طبقه بندی کربوهیدرات های ساده و پیچیده کربوهیدرات ها ویژگی های ساختار مولکول ها

کلاس

درس شماره 42-43

واکنش زنجیره ای شکافت هسته اورانیوم. انرژی هسته ای و اکولوژی. رادیواکتیویته نیمه عمر.

واکنش های هسته ای

واکنش هسته ای فرآیند برهمکنش یک هسته اتمی با هسته یا ذره بنیادی دیگر است که با تغییر در ترکیب و ساختار هسته و آزاد شدن ذرات ثانویه یا γ-کوانتا همراه است.

در نتیجه واکنش های هسته ایممکن است ایزوتوپ های رادیواکتیو جدیدی تشکیل شوند که در زمین یافت نمی شوند شرایط طبیعی.

اولین واکنش هسته ای توسط ای. رادرفورد در سال 1919 در آزمایش هایی برای شناسایی پروتون ها در محصولات فروپاشی هسته ای انجام شد (نگاه کنید به § 9.5). رادرفورد اتم های نیتروژن را با ذرات آلفا بمباران کرد. هنگامی که ذرات با هم برخورد کردند، یک واکنش هسته ای رخ داد که طبق طرح زیر پیش می رود:

در طول واکنش های هسته ای چندین قوانین حفاظت: ضربه، انرژی، تکانه زاویه ای، بار. علاوه بر اینها قوانین کلاسیکحفاظت در واکنش های هسته ای قانون بقای به اصطلاح باریون باریون(یعنی تعداد نوکلئون ها - پروتون ها و نوترون ها). تعدادی دیگر از قوانین بقای خاص مربوط به فیزیک هسته ای و ذرات نیز وجود دارد.

هنگامی که اتم ها با ذرات باردار سریع (پروتون ها، نوترون ها، ذرات α، یون ها) بمباران می شوند، واکنش های هسته ای ممکن است رخ دهد. اولین واکنش از این نوع با استفاده از پروتون ها انجام شد انرژی بالا، در شتاب دهنده در سال 1932 به دست آمد:

که در آن M A و M B جرم هستند شروع محصولات، M C و M D جرم محصولات نهایی واکنش هستند. کمیت ΔM نامیده می شود نقص انبوه. واکنش های هسته ای می توانند با آزاد شدن (Q > 0) یا با جذب انرژی (Q< 0). Во втором случае первоначальная انرژی جنبشیمحصولات اولیه باید از مقدار |Q| که آستانه واکنش نامیده می شود تجاوز کند.

برای اینکه یک واکنش هسته ای خروجی انرژی مثبت داشته باشد، انرژی اتصال خاصنوکلئون ها در هسته محصولات اولیه باید کمتر از انرژی اتصال ویژه نوکلئون ها در هسته محصولات نهایی باشند. این بدان معناست که مقدار ΔM باید مثبت باشد.

اساسا دو امکان وجود دارد راه های مختلفآزادسازی انرژی هسته ای

1. شکافت هسته های سنگین. بر خلاف واپاشی رادیواکتیو هسته ها که با انتشار ذرات α یا β همراه است، واکنش های شکافت فرآیندی است که در آن یک هسته ناپایدار به دو قطعه بزرگ با جرم های مشابه تقسیم می شود.

در سال 1939، دانشمندان آلمانی O. Hahn و F. Strassmann شکافت هسته های اورانیوم را کشف کردند. در ادامه تحقیقاتی که فرمی آغاز کرد، آنها دریافتند که وقتی اورانیوم با نوترون ها بمباران می شود، عناصر قسمت میانی جدول تناوبی بوجود می آیند - ایزوتوپ های رادیواکتیو باریم (Z = 56)، کریپتون (Z = 36) و غیره.

اورانیوم در طبیعت به شکل دو ایزوتوپ وجود دارد: (99.3%) و (0.7%). هنگامی که توسط نوترون ها بمباران می شود، هسته های هر دو ایزوتوپ می توانند به دو قطعه تقسیم شوند. در این حالت، واکنش شکافت با نوترون‌های آهسته (حرارتی) شدیدترین اتفاق می‌افتد، در حالی که هسته‌ها فقط با نوترون‌های سریع با انرژی در حد 1 مگا ولت وارد واکنش شکافت می‌شوند.

علاقه اصلی برای قدرت هسته اینشان دهنده واکنش شکافت هسته ای در حال حاضر، حدود 100 ایزوتوپ مختلف با اعداد جرمی حدود 90 تا 145، ناشی از شکافت این هسته شناخته شده است. دو واکنش های معمولیتقسیمات این هسته به شکل زیر است:

توجه داشته باشید که شکافت هسته ای که توسط یک نوترون آغاز می شود، نوترون های جدیدی تولید می کند که می تواند باعث واکنش های شکافت در هسته های دیگر شود. محصولات شکافت هسته اورانیوم 235 نیز می تواند ایزوتوپ های دیگر باریم، زنون، استرانسیم، روبیدیم و غیره باشد.

انرژی جنبشی آزاد شده در طول شکافت یک هسته اورانیوم بسیار زیاد است - حدود 200 مگا ولت. تخمینی از انرژی آزاد شده در طول شکافت هسته ای را می توان با استفاده از آن انجام داد انرژی اتصال خاصنوکلئون ها در هسته انرژی اتصال ویژه نوکلئون ها در هسته با عدد جرمی A ≈ 240 حدود 7.6 MeV/nucleon است، در حالی که در هسته هایی با اعداد جرمی A = 90-145 انرژی ویژه تقریباً 8.5 MeV/نوکلئون است. در نتیجه، شکافت هسته اورانیوم انرژی در حد 0.9 مگا الکترون ولت/نوکلئون یا تقریباً 210 مگا ولت در هر اتم اورانیوم آزاد می کند. شکافت کامل تمام هسته های موجود در 1 گرم اورانیوم انرژی مشابه احتراق 3 تن زغال سنگ یا 2.5 تن نفت آزاد می کند.

محصولات شکافت هسته اورانیوم ناپایدار هستند زیرا حاوی تعداد زیادی نوترون هستند. در واقع، نسبت N / Z برای سنگین ترین هسته ها از مرتبه 1.6 است (شکل 9.6.2)، برای هسته هایی با اعداد جرمی از 90 تا 145 این نسبت از مرتبه 1.3-1.4 است. بنابراین، هسته های قطعه متحمل یک سری واپاشی های پی در پی β- - می شوند که در نتیجه تعداد پروتون های هسته افزایش می یابد و تعداد نوترون ها کاهش می یابد تا زمانی که یک هسته پایدار تشکیل شود.

هنگامی که یک هسته اورانیوم 235 شکافت می شود، که در اثر برخورد با یک نوترون ایجاد می شود، 2 یا 3 نوترون آزاد می شود. در شرایط مساعداین نوترون‌ها می‌توانند به دیگر هسته‌های اورانیوم ضربه بزنند و باعث شکافت آن‌ها شوند. در این مرحله از 4 تا 9 نوترون ظاهر می شود که قادر به ایجاد واپاشی جدید هسته های اورانیوم و غیره هستند. چنین فرآیند بهمن مانندی را واکنش زنجیره ای می نامند. طرح توسعه واکنش زنجیره ایشکافت هسته اورانیوم در شکل 1 نشان داده شده است. 9.8.1.

شکل 9.8.1. نمودار توسعه یک واکنش زنجیره ای.

برای اینکه یک واکنش زنجیره ای رخ دهد، لازم است که به اصطلاح ضریب ضرب نوترونبود بیش از یکی. به عبارت دیگر، در هر نسل بعدی باید نوترون های بیشتری نسبت به نسل قبلی وجود داشته باشد. ضریب ضرب نه تنها با تعداد نوترون های تولید شده در هر عمل ابتدایی، بلکه با شرایطی که در آن واکنش رخ می دهد تعیین می شود - برخی از نوترون ها می توانند توسط هسته های دیگر جذب شوند یا منطقه واکنش را ترک کنند. نوترون های آزاد شده در طول شکافت هسته های اورانیوم-235 قادر به ایجاد شکافت تنها هسته های همان اورانیوم هستند که تنها 0.7 درصد اورانیوم طبیعی را تشکیل می دهد. این غلظت برای شروع یک واکنش زنجیره ای کافی نیست. ایزوتوپ همچنین می تواند نوترون ها را جذب کند، اما این باعث واکنش زنجیره ای نمی شود.

یک واکنش زنجیره‌ای در اورانیوم با محتوای افزایش یافته اورانیوم 235 تنها زمانی می‌تواند ایجاد شود که جرم اورانیوم بیشتر از حد باشد. جرم بحرانی.در قطعات کوچک اورانیوم، بیشتر نوترون ها بدون برخورد به هسته ای به بیرون پرواز می کنند. برای اورانیوم 235 خالص، جرم بحرانی حدود 50 کیلوگرم است. جرم بحرانی اورانیوم را می توان بارها با استفاده از به اصطلاح کاهش داد کند کننده هانوترون ها واقعیت این است که نوترون های تولید شده در هنگام فروپاشی هسته های اورانیوم دارای سرعت بسیار بالایی هستند و احتمال گرفتن نوترون های کند توسط هسته های اورانیوم 235 صدها برابر بیشتر از هسته های سریع است. بهترین تعدیل کننده نوترونی است آب سنگین D 2 O. هنگام تعامل با نوترون ها، آب معمولی خود به آب سنگین تبدیل می شود.

گرافیت که هسته های آن نوترون ها را جذب نمی کند نیز تعدیل کننده خوبی است. در طول برهمکنش الاستیک با هسته های دوتریوم یا کربن، نوترون ها به سرعت حرارتی کاهش می یابند.

استفاده از تعدیل کننده های نوترونی و پوسته مخصوص بریلیوم که نوترون ها را منعکس می کند، کاهش جرم بحرانی را تا 250 گرم ممکن می سازد.

در بمب‌های اتمی، یک واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای کنترل‌نشده زمانی رخ می‌دهد که دو قطعه اورانیوم 235 که جرم هر کدام کمی کمتر از حد بحرانی است، به سرعت با هم ترکیب شوند.

