой и благодаря человеческому вмешательству.

Обычный камень, который валяется в горах, создала природа, а выращенный в лаборатории минерал, вставленный в оправу – это уже дело рук человека, искусственное тело. А вот все вещества, которые являются простыми (об этом поговорим далее), созданы природой. Разные их смеси уже могли создать и люди, но основной базис заложен именно ею. Отвечая на вопрос, какие бывают вещества и тела, можно сказать, что они разделяются на естественные и искусственно созданные.

Виды веществ по взаимодействию частиц, или по агрегатному состоянию

Вещество разделяют на несколько групп по разным характеристикам. Так, можно охарактеризовать, какие бывают вещества в зависимости от взаимодействия частиц. Сильное взаимодействие частиц характерно для твердых веществ. Газам свойственно практически абсолютное отсутствие взаимодействия. Жидкие вещества находится посредине между твердым и газообразным материалом – частицы взаимодействуют, но не так сильно, как в твердых телах. Это свойство объясняется тем, что между частицами, которые составляют материал, есть промежутки, и в твердых материалах эти промежутки очень маленькие, а в газообразных они огромные. На такие же группы вещества разделяются кинетической энергией, имеющейся в частицах, и потенциальной энергией взаимодействия. В жидкостях эти энергии практически сравнимы. В твердых телах преобладает потенциальная энергия, в газах, наоборот, кинетическая. Ответом на вопрос, какие бывают вещества в природе, может стать любой из этих вариантов. Любые из выше перечисленных состояний или характеристик встречаются как в объектах, созданных природой, так и в вещах, появившихся в результате деятельности человека.

Интересно, что одно вещество может находиться в разных состояниях. Так, самый простой пример – это вода. При пониженных температурах жидкость превращается в лед, в твердое тело. При повышении температуры до 100 градусов Цельсия и выше вода из жидкости превращается в газ.

Разделение веществ в химическом плане

В химии принято распределять вещества на две основные категории – это индивидуальные вещества и смеси. То есть какие бывают вещества в химии? Чистыми ранее, а теперь индивидуальными веществами называются такие, которые нельзя разделить на более простые части, они неделимы. Смеси же являются материалами, имеющие в своём составе несколько компонентов. По факту выходит, что смесь может состоять из нескольких индивидуальных веществ.

В свою очередь, индивидуальное вещество может быть простым или сложным. Простое – это такое вещество, которое состоит из атомов только лишь одного химического элемента, сложное – из нескольких: двух или более. Простое еще называют элементарным, а сложное вещество - соединением.

Как было сказано ранее, смесь состоит из нескольких чистых веществ, и в этом плане их подразделяют на однородные и неоднородные, или растворы и механические смеси. Простой пример того, какие бывают вещества типа раствора – это обычный чай. Он состоит из двух или трех компонентов - вода, заварка и сахар. Сахар однородно размещается по воде и его невозможно обнаружить, кроме как на вкус.

А вот если в чай насыпать много сахара, и он не растворится полностью, то это уже будет механическая смесь. Часть сахара растворится, а часть будет лежать на дне. Из-за этого и пробы чая в верхних слоях будут немного отличаться, внизу он будет более сладкий, а верху – менее. Смесью также будет элементарное смешение песка и сахара. Частицы будут перемешаны, их будет трудно разделить, но они останутсясь при своих свойствах, а не создадут новые соединения.

Органические и неорганические вещества

На вопрос, какие бывают вещества в природе, можно ответить: органические и неорганические. Неорганическим является любое вещество, которое может образоваться без участия живого организма и составляет неживую природу. Органическое вещество диаметрально противоположно – оно образуется только при участии живого организма и входит в состав этого самого живого организма. Примером неорганического вещества опять-таки является всем известная, доступная и такая необходимая для жизни вода, также воздух, а именно кислород, различные минеральные соли. К органическим веществам относятся жиры, углеводы, пигменты, белки. Забавно, что раздел по данному типу был произведен из мнения ученых о живых существах как об особых органических соединениях, а все остальные объекты неживой природы были зачислены к неорганическим. Как позже выяснилось, в организме человека достаточно много неорганических веществ, как, впрочем, и в организме любого животного на нашей планете.

Отличительной чертой органических веществ можно считать то, что почти во всех из них имеется углерод. Большинство неорганических веществ имеют высокую температуру плавления и кипения, органические – наоборот.

Разделение по пожарным нормам

Интересно, что на вопрос, какие бывают вещества и материалы, пожарник, скорее всего ответит – горючие и негорючие. Между ними еще имеются трудновоспламеняемые вещества, которые способны загореться, если присутствует постоянное воздействие пламени, но если убрать источник, оно тухнет. Соответственно, горючее вещество или материал способны гореть при воздействии источника, а также могут даже самовоспламеняться. Негорючее вещество не способно гореть в воздухе. Более подробно об этом все дети узнают на уроках охраны труда или безопасности жизнедеятельности.

Влияние на организм человека

Все вещества, имеющиеся в природе, можно разделить на опасные и безопасные. К опасным можно причислить те, которые уже были упомянуты выше – горящие. В чем состоит опасность? Они могут навредить здоровью человека, который будет находиться в очаге возгорания. Это будет физическое воздействие на кожу: ожоги или воздействие на внутренние органы через дыхательные пути. Кстати, таким же образом негативное воздействие происходит во время курения. Курение не только табачных изделий, в которых содержится много известных вредных для человеческого организма веществ, но и наркотических средств.

Какие бывают наркотические вещества

Не все из наркотиков принимаются посредством курения, некоторые из них вкалывают в вену, вдыхают в качестве порошка через нос или же съедают как таблетку. Но все из них имеют побочные эффекты, несмотря на то, что перед этим могли принести ощущение радости и счастья, приподнятое настроение или еще какой-то положительный эффект. Все эти эффекты кратковременны, а вот то, что вред от них однозначно будет длиться намного дольше, знают все.

Выводы

Если попросить ребенка: "Скажи, какие бывают вещества и материалы, приведи примеры", то у него будет много разных вариантов ответа. Важно дать понять школьнику, что одно и тоже вещество может принадлежать к нескольким видам, которые были перечислены выше, различаться по определенным характеристикам. С самого малого возраста знания о том, какие бывают вещества, будут расширяться по мере изучения школьных наук.

Читайте также: