ВТОРНИК, 26.10.21 г.  206, 308,401, 403 

МОЯ  ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЧТА: rimma.lu@gmail.com

ВНИМАНИЕ!!! ОЛИМПИАДА ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ!!! ЗАДАНИЯ  НА ВКЛАДКЕ НАШЕГО  САЙТА http://kka.zorinsk.net/index.php/obuchayushchimsya/olimpiadnye-zadaniya

ГРУППА  206 БИОЛОГИЯ  33, 34

ТЕМА: Решение генетических задач

На предыдущих уроках мы с вами изучали законы Менделя. А для чего же изучаются вообще законы?
( Чтобы объяснить какие-то явления природы; чтобы использовать их на практике).
А как мы можем использовать законы Менделя?
( прогнозировать признаки будущих потомков, понимать свою родословную, в наблюдениях, в решении генетических задач.)

Итак, сегодня мы с вами будем решать генетические задачи.

В книге Е. Пчелова “Романовы. История династии” с. 436 говорится: “Царевич унаследовал гемофилию от матери - Александры Фёдоровны. Эта болезнь передаётся только через женщин, которые сами не болеют, но являются носителями вируса. А поражает гемофилия исключительно мужчин”.

Хотите узнать, допустил ли ошибки автор?

(Ответ: Гемофилия не вирусное заболевание, женщины могут болеть гемофилией; если мать носитель гемофилии, а отец здоров, в этом случае вероятность рождения дочери равна 25 %.)

Вспомним основные традиционные обозначения, применяемые в генетике.

Знаком «зеркало Венеры» обозначают женский пол. Знаком «копьё Марса» – мужской.

Крестик обозначает скрещивание. Буквой P (от латинского parentibus) – родительские формы. Гибридное потомство – буквой F (от латинского filios). Цифра с буквой указывает на порядковый номер поколения гибридов. Например, F1 – гибриды первого поколения.
Буквой G обозначают гаметы. Записываются они в кружках.

Итак, начнём с самого простого.

Задачи на определение типов гамет.

Задача 1. Дано: сколько и какие типы гамет может образовывать организм с генотипом AABBccDD?

Решение: гаметы имеют гаплоидный набор хромосом. Значит, в каждой из них будет по одному аллельному гену из каждой пары. Поскольку в условии нам предложен гомозиготный организм (доминантная гомозигота по первому и второму признаку, рецессивная гомозигота по третьему и доминантная гомозигота по четвёртому), аллельные гены у которого одинаковые, то и все гаметы будут одинаковыми.

Ответ: данный организм будет образовывать один тип гамет: ABcD.

Обратите внимание. Организм даёт не одну гамету, а один тип. Самих гамет может быть разное количество. Самка луна-рыбы, например, вымётывает до 300 миллионов икринок.

Задача 2. Дано: сколько и какие типы гамет будет образовывать организм с генотипом AABbccDD?

Решение: мы видим, что этот организм гетерозиготен по второму признаку, а значит в его гаметах может оказаться как ген B, так и ген b. Получаем два варианта их распределения с остальными генами: ABcD и AbcD.

Но это самый простой пример. Если гетерозиготных аллелей (пар) несколько, то при расчёте, чтобы не перебирать все возможные варианты, пользуются несложной формулой 2n, где n – количество гетерозиготных аллелей (пар).

В нашем примере с организмом AABbccDD – одна гетерозиготная аллель – Bb. Подставляем в формулу число 1. Получаем 21 и ответ: два типа гамет.

Разберём более сложный пример.
Задача 3. Дано: сколько и какие типы гамет может образовывать организм с генотипом AaBBCcDD?

Генотип содержит две гетерозиготные аллели (пары). Подставляем в формулу 2n их количество и получаем 22. Значит, данный организм может давать четыре типа гамет.
Поскольку разные аллели могут попасть в гаметы в разных сочетаниях, перебираем их все. Главное здесь быть внимательными и не запутаться.
Вначале возьмём доминантные аллельные гены из каждой гетерозиготной пары: ABCD. А дальше, отталкиваясь от этого варианта, поочерёдно заменяем доминантные аллели рецессивными: aBCD, ABcD и вариант с двумя рецессивными аллелями: aBcD.
Ответ: четыре типа гамет: ABCD, aBCD, ABcD, aBcD.

Задачи на моногибридное скрещивание.
Полное доминирование.

Задача 1. Дано: кареглазый мужчина женился на голубоглазой женщине. У них родился голубоглазый ребёнок. Определите генотипы родителей и вероятность рождения ребёнка с карими глазами.

