ХІМІЧНА ПОДІЛЬНІСТЬ: ПОНЯТТЯ ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Ми можемо визначити подільність у хімії як властивість речовини, яка дозволяє їй розділятися на менші порції. Для розуміння концепції можна навести приклад.

Якщо ми візьмемо буханець хліба і розріжемо його навпіл і знову, чи зможемо ми коли-небудь дійти до фундаментального блоку речовини, який не можна розділити далі? Це питання вже тисячі років припадає на думку науковців та філософів.

Походження та поняття хімічної подільності

Тривалий час дискутувалося, чи матерія складається з частинок (що ми сьогодні знаємо як атоми), однак загальною ідеєю було те, що матерія є континуумом, який можна розділити.

Ця загальна концепція зробила таких яскравих вчених, як Джеймс Клерк Максвелл (рівняння Максвелла) та Людвінг Больцман (з розподілу Больцмана) жертвою насмішок, що призвело перших до божевілля, а другого до самогубства.

У V столітті до нашої ери грецький філософ Левкіпп та його учень Демокріт використовували слово атоми для позначення найменшої окремої речовини і пропонували, щоб світ не складався з атомів у русі.

Ця рання атомна теорія відрізнялася від пізніших версій тим, що вона включала ідею людської душі, що складається з більш досконалого типу атома, розподіленого по всьому тілу.

Атомна теорія прийшла в занепад у середньовіччі, але відродилася на початку наукової революції у 17 столітті.

Наприклад, Ісаак Ньютон вважав, що матерія складається з "твердих, масивних, важких, непроникних і рухливих частинок".

Поділ може відбуватися різними методами, найпоширенішим є поділ фізичними методами, наприклад, рубанням яблука ножем.

Однак поділ може відбуватися і хімічними методами, коли матерія поділятиметься на молекули чи атоми.

10 прикладів хімічного поділу

1- Розчиніть сіль у воді

Коли сіль, наприклад хлорид натрію, розчиняється у воді, виникає явище сольвації, коли іонні зв’язки солі розриваються:

NaCl → Na ⁺ + Cl ^-

Розчинивши у воді лише одне зерно солі, воно розділиться на мільярди іонів натрію та хлориду в розчині.

Фіг.1: розчинення солі у воді.

2- Окислення металів у кислому середовищі

Усі метали, наприклад магній або цинк, реагують з кислотами, наприклад, розбавляють соляну кислоту, отримуючи бульбашки водню та безбарвний розчин хлориду металу.

Mg + HCl → Mg ²⁺ + Cl ^- + H ₂

Кислота окислює метал, що розділяє металеві зв’язки, щоб отримати іони в розчині (BBC, 2014).

3- Гідроліз складних ефірів

Гідроліз - це розрив хімічної зв'язку через воду. Прикладом гідролізу є гідроліз складних ефірів, де вони поділяються на дві молекули - спирт та карбонову кислоту.

Фіг.2: гідроліз метилацетату.

4- Реакції усунення

Реакція елімінації робить саме те, що вона каже: видаляє атоми з молекули. Це робиться для створення подвійної зв'язку вуглець-вуглець. Це можна зробити за допомогою основи або кислоти.

Це може відбуватися на одному узгодженому етапі (абстракція протона на Cα, що відбувається одночасно з розщепленням зв’язку Cβ-X), або в два етапи (розщеплення зв'язку Cβ-X відбувається спочатку, щоб утворити проміжну карбокакацію, який потім «вимикається» абстракцією протона альфа-вуглецем).

Фіг.3: Реакції елімінації.

5- Ферментативна реакція альдолази

У підготовчій фазі гліколізу одна молекула глюкози розщеплюється на дві молекули гліцеральдегіду 3-фосфату (G3P) за допомогою 2 АТФ.

Ферментом, що відповідає за цей розріз, є альдолаза, яка шляхом зворотної конденсації ділиться на дві молекули фруктози 1,6-бісфосфату на молекулу G3P та молекулу фосфату дигідроксіацетону, яка згодом ізомеризується для утворення іншої молекули G3P.

Фігура 4: Реакція альдолази.

6- Деградація біомолекул

Не тільки гліколіз, але й усі руйнування біомолекул у реакціях катаболізму є прикладами хімічної поділу.

Це відбувається тому, що вони починають з великих молекул, таких як вуглеводи, жирні кислоти та білки, для отримання менших молекул, таких як ацетил КоА, який потрапляє в цикл Кребса для отримання енергії у вигляді АТФ.

7- Реакції горіння

Це ще один приклад хімічного поділу, оскільки складні молекули, такі як пропан або бутан, реагують з киснем, утворюючи CO ₂ і воду:

З ₃ Н ₈ + 5O ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O

Деградація біомолекул може бути реакцією горіння, оскільки кінцевими продуктами є CO ₂ та вода, однак вони відбуваються в багато етапів з різними посередниками.

8- Центрифугування крові

Відокремлення різних компонентів крові є прикладом поділу. Незважаючи на фізичний процес, приклад здається мені цікавим, оскільки компоненти центрифугуванням відокремлюються різницею у щільності.

Найбільш щільні компоненти, сироватка з еритроцитами, залишаться на дні пробірки центрифуги, тоді як менш щільні компоненти, плазма, залишаться вгорі.

9- Бікарбонатний буфер

Бікарбонат натрію, HCO ₃ ^- головний спосіб транспортування CO ₂ в організмі внаслідок реакцій деградації обміну речовин.

Ця сполука реагує з протоном у середовищі з утворенням вуглекислоти, яка згодом поділяється на СО2 та воду:

HCO ₃ ^- + H ⁺ DH ₂ CO ₃ D CO ₂ + H ₂ O

Оскільки реакції є оборотними, то це спосіб, через організм через дихання контролювати фізіологічний pH, щоб уникнути процесів алкалозу або ацидозу.

10- Відділення атома або поділ ядер

У випадку, якщо масивне ядро ​​(наприклад, уран-235) розпадається (тріщини), це призведе до чистого виходу енергії. Це тому, що сума мас уламків буде меншою, ніж маса ядра урану.

У випадку, якщо маса осколків дорівнює або перевищує масу заліза на піку кривої енергії зв’язування, ядерні частинки будуть більш тісно пов'язані, ніж у ядрі урану, і це зменшення маси відбувається в енергетична форма за рівнянням Ейнштейна.

Фіг.5: поділ урану 235.

Для елементів, легших за залізо, синтез буде виробляти енергію. Ця концепція призвела до створення атомної бомби та ядерної енергетики.

Список літератури

1. Програмне забезпечення та мультимедіа AJ (2015). Ядерний поділ: основи. Відновлено з atomicarchive.com.
2. (2014). Реакції кислот. Відновлено з bbc.co.uk.
3. Кларк, Дж. (2016, січень). ГІДРОЛІЗИЧНІ ЕСТЕРИ. Відновлено з chemguide.co.uk.
4. Фойст, Л. (Сф.). Елімінаційні реакції в органічній хімії. Відновлено з сайту study.com.
5. Міллер, штат Вашингтон (1867). Елементи хімії: теоретична та практична, частина 1. Нью-Йорк: Джон Вілі та син.
6. Ядерний поділ. (СФ). Одужав від гіперфізики.
7. Пратт, Д. (1997, листопад). Нескінченна подільність матерії. Відновлено з сайту davidpratt.info.
8. Содерберг, Т. (2016, 31 травня). Усунення за допомогою механізмів Е1 та Е2. Відновлено з chem.libretext.