Задания

1) преобладают особи с максимальным значением признака
2) особей с небольшим числом костных лучей большинство
3) всего исследовано 138 особей
4) наибольшее число особей имеют семь костных лучей
5) средняя варианта признака проявляется у 100 особей

Ответ

1) большинство соцветий имеет семь краевых цветков
2) среднее значение признака проявляется у большинства соцветий
3) максимальное число краевых цветков у соцветий равно 15
4) наибольшее число соцветий имеют максимальное значение признака
5) анализ проведен у 15 особей растений

Ответ

Проанализируйте график «Выживание муфлона в Лондонском зоопарке». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа представленных данных.
1) исследована группа животных, состоящая из 79 особей
2) три четыре особи проживают 118 месяцев
3) родившиеся особи часто гибнут на третьем году жизни
4) большая часть особей доживает до восьми лет
5) в исходной популяции средний возраст особей составляет один год

Ответ

Изучите график зависимости количества проросших семян определённой массы (3–4 мг) от продолжительности нахождения семян в почве (по оси х отложено время (в днях), а по оси у – количество проросших семян от общего их числа (в %)). Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа предложенного графика.
1) Чем больше семена находятся в земле, тем лучше их всхожесть.
2) На 11 день прорастают 15% семян.
3) После 10 дня зависимость прорастания семян от продолжительности нахождения в земле становится обратно пропорциональной.
4) Семена начинают всходить на 4-6 день.
5) На 8 день всхожесть семян максимальная.

Ответ

Изучите график зависимости скорости фотосинтеза от различных факторов. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа предложенного графика. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) скорость фотосинтеза при интенсивности освещения возрастает
2) скорость фотосинтеза не зависит от концентрации угарного газа
3) все реакции фотосинтеза катализируются ферментами, для которых оптимальная температура 25 градусов.

Ответ

1) между хищниками происходит конкуренция
2) численность жертвы изменяет численность хищника
3) в 1946 году наблюдалась самая высокая численность волков
4) численность хищников возрастает прямо пропорционально численности жертв
5) высота пиков популяционных волн жертв и хищника совпадают

Ответ

Проанализируйте таблицу «Число долгожителей мужчин и женщин в период с 1940 - по 1952 годы». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа данных таблицы. Каково соотношение числа мужчин и женщин долгожителей в период с 1940 по 1945 гг.?
1) примерно одинаковое и составляет 1:1
2) женщин в два раза больше, чем мужчин
3) средний возраст женщин составляет 100 лет
4) наибольшее число женщин на одного мужчину приходится на 1942 год
5) на одного мужчину приходится примерно 4-5 женщин

Ответ

Проанализируйте таблицу «Выживание птенцов скворца в зависимости от количества яиц в кладке». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) Оптимальное количество яиц в кладке, позволяющее сохранить численность скворцов, – 5.
2) Гибель птенцов объясняется случайными факторами.
3) Чем меньше в кладке яиц, тем эффективнее забота о потомстве.
4) Чем больше птенцов в гнезде, тем чаще родители кормят каждого из птенцов.
5) Количество яиц в кладке зависит от климатических факторов и наличия корма.

Ответ

Изучите график, отражающий распределение семян тыквы по их величине. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа предложенного графика. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) Чем сильнее отклонение от средней величины признака, тем меньше частота встречаемости этого признака.
2) Вариационная кривая графика – это графическое выражение характера изменчивости признака.
3) Средняя величина признака не встречается в природных популяциях.
4) Средняя величина признака – это отклонение от нормы.

Ответ

Пользуясь таблицей «Химический состав морской воды и сыворотки крови» и знаниями из курса биологии, выберите верные утверждения. Химический состав морской воды и сыворотки крови
1) Натрия, калия и кислорода в морской воде меньше, чем в сыворотке крови.
2) Хлор преобладает и в составе морской воды, и в составе сыворотки крови.
3) Натрий, калий и кислород содержатся в сыворотке крови, но отсутствуют в морской воде.
4) Количество хлора в сыворотке не значительно.
5) Кальций преобладает и в составе морской воды, и в составе сыворотки крови.