Решение: в задаче идёт речь об одном признаке – цвете глаз. Значит, это задача на моногибридное скрещивание. Выбираем буквенные обозначения для разного состояния генов, то есть для каждого цвета глаз. При этом учитываем, что ген кареглазости доминантный, а ген, обуславливающий голубой цвет глаз рецессивный.
Пускай А обозначает карие глаза, а ген а – голубые.
Записываем ход скрещивания условными обозначениями.
Родители Р (ставим точку и двоеточие). Обратите внимание и запомните – на первом месте всегда записывается генотип женской особи. Если поставите мужскую – это будет ошибкой. Итак, женщина голубоглазая, значит у нас может быть только один вариант генотипа – аа. То есть, женский организм – рецессивная гомозигота по данному признаку. Кареглазый мужчина может быть, как доминантной гомозиготой, так и гетерозиготой. Но так как по условию задачи у этой пары рождается голубоглазый ребёнок, значит у мужчины в гаметах будет рецессивный ген а. Записываем гетерозиготу – Аа.
Далее определяем гаметы, которые будут давать родительские формы: у матери все они будут содержать а, так как гомозиготы не дают расщепления в потомстве. Будьте здесь внимательны. Записывать нужно только тип гамет. У нас он один. А у гетерозиготного отца образуется два типа гамет: одни будут содержать А – ген кареглазости, другие – а – ген, обуславливающий голубой цвет глаз.
Определяем возможные генотипы и фенотипы детей. При слиянии сперматозоида, содержащего доминантный ген А и яйцеклетки, содержащей рецессивный ген а, развивается гетерозиготный ребёнок по данному признаку с карими глазами. Это один вариант. При слиянии половых клеток с одинаковыми рецессивными генами, будет развиваться гомозиготный ребёнок по данному признаку с голубым цветом глаз. Это второй вариант. Других генотипов у гибридов первого поколения быть не может. Значит в потомстве получаем расщепление, обусловленное гетерозиготностью отца. 50% кареглазых и 50% голубоглазых детей.

Ответ: мужчина гетерозиготен по данному признаку. Женщина - рецессивная гомозигота. Вероятность рождения в семье ребёнка с карими глазами – 50%.

Задача 2. Полидактилия у человека является доминантным признаком, а нормальное строение кистей рук – признак рецессивный. От брака мужчины, имеющего нормальное строение рук с гетерозиготной шестипалой женщиной, родились два ребёнка: пятипалый и шестипалый. Каков генотип этих детей?

Решение: обозначаем буквами доминантный и рецессивный признаки. А – полидактилия, а – нормальное строение кистей рук.
Записываем генотипы родителей. По условию задачи, женщина гетерозиготна. У мужчины известен только фенотип. Но, поскольку он имеет нормальное строение кистей рук, а ген, отвечающий за такое строение рецессивен, делаем вывод о том, что в генотипе мужчины отсутствует доминантный ген шестипалости и он является рецессивной гомозиготой по данному признаку.
Поскольку мать гетерозиготна – она даёт два типа гамет: А и а. Гомогаметный отец – один тип гамет – а.
Рассматриваем варианты слияния гамет. А и а – в результате шестипалый гетерозиготный ребёнок. Вариант а и а даст начало развитию ребёнка с нормальным строением кистей рук. Его генотип – рецессивная гомозигота. Проверяем, соблюдается ли условие задачи. Соблюдается.

Ответ: пятипалый ребёнок – рецессивная гомозигота по данному признаку, шестипалый – гетерозиготен.

Задача 3. От скрещивания комолого быка айширской породы с рогатыми коровами в первом поколении получили 18 комолых (безрогих) телят. Во втором поколении гибридов родилось 96 телят. Часть из них безрогие, а часть рогатые. Определите количество комолых телят во втором поколении и запишите ход скрещивания.

Решение: ген комолости доминирует над геном рогатости. Даже если нам это неизвестно – такой вывод можно сделать из условия задачи. В первом поколении наблюдается единообразие гибридов. А во втором происходит расщепление с проявлением признака, кодируемого рецессивным геном (второй закон Менделя). Делаем вывод о том, что ген комолости – доминантный, а ген, определяющий наличие рогов – рецессивный.
Записываем условие. Рогатые коровы могут иметь только один генотип – рецессивные гомозиготы. Комолые быки могут быть как гомозиготными, так и гетерозиготными. Но поскольку в первом поколении гибридов рецессивный признак не проявляется (18 телят – достаточное количество, чтобы это предположить с большой долей вероятности), значит мужская особь – доминантная гомозигота.
Гомозиготы дают по одному типу гамет.
В результате оплодотворения образуется единообразное потомство. 100% гетерозигот.

Скрещиваем между собой гибридов первого поколения. Родительские особи дают по два типа гамет. Для того, чтобы рассмотреть все варианты их слияния – построим решётку Пеннета. Помните? Женские гаметы записываются вертикально, а мужские горизонтально. Заполняем решётку.
Получаем расщепление по фенотипу в соотношении три к одному. Три части комолых и одна часть рогатых телят. Так как по условию, общее количество телят 96, то три части от этого количества составит 72 телёнка.