دستگاهی که پشتیبانی می کند پاسخ کنترل شدهشکافت هسته ای نامیده می شود اتمی(یا اتمی) راکتور. نمودار یک راکتور هسته ای با استفاده از نوترون های کند در شکل 1 نشان داده شده است. 9.8.2.

شکل 9.8.2. نمودار یک راکتور هسته ای

یک واکنش هسته ای در آن رخ می دهد هستهراکتوری که با یک تعدیل کننده پر شده و با میله های حاوی مخلوط غنی شده ایزوتوپ های اورانیوم با محتوای بالای اورانیوم 235 (تا 3 درصد) در آن نفوذ می کند. میله های کنترل حاوی کادمیوم یا بور به داخل هسته وارد می شوند که به شدت نوترون ها را جذب می کنند. قرار دادن میله ها در هسته به شما امکان می دهد سرعت واکنش زنجیره ای را کنترل کنید.

هسته با استفاده از یک خنک کننده پمپ شده خنک می شود که می تواند آب یا فلزی با نقطه ذوب پایین باشد (مثلاً سدیم که دارای نقطه ذوب 98 درجه سانتیگراد است). در مولد بخار، مایع خنک کننده منتقل می شود انرژی حرارتیآب، تبدیل آن به بخار فشار بالا. بخار به یک توربین متصل به یک ژنراتور الکتریکی فرستاده می شود. از توربین، بخار وارد کندانسور می شود. برای جلوگیری از نشت تشعشع، مدارهای خنک کننده I و مولد بخار II در چرخه های بسته عمل می کنند.

توربین یک نیروگاه هسته ای یک موتور حرارتی است که بازده کلی نیروگاه را مطابق قانون دوم ترمودینامیک تعیین می کند. نیروگاه های هسته ای مدرن دارای ضریب هستند اقدام مفیدتقریباً برابر است بنابراین برای تولید 1000 مگاوات توان الکتریکی، توان حرارتی راکتور باید به 3000 مگاوات برسد. 2000 مگاوات باید توسط آب خنک کننده کندانسور منتقل شود. این امر منجر به گرمای بیش از حد موضعی مخازن طبیعی و به دنبال آن بروز مشکلات زیست محیطی می شود.

با این حال، مشکل اصلیبرای اطمینان از کامل است ایمنی اشعهافرادی که برای نیروگاه های هسته ایو جلوگیری از انتشار تصادفی مواد رادیواکتیو که در مقادیر زیاد در هسته راکتور تجمع می کنند. هنگام توسعه راکتورهای هسته ای، توجه زیادی به این مشکل می شود. با این حال، پس از حوادث در برخی از نیروگاه های هسته ای، به ویژه در نیروگاه هسته ای پنسیلوانیا (ایالات متحده آمریکا، 1979) و در نیروگاه هسته ای چرنوبیل(1986)، مشکل ایمنی انرژی هسته ای به ویژه حاد شده است.

همراه با راکتور هسته ای که بر روی نوترون های آهسته که در بالا توضیح داده شد کار می کند، راکتورهایی که بدون تعدیل کننده روی نوترون های سریع کار می کنند از علاقه عملی زیادی برخوردار هستند. در چنین رآکتورهایی، سوخت هسته ای مخلوط غنی شده ای است که حداقل 15 درصد از ایزوتوپ را در خود دارد. پوسیدگی، که سپس می تواند به عنوان سوخت هسته ای استفاده شود:

ضریب تولید مثل این راکتورها به 1.5 می رسد، یعنی برای 1 کیلوگرم اورانیوم 235 تا 1.5 کیلوگرم پلوتونیوم به دست می آید. راکتورهای معمولی نیز پلوتونیوم تولید می کنند، اما در مقادیر بسیار کمتر.

اولین راکتور هسته ای در سال 1942 در ایالات متحده آمریکا به رهبری E. Fermi ساخته شد. در کشور ما، اولین راکتور در سال 1946 تحت رهبری I.V.

2. واکنش های گرما هسته ای. راه دوم برای آزادسازی انرژی هسته ای با واکنش های همجوشی همراه است. وقتی هسته های سبک با هم ترکیب می شوند و یک هسته جدید تشکیل می دهند، مقدار زیادی انرژی باید آزاد شود. این را می توان از منحنی انرژی اتصال ویژه در مقابل جرم عدد A مشاهده کرد (شکل 9.6.1). تا هسته هایی با عدد جرمی حدود 60، انرژی اتصال ویژه نوکلئون ها با افزایش A افزایش می یابد. بنابراین سنتز هر هسته ای با A افزایش می یابد.< 60 из более легких ядер должен сопровождаться выделением энергии. Общая масса продуктов реакции синтеза будет в этом случае меньше массы первоначальных частиц.

واکنش های همجوشی هسته های سبک نامیده می شود واکنش های حرارتی،زیرا آنها فقط در دماهای بسیار بالا می توانند رخ دهند. برای اینکه دو هسته وارد یک واکنش همجوشی شوند، باید به فاصله ای از نیروهای هسته ای در حد 15-10-2 متر نزدیک شوند و بر دافعه الکتریکی آنها غلبه کنند. بارهای مثبت. برای این منظور انرژی جنبشی متوسط حرکت حرارتیمولکول ها باید بیشتر شود انرژی پتانسیل تعامل کولن. محاسبه دمای T مورد نیاز برای این کار منجر به مقداری از مرتبه 10 8 -10 9 K می شود. این دمای بسیار بالا است. در این دما ماده در حالت کاملا یونیزه قرار می گیرد که به آن می گویند پلاسما.

انرژی آزاد شده در طی واکنش های گرما هسته ای در هر نوکلئون چندین برابر انرژی ویژه آزاد شده در واکنش های زنجیره ای شکافت هسته ای است. مثلاً در واکنش همجوشی هسته های دوتریوم و تریتیوم

3.5 مگا الکترون ولت / نوکلئون آزاد می شود. به طور کلی، این واکنش 17.6 مگا ولت آزاد می کند. این یکی از امیدوار کننده ترین واکنش های گرما هسته ای است.

پیاده سازی واکنش های حرارتی کنترل شدهبه بشریت یک منبع جدید انرژی سازگار با محیط زیست و عملاً پایان ناپذیر خواهد داد. با این حال، به دست آوردن دماهای فوق العاده بالا و محدود کردن پلاسمای گرم شده تا یک میلیارد درجه، کار بسیار دشواری است. مشکل علمی و فنیدر راه اجرای ترمو کنترل شده سوخت هسته ای.

بر در این مرحلهتوسعه علم و فناوری تنها حاصل شد واکنش همجوشی کنترل نشده V بمب هیدروژنی. حرارتکه برای همجوشی هسته ای ضروری است، در اینجا با استفاده از انفجار یک بمب اورانیومی یا پلوتونیومی معمولی به دست می آید.

واکنش های گرما هسته ای نقش بسیار مهمی در تکامل کیهان دارند. انرژی تابشی خورشید و ستارگان منشأ گرما هسته ای دارد.

رادیواکتیویته

تقریبا 90٪ از 2500 شناخته شده هسته های اتمیناپایدار یک هسته ناپایدار به طور خود به خود به هسته های دیگر تبدیل می شود و ذرات ساطع می کند. این خاصیت هسته ها نامیده می شود رادیواکتیویته. در هسته های بزرگ، ناپایداری به دلیل رقابت بین جذب نوکلئون ها توسط نیروهای هسته ای و دفع کولن پروتون ها به وجود می آید. هسته های پایداری با عدد بار Z> 83 و عدد جرمی A> 209 وجود ندارد. اما هسته های اتمی با مقادیر قابل توجهی کمتر از اعداد Z و A نیز می توانند رادیواکتیو باشند پروتون های بیشترنسبت به نوترون ها، ناپایداری ناشی از انرژی برهم کنش کولن بیش از حد است. هسته‌هایی که حاوی مقدار زیادی نوترون بیش از تعداد پروتون‌ها هستند، به دلیل اینکه جرم نوترون از جرم پروتون بیشتر است، ناپایدار هستند. افزایش جرم هسته منجر به افزایش انرژی آن می شود.

پدیده رادیواکتیویته در سال 1896 توسط فیزیکدان فرانسوی A. Becquerel کشف شد که کشف کرد نمک های اورانیوم تشعشعات ناشناخته ای از خود ساطع می کنند که می تواند از موانع مات در برابر نور نفوذ کند و باعث سیاه شدن امولسیون عکاسی شود. دو سال بعد، فیزیکدانان فرانسوی M. و P. Curie رادیواکتیویته توریم را کشف کردند و دو عنصر رادیواکتیو جدید - پولونیوم و رادیوم را کشف کردند.

در سال های بعد، بسیاری از فیزیکدانان، از جمله ای. رادرفورد و شاگردانش، ماهیت تشعشعات رادیواکتیو را مطالعه کردند. مشخص شد که هسته های رادیواکتیو می توانند ذرات سه نوع را منتشر کنند: بار مثبت و منفی و خنثی. این سه نوع تابش را تابش α-، β- و γ نامیدند. در شکل 9.7.1 یک نمودار آزمایشی را نشان می دهد که به شما امکان می دهد تشخیص دهید ترکیب پیچیدهتشعشعات رادیواکتیو در میدان مغناطیسی، پرتوهای α و β در جهت مخالف منحرف می شوند و پرتوهای β بسیار بیشتر منحرف می شوند. پرتوهای γ در میدان مغناطیسی به هیچ وجه منحرف نمی شوند.

این سه نوع تشعشعات رادیواکتیو از نظر توانایی یونیزه کردن اتم‌های ماده و بنابراین در توانایی نفوذشان تفاوت زیادی با یکدیگر دارند. تابش α کمترین قابلیت نفوذ را دارد. در هوا در شرایط عادی، پرتوهای α مسافت چند سانتی متری را طی می کنند. پرتوهای β بسیار کمتر توسط ماده جذب می شوند. آنها قادر به عبور از لایه ای از آلومینیوم به ضخامت چند میلی متر هستند. پرتوهای γ بیشترین توانایی نفوذ را دارند و می توانند از لایه ای از سرب به ضخامت 5 تا 10 سانتی متر عبور کنند.

