Доказательства эволюции органического мира
Прочитайте, в виде плана перечислите доказательства эволюции
Вспомните!
Что такое эволюция?
Какие вы знаете доказательства существования эволюции?
Эволюция – это очень длительный исторический процесс, который невозможно непосредственно наблюдать на протяжении ограниченного времени. Жизнь одного человека и существование человечества в целом несоизмеримы по временному масштабу с эволюционными преобразованиями на нашей планете. Процессы формирования крупных таксонов могут продолжаться миллионы лет. Реальное существование эволюционных процессов подтверждают факты, полученные разными естественными науками: палеонтологией, морфологией, систематикой, эмбриологией и многими другими. Рассмотрим основные существующие на сегодняшний день доказательства эволюции живой природы.
Цитология и молекулярная биология. Все живые организмы – растения, грибы, животные, бактерии – состоят из клеток, имеющих общий план строения и сходный химический состав. Универсальность генетического кода, единые принципы хранения, реализации и передачи генетической информации – это подтверждение того, что всё живое имеет единое происхождение.
Сравнительная морфология. Сходство во внешнем и внутреннем строении организмов, принадлежащих к одной систематической группе, свидетельствует об их родстве и общем происхождении.
Конечность у всех наземных позвоночных, от земноводных до млекопитающих, построена по единому плану – пятипалая конечность рычажного типа. У каждого вида скелет конечности модифицирован в зависимости от способа передвижения и приспособлен к конкретным условиям обитания, но принципиальная схема строения остаётся неизменной (см. рис. 6). Такие органы, развивающиеся из одних и тех же зачатков в процессе эмбрионального развития и выполняющие разные или сходные функции, называют гомологичными органами. Существование гомологии органов внутри крупной группы организмов свидетельствует об их происхождении от общего предка.
Рис. 43. Крылья птицы и стрекозы
В систематических группах, далеко отстоящих друг от друга, мы тоже можем обнаружить структуры, выполняющие одинаковые функции и имеющие внешнее сходство, например крылья насекомых и птиц (рис. 43). Однако в отличие от гомологичных органов эти структуры имеют разное происхождение и строение, их называют аналогичными органами. Наличие у разных видов похожих, но не гомологичных органов подтверждает отсутствие у этих видов близкого родства.
Важным анатомическим доказательством эволюции служат рудименты и атавизмы. Атавизмы – это появляющиеся у отдельных особей данного вида признаки, которые существовали у отдалённых предков, но были утрачены в процессе эволюции. Например, появление трёхпалой конечности у современных лошадей, развитие дополнительных пар молочных желёз, хвоста или сплошного волосяного покрова у человека. Возникновение атавизмов объясняется тем, что гены, отвечающие за развитие этих признаков, в процессе эволюции сохранились, но при нормальном развитии их действие блокируется.
Рудименты – это органы, утратившие в процессе эволюции своё значение. Они закладываются во время эмбриогенеза, но полностью не развиваются. Когда-то у далёких предковых форм эти органы имели важное значение, но в дальнейшем в связи с изменениями условий существования перестали быть необходимыми. Примерами рудиментов могут служить неразвитые кости задних конечностей и остатки тазового пояса у китообразных, хвостовые позвонки и ушные мышцы у человека (рис. 44). В отличие от атавизмов, рудименты присутствуют у всех представителей вида.
Иногда в процессе эволюции в определённых условиях среды получает преимущество и сохраняется некая переходная форма, соединяющая в себе признаки разных классов. Например, утконос и ехидна относятся к млекопитающим, но откладывают яйца и имеют клоаку, как пресмыкающиеся, а у кистепёрой рыбы латимерии кроме жабр есть примитивные лёгкие, а её парные плавники обладают мускулатурой и напоминают по строению конечность наземных позвоночных.