Если бы в условии задачи не было задания записать ход скрещивания, её можно было бы решить, опираясь только на второй закон Менделя. Согласно его формулировке во втором поколении гибридов наблюдается расщепление: три части особей с доминантным признаком и одна часть с рецессивным. Всё те же 72 телёнка.

Ответ: 72 телёнка.

Неполное доминирование.

Задача 1. У земляники красная окраска ягод неполно доминирует над белой. Какое потомство следует ожидать от скрещивания двух растений с розовыми ягодами? Запишите генотипы и фенотипы гибридов.

Решение: обозначим доминантный ген буквой А, а рецессивный – а. Отметим, что доминантные гомозиготы будут иметь красные ягоды, рецессивные гомозиготы – белые, а гетерозиготы – розовые.
Записываем ход скрещивания. Обе родительские формы – гетерозиготы. Так как по условию они имеют розовые ягоды. Гетерозиготы дают два типа гамет.
Строим решётку Пеннета. Определяем генотипы и фенотипы первого поколения гибридов. Обратите внимание, что при неполном доминировании (промежуточном характере наследования) расщепление по фенотипу совпадает с расщеплением по генотипу.

Ответ: 25 % доминантных гомозигот с красными ягодами, 50 % гетерозигот с промежуточной окраской плодов – розовой и 25 % рецессивных гомозигот с белыми ягодами. 

ГРУППА 308 БИОЛОГИЯ 5,6

ТЕМА: ЭТАПЫ СТАНОВЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА

В эволюции человека (Homo) различают 4 этапа:

1. Предшественники человека (протантропы): австралопитеки, в т. ч. Человек умелый (Homo habilis).
2. Древнейшие люди (архантропы): вид Человек прямоходящий (Homo erectus) с подвидами: питекантроп, синантроп и гейдельбергский человек.  
3. Древние люди (палеоантропы): неандертальцы. 
4. Современные  люди (неоантропы): вид Человек разумный (Homo sapiens) и кроманьонцы.

Австралопитеки (от лат. Australis — южный, греч. «питекос» — обезьяна) — вымершая группа гоминид (прямоходящих приматов). Их скелетные остатки найдены в Южной Африке. Эти двуногие существа размером с шимпанзе имели много черт, сближающих их с человеком (форма зубов, строение черепной коробки, форма таза). Однако размером мозга (до 550 куб. см) они не превосходили современных человекообразных обезьян.

Более поздние из австралопитеков явились непосредственными предками людей. Они получили название «человек умелый». По своему  внешнему виду и строению человек умелый не отличался от человекообразных обезьян, но уже умел изготовлять примитивные режущие и рубящие орудия из гальки. Естественный отбор способствовал выживанию особей и групп, обладающих навыками к трудовой деятельности.

Линия человека отделилась от общего с обезьянами ствола не ранее 10 и не позднее 6 млн лет назад. Первые представители рода Homo появились около 2 млн лет, а современный человек — не позднее 45 тыс. лет назад. Древнейшие следы трудовой деятельности датируются 2,7 млн лет (орудия из Эфиопии). Многие популяции человека разумного не сменяли друг друга последовательно, а жили одновременно, ведя  борьбу за существование и уничтожая более слабых.

Питекантроп (обезьяночеловек). Останки были обнаружены сначала на о. Ява в 1891 г. Е. Дюбуа, а затем в ряде других мест. Питекантропы ходили на двух ногах, объем мозга у них увеличился, они пользовались примитивными орудиями труда в виде дубин и слегка обтесанных камней. Имели низкий лоб, мощные надбровные дуги, полусогнутое тело с обильным волосяным покровом.

Синантроп, останки которого найдены в 1927–1937 гг. в пещере близ Пекина, во многом сходен с питекантропом, это географический вариант человека прямоходящего. Синантропы  уже умели поддерживать огонь. Основным фактором эволюции древнейших людей был естественный отбор.

Древние люди характеризуют следующий этап антропогенеза, когда в эволюции начинают играть роль и социальные факторы: трудовая деятельность в группах, которыми они жили, совместная  борьба за жизнь и развитие интеллекта. К ним относятся неандертальцы, останки которых были обнаружены в Европе, Азии, Африке. Свое название они получили по месту первой находки в долине реки Неандер (Германия). Неандертальцы жили в ледниковую эпоху 130–30 тыс. лет назад в пещерах, где постоянно поддерживали огонь, одевались в шкуры. Орудия труда неандертальцев много совершеннее и имеют некоторую специализацию: ножи, скребла, ударные орудия. Неандертальцы жили группами по 50–100 человек. Мужчины коллективно охотились, женщины и дети собирали съедобные корни и плоды, старики изготавливали орудия. Последние неандертальцы жили среди первых современных людей, а затем были ими окончательно вытеснены. Часть ученых считают неандертальцев тупиковой ветвью эволюции гоминид, не участвовавшей в формировании современного человека.