در دهه دوم قرن بیستم پس از کشف توسط E. Rutherford ساختار هسته ایاتم ها، کاملاً ثابت شد که رادیواکتیویته است خاصیت هسته اتم. مطالعات نشان داده است که پرتوهای α نشان دهنده جریانی از ذرات α هستند - هسته هلیوم، پرتوهای β جریانی از الکترون ها هستند، پرتوهای γ نشان دهنده طول موج کوتاه هستند. تابش الکترومغناطیسیبا طول موج بسیار کوتاه λ< 10 –10 м и вследствие этого – ярко выраженными корпускулярными свойствами, то есть является потоком частиц – γ-квантов.

فروپاشی آلفا. واپاشی آلفا تبدیل خود به خود یک هسته اتمی با تعداد پروتون های Z و نوترون های N به هسته دیگر (دختری) حاوی تعداد پروتون های Z-2 و نوترون های N-2 است. در این حالت، یک ذره α گسیل می شود - هسته اتم هلیوم نمونه ای از چنین فرآیندی، واپاشی α رادیوم است:

ذرات آلفای ساطع شده از هسته اتم های رادیوم توسط رادرفورد در آزمایشات مربوط به پراکندگی توسط هسته استفاده شد. عناصر سنگین. سرعت ذرات α ساطع شده در طی واپاشی α هسته‌های رادیوم، که از انحنای مسیر در میدان مغناطیسی اندازه‌گیری می‌شود، تقریباً 1.5 10 7 m/s است و انرژی جنبشی مربوطه حدود 7.5 10-13 ژول است. تقریباً 4. 8 مگا ولت). این مقدار را می توان به راحتی توسط ارزش های شناخته شدهتوده های هسته های مادر و دختر و هسته هلیوم. اگرچه سرعت ذره α در حال فرار بسیار زیاد است، اما هنوز فقط 5٪ سرعت نور است، بنابراین هنگام محاسبه، می توانید از یک عبارت غیر نسبیتی برای انرژی جنبشی استفاده کنید.

تحقیقات نشان داده است که یک ماده رادیواکتیو می تواند ذرات آلفا را با چندین انرژی گسسته منتشر کند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که هسته ها می توانند مانند اتم ها در حالت های مختلف برانگیخته باشند. هسته دختر ممکن است در طی واپاشی α به یکی از این حالات برانگیخته ختم شود. در طی انتقال بعدی این هسته به حالت پایه، یک کوانتوم γ منتشر می شود. نموداری از واپاشی α رادیوم با انتشار ذرات α با دو مقدار انرژی جنبشی در شکل نشان داده شده است. 9.7.2.

بنابراین، فروپاشی α هسته ها در بسیاری از موارد با تابش γ همراه است.

در تئوری واپاشی α، فرض بر این است که گروه هایی متشکل از دو پروتون و دو نوترون، یعنی یک ذره α، می توانند در داخل هسته ها تشکیل شوند. هسته مادر مخصوص ذرات α است سوراخ بالقوه، که محدود است مانع بالقوه. انرژی ذره α در هسته برای غلبه بر این مانع کافی نیست (شکل 9.7.3). خروج یک ذره آلفا از هسته تنها به دلیل یک پدیده مکانیکی کوانتومی به نام امکان پذیر است. اثر تونل. مطابق با مکانیک کوانتومی، یک احتمال غیر صفر وجود دارد که یک ذره از زیر یک مانع پتانسیل عبور کند. پدیده تونل زنی ماهیتی احتمالی دارد.

فروپاشی بتا.در طی واپاشی بتا، یک الکترون از هسته خارج می شود. الکترون ها نمی توانند در داخل هسته ها وجود داشته باشند (نگاه کنید به § 9.5 آنها در طول واپاشی بتا در نتیجه تبدیل یک نوترون به یک پروتون بوجود می آیند). این فرآیند نه تنها در داخل هسته، بلکه با نوترون های آزاد نیز می تواند رخ دهد. متوسط ​​عمر یک نوترون آزاد حدود 15 دقیقه است. در طول واپاشی، یک نوترون به یک پروتون و یک الکترون تبدیل می شود

اندازه گیری ها نشان داده است که در این فرآیند نقض آشکار قانون بقای انرژی وجود دارد، زیرا انرژی کل پروتون و الکترون حاصل از فروپاشی یک نوترون کمتر از انرژی نوترون است. در سال 1931، W. Pauli پیشنهاد کرد که وقتی یک نوترون تجزیه می شود، یک ذره دیگر با مقادیر صفرجرم و بار، که مقداری از انرژی را می برد. ذره جدیدنام گرفت نوترینو(نوترون کوچک). به دلیل کمبود بار و جرم یک نوترینو، این ذره با اتم های ماده بسیار ضعیف برهمکنش می کند، بنابراین تشخیص آن در آزمایش بسیار دشوار است. قدرت یونیزاسیوننوترینو آنقدر کوچک است که یک رویداد یونیزاسیون در هوا تقریباً در فاصله 500 کیلومتری رخ می دهد. این ذره تنها در سال 1953 کشف شد. اکنون مشخص شده است که چندین نوع نوترینو وجود دارد. در حین واپاشی یک نوترون، ذره ای تولید می شود که به آن می گویند آنتی نوترینوی الکترونی. با علامت نشان داده می شود بنابراین، واکنش فروپاشی نوترون به صورت نوشته می شود

فرآیند مشابهی در داخل هسته‌ها در طول واپاشی β رخ می‌دهد. الکترونی که در اثر واپاشی یکی از الکترونی ها تولید می شود نوترون های هسته ای، بلافاصله از "خانه والدین" (هسته) با سرعتی بسیار زیاد خارج می شود که می تواند تنها کسری از درصد با سرعت نور متفاوت باشد. از آنجایی که توزیع انرژی آزاد شده در طی واپاشی β بین الکترون، نوترینو و هسته دختر تصادفی است، الکترون های β می توانند سرعت های مختلفدر محدوده وسیعی

در طول واپاشی β، عدد بار Z یک افزایش می یابد، اما عدد جرمی A بدون تغییر باقی می ماند. معلوم می شود که هسته دختر هسته یکی از ایزوتوپ های عنصر است که شماره سریال آن در جدول تناوبی یک بالاتر از شماره سریال هسته اصلی است. یک مثال معمولیواپاشی β می تواند به عنوان تبدیل ایزوتون توریم حاصل از تجزیه α اورانیوم به پالادیوم عمل کند.

واپاشی گاما. بر خلاف رادیواکتیویته α و β، پرتوزایی γ هسته ها با تغییر همراه نیست. ساختار داخلیهسته و با تغییر اعداد بار یا جرم همراه نیست. هم در خلال واپاشی α- و هم بتا، هسته دختر ممکن است خود را در حالت هیجانی قرار دهد و انرژی اضافی داشته باشد. انتقال یک هسته از حالت برانگیخته به حالت پایه با گسیل یک یا چند کوانتا γ همراه است که انرژی آن می تواند به چندین مگا الکترون ولت برسد.

قانون واپاشی رادیواکتیو. هر نمونه از یک ماده رادیواکتیو حاوی تعداد زیادی اتم رادیواکتیو است. از آنجایی که واپاشی رادیواکتیو تصادفی است و به آن بستگی ندارد شرایط خارجی، سپس قانون کاهش در عدد N(t) k undecayed در این لحظهزمان t هسته می تواند به عنوان یک مهم باشد مشخصه آماریفرآیند تجزیه رادیواکتیو

اجازه دهید تعداد هسته‌های پوسیده N(t) با ΔN در یک دوره زمانی کوتاه Δt تغییر کند.< 0. Так как вероятность распада каждого ядра неизменна во времени, что число распадов будет пропорционально количеству ядер N(t) и промежутку времени Δt:

ضریب تناسب λ احتمال فروپاشی هسته ای در زمان Δt = 1 ثانیه است. این فرمول به این معنی است که سرعت تغییر تابع N(t) با خود تابع نسبت مستقیم دارد.

که در آن N 0 تعداد اولیه هسته های رادیواکتیو در t = 0 است. در طول زمان τ = 1 / λ، تعداد هسته های تجزیه نشده 2.7 برابر e ≈ کاهش می یابد. کمیت τ نامیده می شود میانگین زمان زندگیهسته رادیواکتیو

برای استفاده عملی، نوشتن قانون واپاشی رادیواکتیو به شکلی متفاوت و با استفاده از عدد 2 به جای e به عنوان پایه، راحت است:

کمیت T نامیده می شود نیمه عمر. در طول زمان T، نیمی از تعداد اولیه هسته های رادیواکتیو تجزیه می شود. کمیت های T و τ با رابطه مرتبط هستند

نیمه عمر کمیت اصلی تعیین کننده سرعت واپاشی رادیواکتیو است. هر چه نیمه عمر کوتاهتر باشد، پوسیدگی شدیدتر است. بنابراین، برای اورانیوم T ≈ 4.5 میلیارد سال و برای رادیوم T ≈ 1600 سال است. بنابراین، فعالیت رادیوم بسیار بیشتر از اورانیوم است. وجود داشته باشد عناصر رادیواکتیوبا نیمه عمر کسری از ثانیه.

به طور طبیعی یافت نمی شود و به بیسموت ختم می شود راکتورهای هسته ای.

اپلیکیشن جالبرادیواکتیویته روشی برای تعیین قدمت یافته های باستان شناسی و زمین شناسی با غلظت ایزوتوپ های رادیواکتیو است. بیشترین استفاده را دارد تاریخ گذاری رادیوکربندوستیابی. به دلیل واکنش های هسته ای ناشی از پرتوهای کیهانی، ایزوتوپ ناپایدار کربن در جو ظاهر می شود. درصد کمی از این ایزوتوپ همراه با ایزوتوپ پایدار معمولی در هوا یافت می شود. وقتی گیاهان می میرند، مصرف کربن را متوقف می کنند و ایزوتوپ ناپایداردر نتیجه فروپاشی β، به تدریج به نیتروژن با نیمه عمر 5730 سال تبدیل می شود. با اندازه گیری دقیق غلظت نسبی کربن رادیواکتیو در بقایای موجودات باستانی می توان زمان مرگ آنها را تعیین کرد.