Ответ

Проанализируйте график «Динамика численности зайцев и хищников». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа представленных данных.
1) хищники не являются конкурентами
2) изменения численности жертвы опережает изменение численности хищника
3) в 1950 году наблюдалась самая низкая численность жертвы
4) при низкой численности зайцев увеличивается численность рыси
5) небольшая численность хищников повышает численность зайцев

Ответ

Проанализируйте график «Вариационная кривая изменчивости числа краевых цветков в соцветии хризантемы». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа представленных данных.
1) большинство соцветий содержат по семь краевых цветков
2) исследовано более 500 соцветий хризантемы
3) максимальное число краевых цветков у соцветий равно 12
4) наибольшее число соцветий имеют минимальное значение признака
5) анализ проведен у 16 особей растений

Ответ

Проанализируйте график «Вариационная кривая изменчивости костных лучей в хвостовом плавнике камбалы». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа представленных данных.
1) преобладают особи с минимальным значением признака
2) особей с небольшим числом костных лучей 60
3) большинство особей имеют семь костных лучей
4) наибольшее число костных лучей составляет 10
5) средняя варианта признака проявляется у 130 особей

Ответ

Проанализируйте таблицей «Сравнительный состав плазмы крови, первичной и вторичной мочи организма человека» и сделайте выводы. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) Концентрация калия практически остаётся неизменной по мере превращения плазмы крови во вторичную мочу.
2) Белки, жиры и гликоген отфильтровываются сразу и не попадают в первичную мочу.
3) Глюкоза отсутствует в составе вторичной мочи по сравнению с первичной.
4) Первичная и вторичная моча идентичны по составу.
5) Концентрация мочевины в плазме крови и во вторичной моче не отличаются.

Ответ

Пользуясь таблицей «Относительное содержание основных химических элементов», выберите правильные суждения.
1) У животных и растений наблюдается сходство химического состава.
2) У вселенной и растений наблюдается сходство химического состава.
3) Доля железа как металла достигает в живых организмах максимальной величины.
4) Ионы железа входят в состав гемоглобина.
5) Доля магния как металла достигает в живых организмах максимальной величины.

Ответ

Изучите график стабилизирующего отбора. Выберите утверждения, которые соответствуют характеристике стабилизирующего естественного отбора. В ответе запишите номера выбранных утверждений.

2) сохранение неизменности признака за счет неменяющихся условий обитания
3) отбор в пользу гетерозигот
4) отбор особей с полезными признаками в новых изменившихся условиях среды
5) отбор приводит к полиморфизму в популяции

Ответ

Проанализируйте график «Выживание муфлона в Лондонском зоопарке». Выберите утверждения, которые можно cформулировать на основании анализа представленных данных.
1) с увеличением возраста особей число выживших уменьшается
2) половина из родившихся особей проживают 100 месяцев
3) гибель особей постепенно нарастает
4) большая часть особей доживает до десяти лет
5) в исследуемой группе животных средний возраст составляет 2 года

Ответ

Изучите график ферментативной реакции. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа предложенного графика. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) При повышении температуры скорость ферментативной реакции постоянно возрастает.
2) Скорость ферментативной реакции оптимальна при температуре около 36 градусов.
3) При понижении температуры от 25 градусов скорость реакции резко снижается.

Ответ

Изучите график «Движущая форма естественного отбора». Выберете номера утверждений, которые характеризуют данную форму отбора.
1) действует в условиях долго не меняющейся среды
2) обеспечивает закрепление нового признака организмов
3) сохраняет особи с полезными отклонениями
4) сохраняет особи с нормой реакции, установившейся на длительное время

Ответ

Проанализируйте график «Вариационная кривая, отражающая распределение семян тыквы по их величине». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основе анализа таблицы.
1) размер семян 14-15 мм – максимальный размер
2) реже всего встречаются семена размером от 11 до 12 мм
3) наиболее часто встречаются семена среднего размера
4) средний размер семян колеблется в пределах 14-15 мм
5) семян более 19 мм не бывает в природе

Ответ

Проанализируйте график динамики частоты пульса в покое в условиях высокогорья. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) сначала увеличивается, а потом снижается
2) остается неизменной в указанном интервале

4) восстановление пульса происходит на 31-й день

Ответ

Проанализируйте график, отражающий колебания численности биомассы насекомых в течение года. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основа Вашего анализа.
1) Биомасса насекомых и их численность связаны между собой.
2) В конце осени биомасса насекомых резко уменьшается.
3) Период размножения насекомых начинается в мае.
4) Наибольшая численность насекомых приходится на осень и весну.
5) Зиму насекомые проводят в спячке.