Современные люди. Возникновение людей современного физического типа произошло относительно недавно, около 200 тыс. лет назад. Их останки найдены в Европе, Азии, Африке и Австралии. В гроте Кроманьон (Франция) было обнаружено сразу несколько скелетов ископаемых людей современного типа, которых и назвали кроманьонцами. Они обладали всем комплексом особенностей: членораздельная речь, на что указывал развитый подбородочный выступ; строительство жилищ, первые зачатки искусства (наскальные рисунки), одежда, украшения, совершенные костяные и каменные орудия труда, первые прирученные животные — все свидетельствует о том, что это настоящий человек, окончательно обособившийся от своих звероподобных предков. В эволюции кроманьонцев большое значение имели социальные факторы, неизмеримо выросла роль воспитания и передачи опыта. 

В эволюции человека разумного социальные отношения играют все возрастающую  роль. Для людей современных ведущими и  определяющими  стали общественно-трудовые отношения. В этом качественное своеобразие эволюции человека.

 

На поздних этапах эволюции человека главными стали социальные факторы эволюции:

• стадный образ жизни;
• звуковая сигнализация;
• использование орудий труда;
• использование огня;
• развитие речи.

Например, человек умелый практически не отличался от австралопитеков морфологически, но он умел изготавливать орудия труда.

Линия человека отделилась от общего с обезьянами ствола не ранее 10 и не позднее 6 млн. лет назад. Первые представители рода Homo появились около 2 млн. лет, а современный человек – не позднее 50 тыс. лет назад. Древнейшие следы трудовой деятельности датируются 2,5 – 2,8 млн. лет (орудия из Эфиопии). Многие популяции человека разумного не сменяли друг друга последовательно, а жили одновременно, ведя борьбу за существование и уничтожая более слабых.

В эволюции человека (Homo) различают три этапа (кроме того некоторые ученые выделяют в отдельный вид еще и вид Homo habilis – человек умелый):

Древнейшие люди, к которым относятся питекантроп, синантроп и гейдельбергский человек (вид человек прямоходящий – Homo erectus).

Древние люди – неандертальцы (первые представители вида человек разумный – Homo sapiens).

Современные (новые) люди, включающие ископаемых кроманьонцев и современных людей (вид человек разумный – Homo sapiens).

Таким образом следующий после австралопитеков в эволюционной лестнице — уже «первый человек», первый представитель рода Ноmo. Это человек умелый (Homo habilis). В 1960 г. английский антрополог Луис Лики нашёл в ущелье Олдовай (Танзания) рядом с останками «человека умелого» самые древние орудия, созданные человеческими руками. Надо сказать, что даже примитивный каменный топор выглядит рядом с ними так же, как электрическая пила рядом с каменным топором. Эти орудия — всего лишь расколотая под определённым углом галька, слегка заострённая. (В природе таких расколов камня не встречается.) Возраст «олдовайской галечной культуры», как её назвали учёные, — около 2,5 миллионов лет.

Человек делал открытия и создавал орудия труда, а эти орудия изменяли самого человека, оказывали решающее влияние на его эволюцию. Например, использование огня позволило коренным образом «облегчить» череп человека, уменьшить его вес. Приготовленная на огне пища в отличие от сырой не требовала таких мощных мышц для её пережёвывания, а более слабым мышцам для закрепления на черепе уже не требовался теменной гребень. Племена, изготовлявшие лучшие орудия (как позднее более развитые цивилизации), побеждали отстающие в своём развитии племена и вытесняли их в бесплодную местность. Изготовление более совершенных орудий усложняло внутренние взаимоотношения в племени, требовало большего развития и объёма мозга.

Галечные орудия «человека умелого» постепенно сменились ручными рубилами (камни, оббитые с двух сторон), а затем скребками и наконечниками.

Другая ветвь эволюции рода Ноmо, стоящая, по оценкам биологов, выше «человека умелого», — человек выпрямленный (Ноmo erectus). Древнейшие люди жили 2 млн. – 500 тыс. лет назад. К этому виду относят питекантропа (по-латыни — «обезьяночеловека»), синантропа («китайского человека» — его останки были найдены в Китае) и некоторые другие подвиды.

Питекантроп – «обезьяночеловек». Останки были обнаружены сначала на о. Ява в 1891 году Е. Дюбуа, а затем в ряде других мест. Питекантропы ходили на двух ногах, объем мозга у них увеличился. Низкий лоб, мощные надбровные дуги, полусогнутое тело с обильным волосяным покровом – все это указывало на их недавнее (обезьянье) прошлое.