تشعشعات رادیواکتیوهمه انواع (آلفا، بتا، گاما، نوترون ها) و همچنین تابش الکترومغناطیسی (اشعه ایکس) اثر بیولوژیکی بسیار قوی بر موجودات زنده دارند که شامل فرآیندهای تحریک و یونیزاسیون اتم ها و مولکول هایی است که سلول های زنده را تشکیل می دهند. . تحت تاثیر تابش یونیزه کنندهمولکول های پیچیده شکسته می شوند و ساختارهای سلولیکه منجر به آسیب اشعه به بدن می شود. بنابراین، هنگام کار با هر منبع تشعشعی، لازم است همه اقدامات احتیاطی انجام شود حفاظت در برابر تشعشعافرادی که ممکن است در معرض تشعشعات قرار گیرند.

با این حال، فرد می تواند در معرض تشعشعات یونیزان و شرایط زندگی. همانطور که از نمودار نشان داده شده در شکل نشان داده شده است، رادون بی‌رنگ و بی‌رنگ می‌تواند خطری جدی برای سلامتی انسان ایجاد کند. 9.7.5، رادون محصولی از واپاشی α رادیوم است و نیمه عمر T = 3.82 روز است. رادیوم به مقدار کم در خاک، سنگ ها و سازه های مختلف ساختمانی یافت می شود. علیرغم طول عمر نسبتا کوتاه، غلظت رادون به دلیل واپاشی جدید هسته های رادیوم به طور مداوم دوباره پر می شود، بنابراین رادون می تواند در فضاهای بسته تجمع یابد. هنگامی که رادون وارد ریه ها می شود، ذرات α ساطع می کند و به پولونیوم تبدیل می شود که از نظر شیمیایی یک ماده بی اثر نیست. بعد زنجیره می آید تحولات رادیواکتیوسری اورانیوم (شکل 9.7.5). طبق گزارش کمیسیون ایمنی و کنترل تشعشع آمریکا، هر فرد به طور متوسط ​​55 درصد از پرتوهای یونیزان را از رادون دریافت می کند و تنها 11 درصد از آن را از طریق رادون دریافت می کند. خدمات درمانی. مشارکت اشعه های کیهانیتقریباً 8 درصد است. کل دوز تشعشعی که یک فرد در طول زندگی دریافت می کند چندین برابر کمتر است حداکثر دوز مجاز(SDA)، که برای افرادی در مشاغل خاصی که در معرض قرار گرفتن بیشتر در معرض پرتوهای یونیزان هستند ایجاد شده است.

شکافت هسته های اورانیوم هنگام بمباران با نوترون ها در سال 1939 توسط دانشمندان آلمانی اتو هان و فریتز استراسمن کشف شد.

اتو هان (1879-1968)
فیزیکدان آلمانی، دانشمند پیشرو در زمینه رادیوشیمی. شکافت اورانیوم و تعدادی از عناصر رادیواکتیو را کشف کرد

فریتز استراسمن (1902-1980)
فیزیکدان و شیمیدان آلمانی. آثار مربوط به شیمی هسته ای، همجوشی هستهای. اثبات شیمیایی فرآیند شکافت را ارائه کرد

بیایید مکانیسم این پدیده را در نظر بگیریم. شکل 162a به طور معمول هسته یک اتم اورانیوم را نشان می دهد. با جذب یک نوترون اضافی، هسته برانگیخته شده و تغییر شکل می دهد و شکل کشیده ای به دست می آورد (شکل 162، ب).

برنج. 162. فرآیند شکافت هسته اورانیوم تحت تأثیر نوترونی که وارد آن می شود.

شما قبلاً می دانید که دو نوع نیرو در هسته وجود دارد: نیروهای دافعه الکترواستاتیکی بین پروتون ها، تمایل به پاره کردن هسته، و نیروهای هسته ایجاذبه بین تمام نوکلئون ها که به لطف آن هسته تجزیه نمی شود. اما نیروهای هسته‌ای کوتاه‌برد هستند، بنابراین در یک هسته کشیده دیگر نمی‌توانند بخش‌هایی از هسته را که بسیار دور از یکدیگر هستند نگه دارند. تحت تأثیر نیروهای دافعه الکترواستاتیکی، هسته به دو قسمت می‌شکند (شکل 162، ج)، که از هم جدا می‌شوند. طرف های مختلفبا سرعت بسیار زیاد و 2-3 نوترون ساطع می کند.

معلومه اون قسمت انرژی درونیهسته به انرژی جنبشی قطعات و ذرات در حال پرواز تبدیل می شود. قطعات به سرعت در محیط کاهش می یابند، در نتیجه انرژی جنبشی آنها به انرژی درونی محیط تبدیل می شود (یعنی به انرژی برهمکنش و حرکت حرارتی ذرات تشکیل دهنده آن).

با شکافت همزمان تعداد زیادی از هسته های اورانیوم، انرژی داخلی محیط اطراف اورانیوم و بر این اساس، دمای آن به میزان قابل توجهی افزایش می یابد (یعنی محیط گرم می شود).

بنابراین، واکنش شکافت هسته های اورانیوم با آزاد شدن انرژی در محیط رخ می دهد.

انرژی موجود در هسته اتم ها بسیار زیاد است. به عنوان مثال، با شکافت کامل تمام هسته های موجود در 1 گرم اورانیوم، همان مقدار انرژی آزاد می شود که در طی احتراق 2.5 تن نفت آزاد می شود. برای تبدیل انرژی داخلی هسته های اتمی به انرژی الکتریکی، نیروگاه های هسته ای از اصطلاحا استفاده می کنند واکنش های زنجیره ای شکافت هسته ای.

اجازه دهید مکانیسم واکنش زنجیره ای شکافت هسته ایزوتوپ اورانیوم را در نظر بگیریم. هسته یک اتم اورانیوم (شکل 163) در نتیجه جذب نوترون به دو قسمت تقسیم شد و سه نوترون منتشر کرد. دو تا از این نوترون ها باعث واکنش شکافت دو هسته دیگر شدند و چهار نوترون تولید کردند. اینها به نوبه خود باعث شکافت چهار هسته شدند که پس از آن 9 نوترون و غیره تولید شد.

یک واکنش زنجیره ای به دلیل این واقعیت امکان پذیر است که شکافت هر هسته 2-3 نوترون تولید می کند که می تواند در شکافت هسته های دیگر شرکت کند.

شکل 163 نمودار یک واکنش زنجیره ای را نشان می دهد که در آن تعداد کل نوترون های آزاد در یک قطعه اورانیوم به طور تصاعدی در طول زمان افزایش می یابد. بر این اساس، تعداد شکافت های هسته ای و انرژی آزاد شده در واحد زمان به شدت افزایش می یابد. بنابراین، چنین واکنشی ماهیت انفجاری دارد (در یک بمب اتمی رخ می دهد).

برنج. 163. واکنش زنجیره ای شکافت هسته های اورانیوم

گزینه دیگری ممکن است، که در آن تعداد نوترون های آزاد با زمان کاهش می یابد. در این حالت واکنش زنجیره ای متوقف می شود. بنابراین، از چنین واکنشی نیز نمی توان برای تولید برق استفاده کرد.

برای اهداف صلح آمیز، فقط می توان از انرژی یک واکنش زنجیره ای استفاده کرد که در آن تعداد نوترون ها در طول زمان تغییر نمی کند.

چگونه می توانیم اطمینان حاصل کنیم که تعداد نوترون ها همیشه ثابت می ماند؟ برای حل این مشکل، باید بدانید چه عواملی بر افزایش و کاهش تعداد کل نوترون های آزاد در یک قطعه اورانیوم که در آن واکنش زنجیره ای رخ می دهد، تأثیر می گذارد.

یکی از این عوامل جرم اورانیوم است. واقعیت این است که هر نوترونی که در طول شکافت هسته ای ساطع می شود باعث شکافت هسته های دیگر نمی شود (شکل 163 را ببینید). اگر جرم (و بر این اساس، ابعاد) یک تکه اورانیوم خیلی کوچک باشد، نوترون های زیادی از آن خارج می شوند و زمانی برای ملاقات با هسته در راه خود ندارند، باعث شکافت آن می شوند و در نتیجه نسل جدیدی از اورانیوم را ایجاد می کنند. نوترون های لازم برای ادامه واکنش در این صورت واکنش زنجیره ای متوقف می شود. برای اینکه واکنش ادامه یابد، باید جرم اورانیوم را به مقدار معینی افزایش داد که به آن می گویند بحرانی.

چرا یک واکنش زنجیره ای با افزایش جرم ممکن می شود؟ هر چه جرم قطعه بیشتر باشد، ابعاد آن بزرگتر و مسیری که نوترون ها در آن طی می کنند طولانی تر می شود. در این حالت، احتمال برخورد نوترون ها با هسته ها افزایش می یابد. بر این اساس، تعداد شکافت های هسته ای و تعداد نوترون های ساطع شده افزایش می یابد.

در جرم بحرانی اورانیوم، تعداد نوترون های تولید شده در طول شکافت هسته ای افزایش می یابد برابر عددنوترون های از دست رفته (یعنی بدون شکافت توسط هسته ها گرفته شده و به خارج از قطعه گسیل می شوند).

بنابراین تعداد کل آنها بدون تغییر باقی می ماند. در این حالت ممکن است یک واکنش زنجیره ای رخ دهد مدت زمان طولانیبدون توقف یا تبدیل شدن به مواد منفجره.