Рис. 44. Рудименты: крыло нелетающей птицы киви; остатки тазового пояса у кита и конечностей у змеи
Палеонтология. Изучение ископаемых остатков живых организмов, их следов и отпечатков, обнаруженных в разных геологических слоях, позволяет проследить историческое развитие живой природы. В наиболее древних породах разнообразие организмов невелико, и все они имеют относительно простое строение. В более молодых отложениях остатки имеют всё более сложное строение, и их видовое разнообразие гораздо шире. Учёные обнаружили много переходных форм между ныне живущими и ископаемыми организмами, например зверозубые ящеры, напоминающие по строению зубов и скелета млекопитающих, археоптерикс, сочетающий признаки птиц (общий вид, строение конечностей, перья на теле) и пресмыкающихся (наличие зубов, брюшных рёбер) (рис. 45).
В некоторых случаях по ископаемым остаткам учёным удалось установить, как проходил филогенез (историческое развитие) определённой группы организмов. Владимиру Онуфриевичу Ковалевскому удалось проследить эволюцию лошади с начала кайнозойской эры (рис. 46). Предки лошадей произошли от невысоких всеядных животных с пятипалыми конечностями. Первый представитель семейства лошадей эогиппус, или гиракотерий, был размером с лисицу и имел четырёхпалые передние и трёхпалые задние конечности. В дальнейшем, когда тропические леса уступили место степям, основным средством защиты стал быстрый бег. Естественный отбор у древних лошадей шёл в направлении удлинения конечностей, уменьшения площади опоры, усиления мускулатуры и позвоночника. Найденные ископаемые формы, позволившие реконструировать последовательный эволюционный ряд лошади, подтверждают эволюционную теорию.
Рис. 45. Археоптерикс: А – внешний вид (реконструкция); Б – отпечаток
Интересно, что лошади, жившие в Северной Америке в течение миллионов лет, вымерли несколько тысяч лет назад, как раз в тот период, когда на этом континенте появился человек. Существуют данные о том, что древние люди использовали лошадей в пищу. Повторно лошади были завезены в Северную Америку не более 500 лет назад.
Эмбриология. В пользу эволюционного развития органического мира свидетельствует то, что все многоклеточные организмы, способные к половому размножению, развиваются из одной оплодотворённой яйцеклетки (зиготы).
Рис. 46. Эволюция лошади
Легко обнаружить родство между организмами при сравнении их эмбриональных стадий развития. Ещё в первой половине XIX в. Карл Бэр установил закон зародышевого сходства: эмбрионы различных классов и видов позвоночных животных обнаруживают в пределах типа большое сходство (рис. 47). Причём наиболее похожи эмбрионы на ранних стадиях развития. Позднее немецкие учёные Фриц Мюллер и Эрнст Геккель сформулировали биогенетический закон: онтогенез особи есть краткое повторение филогенеза данного вида. Позднее этот закон уточнил российский учёный Алексей Николаевич Северцов. Он установил, что любой организм в своём индивидуальном развитии повторяет не взрослые формы предков, а эмбриональные стадии развития предковых форм. В эмбриогенезе у всех позвоночных закладывается хорда, которая у ланцетника остаётся на всю жизнь, а у высших позвоночных в дальнейшем замещается позвоночником. На ранних стадиях развития у зародышей птиц и млекопитающих (включая человека) сердце состоит всего из двух отделов: предсердия и желудочка, а в глотке закладываются жаберные щели и перегородки, что объясняется происхождением этих классов от предков, дышащих жабрами.
Биогеография. Наука о закономерностях распространения на Земле живых организмов тоже располагает данными в пользу эволюционных преобразований живой природы. Распределение животных и растений на планете имеет неравномерный, прерывистый характер, который нельзя объяснить только климатическими особенностями. Дрейф континентов, который приводил к возникновению географической изоляции, объясняет особенности развития и распространения видов.
Раннее отделение Австралии, Океании и Южной Америки привело к тому, что на этих территориях сохранилась древняя фауна (сумчатые и яйцекладущие млекопитающие), эволюция которой шла независимо от фауны других материков. Очень похож животный и растительный мир Евразии и Северной Америки – континентов, которые сравнительно недавно ещё были связаны друг с другом сушей в районе Берингова пролива. Напротив, природа Южной и Северной Америки значительно отличается, потому что эти континенты в недалёком прошлом были самостоятельными участками суши и лишь позднее соединились Панамским перешейком.