Синантроп, останки которого найдены в 1927 – 1937 гг. в пещере близ Пекина, во многом сходен с питекантропом, это географический вариант человека прямоходящего.

Их часто называют обезьянолюдьми. «Человек выпрямленный» уже не бежал в панике от огня, как все остальные звери, а сам разводил его (впрочем, есть предположение, что и «человек умелый» уже поддерживал огонь в тлеющих пнях и термитниках); не только раскалывал, но и обтёсывал камни, в качестве посуды использовал обработанные черепа антилоп. Одеждой «человеку умелому», видимо, служили шкуры убитых зверей. Правая рука его была более развита, чем левая. Вероятно, он владел примитивной членораздельной речью. Пожалуй, издалека его можно было бы принять за современного человека.

Основным фактором эволюции древнейших людей был естественный отбор.

Древние люди характеризуют следующий этап антропогенеза, когда в эволюции начинают играть роль и социальные факторы: трудовая деятельность в группах, которыми они жили, совместная борьба за жизнь и развитие интеллекта. К ним относятся неандертальцы, останки которых были обнаружены в Европе, Азии, Африке. Свое название они получили по месту первой находки в долине р. Неандер (ФРГ). Неандертальцы жили в ледниковую эпоху 200 – 35 тыс. лет назад в пещерах, где постоянно поддерживали огонь, одевались в шкуры. Орудия труда неандертальцев много совершеннее и имеют некоторую специализацию: ножи, скребла, ударные орудия. Форма челюсти свидетельствовала о членораздельной речи. Неандертальцы жили группами по 50 – 100 человек. Мужчины коллективно охотились, женщины и дети собирали съедобные корни и плоды, старики изготавливали орудия. Последние неандертальцы жили среди первых современных людей, а затем были ими окончательно вытеснены. Часть ученых считают неандертальцев тупиковой ветвью эволюции гоминид, не участвовавшей в формировании современного человека.

 Современные люди. Возникновение людей современного физического типа произошло относительно недавно, около 50 тыс. лет назад. Их останки найдены в Европе, Азии, Африке и Австралии. В гроте Кроманьон (Франция) было обнаружено сразу несколько скелетов ископаемых людей современного типа, которых и назвали кроманьонцами. Они обладали всем комплексом физических особенностей, который характеризует современного человека: членораздельная речь, на что указывал развитый подбородочный выступ; строительство жилищ, первые зачатки искусства (наскальные рисунки), одежда, украшения, совершенные костяные и каменные орудия труда, первые прирученные животные – все свидетельствует о том, что это настоящий человек, окончательно обособившийся от своих звероподобных предков. Неандертальцы, кроманьонцы и современные люди образуют один вид – Homo sapiens – человек разумный; этот вид сформировался не позднее 100 – 40 тыс. лет тому назад.

В эволюции кроманьонцев большое значение имели социальные факторы, неизмеримо выросла роль воспитания, передачи опыта.

Сегодня большинство ученых придерживаются теории африканского происхождения человека и считают, что будущий победитель в эволюционной гонке возник на Юго-Востоке Африки около 200 тыс. лет назад и расселился оттуда по всей планете.

Раз человек вышел из Африки, то, казалось бы, само собой разумеется, что наши дальние африканские прародители были похожи на современных жителей этого континента. Однако некоторые исследователи считают, что первые люди, появившиеся в Африке, были ближе к монголоидам.

Монголоидная раса имеет ряд архаичных черт, в частности в строении зубов, которые характерны для неандертальцев и Homo erectus (Человека прямоходящего). Популяции монголоидного типа обладают высокой адаптивностью к различным условиям обитания, от арктической тундры до экваториальных влажных лесов, тогда как у детей негроидной расы в высоких широтах при недостатке витамина D быстро возникают заболевания костей, рахит, т.е. они специализированы к условиям высокой инсоляции. Если бы первые люди были подобны современным африканцам, то сомнительно, что они смогли бы успешно осуществить миграции по всему земному шару. Однако эта точка зрения оспаривается большинством антропологов.

Концепции африканского происхождения противопоставляется концепция мультирегионального происхождения, предполагающая, что наш предковый вид Homo erectus превратился в Homo sapiens в различных точках земного шара независимо.

Homo erectus появился в Африке около 1,8 млн лет назад. Он изготавливал каменные орудия, найденные палеонтологами, и, возможно, более совершенные орудия из бамбука. Однако от бамбука через миллионы лет не остается следов. За несколько сотен тысяч лет Homo erectus распространился сначала по среднему Востоку, затем в Европу и до Тихого океана. Формирование человек разумного на базе питекантропа привело к сосуществованию поздних форм неандертальцев и зарождающихся пока малочисленных групп современных людей на протяжении нескольких тысяч лет. Процесс вытеснения старого вида новым был довольно длительным, а следовательно, и сложным.