• کوچکترین جرم اورانیوم که در آن واکنش زنجیره ای می تواند رخ دهد، جرم بحرانی نامیده می شود

اگر جرم اورانیوم بیشتر از جرم بحرانی باشد، در نتیجه افزایش شدید تعداد نوترون های آزاد، واکنش زنجیره ای منجر به انفجار می شود و اگر کمتر از جرم بحرانی باشد، واکنش انجام نمی شود. به دلیل کمبود نوترون آزاد ادامه دهید.

از دست دادن نوترون ها (که بدون واکنش با هسته ها از اورانیوم خارج می شوند) را می توان نه تنها با افزایش جرم اورانیوم، بلکه با استفاده از یک پوسته بازتابنده ویژه کاهش داد. برای انجام این کار، یک قطعه اورانیوم را در پوسته ای قرار می دهند که از ماده ای ساخته شده است که نوترون ها را به خوبی منعکس می کند (مثلاً بریلیم). با انعکاس از این پوسته، نوترون ها به اورانیوم باز می گردند و می توانند در شکافت هسته ای شرکت کنند.

چندین عامل دیگر وجود دارد که احتمال یک واکنش زنجیره ای به آنها بستگی دارد. به عنوان مثال، اگر یک تکه اورانیوم حاوی ناخالصی های بیش از حد سایر عناصر شیمیایی باشد، آنها جذب می شوند اکثرنوترون و واکنش متوقف می شود.

وجود یک تعدیل کننده به اصطلاح نوترونی در اورانیوم نیز بر روند واکنش تأثیر می گذارد. واقعیت این است که هسته های اورانیوم 235 به احتمال زیادشکافت تحت تاثیر نوترون های آهسته و هنگام شکافت هسته، نوترون های سریع تولید می شود. اگر نوترون‌های سریع کند شوند، بیشتر آنها توسط هسته‌های اورانیوم 235 با شکافت بعدی این هسته‌ها دستگیر خواهند شد. موادی مانند گرافیت، آب، آب سنگین (که شامل دوتریوم، ایزوتوپ هیدروژن با جرم شماره 2) و برخی دیگر به عنوان تعدیل کننده استفاده می شود. این مواد فقط نوترون ها را کند می کنند، تقریباً بدون اینکه آنها را جذب کنند.

بنابراین، احتمال وقوع یک واکنش زنجیره ای با جرم اورانیوم، میزان ناخالصی های موجود در آن، وجود پوسته و تعدیل کننده و برخی عوامل دیگر تعیین می شود.

جرم بحرانی یک قطعه کروی اورانیوم 235 تقریباً 50 کیلوگرم است. علاوه بر این، شعاع آن تنها 9 سانتی متر است، زیرا اورانیوم چگالی بسیار بالایی دارد.

با استفاده از تعدیل کننده و پوسته بازتابنده و کاهش میزان ناخالصی ها می توان جرم بحرانی اورانیوم را به 0.8 کیلوگرم کاهش داد.

سوالات

1. چرا شکافت هسته ای تنها زمانی شروع می شود که تحت تأثیر نوترون جذب شده توسط آن تغییر شکل داده شود؟
2. چه چیزی در نتیجه شکافت هسته ای تشکیل می شود؟
3. بخشی از انرژی درونی هسته در حین تقسیم آن به چه انرژی تبدیل می شود؟ انرژی جنبشی قطعات یک هسته اورانیوم وقتی در محیط کاهش می یابد؟
4. واکنش شکافت هسته های اورانیوم چگونه پیش می رود - با آزاد شدن انرژی در محیط یا برعکس، با جذب انرژی؟
5. مکانیسم یک واکنش زنجیره ای را با استفاده از شکل 163 توضیح دهید.
6. جرم بحرانی اورانیوم چقدر است؟
7. آیا اگر جرم اورانیوم کمتر از جرم بحرانی باشد، ممکن است واکنش زنجیره ای رخ دهد؟ انتقادی تر؟ چرا؟

که اغلب شامل سه عنصر شیمیایی است: کربن، هیدروژن و اکسیژن. علاوه بر این عناصر، بسیاری از کربوهیدرات ها حاوی فسفر، گوگرد و نیتروژن هستند. این بیوپلیمرها به طور گسترده در طبیعت توزیع می شوند. بیوسنتز کربوهیدرات ها در گیاهان در نتیجه فتوسنتز اتفاق می افتد. کربوهیدرات ها حدود 80-90 درصد توده خشک گیاهان را تشکیل می دهند.

در بدن انسان غلظت کربوهیدرات ها از نظر ماده خشک حدود 2 درصد است. کربوهیدرات ها منبع اصلی هستند انرژی شیمیاییبرای بدن تجزیه کربوهیدرات ها برای عملکرد برخی اندام ها اهمیت ویژه ای دارد. به عنوان مثال، اندام های فردی نیازهای خود را در درجه اول از طریق تجزیه گلوکز برآورده می کنند: مغز - 80٪، قلب - 70 - 75٪. کربوهیدرات ها به صورت ذخیره در بافت های بدن رسوب می کنند مواد مغذی(گلیکوژن). برخی از آنها عملکردهای پشتیبانی را انجام می دهند و در آن شرکت می کنند توابع حفاظتی، تاخیر در رشد میکروب ها (مخاط) است پایه شیمیاییبرای ساخت مولکول های بیوپلیمر، اجزاءترکیبات پر انرژی و غیره

طبقه بندی کربوهیدرات ها

تمام کربوهیدرات ها به دو دسته تقسیم می شوند گروه های بزرگ: مونوساکاریدها یا مونوساکاریدها)، پلی ساکاریدها یا پلیوزها) که از چندین باقیمانده مولکول های مونوساکارید متصل به یکدیگر تشکیل شده است.

طبقه بندی کربوهیدرات ها: مونوساکاریدها.

مونوساکاریدهای حاوی یک گروه آلدهید آلدوز و آنهایی که دارای گروه کتون هستند کتوز نامیده می شوند. کربوهیدرات های ساده شامل آلدئید و کتو الکل با حداقل سه اتم کربن است. بر اساس تعداد اتم های کربن، مونوزها به تریوز، تتروز، پنتوز، هگزوز و غیره تقسیم می شوند.

تریوزها. در بافت ها و مایعات بیولوژیکی به شکل استرها به عنوان محصولات متابولیسم کربوهیدرات میانی در طی واکنش های گلیکولیز و تخمیر موجود است. تتروزها. بالاترین ارزشدارای اریتروز است که به شکل استر اسید اورتوفسفریک در بافت ها موجود است - محصولی از مسیر پنتوز اکسیداسیون کربوهیدرات. پنتوزها بیشتر پنتوزها در دستگاه گوارش انسان در نتیجه هیدرولیز پنتوزان ها در سبزیجات و میوه ها تشکیل می شوند. برخی از پنتوزها در فرآیندهای متابولیک میانی، به ویژه در مسیر پنتوز تشکیل می شوند. در بافت ها، پنتوزها در حالت آزاد به شکل استرهای ارتوفسفات که بخشی از (ATP)، اسیدهای نوکلئیک، کوآنزیم ها (NADP، FAD) و دیگر ترکیبات زیستی مهم هستند، قرار دارند. توجه ویژهپنتوزهای زیر شایسته هستند: آرابینوز، ریبوز، دئوکسی ریبوز، زایلولوز. هگزوزها آنها در حالت آزاد به عنوان بخشی از پلی ساکاریدها و سایر ترکیبات یافت می شوند. مهم ترین نمایندگان این دسته از کربوهیدرات ها گلوکز، فروکتوز، گالاکتوز و مانوز هستند.

طبقه بندی کربوهیدرات ها: دی ساکاریدها.

دی ساکاریدها کربوهیدرات هایی هستند که مولکول های آنها پس از هیدرولیز به دو مولکول هگزوز تقسیم می شوند. دی ساکاریدها شامل مالتوز، ساکارز، ترهالوز و لاکتوز هستند.

هنگام نامگذاری دی ساکاریدها، آنها معمولاً از نام هایی استفاده می کنند که از نظر تاریخی توسعه یافته اند (لاکتوز، مالتوز، ساکارز)، کمتر از موارد منطقی و مطابق با نامگذاری IUPAC.

دی ساکاریدها - جامد مواد کریستالیبسیار محلول در آب، فعال نوری، طعم شیرین، قابلیت هیدرولیز اسیدی یا آنزیمی، می تواند استرها را تشکیل دهد.

طبقه بندی کربوهیدرات ها: هموپلی ساکاریدها و هتروپلی ساکاریدها. ترکیب هموپلی ساکاریدها شامل مقدار قابل توجهی از باقی مانده های یک مونوساکارید است: گلوکز، مانوز، فروکتوز، زایلوز و غیره. آنها مواد مغذی ذخیره (ذخیره) بدن (گلیکوژن، اینولین، نشاسته) هستند. مولکول های هتروپلی ساکارید از تعداد زیادی مونوساکارید مختلف تشکیل شده اند.

کربوهیدرات ها موادی با ترکیب СmН2nОn هستند که اهمیت بیوشیمیایی بالایی دارند، در طبیعت زنده گسترده هستند و نقش مهمی در زندگی انسان دارند.

نام کربوهیدرات ها بر اساس داده های تجزیه و تحلیل اول بوجود آمد نمایندگان معروفاین گروه اتصال مواد این گروه متشکل از کربن، هیدروژن و اکسیژن است و نسبت تعداد اتم های هیدروژن و اکسیژن موجود در آنها مانند آب است. به ازای هر 2 اتم هیدروژن یک اتم اکسیژن وجود دارد. در قرن گذشته آنها را هیدرات کربن می دانستند. از اینجا آمده است نام روسیکربوهیدرات ها، پیشنهاد شده در سال 1844 توسط K. Schmidt. فرمول کلی کربوهیدرات ها با توجه به آنچه گفته شد C m H2 n O n است. هنگامی که "n" از براکت ها خارج می شود، فرمول C m (H 2 O) n به دست می آید که به وضوح نام "ذغال سنگ-آب" را منعکس می کند.

