Химическая эволюция 1 Звездный этап эволюции химических элементов

Химическая эволюция 1. Звездный этап эволюции химических элементов 2. Планетный этап эволюции химических элементов

Эволюция вещества во вселенной • Первичное вещество во Вселенной – водород. • Под воздействием гравитационных сил образуются гравитационно-связанные скопления вещества. о • В ходе их образования t повышается – начинают протекать ядерные реакции. • В результате ядерных реакций высвобождается огромное количество энергии (энергия излучения). • Образуются туманности – огромные скопления газов, из которых затем возникают звезды и планеты.

Звездный этап эволюции химических элементов

Термоядерный синтез • 4 Н = Не + тепло + свет + поток частиц • 3 Не = С + тепло + свет + поток частиц • 2 Н + С = N + тепло + свет + поток частиц • Не + С = О + тепло + свет + поток частиц • Не + О = Ne + тепло + свет + поток частиц • He + Ne = Mg + тепло + свет + поток частиц • He + Mg = Si + тепло + свет + поток частиц • He + Si = S + тепло + свет + поток частиц • 2 Si = Fe + тепло + свет + поток частиц до образования железа, затем взрыв сверхновой звезды

ХИМИЧЕСКАЯЭВОЛЮЦИЯ Образование ядер гелия из водорода

Образование ядер простейших химических элементов на основе атомов гелия N О С

Взрыв сверхновой звезды • Образование более тяжелых химических элементов • Второе поколение звезд (кроме Н и Не содержат тяжелые химические элементы) • Распространение химических элементов в космосе • Образование планетарного облака • Образование звездно-планетной системы

Образование планетных систем • Внутри туманностей образуются молодые звезды-области концентрированного межзвездного газа и пыли • Когда газопылевое облако становится большим, оно теряет устойчивость и дробится на облака меньшего размера-протозвезды (типа Солнечной системы) • По мере сжатия в протозвезде происходит слияние атомов • Планеты формировались из оставшихся газов и пыли на территории протозвезд

Земля – атомарное газовое облако Земля – раскаленное уплотненное тело (температура поверхности – более 10000 С) Охлаждение планеты Ливневые дожди Возникновение водоемов

Планетный этап эволюции химических веществ • Образование ядра, где идут термоядерные реакции • Образование атмосферы, содержащей H 2, N 2, H 2 O, NH 3, CH 4, CO, P 2 O 5, H 2 S, SO 2, CO 2 • Химические взаимодействия: HCN, HCOOH, CH 3 COOH, NH 2 COOH (глицин) • Охлаждение планеты, образование гидросферы • Синтез и распад органических веществ

Физико-химическая эволюция в развитии биосферы Б Формирование 99% современной массы Земли Недра разогревались 100 млн. лет медленный рост первоначально Расплавление веществ Аккреция Исчерпались в околоземном рое протопланетного вещества Объединение крупных твердых тел (планетезималей) Гравитационные дифференциации Рост замедлился Легкие вверх Тяжелые вниз А Протоземля Холодное космическое тело Нет тектонических процессов Нет мантии Нет ядра Распад В радиоактивных элементов(уран, тор ий) Нет атмосферы и океанов Состав однородный Образовалась земная кора Г Формирование планеты Химические реакции Поглощение кислорода Ультрафиолетовая На мол. СО 2 радиация Солнца Достигла значительных размеров При разогревании недр Частицы падают на поверхность Масса планеты увеличилась Притягивать газы Газовые компоненты на поверхность Сформировалась собственная земная атмосфера Аммиак, углеводородные газы, углекислота, сероводород, свободный водород Углекислота + водород В атмосфере кислорода не было Метан + вода в парообразном состоянии Образование кремнекислоты Но накопления нет. Первичный Тратился на процессы кислород окисления облака

Условия на древней Земле • Первичная атмосфера-Н 2 О, СН 4, NН 3, СО 2, Н 2; Ar, He, Kr, Xe; H 2 S, HF, HCI • Вторичная атмосфера-СН 4, СО 2, Н 2 О, Н 2, NH 3 • Cовременная атмосфера- N 2, O 2, CO 2, H 2 O, Ar, H 2 • Первичная литосфера-Al, Ca, Fe, Mg, Na, K и др. • Первичная гидросфера- < 0, 1 объема воды современных океанов