Рис. 47. Сходство эмбрионов позвоночных на ранних стадиях развития
Мы привели далеко не полный перечень доказательств в пользу существования эволюционного процесса, но даже этого достаточно, чтобы убедиться в том, что эволюция живых организмов – это реальный процесс, существующий во времени и пространстве.
Вопросы для повторения и задания
1. Докажите существование эволюции с точки зрения эмбриологии.
2. Расскажите о палеонтологических доказательствах эволюционного процесса.
3. Какие органы называют гомологичными, какие – аналогичными?
4. Приведите примеры сходства строения органов у неродственных групп животных, обитающих в одинаковых условиях.
5. Объясните, каковы причины существования рудиментов и появления атавизмов. Почему они служат доказательствами процесса эволюции?
Подумайте! Выполните!
1. Объясните, почему в природе в процессе эволюции у разных видов организмов, далеко отстоящих друг от друга, появляются аналогичные органы.
2. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, выясните, почему расположенный у восточного берега Африки остров Мадагаскар является местом огромного скопления эндемичных видов. К какой группе доказательств существования эволюции можно отнести этот факт?
3. Опираясь на знания, полученные на уроках зоологии, докажите, что малая берцовая кость у птиц является рудиментом.
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
Узнайте больше
Особенности строения как результат эволюции. В ходе эволюции каждый новый элемент формируется из существующих ранее за счёт последовательных приспособительных изменений. Эта особенность является причиной некоторых специфических несообразностей в строении живых организмов. Например, у млекопитающих возвратный гортанный нерв в составе блуждающего нерва идёт от мозга к сердцу. Далее, выделившись из блуждающего нерва, уже в качестве самостоятельного нерва огибает дугу аорты и возвращается к гортани. В результате нерв проходит гораздо более длинный путь, чем необходимо. Особенно наглядно эта проблема видна на примере жирафа, у которого длина возвратного нерва может достигать 4 м, хотя расстояние от мозга до гортани – всего несколько сантиметров. Такое взаимное расположение нервов и сосудов млекопитающие унаследовали от древних рыбообразных предков, у которых, как и у всех рыб, не было шеи.
Повторите и вспомните!
Растения
Гомологичные и аналогичные органы растений. Гомологичные органы растений имеют одинаковое происхождение, но могут различаться формой и выполняемыми функциями, например луковица и корневище. Аналогичные органы, наоборот, внешне сходны, выполняют одинаковые функции, но имеют разное происхождение, например колючки барбариса и боярышника.
Видоизменения листьев. В ходе эволюции в связи с приспособлением к условиям обитания у многих растений наряду с настоящими листьями возникали их разнообразные видоизменения.
Наиболее распространенное видоизменение листьев – колючки. У барбариса острые колючки – это бывшие листья, в которых не развивается мезофилл. Листовое происхождение имеют и колючки кактусов. Колючки играют защитную роль, предохраняя растения от поедания животными, и снижают испарение, уменьшая площадь поверхности листьев.
У многих представителей семейства бобовых листья превратились в усики.
У насекомоядных (хищных) растений листья превратились в особые ловчие аппараты. При нехватке в почве азота и минеральных веществ насекомые являются хорошим дополнительным питанием этим удивительным растениям.
У многих растений листья видоизменяются в чешуйки. Толстые сочные чешуи луковицы запасают питательные вещества. Чешуйки, покрывающие почки, выполняют защитную функцию, а листья-чешуйки саксаула способствуют снижению транспирации.
Основные части цветка (лепестки венчика, листочки чашечки, тычинки и пестик) – это тоже видоизменённые листья.
Видоизменения побегов. В процессе эволюции в связи с выполнением побегами дополнительных функций у растений возникали их разнообразные видоизменения.
