05.02.21 г. 208,201,303 группы по расписанию

ГРУППА 208 (БИОЛОГИЯ)

ТЕМА: Развитие жизни в Мезозое, Кайнозое.

Мезозойская эра

Окончательно Пангея оформляется к рубежу новой геологической эры – мезозойской, начавшейся около 235 млн. лет назад. Та делится на три периода – триасовый, юрский и меловой. В мезозое происходит распад Пангеи на два суперматерика – северную Лаврвзию и южную Гондвану. В  ходе дальнейших тектонических процессов Гондвана раскалывается на Южную Америку, Африку, Антарктиду и Австралию, а также более мелкие обломки, например, Индостан. Лавразия распадётся на два материка – Евразию и Северную Америку. К концу мезозоя основные современные материковые плиты были полностью разделены.

Подробнее о геологии мезозоя

В ходе этих процессов, сопровождающихся мощным вулканизмом и на поверхность изливаются огромные количества лавы (в некоторых местах – слоем до 8 км толщиной) и газов.  Температура поверхности Земли резко возрастает и так же резко падает. В среднем мезозое почти на всей суше господствует теплый влажный климат. Это обеспечивает богатство и разнообразие биоты.

В массовом сознании это «эра динозавров». Отчасти так оно и есть. Следует помнить, однако, что в экономике природы беспозвоночные животные играют гораздо большую роль, чем позвоночные, не говоря уже о растениях. Важнейшие отряды насекомых - бабочки, двукрылые (мухи и комары), перепончатокрылые (муравьи, пчёлы, осы) – тоже уроженцы мезозоя (точнее, первые достоверные находки их останков датируются мезозоем). Значительные перестройки происходят также в морских сообществах. Появляются новые классы и типы водорослей, которые в настоящее время являются основными продуцентами Мирового океана – как у берегов (бурые водорсли), так и в толще воды. Одноклеточные диатомовые водоросли заключены в двустворчатый кремнезёмный панцирь точь-в-точь как  кусок мыла в мыльнице . Другие одноклеточные водоросли – кокколитофориды, достигшие в позднем мезозое величайшего расцвета, имеют панцирь, состоящий из известковых чешуек . С того времени и по сей час на дне океана формируются толщи кремнезёмных осадков (в тропической и умеренной зонах) – кладбища диатомей и толщи карбонатных осадков (в субтропической зоне) – кладбища кокколитофорид и глобигерин. Если в богатые атмосферной углекислотой, протерозойские времена, донные карбонаты формировались абиогенно в виде доломитов CaMg(CO₃)₂, то теперь соли угольной кислоты отлагаются на дно только под влиянием живых организмов, главным образом, невидимых человеческим глазом. Из них и строят белокаменные дворцы. Диатомовые и карбонатные илы занимают в океане площадь в несколько раз большую, чем территория России.

Итак, в общественном сознании мезозой – время гигантских ящеров. Другие группы живых существ, прежде всего новые классы растений, сыграли неизмеримо большую роль в эволюции биосферы, но это практически никому не известно. Причина – они не страшные. Однако есть в этом своя биологическая загадка: почему именно тогда естественный отбор работал на создание гигантов? Перход к следующей эре - это решительная ставка на мелкие сухопутные формы.

 

Первый период  мезозоя – триасовый. Грандиозная засуха пермотриаса – 20 млн. лет засухи – приводит к грандиозному вымиранию пышной фауны и флоры позднего палеозоя. Раннемезозойские пейзажи обычно изображаются бурой каменистой пустыней .

Масштабы вымирания не повторились никогда. Но вот что удивительно - исчезли не только влаголюбивые амфибии , но и огромное количество морских таксонов. Поэтому только засухой исчерпывающе объяснить пермотриасовую катастрофу не получится. Конечно, наготове палочка-выручалочка - падение крупного метеорита, но это для массовой культуры. Для самих себя биологи обычно не могут найти объяснения массовым вымираниям на границах крупных геологических эпох. В позднем палеозое, вероятно, под влиянием развития подвижных хищников - рыб и головоногих моллюсков - начинается растянутое во времени вымирание слабозащищённых малоподвижных беспозвоночных - трилобитов, граптолитов, ракоскорпионов, панцирных рыб и некоторых других, безраздельно господствовавших в ордовикских и силурийских морях. К триасу они сходят на нет.

Опустевшую сушу постепенно колонизируют существа сухого мира - голосеменные растения (в том числе и хвойные, достигшие в эту эпоху значительного  разнообразия),  пресмыкающиеся и первые млекопитающие.

