Единая коллекция
Цифровых образовательных ресурсов

Книга для чтения "Естествознание" для основной школы (5-6 класс) предназначенa для использования при изучении курса естествознания в пятом (и шестом) классе основной школы, а также для использования его материалов учащимися пятого и шестого класса во внеурочной самостоятельной работе исследовательского характера.

Асимметрия живых организмов, определяемая асимметрией молекул, из которых организмы построены, - еще одна тайна жизни. Двухатомные и трехатомные молекулы симметричны, в том смысле, что через три и тем более две их точки можно провести плоскость. Поэтому, например, молекула H-O-Cl, имеющая форму треугольника, совпадает со своим зеркальным отражением в этой плоскости. Но молекулы, содержащие четыре и больше атомов, могут быть асимметричными. Такие молекулы могут существовать в двух формах - правой и левой, и относятся они друг к другу, как правая и левая рука. Сколько ни верти их в пространстве, они друг с другом не совпадут. Эти правые и левые антиподы имеют одинаковое химическое строение, но по свойствам различаются. Все аминокислоты, кроме простейшей - глицина, асимметричны. Замечательное свойство природных аминокислот состоит в том, что во всех организмах, начиная с вируса и заканчивая человеком, они представлены совершенно определенными антиподами. Это так называемые L-аминокислоты, левые, то есть вращающие плоскость поляризации светя в левую сторону. Мы нуждаемся для жизни в L-аминокислотах, которые мы получаем из растительных и животных белков, расщепляя их при пищеварении. При это D-аминокислоты (правовращающие) наш организм не усваивает. Биологические катализаторы - ферменты, будучи построены асимметрично, действуют только на один оптический антипод, не трогая другого. Мы бы умерли с голоду, попав в "зазеркальную" жизнь.

Трудно предсказать свойства даже простейших молекул. Что уж говорить о макромолекулах, состоящих из многих тысяч атомов, - мыслимо ли предсказывать свойства полимеров? Оказывается, эта задача разрешима: огромные молекулы кое в чем более покладисты, чем небольшие. О том. как предсказывают свойства полимеров, исходя из их структуры, рассказано в статье.

Конструкционные и функциональные органопластики и другие изготовленные из неметаллических веществ части самолетов и вертолетов находят в самолетостроении широчайшее применение. "Наука и жизнь", 2007, N6

Полимеры сооружают из отдельных блоков - мономеров, для объединения требуются затраты энергии. Сходство в способах образования разных биополимеров свидетельствует о наличии определенных принципов биосинтеза, не зависимых от устройства конкретных активирующих систем или мономеров. Большинство процессов полимеризации описывается схемой "подъемного крана" либо "домкрата". Понимание, какая схема оптимальна в каких случаях, важно для проникновения в эволюционные процессы.

Тема лекарственных полимеров стала в последние десятилетия столь популярной в научных кругах (как химических, так и медицинских) и столько публикаций появляется ежегодно, что рискованно было бы отправиться на поиски информации, не имея в руках путеводителя: заблудишься в два счета. Таким путеводителем для вас будет статья, написанная по результатам беседы с академиком Н.А.Платэ.

Иллюстрация. Бумага и целлофан

Это имя химики узнали в 1897 году, когда была напечатана статья "Строение и синтез изопрена". Мономер природного каучука был расшифрован и синтезирован тридцатилетним артиллерийским офицером. С нее начался триумфальный путь Владимира Николаевича Ипатьева в химии. Небольшой очерк посвящен его необычной жизни и научным открытиям.

Иллюстрация. Вещество, которое "не придумала" природа: лавсан

Сегодня ученые с легкостью оперируют последовательностями нуклеотидов в ДНК и РНК. Полностью прочитаны последовательности в геноме множества простейших и животных, включая человека. А в 1962 году, когда американский биохимик Р.У.Холли вместе со своими сотрудниками впервые расшифровал последовательность нуклеотидов в транспортной РНК, это стало настоящей сенсацией. Объектом исследования ученых была одна из т-РНК, которая, присоединяя аминокислоту аланин, переносит ее в рибосому для включения в синтезируемый белок; ее называют аланиновой т-РНК. Важность открытия даже трудно было оценить. Ведь транспортные РНК играют чрезвычайно важную роль в синтезе белка, переводя четырехбуквенный код нуклеиновой кислоты на двадцатибуквенный язык белка. Ведь для строительства белков организм использует всего двадцать аминокислот. О том, как было сделано это открытие, рассказано в статье.

Синтетические полимеры, которые идут на изготовление волокн, пластиков, пленок и многого другого, делают из нефти и газа. При этом расходуется огромное количество энергии, в окружающую среду выбрасывается огромное количество отходов, а сами полимеры десятками лет сохраняются в природе, и не думая разлагаться. Есть ли альтернатива? Да, есть. Это микробные полимеры, получаемые с помощью биотехнологий, то есть микроорганизмов. Подробности читайте в статье.

Век дерева столь же впереди, сколь и позади. Так утверждают ученые-лесоводы и специалисты по химической обработке древесины. Сегодня нет ни одной отрасли экономики, культуры и быта, где бы не применяли древесину и продукты ее переработки. Древесина, конечно, проигрывает на фоне синтетических материалов. Она лишена биологической стойкости, то есть легко превращается в питательную среду для разных бактерий и грибов, вызывающих ее гниение, она легко воспламеняется и способна сильно поглощать и испарять влагу. Однако новые материалы все равно не могут затмить достоинств древесины - ее легкость, красоту, упругость, ее способность слабо проводить тепло и хорошо поглощать звук, ее легкость в обработке. Никто не хочет отказываться от древесины, поэтому задача ученых - сделать ее век практически бесконечным. А как это сделать - рассказано в статье.