Вегетативное размножение и расселение выполняют столоны – надземные или подземные, обычно недолговечные побеги с длинными, тонкими междоузлиями и чешуевидными, бесцветными, реже зелёными листьями.
Корневище – это подземный горизонтальный (папоротник, злаки), косо растущий (земляника) и даже вертикальный (вех) побег многолетних травянистых растений, внешне напоминающий корень. В отличие от корня, корневище не имеет корневого чехлика, несёт верхушечную и пазушные почки, расчленено на узлы и междоузлия. Из почек развиваются надземные побеги и новые корневища, а в узлах образуются придаточные корни.
Подземный (реже надземный) укороченный побег, имеющий уплощённый стебель – донце, от которого отходят придаточные корни, называют луковицей. На донце располагаются чешуевидные сочные, мясистые листья. Луковичные широко распространены в степях и полупустынях (тюльпаны), но встречаются и в лесной зоне (подснежники).
Клубень – это видоизменённый побег, стебель которого, прекративший верхушечный рост, сильно разрастается в толщину и накапливает запасные вещества (крахмал, реже масла). Подземные клубни часто развиваются на столонах и несут недоразвитые листья («бровки»), пазушные почки которых называют «глазками» (картофель). У капусты кольраби надземные клубни формируются на главном побеге и несут зелёные листья.
Корневища, луковицы и клубни запасают питательные вещества, обеспечивают вегетативное размножение и переживание неблагоприятных для роста растений сезонов.
Другими видоизменениями надземных побегов являются колючки стеблевого происхождения (боярышник, дикая яблоня, дикая груша); кладодии – уплощённые стебли, способные к фотосинтезу; ползучие стебли – усы (с длинными междоузлиями) и плети (с укороченными междоузлиями), служащие для вегетативного размножения.
Человек
Рудимент человека – аппендикс. От слепой кишки толстого кишечника отходит червеобразный отросток – аппендикс. Аппендикс человека имеет длину от 2 до 20 см и не участвует в расщеплении пищи. Воспаление этого отростка вызывает заболевание – аппендицит. У человека появляется боль в правой паховой области, возникает рвота, поднимается температура. Аппендицит опасен тем, что из аппендикса инфекция может попасть в брюшную полость и вызвать опасное для жизни воспаление – перитонит. Острый аппендицит требует немедленного хирургического удаления аппендикса. При болях в животе необходимо срочно вызвать врача, а до его прихода больному нельзя давать слабительные или обезболивающие препараты, класть на живот грелку, ставить клизму. До выяснения окончательного диагноза следует также воздержаться от приёма пищи.
Группа 301.
Тема:Фотосинтез.Биологическое окисление
Гр.106Тема:Мейоз. Образование половых клеток и оплодотворение
Прочитайте, запишите
коротко стадии мейоза, и что происходит во время этих стадий(обратите внимание
на рисунки)
Вспомните!
Где в организме человека происходит образование половых клеток?
Какой набор хромосом содержат гаметы? Почему?
Для осуществления полового размножения необходимы специализированные клетки – гаметы, содержащие одинарный (гаплоидный) набор хромосом. При их слиянии (оплодотворении) происходит образование диплоидного набора, в котором каждая хромосома имеет пару – гомологичную хромосому. В каждой паре гомологичных хромосом одна хромосома получена от отца, а вторая – от матери.
У животных процесс образования половых клеток – гаметогенез – протекает в специальных органах – половых железах (гонадах). У большинства животных мужские половые клетки (сперматозоиды) образуются в семенниках, женские гаметы (яйцеклетки) – в яичниках. Развитие яйцеклеток называют овогенезом или оогенезом, а сперматозоидов – сперматогенезом.
Строение половых клеток.
Яйцеклетки – это относительно крупные неподвижные клетки округлой формы. У некоторых рыб, пресмыкающихся и птиц они содержат большой запас питательных веществ в виде желтка и имеют размеры от 10 мм до 15 см. Яйцеклетки млекопитающих, в том числе и человека, гораздо мельче (0,1–0,3 мм) и желтка практически не содержат.