Источники энергии для химической эволюции 1. Распад К 2. УФ излучение 3. Вулканизм 4. Удары метеоритов 5. Молнии 40

ОБРАЗОВАНИЕ ПРОСТЕЙШИХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Н 2 О СО 2 NН 3

Образование простейших органических соединений на основе углерода – главного носителя органической жизни СН 4

Комплекс условий Достаточно высокая температура поверхности планеты Активная вулканическая деятельность Грозовые электрические разряды Ультрафиолетово е излучение Синтез органических веществ из неорганических соединений, протекающий в водной среде

Образование органических веществ С КАРБИДЫ НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ УВ СПИРТЫ, АЛЬДЕГИДЫ Н О N МЕТАЛЛОАЗОТИСТЫЕ СОЕДИНЕНИЯ NH 3 CN СОЕДИНЕНИЯ ПРОСТЫХ БЕЛКОВ

Типы химических реакций • • Синтез А + В = АВ Распад АВ = А + В Замещение А + ВС = АС + В Обмен АВ + СД = АД + CD Электролитическая диссоциация Электролиз Каталитические реакции

Возникновение биотического круговорота веществ • Отбор химических элементов (органогены. С, H, O, N, P, S) • Отбор аминокислот (из 100 в живых организмах встречаются только 20) • Отбор катализаторов (ферменты действуют при низких температурах, избирательно, направленно) • Отбор реакций (цепные, цикличные, матричные)

Теории происхождения протобиополимеров ТЕРМИЧЕСКАЯ Рассматривает образование полимеров из низкомолекулярных структур путем нагревания. С. Фокс. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ Ведущее значение принадлежит энергии холодной плазмы. К. Симонеску, Ф. Денеш. . ТЕОРИЯ АДСОРБЦИИ КОАЦЕРВАТНАЯ Концентрация повышается путем адсорбции в пресно-водных или морских отло-жениях очень тонких глин. Рассматривает индивиду-альные фазово-обособлен-ные системы – коацерваты (молекулы, окруженные водной оболочкой). Д. Бернал. А. И. Опарин.

Особые реакции в органической химии 1. Присоединение – Гидрирование – Гидрогенизация – Галогенизация 2. Полимеризация 3. Поликонденсация 4. Образование макроэргических связей 5. Изомеризация 6. Матричный синтез 7. Самоорганизация ВМС

Самоорганизация в химии • Реакцию самоорганизации ВМС открыли Б. П. Белоусов - А. М. Жаботинский • Теорию саморазвития открытых каталитических систем создали (1964 -1969 гг. ) А. П. Руденко, И. В. Березин, А. А. Баландин • Образуются те эволюционные изменения катализаторов, которые приводят к максимальному увеличению их абсолютной активности

Опираясь на данные разных отраслей естествознания, ученые выявили ряд новых свойств жизни: • Огромную роль в явлениях жизни играют жиры, углеводы, фосфорорганические соединения, вода, минеральные соли. • Органическим молекулам свойственна зеркальная изомерия- «хиральность» СООН Н С ОН НО С Н СН 3 D(-) молочная L(+) молочная кислота

Хиральностью обладают аминокислоты и сахара. Белки содержат только «левые» аминокислоты, а нуклеиновые кислоты – только «правые» сахара. Эта важнейшая черта отличает живое от неживого.

Коацерватная капля = сгусток органических веществ Характерные для нее процессы Распад единой капли на две или несколько более мелких Увеличение размеров капли Напоминает деление клетки у живого организма Напоминает процесс роста у живого организма Поглощение веществ из внешней среды Синтез и распад (расщепление) молекул веществ внутри капли Напоминают процесс обмена веществ у живого организма Выделение веществ из капли во внешнюю среду

Эволюция протобионтов. Возникновение Появление каталитической способов активности преобразования белков энергии Появление генетического кода

Коацерватные капли – предшественники живых существ Первые одноклеточные анаэробные гетеротрофные прокариоты Одноклеточные анаэробные хемотрофные прокариоты Одноклеточные аэробные фототрофные эукариоты Одноклеточные анаэробные гетеротрофные прокариоты Одноклеточные аэробные гетеротрофные эукариоты

Спасибо за внимание!