Для оплодотворения голосеменных не нужна влажная внешняя среда. У них аналог заростка папоротникообразных (спорофит) развивается внутри специальных органов на самом материнском растении. Некоторые части этих органов образуют наружные покровы семени. Безусловно, семя более жизнеспособно в условиях засухи, чем спора.

Прогресс пресмыкающихся связан с решением двух физиологических задач – становлением настоящего лёгочного дыхания и возникновением амниоти-ческого яйца.

Исходно рыбы, находящиеся в условиях дефицита кислорода в воде, приспосабливаются к заглатыванию атмосферного воздуха. Наши лёгкие – это специализированный вырост пищеварительного тракта. Школьный представитель земноводных – лягушка – не имеет грудной клетки из рёбер, она тоже заглатывает кислород посредством движения кожной складки под нижней челюстью. Такой тип дыхания несовершенен, поэтому половина кислорода поступает в кровеносное русло через кожу. Кожное дыхание возможно только через влажные слизистые покровы. Если кожа высохнет, она станет непроницаемой для газов воздуха.

Чтобы грудная клетка совершала дыхательные движения, необходимы, во- первых, подвижные рёбра, посредством суставов прикрепляющиеся к позвонкам; во-вторых – специализированные мышцы, поднимающие и опускающие рёбра и в-третьих – нервный центр в продолговатом мозгу, который регулирует частоту дыхательных движений. Весь этот комплекс появляется только у пресмыкающихся, что позволяет им иметь сухие, не теряющие влагу покровы.

Амниотическое яйцо – это яйцо, в котором развиваются внезародышевые оболочки – амнион. Представьте себе головастика, заключённого в пузырёк с жидкостью. Стенки пузырька и есть амнион, выделяющий амниотическую жидкость. Когда «головастик» разовьётся и покинет яйцо, внезародышевые оболочки отмирают. Потомки рептилий - млекопитающие и птицы - сохранили амниотическое яйцо.

Млекопитающие старше птиц на 70 млн. лет. Они очень рано отделились от рептилий – ещё в триасе, поэтому несут на себе следы недоделок. В частности, у них сохранились кожные железы – сальные, потовые, млечные.

 

Динозавры появляются в следующем, юрском периоде.

Подробнее о геологических процессах мезозоя

Именно в юре происходят самые крупные тектонические процессы мезозоя – наиболее интенсивный раскол континентальных плит, формирование водоёмов, превратившихся позже в Индийский и Атлантический океаны. Формировались новые горные цепи (каледонская складчатость) и лавовые плато. Окружающая Комсомольск-на-Амуре горная страна - Сихотэ-Алинь, Баджал и соседние хребты имеют мезозойское происхождение. На суше господствуют голосеменные, образующие беннетитово-цикадофитовые леса в тропиках, гинкговые и кордаитово-хвойные - в умеренной зоне. В это время на суше возникают самые гигантские формы животных, и это исключительно рептилии. Млекопитающие мезозоя – мелкие и редкие крысовидные существа, темпы эволюции которых совершенно несравнимы с эволюцией пресмыкающихся.

Меловой период, как упоминалось выше – это время растительной революции, полной смены ведущих групп продуцентов как на море, так и на суше и перевода в подводные известняки огромного количества атмосферной углекислоты. Завершается раскол Гондваны и Лавразии, формирования Атлантического и Индийского океанов, закрывается океан Тетис.

Меловые утёсы в юго-восточной Англии

Меловой период для геолога – это действительно время отложения мощных меловых толщ, до сотни и более метров. Вам знакомы выраженеия «меловые скалы Дувра», «Альбион»... Альбум по латыни – «белый».

Мел состоит из останков одноклеточных водорослей кокколитофорид, точнее – их панцирей, состоящих из известковых чешуек - кокколитов. Эта группа простейших существует и сейчас; иногда они так обильны, что окрашивают морскую воду в молочно-белый цвет. Кокколитофориды, расцвет которых пришёлся на поздний мезозой, связали и отложили на морском дне огромное количество углекислоты, изъятой в конечном счёте из атмосферы. Это привело к некоторому понижению средней температуры земной атмосферы, и, безусловно, снизило продуктивность сухопутных растений (меньше углекислого газа – пропорционально меньше скорость фотосинтеза). 