Сперматозоиды – мелкие подвижные клетки, у человека их длина всего около 60 мкм. У разных организмов они отличаются формой и размерами, но, как правило, все сперматозоиды имеют головку, шейку и хвост, обеспечивающий их подвижность. В головке сперматозоида находится ядро, содержащее хромосомы, и акросома – особый пузырёк с ферментами, необходимыми для растворения оболочки яйцеклетки. В шейке сосредоточены митохондрии, которые обеспечивают движущийся сперматозоид энергией (рис. 63).
Рис. 63. Сперматозоид млекопитающего: А – электронная фотография; Б – схема строения
Сперматозоиды впервые были описаны голландским естествоиспытателем А. Левенгуком в 1677 г. Он же и ввёл этот термин – сперматозоид (от греч. sperma – семя и zoon – живое существо), т. е. живое семя. Яйцеклетка млекопитающих была открыта в 1827 г. российским учёным К. М. Бэром.
Образование половых клеток. Развитие половых клеток подразделяют на несколько стадий: размножение, рост, созревание, а в процессе сперматогенеза выделяют ещё и стадию формирования (рис. 64).
Рис. 64. Гаметогенез у человека
Рис. 65. Фазы мейоза
Стадия размножения. На этой стадии клетки, формирующие стенки половых желёз, активно делятся митозом, образуя незрелые половые клетки. Эта стадия у мужчин начинается с наступлением половой зрелости и продолжается почти всю жизнь. У женщин образование первичных половых клеток завершается ещё в эмбриональном периоде, т. е. общее количество яйцеклеток, которые у женщины будут созревать в течение её репродуктивного периода, определяется уже на ранней стадии развития женского организма. На стадии размножения первичные половые клетки, как и все остальные клетки тела, диплоидны.
Стадия роста. На стадии роста, которая гораздо лучше выражена в овогенезе, происходит увеличение цитоплазмы клеток, накопление необходимых веществ и редупликация ДНК (удвоение хромосом).
Стадия созревания. Третья стадия – это мейоз. Мейоз – это особый способ деления клеток, приводящий к уменьшению числа хромосом вдвое и к переходу клетки из диплоидного состояния в гаплоидное.
Будущие гаметы на стадии созревания делятся дважды. Клетки, приступающие к мейозу, содержат диплоидный набор уже удвоенных хромосом. В процессе двух мейотических делений из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидные.
Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократное удвоение ДНК, осуществлённое на стадии роста. В каждом делении мейоза выделяют четыре фазы, характерные и для митоза (профазу, метафазу, анафазу, телофазу), однако они отличаются некоторыми особенностями (рис. 65).
Профаза первого мейотического деления (профаза I) значительно длиннее, чем профаза митоза. В это время удвоенные хромосомы, каждая из которых состоит уже из двух сестринских хроматид, спирализуются и приобретают компактные размеры. Затем гомологичные хромосомы располагаются параллельно друг другу, образуя так называемые биваленты или тетрады, состоящие из двух хромосом (четырёх хроматид). Между гомологичными хромосомами может произойти обмен соответствующими гомологичными участками (кроссинговер), что приведёт к перекомбинации наследственной информации и образованию новых сочетаний отцовских и материнских генов в хромосомах будущих гамет (рис. 66).
К концу профазы I ядерная оболочка разрушается.
В метафазе I гомологичные хромосомы попарно в виде бивалентов, или тетрад, располагаются в экваториальной плоскости клетки, и к их центромерам присоединяются нити веретена деления.
В анафазе I гомологичные хромосомы из бивалента (тетрады) расходятся к полюсам. Следовательно, в каждую из двух образующихся клеток попадает только одна из каждой пары гомологичных хромосом – число хромосом уменьшается в два раза, хромосомный набор становится гаплоидным. Однако каждая хромосома при этом всё ещё состоит из двух сестринских хроматид.