ГРУППА 401 ХИМИЯ 14

ТЕМА: Ионная связь

связь, которая возникает между атомами, сильно различающимися по значениям электроотрицательности.

Ионная связь возникает, например, между атомами типичных металлов и типичных неметаллов ( ЭО >  — величина условная).

Примерами веществ с ионной связью являются  и др.

Ионную связь можно рассматривать как крайний случай ковалентной полярной связи, когда электрон практически полностью переходит от атома с меньшей электроотрицательностью к атому с большей электроотрицательностью. Однако в действительности полного перехода электрона не происходит никогда. Даже в таких типичных ионных соединениях, как, например, в галогенидах щелочных металлов, нет полного разделения положительных и отрицательных зарядов. Так, в кристалле хлорида натрия  эффективные отрицательные заряды атомов натрия  и хлора  составляют  заряда электрона.

В результате отдачи или присоединения электронов из нейтральных атомов или молекул образуются ионы.

Ионы

заряженные частицы, образующиеся из нейтральных атомов или молекул путём отдачи или присоединении электронов.

При отдаче электронов образуется положительно заряженный ион — катион, при присоединении — отрицательный ион — анион. Атомы электроположительного элемента (металла) отдают электроны внешнего уровня и образуют катионы, а атомы электроотрицательного элемента (неметалла) присоединяют электроны и образуют анионы. При этом атомы неметалла приобретают внешнюю электронную оболочку последующего благородного газа, а атомы металла — устойчивую конфигурацию предыдущего благородного газа.

Так, между атомами типичного металла натрия  (ЭО ) и типичного неметалла хлора  (ЭО ) возникает ионная связь (ЭО ). При взаимодействии натрия с хлором в результате окислительно-восстановительной реакции образуются ионы — катионы натрия и анионы хлора.

У атома натрия на внешнем электронном уровне содержится один электрон, а атому хлора до завершения внешнего уровня не хватает одного электрона. При взаимодействии атомов натрия и хлора атом натрия отдает один электрон атому хлора, в результате чего образуются ионы — катионы  и анионы :

‒

При этом атомы неметалла приобретают внешнюю электронную оболочку последующего благородного газа, а атомы металла — устойчивую конфигурацию предыдущего благородного газа. Между разноименно заряженными ионами  и  возникает электростатическое притяжение, которое приводит к образованию ионной химической связи.

Ионная связь никогда не возникает между атомами неметаллов.

Ионы могут состоять как из одного атома, так и из группы атомов. Например, кристаллы сульфата натрия образованы положительными ионами натрия  и отрицательными сульфат-ионами .

При этом в сульфате натрия существует два вида связи: между ионами  и  связь ионная, а в ионе  — ковалентная полярная.

Записывая заряд иона, сначала следует написать число, а затем знак, например, .

Ионная связь существует в типичных основных оксидах (), а также в щелочах () и солях ().

Разноименные ионы притягиваются друг к другу, образуя ионные кристаллы. В основе такого притяжения лежит кулоновское взаимодействие, которое равнонаправлено во все стороны. Поэтому ионная связь, в отличие от ковалентной, характеризуется ненаправленностью и ненасыщаемостью. Вследствие этого понятие валентности как число связей в ионных соединениях теряет смысл.

В кристаллах ионного соединения противоположно заряженные ионы чередуются. Число ближайших соседей данного иона в решетке называют координационным числом. Так, координационное число натрия и хлора в хлориде натрия равно шести.

В ионных соединениях нет отдельных молекул, поэтому формула ионного соединения выражает не состав молекулы, а соотношение катионов и анионов, например, в сульфате натрия  число катионов  всегда в два раза больше числа анионов  .

Ионы связаны между собой прочными силами электростатического притяжения, поэтому ионные соединения твёрдые, обладают высокими температурами плавления и кипения.

Запомни! Как правило, ионная связь образуется между атомами металлов и атомами неметаллов.

 Например, на рисунке сверху изображены атомы натрия и фтора. Натрий - щелочной металл, представитель IA группы, имеет всего 1 валентный электрон и проявляет восстановительные свойства (электроотрицательность по шкале Полинга $$=0,98). Фтор - представитель галогенов (VIIA группа), имеет 7 валентных электронов, является сильным окислителем ($$=4,0). Фтор, будучи более электроотрицательным, "забирает" у атома натрия валентный электрон и превращается в анион, а атом натрия - в катион.

Ионная связь образуется за счет сил электростатического притяжения между разноименно заряженными частицами: катионами и анионами.

ГРУППА 403 ХИМИЯ 18,19

  ТЕМА: Молекулярные и атомные кристаллические решетки. Свойства веществ с молекулярными и атомными кристаллическими решетками.