مطالعه کربوهیدرات ها نشان داده است که ترکیباتی وجود دارد که بر اساس تمام خواص آنها باید به عنوان کربوهیدرات طبقه بندی شوند، اگرچه ترکیب آنها دقیق نیست. مطابق با فرمول C m H 2n O n . با این وجود، نام باستانی "کربوهیدرات ها" تا به امروز باقی مانده است، اگرچه در کنار این نام، گاهی اوقات از نام جدیدتر، گلیکیدها برای تعیین گروه مواد مورد بررسی استفاده می شود.

دسته بزرگ کربوهیدرات ها به دو گروه ساده و پیچیده تقسیم می شوند.

کربوهیدرات های ساده(مونوساکاریدها و مونومینوزها) کربوهیدرات هایی هستند که قادر به هیدرولیز نیستند تا بیشتر تشکیل شوند. کربوهیدرات های ساده، تعداد اتم های کربن آنها برابر با تعداد اتم های اکسیژن C n H 2n O n است.

کربوهیدرات های پیچیده(پلی ساکاریدها یا پلیوزها) کربوهیدرات هایی هستند که می توان آنها را هیدرولیز کرد و کربوهیدرات های ساده را تشکیل داد و تعداد اتم های کربن آنها با تعداد اتم های اکسیژن C m H 2n O n برابر نیست.

طبقه بندی کربوهیدرات ها را می توان در نمودار زیر نشان داد:

مونوساکاریدها، دیساکاریدها C 12 H 22 O 11، تتروز C 4 H 8 O 4، ساکارز، الیتروز، لاکتوز، تروز، مالتوز، پنتوز C 5 H 10 O 5، سلوبیوز، آرابینوز

پلی ساکاریدها

زایلوز (C 5 H 8 O 4 ) n ریبوز پنتوسان

هگزوزها

C 6 H 12 O 6 ( C 6 H 10 O 5 ) n گلوکز سلولز مانوز نشاسته گالاکتوز گلیکوژن فروکتوز

مهمترین نمایندگان کربوهیدرات های ساده گلوکز و فروکتوز هستند، آنها یکی دارند فرمول مولکولی C 6 H 12 O 6 .

گلوکز همچنین قند انگور نامیده می شود، زیرا به مقدار زیادی در آب انگور یافت می شود. علاوه بر انگور، گلوکز در سایر میوه های شیرین و حتی در میوه ها نیز یافت می شود بخش های مختلفگیاهان گلوکز همچنین در دنیای حیوانات گسترده است: 0.1٪ از آن در خون یافت می شود. گلوکز در سراسر بدن حمل می شود و به عنوان منبع انرژی برای بدن عمل می کند. همچنین بخشی از ساکارز، لاکتوز، سلولز و نشاسته است.

که در فلورفروکتوز یا قند میوه (میوه) گسترده است. فروکتوز در میوه های شیرین و عسل یافت می شود. زنبورها با استخراج آب از گل های میوه شیرین، عسل تهیه می کنند که ترکیب شیمیاییعمدتاً مخلوطی از گلوکز و فروکتوز است. فروکتوز نیز بخشی از قندهای پیچیده مانند قند نیشکر و چغندر است.

مونوساکاریدها هستند مواد جامد، قابلیت تبلور دارد. آنها رطوبت سنجی هستند، به راحتی در آب حل می شوند، به راحتی شربت تشکیل می دهند، که می توانند از آنها جدا شوند. فرم کریستالیمی تواند بسیار دشوار باشد

محلول های مونوساکاریدها واکنش تورنسل خنثی دارند و طعم شیرینی دارند. شیرینی مونوساکاریدها متفاوت است: فروکتوز 3 برابر شیرین تر از گلوکز است.

مونوساکاریدها در الکل کم محلول و در اتر نامحلول هستند.

مونوساکاریدها، مهمترین نمایندگان کربوهیدرات های ساده، در طبیعت هم در حالت آزاد و هم به شکل انیدریدهای آنها - کربوهیدرات های پیچیده یافت می شوند.

تمام کربوهیدرات های پیچیده را می توان به عنوان انیدریدهای قندهای ساده در نظر گرفت که با کم کردن یک یا چند مولکول آب از دو یا چند مولکول مونوساکارید به دست می آیند.

کربوهیدرات های پیچیده شامل موادی با خواص گوناگون می باشند و به همین دلیل به دو زیر گروه تقسیم می شوند.

1. کربوهیدرات های پیچیده یا الیگوساکاریدهای شبیه قند. این مواد دارای تعدادی خواص هستند که آنها را شبیه کربوهیدرات های ساده می کند.

کربوهیدرات های قند مانند به راحتی در آب حل می شوند و طعم شیرین دارند. این قندها به راحتی به صورت کریستال بدست می آیند.

هنگامی که پلی ساکاریدهای قند مانند هیدرولیز می شوند، تعداد کمی مولکول از هر مولکول پلی ساکارید تشکیل می شود. شکر ساده- معمولاً 2، 3 یا 4 مولکول. این جایی است که نام دوم پلی ساکاریدهای قند مانند از آن گرفته شده است - oligosaccharides (از یونانی oligos - چند).

بسته به تعداد مولکول های مونوساکاریدی که در جریان هیدرولیز هر مولکول الیگوساکارید تشکیل می شوند، دومی به دی ساکاریدها، تری ساکاریدها و غیره تقسیم می شوند.

دی ساکاریدها قندهای پیچیده ای هستند که هر مولکول آن پس از هیدرولیز به 2 مولکول مونوساکارید تجزیه می شود.

روش های سنتز دی ساکاریدها شناخته شده است، اما عملاً آنها از منابع طبیعی به دست می آیند.

مهمترین دی ساکاریدها، ساکارز، در طبیعت بسیار رایج است. این نام شیمیایی شکر معمولی به نام قند نیشکر یا چغندر است.

حتی 300 سال قبل از دوران ما، هندوها می دانستند چگونه قند نیشکر را از نیشکر بدست آورند. امروزه ساکارز از نیشکر در مناطق گرمسیری (در جزیره کوبا و سایر کشورهای آمریکای مرکزی) به دست می آید.

در اواسط قرن 18، دی ساکارید در چغندر قند کشف شد و در اواسط قرن 19 در شرایط صنعتی به دست آمد.

چغندر قند حاوی 12-15٪ ساکارز، بر اساس منابع دیگر 16-20٪ (نیشکر حاوی 14-26٪ ساکارز است).

چغندر قند خرد شده و ساکارز از آن استخراج می شود آب گرمدر دیفیوزرهای ویژه محلول به دست آمده با آهک تصفیه می شود تا ناخالصی ها رسوب کند و هیدرولیز اضافی کلسیم که تا حدی به محلول رسیده است با عبور دی اکسید کربن رسوب می کند. سپس پس از جداسازی رسوب، محلول در دستگاه خلاء تبخیر شده و ماسه خام ریز کریستالی به دست می آید. پس از خالص سازی بیشتر، شکر تصفیه شده (تصفیه شده) به دست می آید. بسته به شرایط تبلور، به شکل کریستال های کوچک یا به صورت "نان های قندی" فشرده منتشر می شود که به قطعات تقسیم یا اره می شوند. شکر فوری با فشار دادن شکر ریز آسیاب شده تهیه می شود.

از نیشکر در پزشکی برای تهیه پودر، شربت، مخلوط و غیره استفاده می شود.

قند چغندر به طور گسترده ای در صنایع غذایی، پخت و پز، ساخت شراب، آبجو و غیره استفاده می شود.

به دست آمده از شیر شکر شیر- لاکتوز شیر دارای مقادیر قابل توجهی لاکتوز است: شیر گاو حاوی 4-5.5٪ لاکتوز، شیر انسان حاوی 5.5-8.4٪ لاکتوز است.

تفاوت لاکتوز با سایر قندها این است که رطوبت سنجی نیست - مرطوب نمی شود. این خاصیت از اهمیت بالایی برخوردار است: اگر نیاز به تهیه پودر با شکر حاوی داروی آسان هیدرولیز دارید، شکر شیر مصرف کنید. اگر شکر نیشکر یا چغندر مصرف کنید، پودر به سرعت مرطوب شده و به راحتی هیدرولیز می شود. ماده داروییبه سرعت تجزیه خواهد شد.

ارزش لاکتوز بسیار بالا است، زیرا این یک ماده مغذی ضروری است، به ویژه برای موجودات در حال رشد انسان و پستانداران.

شکر مالت یک محصول میانی در هیدرولیز نشاسته است. آن را با نام دیگری مالتوز نیز می نامند، زیرا ... شکر مالت از نشاسته تحت تأثیر مالت (به لاتین مالت - مالتوم) به دست می آید.

شکر مالت به طور گسترده ای در موجودات گیاهی و جانوری توزیع می شود. به عنوان مثال، تحت تأثیر آنزیم ها در کانال گوارشی و همچنین در طی بسیاری از فرآیندهای تکنولوژیکی صنعت تخمیر تشکیل می شود: تقطیر، دم کردن و غیره.

مهمترین پلی ساکاریدها نشاسته، گلیکوژن (نشاسته حیوانی)، سلولز (فیبر) هستند. هر سه پلیوز بالاتر از بقایای مولکول های گلوکز تشکیل شده اند که به روش های مختلف به یکدیگر متصل شده اند. ترکیب آنها بیان شده است فرمول کلی(C 6 H 12 O 6) n. وزن مولکولی پلی ساکاریدهای طبیعی از چند هزار تا چند میلیون متغیر است.

نشاسته اولین محصول قابل مشاهده فتوسنتز است. در طی فتوسنتز، نشاسته در گیاهان تشکیل می شود و در ریشه ها، غده ها و دانه ها رسوب می کند. دانه های برنج، گندم، چاودار و سایر غلات حاوی 60-80٪ نشاسته، غده های سیب زمینی - 15-20٪ هستند. دانه های نشاسته گیاهان از نظر ظاهری متفاوت هستند که وقتی آنها را زیر میکروسکوپ بررسی می کنید به وضوح قابل مشاهده است. ظاهر نشاسته برای همه شناخته شده است: این است ماده سفیداز دانه های ریز شبیه آرد تشکیل شده است و به همین دلیل نام دوم آن «آرد سیب زمینی» است.