Ещё одна особенность мелового периода – становление покрытосеменных (цветковых) растений. Появились они в раннем мелу, вероятно на территории нынешней Юго-Восточной Азии. Это были невысокие деревья или кустарники . Как ни странно, древнейшая ныне живущая ветвь покрытосеменных растений - это порядок нимфейные (с близкими к нему лотосовыми и раффлезиевыми), пресноводные растения с плавающими листьями, "водяные лилии". Они относятся к подклассу магнолиевых. Собственно магнолии в российской части Дальнего Востока встречаются на Южных Курилах; в южной части Хабаровского края произрастают другие представители подкласса -  лимонник китайский и местные нимфейные, лотосовые, раффлезиевые - кувшинковые, роголистник, лотос Комарова, бразения Норденшельда.

Подробнее о мезозое

В среднем мелу, вероятнее всего, после разрушения некоего изолирующего барьера, в течение нескольких миллионов лет они распространились практически всесветно и дали мощную вспышку формообразования, а в позднем мелу стали господствующей группой наземных растений, сформировав целостные сообщества, состоящие из многих ярусов. В это время растительность приобрела вид, близкий к современному -  существовали платаны, дубы, лавры, появляются первые травянистые растения – лютиковые, однодольные.

Кайнозойская эра (эра новой жизни) началась 65 млн лет назад и длится в настоящее время. Она подразделяется на третичный и четвертичный периоды.

 

Происходит расцвет покрытосеменных растений. Разнообразие цветков и плодов цветковых растений обусловило большое разнообразие насекомых, которые ими питаются.

 

Лес кайнозойской эры

 

Плоды растений и многочисленные насекомые расширили кормовую базу птиц. Птицы стали господствующим классом кайнозойской эры.

 

Вторым господствующим классом стали млекопитающие. К началу эры они были представлены насекомоядными. Далее началась специализация млекопитающих к разным экологическим нишам, и возникают современные отряды.

 

 

Фауна кайнозоя

 

Некоторые млекопитающие осваивают водную среду. Появляются китообразные и ластоногие.

 

В четвертичном периоде появляются приматы и человек.

 

ГРУППА 201

ТЕМА:  Спирты. Получение этанола брожением глюкозы и гидратацией этилена.

Химические свойства и получение спиртов. 

В химических реакциях гидроксисоединений возможно разрушение одной из двух связей: ·        С–ОН с отщеплением ОН-группы ·        О–Н с отщеплением водорода Это могут быть реакции замещения, в которых происходит замена ОН или Н, или реакция отщепления (элиминирования), когда образуется двойная связь. I. Кислотно-основные RO- + H+ ↔ ROH ↔ R+ + OH-                                            алкоголят-ион Кислотные свойства уменьшаются в ряду, а основные возрастают: HOH →    R-CH2-OH    →    R2CH-OH    →    R3C-OH вода          первичный           вторичный          третичный Кислотные свойства С активными щелочными металлами: 2C2H5OH + 2 Na → 2C2H5ONa + H2                                     этилат натрия Алкоголяты подвергаются гидролизу, это доказывает, что у воды более сильные кислотные свойства C2H5ONa + H2O ↔ C2H5OH + NaOH Основные свойства С галогенводородными кислотами:                        C2H5OH + HBr  H2SO4(конц)↔ C2H5Br + H2O                                                    бромэтан Лёгкость протекания реакции зависит от природы галогенводорода и спирта – увеличение реакционной способности происходит в следующих рядах: HF < HCl < HBr  < HI первичные  <  вторичные  <   третичные  II. Окисление 1). В присутствии окислителей [O] – K2Cr2O7 или KMnO4 спирты окисляются до карбонильных соединений: Первичные спирты при окислении образуют альдегиды, которые затем легко окисляются до карбоновых кислот. При окислении вторичных спиртов образуются кетоны.  Третичные спирты более устойчивы к действию окислителей. Они окисляются только в жестких условиях (кислая среда, повышенная температура), что приводит к разрушению углеродного скелета молекулы и образованию смеси продуктов (карбоновых кислот и кетонов с меньшей молекулярной массой).                                     В кислой среде:  Для первичных и вторичных одноатомных спиртов качественной реакцией является взаимодействие их с кислым раствором дихромата калия. Оранжевая окраска гидратированного иона Cr2O72- исчезает и появляется зеленоватая окраска, характерная для иона Cr3+ . Эта смена окраски позволяет определять даже следовые количества спиртов.  CH3- OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → CO2 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 6H2O  3CH3-CH2-OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 3CH3COH + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O В более жёстких условиях окисление первичных спиртов идёт сразу до карбоновых кислот:                                                              3CH3-CH2-OH + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 t→ 3CH3COOH + 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 11H2O Третичные спирты устойчивы к окислению в щелочной и нейтральной среде. В жёстких условиях (при нагревании, в кислой среде) они окисляются с расщеплением связей С-С и образованием кетонов и карбоновых кислот.  В нейтральной среде:  CH3 – OH + 2KMnO4 →K2CO3 + 2MnO2 + 2H2O, а остальные спирты до солей соответствующих карбоновых кислот.  2). Качественная реакция на первичные спирты! 3). Горение (с увеличением массы углеводородного радикала – пламя  становится всё более коптящим)                               CnH2n+1-OH + O2 t → CO2 + H2O + Q  III. Реакции отщепления  1) Внутримолекулярная дегидратация                                  CH3-CH2-CH(OH)-CH3        t>140,H2SO4(к)→      CH3-CH=CH-CH3 + H2O бутанол-2                                                                  бутен-2                                                           В тех случаях, когда возможны 2 направления реакции, например: дегидратация идет преимущественно в направлении I, т.е. по правилу Зайцева – с образованием более замещенного алкена. Правило Зайцева: Водород отщепляется от наименее гидрированного атома углерода соседствующего с углеродом, несущим гидроксил.  2) Межмолекулярная дегидратация              2C2H5OH     t<140,H2SO4(к)→   С2H5-O-C2H5 + H2O                                                      простой эфир  (О классе "ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ") - при переходе от первичных спиртов к третичным увеличивается склонность  к отщеплению воды и образованию алкенов; уменьшается способность образовывать простые эфиры.  3) Реакция дегидрирование и дегидратация предельных одноатомных спиртов – реакция С.В. Лебедева             2C2H5OH     - 425,ZnO,Al2O3→     CH2=CH-CH=CH2 + H2 + 2H2O  IV. Реакции этерификации Спирты вступают в реакции с минеральными и органическими кислотами, образуя сложные эфиры. Реакция обратима (обратный процесс – гидролиз сложных эфиров).   Получение спиртов. Применение Видео-опыты: Горение спиртов Взаимодействие этилового спирта с металлическим натрием Взаимодействие этилового спирта с бромоводородом          Качественная реакция наэтанол          Окисление этилового спиртаоксидом меди (II)          Окисление этилового спиртараствором перманганата калия          Окисление этилового спиртакристаллическим перманганатом калия          Каталитическое окислениеэтанола          Окисление этанола (тест наалкоголь)