Рис. 66. Перекрёст хромосом и обмен гомологичными участками
В телофазе I образуются клетки, имеющие гаплоидный набор хромосом и удвоенное количество ДНК.
Спустя короткий промежуток времени клетки приступают ко второму мейотическому делению, которое протекает как типичный митоз, но отличается тем, что участвующие в нём клетки гаплоидны.
В профазе II разрушается ядерная оболочка. В метафазе II хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки, нити веретена деления соединяются с центромерами хромосом. В анафазе II центромеры, соединяющие сестринские хроматиды, делятся, хроматиды становятся самостоятельными дочерними хромосомами и расходятся к разным полюсам клетки. Телофаза II завершает второе деление мейоза.
В результате мейоза из одной исходной диплоидной клетки, содержащей удвоенные молекулы ДНК, образуется четыре гаплоидные клетки, каждая хромосома которых состоит из одиночной молекулы ДНК.
При сперматогенезе на стадии созревания в результате мейоза образуется четыре одинаковые клетки – предшественники сперматозоидов, которые на стадии формирования приобретают характерный вид зрелого сперматозоида и становятся подвижными.
Мейотические деления в овогенезе характеризуются рядом особенностей. Профаза I завершается ещё в эмбриональном периоде, т. е. к моменту рождения девочки в её организме уже имеется полный набор будущих яйцеклеток. Остальные события мейоза продолжаются только после полового созревания женщины. Каждый месяц в одном из яичников у женщины продолжает развитие одна из остановившихся в своем делении клеток. В результате первого деления мейоза образуется крупная клетка – предшественник яйцеклетки и маленькое, так называемое полярное, тельце, которые вступают во второе деление мейоза. На стадии метафазы II предшественница яйцеклетки овулирует, т. е. выходит из яичника в брюшную полость, откуда попадает в яйцевод. Если происходит оплодотворение, второе мейотическое деление завершается – образуется зрелая яйцеклетка и второе полярное тельце. Если слияния со сперматозоидом не происходит, не закончившая деление клетка погибает и выводится из организма.
Полярные тельца служат для удаления избытка генетического материала и перераспределения питательных веществ в пользу яйцеклетки. Спустя некоторое время после деления они погибают.
Значение гаметогенеза. В результате гаметогенеза образуются половые клетки, содержащие гаплоидный набор хромосом, что позволяет при оплодотворении восстанавливать число хромосом, характерное для вида. В отсутствие мейоза слияние гамет приводило бы к удвоению числа хромосом у каждого последующего поколения, возникающего в результате полового размножения. Этого не происходит благодаря существованию особого процесса – мейоза, во время которого диплоидное число хромосом (2n) сокращается до гаплоидного (1n). Таким образом, биологическая роль мейоза заключается в поддержании постоянства числа хромосом в ряду поколений вида.
Вопросы для повторения и задания
1. Сравните строение мужских и женских половых клеток. В чём их сходство и отличия?
2. От чего зависит размер яйцеклеток? Объясните, почему яйцеклетки млекопитающих – одни из самых мелких.
3. Какие периоды выделяют в процессе развития половых клеток?
4. Расскажите, как протекает период созревания (мейоз) в процессе сперматогенеза; овогенеза.
5. Перечислите отличия мейоза от митоза.
6. В чём заключается биологический смысл и значение мейоза?
Подумайте! Выполните!
1. Организм развился из неоплодотворённой яйцеклетки. Являются ли его наследственные признаки точной копией признаков материнского организма?
2. Объясните, почему для обозначения мужских половых клеток существует два термина: спермии (например, у покрытосеменных растений) и сперматозоиды.
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
Повторите и вспомните!
Человек
Половые клетки. Образование сперматозоидов у мужчин начинается с момента полового созревания. Длительность всех четырёх фаз сперматогенеза составляет около 80 дней. За всю жизнь в организме мужчины образуется огромное количество сперматозоидов – до 1010.
Несмотря на то что в женском эмбрионе закладывается очень много яйцеклеток, созревают из них лишь немногие. За репродуктивный период, т. е. когда женщина способна к деторождению, окончательно формируются около 400 яйцеклеток.