نشاسته در آن نامحلول است آب سرد، هنگام گرم شدن متورم می شود و به تدریج حل می شود و تشکیل می شود محلول چسبناک(رب).

هنگامی که نشاسته به سرعت گرم می شود، مولکول نشاسته غول پیکر به مولکول های پلی ساکارید کوچکی به نام دکسترین تجزیه می شود. دکسترین ها یک فرمول مولکولی مشترک با نشاسته (C 6 H 12 O 5) x دارند، تنها تفاوت این است که "x" در دکسترین ها کمتر از "n" در نشاسته است.

شیره های گوارشی حاوی چندین آنزیم مختلف هستند که در دمای پایین نشاسته را به گلوکز هیدرولیز می کنند:

(C 6 H 10 O 5) > (C 6 H 10 O 5) x > C 12 H 22 O 11 > C 6 H 12 O 6

سری نشاسته دکسترین مالتوز گلوکز

دکسترینیزاسیون حتی در حضور اسید سریعتر اتفاق می افتد:

(C 6 H 10 O 5) n + n H 2 O ?????> n C 6 H 12 O 6

هیدرولیز آنزیمی (تجزیه با تخمیر) نشاسته از اهمیت صنعتی در تولید الکل اتیلیک از غلات و سیب زمینی برخوردار است.

این فرآیند با تبدیل نشاسته به گلوکز آغاز می شود که سپس تخمیر می شود. با استفاده از کشت مخمرهای خاص و تغییر شرایط، می توان تخمیر را به سمت تولید اسیدهای بوتیل، استون، لاکتیک، سیتریک و گلوکونیک هدایت کرد.

با قرار دادن نشاسته در معرض هیدرولیز با اسیدها، گلوکز را می توان به شکل یک آماده سازی کریستالی خالص یا به شکل ملاس - یک شربت رنگی غیر متبلور به دست آورد.

نشاسته از اهمیت بالایی برخوردار است محصول غذایی: به شکل نان، سیب زمینی، غلات، منبع اصلی در رژیم غذایی ما هستند.

علاوه بر این از نشاسته خالص در صنایع غذایی در تولید شیرینی و فرآورده های آشپزی و سوسیس و کالباس استفاده می شود. مقدار قابل توجهی نشاسته برای اندازه گیری پارچه، کاغذ، مقوا و تولید چسب اداری استفاده می شود.

در شیمی تجزیه، نشاسته به عنوان یک شاخص در روش تیتراسیون یدومتری عمل می کند. برای این موارد بهتر است از آمیلوز خالص استفاده شود، زیرا محلول های آن غلیظ نمی شود و رنگی که با ید تشکیل می شود شدیدتر است.

در پزشکی و داروسازی از نشاسته برای تهیه پودر، خمیر (پماد غلیظ) و همچنین در تولید قرص استفاده می شود.

در دنیای حیوانات، نقش "نشاسته یدکی" توسط پلی ساکارید مربوط به نشاسته - گلیکوژن ایفا می شود. گلیکوژن در تمام بافت های حیوانی یافت می شود.

به ویژه در کبد (تا 20٪) و ماهیچه ها (4٪) فراوان است.

گلیکوژن یک پودر آمورف سفید رنگ است که حتی در آب سرد نیز بسیار محلول است. مولکول نشاسته حیوانی شبیه به مولکول های آمیلوپکتین ساخته شده است و تنها در شاخه های بیشتر متفاوت است. جرم مولکولیگلیکوژن به میلیون ها نفر می رسد.

محلول های گلیکوژن با ید بسته به منشاء گلیکوژن (گونه های حیوانی) و سایر شرایط، رنگی از قرمز شرابی تا قرمز قهوه ای می دهد.

گلیکوژن یک ماده مغذی ذخیره برای بدن است.

نتیجه

من چیزهای زیادی در مورد کربوهیدرات ها یاد گرفتم، از جمله اینکه دو دسته از کربوهیدرات ها وجود دارد: ساده و پیچیده. تاریخچه ظهور نام کربوهیدرات ها جالب است. من یاد گرفتم که کربوهیدرات ها طعم های مختلفی دارند. من متوجه شدم که زندگی بدون کربوهیدرات ممکن نیست.

کربوهیدرات ها (قندها، ساکاریدها) مواد آلی حاوی گروه کربونیلو چندین گروه های هیدروکسیل. نام کلاس ترکیبات از کلمه "کربن هیدرات" گرفته شده است و اولین بار توسط K. Schmidt در سال 1844 ارائه شد. کربوهیدرات ها جزء جدایی ناپذیر سلول ها و بافت های همه موجودات زنده، نمایندگان دنیای گیاهی و جانوری هستند که (از نظر وزن) بخش عمده ای از مواد آلی روی زمین را تشکیل می دهند. منبع کربوهیدرات برای همه موجودات زنده فرآیند فتوسنتز است که توسط گیاهان انجام می شود.

ساختار

همه کربوهیدرات ها از "واحدهای" منفرد تشکیل شده اند که ساکاریدها هستند. کربوهیدرات ها بر اساس توانایی هیدرولیز به مونومرها به دو گروه ساده و پیچیده تقسیم می شوند. کربوهیدرات های حاوی یک واحد مونوساکارید، دو واحد دی ساکارید، دو تا ده واحد الیگوساکارید و بیش از ده واحد پلی ساکارید نامیده می شوند. مونوساکاریدها به سرعت قند خون را افزایش می دهند و شاخص گلیسمی بالایی دارند، به همین دلیل به آنها کربوهیدرات سریع نیز می گویند. آنها به راحتی در آب حل می شوند و در آن سنتز می شوند گیاهان سبز. کربوهیدرات هایی که از 3 واحد یا بیشتر تشکیل شده اند، کربوهیدرات های پیچیده نامیده می شوند. غذاهای غنی از کربوهیدرات های پیچیده به تدریج سطح گلوکز را افزایش می دهند و شاخص گلیسمی پایینی دارند، به همین دلیل به آنها کربوهیدرات کند نیز می گویند. کربوهیدرات های پیچیده محصول چند تراکم قندهای ساده (مونوساکاریدها) هستند و بر خلاف انواع ساده، در طی فرآیند تجزیه هیدرولیتیکی می توانند به مونومرها تجزیه شوند و صدها و هزاران مولکول مونوساکارید را تشکیل دهند.

طبقه بندی

مونوساکاریدها - ساده‌ترین کربوهیدرات‌هایی که هیدرولیز نمی‌شوند و کربوهیدرات‌های ساده‌تری تشکیل می‌دهند - معمولاً بی‌رنگ، به راحتی در آب محلول هستند، در الکل کم محلول هستند و در اتر کاملا نامحلول هستند، ترکیبات آلی شفاف جامد، یکی از گروه‌های اصلی کربوهیدرات‌ها، بیشترین فرم سادهصحرا.

دی ساکاریدها - ترکیبات آلی پیچیده، یکی از گروه های اصلی کربوهیدرات ها پس از هیدرولیز، هر مولکول به دو مولکول مونوساکارید تجزیه می شود.

الیگوساکاریدها - کربوهیدرات ها که مولکول های آنها از 2 تا 10 باقی مانده مونوساکارید به هم متصل شده توسط پیوندهای گلیکوزیدی سنتز می شوند. بر این اساس، آنها را متمایز می کنند: دی ساکاریدها، تری ساکاریدها و غیره. الیگوساکاریدهای متشکل از بقایای مونوساکاریدهای یکسان، هوموپلی ساکاریدها و آنهایی که از انواع مختلف تشکیل شده اند، هتروپلی ساکارید نامیده می شوند. رایج ترین در بین الیگوساکاریدها دی ساکاریدها هستند.

پلی ساکاریدها - نام عمومی برای یک کلاس با وزن مولکولی پیچیده کربوهیدرات ها، که مولکول های آن از ده ها، صدها یا هزاران مونومر - مونوساکاریدها تشکیل شده است. از نظر اصول کلی ساختار در گروه پلی ساکاریدها، می توان بین هموپلی ساکاریدهای سنتز شده از همان نوع واحدهای مونوساکارید و هتروپلی ساکاریدها که با وجود دو یا چند نوع باقیمانده مونومر مشخص می شوند، تمایز قائل شد.

کارکرد

1. توابع ساختاری و پشتیبانی. کربوهیدرات ها در ساخت سازه های مختلف حمایتی نقش دارند. بنابراین سلولز اصلی است جزء ساختاری دیواره های سلولیدر گیاهان، کیتین عملکرد مشابهی را در قارچ ها انجام می دهد و همچنین استحکام اسکلت بیرونی بندپایان را فراهم می کند.

2. نقش حفاظتیدر گیاهان برخی از گیاهان دارای ساختارهای محافظ (خار، خار و غیره) هستند که از دیواره سلولی سلول های مرده تشکیل شده است.

3. عملکرد پلاستیکی. کربوهیدرات ها بخشی از مولکول های پیچیده هستند (به عنوان مثال، پنتوزها (ریبوز و دئوکسی ریبوز) در ساخت ATP، DNA و RNA نقش دارند.

4. تابع انرژی. کربوهیدرات ها به عنوان منبع انرژی عمل می کنند: اکسیداسیون 1 گرم کربوهیدرات، 4.1 کیلو کالری انرژی و 0.4 گرم آب آزاد می کند.

5. عملکرد ذخیره سازی. کربوهیدرات ها به عنوان مواد مغذی ذخیره عمل می کنند: گلیکوژن در حیوانات، نشاسته و اینولین در گیاهان.

6. عملکرد اسمزی. کربوهیدرات ها در تنظیم فشار اسمزی بدن نقش دارند. بنابراین، خون بسته به غلظت گلوکز حاوی 100-110 میلی گرم در درصد گلوکز است. فشار اسمزیخون

7. عملکرد گیرنده. الیگوساکاریدها بخشی از بخش پذیرنده بسیاری از آنها هستند گیرنده های سلولییا مولکول های لیگاند.