ГРУППА 303

ТЕМА: Каталитические реакции. Обратимые и необратимые реакции.Гомогенные и гетерогенные реакции. Экзотермические и эндотермические реакции.Тепловой эффект химических реакций. Термохимические уравнения.

Катализ

Химические реакции подразделяются на каталитические и некаталитические. Каталитические реакции проводятся в присутствии катализаторов – веществ, которые, не вступая в химическое взаимодействие, способны изменять скорость реакции.

Химическое явление ускорения реакции с помощью катализатора называется положительным катализом или просто катализом. Отрицательным катализом называется явление уменьшения скорости протекания реакции под действием специальных веществ – ингибиторов.

Экономическая эффективность катализа проявляется в том, что благодаря использованию катализаторов процесс, как правило, протекает при более низкой температуре, что уменьшает энергетические затраты.

Каталитические реакции лежат в основе производства серной и азотной кислот, аммиака, водорода, процессов получения полимеров и переработки нефти. Особенно широко используют катализ в производстве спиртов, кислот, альдегидов, фенола, синтетических смол и пластмасс, искусственных каучуков и моторных топлив, красителей, лекарств и т.п.

 Обратимые и необратимые химические реакции.

Рассмотрим некоторую абстрактную реакцию, которую запишем в виде:

А+В→АВ, Прямая реакция. Но многие химические реакции могут идти в обратную сторону.

АВ А+В; Обратная реакция.

Для краткости такую реакцию записывают, используя две стрелки, одну – вперед, другую – назад.

А+ВАВ

При повышении температуры скорость большинства химических реакций увеличивается. Но оказывается, что в случае некоторых реакций продукт реакции при температуре, когда она идет с хорошей скоростью, уже начинает разлагаться. В частности, такая ситуация реализуется при взаимодействии водорода с йодом при получении йодоводорода.

Н2 + I2     

Реакции гомогенные и гетерогенные.

Гомогенные реакции, т.е. для такие реакции, которые идут в какой-нибудь одной фазе – газовой или жидкой. Например, это могут быть реакции между двумя газами, либо реакции, протекающие при сливании растворов:

NO₂(г) + CO(г) = NO(г) + CO₂(г);

NaOH(р-р) + HCl(р-р) = NaCl(р-р) + H₂O.