Развитие половых клеток (овогенез и сперматогенез) определяет здоровье будущего поколения. Курение, употребление алкогольных напитков, наркотических препаратов может оказать необратимое влияние на формирующиеся половые клетки, что в дальнейшем приведёт к бесплодию или рождению ребёнка с наследственными или врождёнными нарушениями.
Гр. 108. Тема:Условия смещения химического равновесия. Принцип Ле Шателье.
Принцип Ле-Шателье
Общий принцип смещения химического равновесия был предложен французским ученым Анри Ле-Шателье и в современной трактовке выглядит следующим образом:
Общий принцип смещения равновесия (принцип Ле-Шателье):
если на равновесную систему оказать внешнее воздействие, то равновесие сместится так, чтобы уменьшить влияние этого воздействияПоскольку положение равновесия определяется скоростями прямой и обратной реакций, то оно зависит от тех же факторов, от которых зависит и скорость, а именно: температуры и концентрации веществ. Кроме того, на положение равновесия в реакциях с участием газов может влиять давление.
Факторы, влияющие на смещение химического равновесия
Разберем влияние каждого фактора на примере обратимой реакции синтеза аммиака:
Концентрация
В ходе прямой реакции из простых веществ (азота и водорода) получают аммиак, а в ходе обратной реакции посредством разложения аммика образуются азот и водород. Для каждой из этих реакции запишем уравнение скорости: прямая реакция:
обратная реакция:
При наступлении химического равновесия скорости прямой и обратной реакций становятся равны: . Очевидно, что при увеличении концентрации газообразного азота в системе, возрастет и его равновесная молярная концентрация , и, следовательно, увеличится скорость прямой реакции , скорость же обратной реакции останется неизменной. В таком случае говорят, что равновесие сдвигается вправо или в сторону прямой реакции. То есть, при увеличении концентрации реагента, равновесие смещается в сторону образования продуктов. Аналогично рассуждая, можно прийти к выводу, что при уменьшении концентрации реагентов скорость обратной реакции будет больше, чем скорость прямой и равновесие сместится в сторону исходных веществ.
Температура
В рассмотренном примере
прямая реакция является экзотермической (протекает с выделением тепла), а обратная – эндотермической (идет с поглощением тепла). Рассмотрим поведение данной равновесной системы при повышении температуры. Руководствуясь принципом Ле-Шателье можно предсказать «сопротивление» системы внешнему воздействию (нагреванию), то есть прямая экзотермическая реакция будет замедляться и, значит, равновесие будет смещаться влево, в сторону эндотермической реакции. И наоборот, при уменьшении температуры, система будет «сопротивляться», отдавая тепло. То есть увеличится скорость прямой реакции и равновесие сместится в сторону экзотермической реакции.
Легко запомнить, что если происходит нагревание во время реакции (то есть выделяется тепло), то его нужно отводить (охлаждать). Если для реакции не хватает тепла (то есть поглощается тепло), то такую систему нужно нагревать.
Давление
Давление влияет только на обратимые газовые реакции, причем только на те из них, в которых происходит изменение общего числа молекул газа. Увеличение давления смещает равновесие в сторону образования меньшего числа молекул газов, а уменьшение давления – в сторону увеличения числа молекул. Так, в рассматриваемой реакции
количество газов в левой части уравнения (1+3)=4 моль, в правой - 2 моль. Следовательно, при повышении давления равновесие в данной системе сместится вправо, при уменьшении давления - влево.
Легко запомнить: увеличение давления смещает реакцию в сторону меньшего объема. В случае равных объемов газообразных исходных веществ и продуктов, давление не влияет на смещение равновесия.
Катализатор
При использовании катализатора в равновесных системах, ускоряются как прямая, так и обратная реакции, причем скорости обеих реакций увеличиваются в одинаковое число раз. Равновесие при этом сохраняется. Таким образом, катализатор не влияет на положение равновесия, а только приводит к более быстрому его установлению.