Молекулярная решетка

В узлах молекулярной решетки находятся полярные или неполярные молекулы, связанные между собой слабыми силами межмолекулярного взаимодействия (силами Ван-дер-Ваальса). Молекулы в кристалле способны совершать незначительные колебания различного характера. Вещества с молекулярным типом решетки, например, органические вещества, кристаллы инертных газов и большинства неметаллов, сухой лед (СО2 тверд.) обладают малой твердостью, низкими температурами плавления и кипения. Эти характеристики объясняются тем, что при приложении незначительной  энергии межмолекулярные связи разрываются и кристалл разрушается с образованием отдельных молекул, что и наблюдается  при плавлении и при испарении кристаллов. Внутри отдельных молекул атомы связаны значительно более прочными связями (ковалентными полярными или неполярными). Эти связи разрушаются при более высокой температуре, и молекулы распадаются на составляющие их атомы (происходит термическая диссоциация).

Атомная решетка

В узлах атомной кристаллической решетки находятся атомы. Роль сил межмолекулярного взаимодействия здесь играют достаточно прочные ковалентные связи. Выделить из общей массы атомов один невозможно. Вещества с атомным типом кристаллической решетки (алмаз, бор, кремний, карборунд SiC, нитрид алюминия и другие) характеризуются очень большой твердостью, иногда сочетающейся с хрупкостью, нерастворимостью в обычных растворителях, очень высокими температурами плавления и кипения. Все связи в кристалле равноценны. При разрыве этих связей, достигаемом лишь при высокой температуре, кристалл диссоциирует на отдельные атомы: плавление, кипение и термическая диссоциация практически совпадают.

ТЕМА:Агрегатные состояния веществ и водородная связь. Твердое, жидкое и газообразное состояния веществ. Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое. Водородная связь.

Водородная связь. Образование водородной связи обусловлено спецификой водорода как элемента, атом которого состоит из протона и электрона. В соединениях водорода с атомами более электроотрицательных элементов на атоме водорода возникает частичный положительный заряд. Такой атом может взаимодействовать с неподеленными парами электронов атома электроотрицательного элемента соседней молекулы, в результате между молекулами возникает дополнительная межмолекулярная связь.

Водородная связь – это связь, которая образуется между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом сильно электроотрицательного элемента другой молекулы.

Чем больше электроотрицательность атома, с которым соединяется атом водорода, тем больше энергия водородной связи.

Водородная связь наиболее характерна для соединений фтора и кислорода, менее для соединений – азота. Образование водородной связи приводит к ассоциации (соединению) молекул.

Рассмотрим образование водородной связи между двумя молекулами воды. В молекуле воды связь О-Н сильно полярная. На атоме кислорода сосредоточен отрицательный заряд, а на атомах водорода – положительный. Это приводит к притяжению атома водорода одной молекулы воды к атому кислорода другой молекулы – возникает водородная связь.

В кристаллах льда, снега каждая молекула воды связана водородными связями с четырьмя соседними – за счет атомов водорода и двух неподеленных электронных пар атома кислорода. Следовательно, образование водородной связи обусловлено как электростатическим, так и донорно-акцепторным взаимодействием. В результате образуется ажурная (с большими пустотами) структура льда. Из-за этого плотность льда меньше, чем плотность воды.

Способностью к ассоциации обладают молекулы как неорганических, так и органических соединений (вода, аммиак, спирты и др.)

Водородная связь как и ковалентная, имеют направленность в пространстве и насыщаемость.

Длина водородной связи больше длины обычной ковалентной связи, энергия – в 10-20 раз меньше. В связи с этим водородные связи малоустойчивы и довольно легко разрываются (например, при таянии льда и кипении воды). Но на разрыв этих связей требуется дополнительная энергия, поэтому температуры плавления и кипения веществ, в которых молекулы ассоциированы, оказываются выше, чем у подобных веществ, но без водородных связей. Например, между молекулами фтороводорода и воды образуются водородные связи, а между молекулами хлороводорода и сероводорода – практически нет.

Водородная связь служит причиной некоторых важных особенностей воды – вещества, которое играет огромную роль в процессах, протекающих в живой и неживой природе. Она в значительной мере определяет свойства и таких биологически важных веществ, как белки и нуклеиновые кислоты, а поэтому имеет большое значение в химии жизненных процессов.

3. Газообразные, жидкие и твердые вещества.

Из курса физики и повседневной жизни вам известно, что в зависимости от условий окружающей среды, и в первую очередь от температуры и давления, вещества могут находиться в одном из трех основных агрегатных состояний: газообразном, жидком и твердом. Каждое агрегатное состояние отличается от другого расположением частиц друг относительно друга и характером их движения. При переходе вещества из одного состояния в другое состав его частиц не изменяется, изменяется лишь их взаимное расположение.