Но существует и множество других реакций, происходящих на границах раздела фаз – между газообразным веществом и раствором, между раствором и твердым веществом, между твердым и газообразным веществами. Такие реакции называются гетерогенными. В качестве типичного примера гетерогенной реакции рассмотрим лабораторный метод получения водорода из металлического цинка и разбавленной серной кислоты:

Zn(тв) + H₂SO₄(р-р) = H₂(г) + ZnSO₄(р-р)

Цинк в виде гранул (кусочки металла неправильной формы и разной величины) помещают в разбавленный раствор серной кислоты и собирают выделяющийся газообразный водород. В пробирке с одной крупной гранулой реакция идет заметно медленнее. При одинаковой массе цинка в пробирках количество выделившегося водорода в обоих опытах будет одинаковым, но в пробирке с мелкими гранулами реакция закончится быстрее. Причина в том, что реакция между цинком и раствором серной кислоты идет только на поверхности контакта гранул с раствором (граница раздела фаз), а общая поверхность у нескольких мелких гранул больше, чем у одной крупной гранулы той же массы. Цинк в виде порошка для этой реакции использовать просто опасно – реакция начинает идти настолько быстро, что смесь выплескивается из пробирки.

I. Тепловой эффект химической реакции.

В каждом веществе запасено определенное количество энергии. С этим свойством веществ мы сталкиваемся уже за завтраком, обедом или ужином, так как продукты питания позволяют нашему организму использовать энергию самых разнообразных химических соединений, содержащихся в пище. В организме эта энергия преобразуется в движение, работу, идет на поддержание постоянной (и довольно высокой!) температуры тела.

Любая химическая реакция сопровождается выделением или поглощением энергии. Чаще всего энергия выделяется или поглощается в виде теплоты (реже - в виде световой или механической энергии). Эту теплоту можно измерить. Результат измерения выражают в килоджоулях (кДж) для одного МОЛЯ реагента или (реже) для моля продукта реакции. Количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся при химической реакции, называется тепловым эффектом реакции (Q). Например, тепловой эффект реакции сгорания водорода в кислороде можно выразить любым из двух уравнений:

2 H₂(г) + O₂(г) = 2 H₂О(ж) + 572 кДж

2 H₂(г) + O₂(г) = 2 H₂О(ж) + Q

Это уравнение реакции называется термохимическим  уравнением. Здесь символ "+Q" означает, что при сжигании водорода выделяется теплота. Эта теплота называется тепловым эффектом реакции. В термохимических уравнениях часто указывают агрегатные состояния веществ.

Реакции протекающие с выделением энергии  называются ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИМИ (от латинского "экзо" – наружу). Например, горение метана:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O + Q

Реакции протекающие  с поглощением энергии называются ЭНДОТЕРМИЧЕСКИМИ (от латинского "эндо" - внутрь). Примером является образование оксида углерода (II) CO и водорода H₂ из угля и воды, которое происходит только при нагревании.

C + H₂O = CO + H₂ – Q

Тепловые эффекты химических реакций нужны для многих технических расчетов.

Тепловые эффекты химических реакций нужны для многих технических расчетов. Представьте себя на минуту конструктором мощной ракеты, способной выводить на орбиту космические корабли и другие полезные грузы (рис.). 

Рис. Самая мощная в мире российская ракета "Энергия" перед стартом на космодроме Байконур. Двигатели одной из её ступеней работают на сжиженных газах - водороде и кислороде.

Допустим, вам известна работа (в кДж), которую придется затратить для доставки ракеты с грузом с поверхности Земли до орбиты, известна также работа по преодолению сопротивления воздуха и другие затраты энергии во время полета. Как рассчитать необходимый запас водорода и кислорода, которые (в сжиженном состоянии) используются в этой ракете в качестве топлива и окислителя?

Без помощи теплового эффекта реакции образования воды из водорода и кислорода сделать это затруднительно. Ведь тепловой эффект - это и есть та самая энергия, которая должна вывести ракету на орбиту. В камерах сгорания ракеты эта теплота превращается в кинетическую энергию молекул раскаленного газа (пара), который вырывается из сопел и создает реактивную тягу.

Задача 1.

По термохимическому уравнению 2Cu + O₂ = 2CuO + 310 кДж

вычислите количество теплоты, выделившейся в результате окисления 4 моль меди.

 

Алгоритм решения

 

1. Над формулами веществ надпишем сведения, взятые из условия задачи, а под формулой – соотношение, отображаемое уравнением реакции

 

2. Находим выделившееся количество теплоты, решая пропорцию:

Ответ: Количество выделившейся теплоты 620 кДж.