8. ساختار و عملکرد نوکلئوتیدها.

نوکلئوتیدها - استرهای فسفر نوکلئوزیدها، فسفات های نوکلئوزیدی. نوکلئوتیدهای آزاد، به ویژه آدنوزین تری فسفات (ATP)، آدنوزین مونوفسفات حلقوی (cATP)، آدنوزین دی فسفات (ADP)، نقش مهمی در انرژی و اطلاعات فرآیندهای درون سلولی ایفا می کنند و همچنین اجزای اسیدهای نوکلئیک و بسیاری از کوآنزیم ها هستند.

ساختار

نوکلئوتیدها هستند استرهانوکلئوزیدها و اسیدهای فسفریک. نوکلئوزیدها به نوبه خود N-گلیکوزیدهایی هستند که حاوی یک قطعه هتروسیکلیک هستند که از طریق یک اتم نیتروژن به اتم C-1 باقیمانده قند متصل شده است.

در طبیعت، رایج ترین نوکلئوتیدها β-N-گلیکوزیدهای پورین ها یا پیریمیدین ها و پنتوزها - D-ribose یا D-2-deoxyribose هستند. بسته به ساختار پنتوز، بین ریبونوکلئوتیدها و دئوکسی ریبونوکلئوتیدها، که مونومرهای مولکول های پلیمرهای پیچیده بیولوژیکی (پلی نوکلئوتیدها) - به ترتیب RNA یا DNA هستند، تمایز قائل می شوند.

باقیمانده فسفات در نوکلئوتیدها معمولاً یک پیوند استری با گروه های هیدروکسیل 2، 3 یا 5 اینچی ریبونوکلئوزیدها تشکیل می دهد؛ در مورد دئوکسی نوکلئوزیدهای 2، گروه های هیدروکسیل 3 یا 5 اینچی استری می شوند.

بیشتر نوکلئوتیدها مونو استرهای اسید اورتوفسفریک هستند، اما دی استرهای نوکلئوتیدها نیز شناخته شده اند که در آنها دو باقیمانده هیدروکسیل استری شده است - به عنوان مثال، نوکلئوتیدهای حلقوی سیکلوآدنین و سیکلوگوانین مونوفسفات ها (cAMP و cGMP). همراه با نوکلئوتیدها - استرهای اسید اورتوفسفریک (مونوفسفات ها)، مونو و دی استرهای اسید پیروفسفریک (دی فسفات ها، به عنوان مثال، آدنوزین دی فسفات) و مونو استرهای اسید تری پلی فسفریک (تری فسفات ها، به عنوان مثال، آدنوزین تری فسفات در طبیعت) نیز رایج هستند.

کارکرد

1. منبع جهانی انرژی (ATP و آنالوگ های آن).

2. فعال کننده و حامل مونومرها در سلول (UDP-گلوکز) هستند.

3. به عنوان کوآنزیم عمل می کنند (FAD، FMN، NAD+، NADP+)

4. مونونوکلئوتیدهای حلقوی، پیام رسان های ثانویه در عملکرد هورمون ها و سایر سیگنال ها (cAMP, cGMP) هستند.

5. تنظیم کننده آلوستریک فعالیت آنزیم.

6. آنها مونومرهایی در ترکیب اسیدهای نوکلئیک هستند که توسط پیوندهای فسفودی استر 3-5" به هم متصل شده اند.

9. ساختار، طبقه بندی و عملکرد اسیدهای نوکلئیک.
اسید نوکلئیک - وزن مولکولی بالا ترکیب آلی، یک پلیمر زیستی (پلی نوکلئوتید) که توسط بقایای نوکلئوتیدی تشکیل می شود. اسیدهای نوکلئیک اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) و اسید ریبونوکلئیک (RNA) در سلول های همه موجودات زنده وجود دارند و عملکرد خوبی دارند. توابع ضروریبرای نگهداری، انتقال و فروش اطلاعات ارثی.

طبقه بندی

دو نوع اسید نوکلئیک وجود دارد - اسیدهای دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) و اسیدهای ریبونوکلئیک (RNA). مونومرهای موجود در اسیدهای نوکلئیک نوکلئوتید هستند. هر یک از آنها حاوی یک باز نیتروژن، یک قند پنج کربنه (دئوکسی ریبوز در DNA، ریبوز در RNA) و یک باقیمانده اسید فسفریک است.

ساختار و توابع

مولکول های DNA و RNA به طور قابل توجهی از نظر ساختار و عملکرد متفاوت هستند.

یک مولکول DNA می تواند شامل تعداد زیادی نوکلئوتید باشد - از چند هزار تا صدها میلیون (مولکول های DNA واقعاً غول پیکر را می توان با استفاده از میکروسکوپ الکترونی "دید" کرد). که در از نظر ساختاریآن را نشان می دهد مارپیچ دوتاییاز زنجیره های پلی نوکلئوتیدی متصل شده توسط پیوند های هیدروژنیبین بازهای نیتروژنی نوکلئوتیدها. به لطف این، زنجیره های پلی نوکلئوتیدی به طور محکم در کنار یکدیگر قرار می گیرند.

هنگام مطالعه DNA مختلف (از انواع متفاوتموجودات) مشخص شد که آدنین یک زنجیره فقط می تواند به تیمین و گوانین - فقط به سیتوزین زنجیره دیگر متصل شود. در نتیجه، ترتیب آرایش نوکلئوتیدها در یک زنجیره کاملاً با ترتیب آرایش آنها در زنجیره دیگر مطابقت دارد. این پدیده مکمل (یعنی مکمل) و زنجیره های پلی نوکلئوتیدی مخالف مکمل نامیده می شوند. این چیزی است که مشخص می کند چه چیزی در بین همه غیر آلی و غیر آلی منحصر به فرد است مواد آلیخاصیت DNA توانایی خود تولید مثل یا تکثیر است. در این حالت ابتدا زنجیره های مکمل مولکول های DNA از هم جدا می شوند (تحت تأثیر یک آنزیم خاص، پیوندهای بین نوکلئوتیدهای مکمل دو زنجیره از بین می رود). سپس، در هر زنجیره، سنتز یک زنجیره مکمل جدید ("مفقود") با هزینه نوکلئوتیدهای آزاد آغاز می شود، که همیشه در مقادیر زیادی در سلول موجود است. در نتیجه، به جای یک مولکول DNA ("مادر")، دو مولکول جدید ("دختر") تشکیل می شود که از نظر ساختار و ترکیب با یکدیگر و همچنین مولکول DNA اصلی یکسان هستند. این فرآیند همیشه مقدم بر تقسیم سلولی است و انتقال اطلاعات ارثی از سلول مادر به دختر و تمام نسل های بعدی را تضمین می کند.

مولکول های RNA معمولاً تک رشته ای هستند (برخلاف DNA) و حاوی تعداد قابل توجهی کمتری نوکلئوتید هستند. سه نوع RNA وجود دارد که در اندازه مولکول ها و عملکرد آنها متفاوت است: RNA پیام رسان (mRNA)، RNA ریبوزومی (rRNA) و RNA انتقال (tRNA).

10. ویژگی های ساختار و فعالیت ویروس ها.
ویروس یک عامل عفونی غیر سلولی است که فقط در داخل سلول های زنده تکثیر می شود. ویروس ها همه انواع موجودات، از گیاهان و حیوانات گرفته تا باکتری ها و باستانی ها را آلوده می کنند (ویروس های باکتریایی معمولاً باکتریوفاژ نامیده می شوند). ویروس هایی که سایر ویروس ها (ویروس های ماهواره ای) را آلوده می کنند نیز کشف شده اند.

ساختار

ذرات ویروسی (ویریون ها) از دو یا سه جزء تشکیل شده اند: ماده ژنتیکی به شکل DNA یا RNA (برخی مانند میمی ویروس ها هر دو نوع مولکول را دارند). یک پوسته پروتئینی (کپسید) که از این مولکول ها محافظت می کند و در برخی موارد از پوسته های چربی اضافی محافظت می کند. وجود کپسید ویروس ها را از اسیدهای نوکلئیک عفونی ویروس مانند - ویروئیدها متمایز می کند. بسته به نوع اسید نوکلئیک که ماده ژنتیکی نشان داده می شود، ویروس های حاوی DNA و ویروس های حاوی RNA جدا می شوند. طبقه بندی ویروس ها بالتیمور بر این اصل استوار است. پیش از این، پریون ها به اشتباه به عنوان ویروس ها طبقه بندی می شدند، اما بعداً مشخص شد که این پاتوژن ها پروتئین های عفونی خاصی هستند و حاوی اسیدهای نوکلئیک نیستند. شکل ویروس ها از مارپیچ ساده و ایکوسادرال تا ساختارهای پیچیده تر متفاوت است. اندازه ویروس متوسط ​​حدود یک صدم باکتری متوسط ​​است. اکثر ویروس ها خیلی کوچک هستند که به وضوح زیر میکروسکوپ نوری قابل مشاهده نیستند.

ذره بالغ ویروسی که به عنوان ویریون شناخته می شود از یک اسید نوکلئیک پوشیده شده با یک پوسته پروتئینی محافظ به نام کپسید تشکیل شده است. کپسید از زیر واحدهای پروتئینی یکسانی به نام کپسومر تشکیل شده است. ویروس ها همچنین ممکن است یک پوشش لیپیدی در بالای کپسید (سوپر کپسید) مشتق شده از غشای سلول میزبان داشته باشند. کپسید شامل پروتئین هایی است که توسط ژنوم ویروسی کدگذاری شده اند و شکل آن زیربنای طبقه بندی ویروس ها بر اساس ویژگی مورفولوژیکی. ویروس های پیچیده همچنین پروتئین های خاصی را رمزگذاری می کنند که به جمع آوری کپسید کمک می کند. مجتمع‌های پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک به عنوان نوکلئوپروتئین‌ها و مجموعه پروتئین‌های کپسید ویروسی با ویروس شناخته می‌شوند. اسید نوکلئیکنوکلئوکپسید نامیده می شود.