Удивительная особенность некоторых природных и синтетических материалов адсорбировать, т.е. удерживать на своей поверхности инородные частицы, связана со свойствами их необыкновенно разветвленной, огромной удельной поверхности. "Наука и жизнь", 1956, N12

В статье рассказано о том, как шаг за шагом растет полимерная молекула, что служит сигналом для начала полимеризации, а что может оборвать растущую цепь. А еще вы узнаете о том, что такое живые полимеры и как можно остановить полимеризацию нужный момент, чтобы получить полимер заданного размера.

Сегодня невозможно представить нашу жизнь без химических волокон. Они повсюду - в нашей одежде, в декоративных тканях и строительных материалах, в спортивном и туристическом инвентаре, в самолетах и приборах? Трудно поверить, что еще 50 лет назад об этих волокнах мало что знали. Их эпоха началась в начале 60-х годов. Тогда химическая промышленность в разных странах мира, в том числе и в нашей стране, приступила к выпуску первых волокон, изобретенных химиками - капрону, найлону и лавсану. Кстати, вклад российских химиков был велик. Достаточно сказать, что знаменитое волокно лавсан называется так в честь своих изобретателей - ЛАборатории Высокомолекулярных Соединения Академии Наук. Из заглавных букв и складывается слово "лавсан". Какие задачи ставили перед собой разработчики и производители химических волокон в начале 60-х годов, когда эпоха волокон только начиналась? Какие волокна им хотелось получить? Прочитайте об этом в статье З.А.Роговина "Золотое руно полимеров"

Полимер формальдегида - молочно-белый, твердый и упругий материал - занял подобающее место в группе силовых конструкционных термопластов, куда входят полиамиды, поликарбонат, полифениленоксид. Но создатели полиформальдегида недовольны - они рассчитывали на большее. Он так и не потеснил более дешевые полиэтилен и полистирол. О полиформальдегиде рассказано в статье.

Полимерные молекулы обладают индивидуальностью, то есть тем набором свойств, по которым одну молекулу можно отличить от другой. Например, при одинаковом химическом составе молекулы могут отличаться друг от друга длиной цепи или структурой составляющих звеньев - мономеров. Звенья и цепи могут по-разному чередоваться. Чем больше их число и чем разнообразнее их структурный набор, тем больше возникает возможностей для индивидуализации, или специализации, молекул. Различные комбинации смежных звеньев представляют собой знаки определенного кода, подобно тому, как сочетание точек и тире в азбуке Морзе изображают буквы алфавита. Иными словами, полимерная цепочка несет на себе определенную информацию уже по одной той причине, что она полимерная, то есть состоит из многих сотен и тысяч звеньев. Аналогично устроен и генетический код, который несет биополимерная молекула ДНК, состоящая всего из четырех типов звеньев. Выходит, что синтез макромолекул есть процесс накопления или передачи информации. А это значит, что получение изделий из синтезированного полимера должно обязательно основываться на той информации, которая уже была произведена. И тут возникает роковой вопрос: а умеем ли мы эту первоначальную информацию читать? Если не умеем, то технология получения изделий из полимеров может стать дезинформацией и получением продукта плохого качества.

Можно ли из одного и того же полимера сделать шерсть и шелк? Можно, если правильно считать информацию, заложенную в полимере. Почему шелк - это шелк, а шерсть - это шерсть? Биологи ответят, что шелк, точнее паутина или обмотка кокона, работает на прочность, а шерсть предназначена для теплоизоляции. Они возникли в результате разных "заказов" природы. Далее биологи объяснят, что каждая молекула фиброина - белка шелка - включает примерно 300 звеньев 18-ти различных сортов. Причем около половины молекул состоит из звеньев лишь четырех сортов (три из них - простейшие аминокислоты), которые легко ориентируются параллельно, образуя своего рода кристаллическую фазу. Такая упаковка гарантирует прочность шелкового волокна. А вот цепочки кератина - белка шерсти - во многом напоминают некристаллизующиеся участки фиброина. Но они содержат еще два сорта звеньев, которые образуют между соседними цепочками белкового полимера серные мостики. Поэтому шерсть и нерастворима, хотя и набухает в воде. Кроме того, в отличие от фиброина, кератин существует в нескольких модификациях, обладающих разными физическими свойствами и составом. Одни компоненты образуют "ствол", а другие - периферию волокон. Сухое волокно извивается из-за неравномерного распределения напряжений по его диаметру, а мокрое - набухает и распрямляется. Распрямившиеся волокна образуют сплошной покров, защищающий кожу от влаги. Все это и есть структурная информация на микроскопическом уровне. Используя ее, технологи научились делать двухкомпонентные синтетические волокна, полностью имитирующие поведение шерсти в сухом и мокром состоянии: "ствол" изготовляется из гидрофобного, а поверхность - из гидрофильного полимера. О том, как используя структурную информацию полимера, можно делать синтетические волокна, похожие на природные, рассказано в статье.

Деятельность живой клетки определяется целым комплексом белковых молекул с различными функциями. Чтобы белки изучать, прежде их надо разделить по группам одинаковых молекул. В статье приводится краткое описание электрофоретического метода исследования и предварительных результатов изучения белков пыльцы трех видов растений из разных биологических семейств.

Статья посвящена проблеме старения полимеров. Процесс этот провоцируют свободные радикалы и атомы, с ними успешно справляются вещества-стабилизаторы, к которым предъявляются весьма строгие требования. Неотъемлемая часть века полимеров - полимерный мусор, избавиться от него - дело непростое.