Газообразное состояние. В газообразном состоянии вещество не имеет собственной формы и объема. Оно занимает весь предоставленный ему объем и принимает форму сосуда. Газы обладают большой сжимаемостью и образуют однородные смеси. Эти свойства газов обусловлены тем, что расстояния между их молекулами в десятки раз превышают размер самих молекул. На таком расстоянии практически отсутствует межмолекулярное взаимодействие. Газообразное состояние характеризуется полной неупорядоченностью расположения молекул друг относительно друга. Молекулы в газах движутся хаотически. Если газы в смеси не реагируют между собой, то они сохраняют свою химическую индивидуальность, и поэтому многие физикохимические свойства таких систем могут быть выведены по правилу аддитивности: суммированием характеристик образующих их газов с учетом их мольных долей. Например, средняя молярная масса смеси газов X, Y, Z определяется так:

М(Х + Y + Z) = х(Х) • М(Х) + X(Y) • М(Y) + *(Z) • М(Z),

где х(Х), x(Y)> x(Z) — мольные доли газов X, Y, Z;

М(Х), М(Y), М(Z) — молярные массы газов X, Y, Z.

Четвертое агрегатное состояние — плазма, которая представляет собой ионизированный газ.

Жидкое состояние

В отличие от газов, в жидкостях молекулы расположены ближе друг к другу и удерживаются силами межмолекулярного взаимодействия (рис. 226). Это подтверждает, например, тот факт, что один объем воды образуется в результате конденсации 1300 объемов пара. Расстояние между частицами в жидкостях невелико, поэтому жидкости обладают незначительной сжимаемостью, при данной температуре им присущ определенный объем. Чтобы заметно уменьшить их объем, требуется очень большое давление. В то же время силы межмолекулярного притяжения в жидкостях недостаточно велики, чтобы придать им определенную форму. Молекулы в жидкости свободно перемещаются друг относительно друга, поэтому жидкости обладают текучестью и приобретают форму содержащего их сосуда.

Следовательно, жидкости по структуре и свойствам занимают промежуточное положение между газообразными и твердыми веществами. С повышением температуры жидкости усиливается беспорядок во взаимном расположении частиц, что приближает их к газам. При понижении температуры упорядоченность внутренней структуры возрастает, что сближает их с твердыми веществами.

Твердое состояние

В твердом агрегатном состоянии среднее расстояние между образующими вещество частицами сопоставимо с их размерами, а энергия взаимодействия значительно превышает их среднюю кинетическую энергию. Частицы, образующие твердое вещество, не могут свободно перемещаться друг относительно друга, они лишь совершают колебательные движения около положения равновесия. Этим объясняются наличие у твердых веществ определенного объема и формы, их механическая прочность и незначительная сжимаемость. В зависимости от строения и физических свойств твердые вещества подразделяют на аморфные и кристаллические.

Аморфное состояние

Вещества в аморфном состоянии характеризуются некоторой упорядоченностью частиц, расположенных только в непосредственной близости друг от друга (так называемый ближний порядок), поэтому они изотропны, т. е. их физические свойства не зависят от направления. Проведем опыт. Нанесем на поверхность стекла тонкий ело расплавленного воска и дадим ему застыть. Коснемся застывшего вещества раскаленной иглой. Вокруг иглы воск расплавится. При этом пятно расплавленного воска примет форму круга. Следовательно, теплопроводность стекла не зависит от направления.

Аморфные вещества не имеют определенной температур плавления. При нагревании они постепенно размягчаются, начинают растекаться и, наконец, становятся жидкими. При охлаж- дении они так же постепенно затвердевают.

Аморфные вещества по структуре представляют собой переохлажденные жидкости. Подобно жидкостям они проявляют cвойства текучести, т. е. при длительном действии сравнительно не больших сил постепенно изменяют свою форму.

Примерами веществ в аморфном состоянии могут служить стекла, смолы, клеи, большинство полимеров и т. д.

Кристаллическое состояние

Большинство твердых веществ в окружающем нас мире являются кристаллическими. Для этого состояния характерно строго определенное расположение частиц во всем объеме кристалл (дальний порядок), поэтому в отличие от аморфных кристаллические вещества обладают анизотропией, т. е. их физические свойства (прочность, теплопроводность и т. д.) неодинако вы в различных направлениях. Так, если вышеописанный опыт проделать на гладкой поверхности гипса, то пятно расплавленного воска примет форму эллипса. Значит, теплопроводность гипса в одном направлении более высокая, чем в других.

Кристаллическое вещество в отличие от аморфного плавите; при строго определенной температуре, которую называют температурой плавления. Температура плавления — одно и важнейших физических свойств вещества, измеряя ее, можно определить чистоту данного вещества.