Ответ

Изучите график разрывающего (дизруптивного) отбора. Выберите утверждения, которые соответствуют характеристике разрывающего естественного отбора. В ответе запишите номера выбранных утверждений.
1) отбор особей со средним значением признака в популяции
2) деление популяции на несколько групп, обитающих на одной территории
3) отбор в пользу дигетерозигот
4) сохранение неизменности признака за счет неменяющихся условий обитания

Ответ

Изучите график зависимости скорости реакции от концентрации фермента. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа предложенного графика. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1. Скорость ферментативной реакции не зависит от концентрации фермента.
2. Скорость ферментативной реакции существенно зависит от концентрации фермента.
3. При повышении концентрации фермента скорость реакции повышается.

Ответ

Проанализируйте таблицу «Число долгожителей мужчин и женщин в период с 1940 по 1952 годы». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа данных таблицы. Каково соотношение числа мужчин и женщин долгожителей в период с 1947 по 1950 гг.?
1) примерно одинаковое и составляет 1: 1
2) мужчин больше, чем женщин
3) женщин примерно в 5 раз больше, чем мужчин
4) соотношение женщин и мужчин составляет 1: 17
5) на одного мужчину приходится примерно 6 женщин

Ответ

Проанализируйте график изменения численности зайцев и рыси. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) В 1886 году численность зайцев резко сократилась, по сравнению с 1885 годом
2) Увеличение численности рыси не влияет на численность зайцев
3) Изменение численности зайцев напрямую связано с численностью рыси
4) Максимальная численность зайцев была зафиксирована в 1886 году
5) Численность рыси в 1887 году составила 600 особей

Ответ

Проанализируйте таблицу «Количество влаги для прорастания семян» и сделайте выводы. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) Для прорастания семян ржи необходима 100% влажность
2) Наименьшее количество влаги необходимо кукурузе
3) Для проращивания семян льна их заливают водой
4) Для проращивания семян кукурузы влажность должна составлять половину от максимума
5) Наименьшее количество влаги необходимо просу.

Ответ

Проанализируйте график зависимости числа случаев кариеса от среднего количества сахара, потребляемого на душу населения в разных странах. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных предложений.
1) частота встречаемости кариеса не зависит от количества потребляемого сахара
2) умеренное потребление сахара (2 ч. ложки в день) практически не способствует развитию кариеса
3) в цивилизованных странах кариес встречается реже
4) чем больше потребляется в стране сахара, тем чаще в ней встречается кариес
5) потребление сахара в мире постоянно растет

Ответ

Проанализируйте таблицу показателей индекса массы тела (ИМТ) и сделайте выводы. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) У первого исследуемого выраженный дефицит массы
2) У второго и третьего исследуемого нет дефицита массы
3) У первого и третьего исследуемого приемлемый ИМТ
4) У третьего исследуемого ожирение третьей степени
5) У второго исследуемого нет избыточного веса

Ответ

Испытуемым демонстрировались цифры разных цветови чёрно-белые изображения разной сложности. Фиксировалось время, необходимое испытуемому, чтобы распознать и назвать объект. Проанализируйте таблицу «Время, необходимое для узнавания тест-изображения». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа представленных данных.
1) Чем проще объект, тем меньше света необходимо для его узнавания.
2) Время узнавания цифр не зависит от их цвета.
3) Чёрные объекты распознаются быстрее цветных.
4) Цветные цифры распознаются быстрее, чем сложное изображение.
5) В сумерках распознавание цветного объекта ослабевает.

Ответ

Проанализируйте таблицу «Функция почек во время беременности». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) По показателям мочи можно определить наличие проблем со здоровьем.
2) Самая большая нагрузка на почки наблюдается в первом триместре беременности.
3) Почечный кровоток зависит от возраста женщины.
4) По концентрации глюкозы в моче здоровой женщины можно судить о сроках беременности.
5) Содержание белка в моче беременных женщин зависит от наличия воспаления.

Ответ

Проанализируйте гистограмму состава рациона животного Z. По оси х расположены таксоны позвоночных животных, которыми питается животное Z, а по оси у – их количество в рационе. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа гистограммы. Животное Z относят к
1) всеядным животным
2) консументам II порядка
3) производителям органических веществ
4) полуводным животным
5) обитателям тундры

Ответ

Проанализируйте график скорости размножения молочнокислых бактерий. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений. Скорость размножения бактерий
1) всегда прямо пропорциональна изменению температуры среды
2) зависит от ресурсов среды, в которой находятся бактерии
3) зависит от генетической программы организма
4) в интервале от 20 до 36 °С повышается
5) уменьшается при температуре выше 36 °С

Ответ

Проанализируйте график зависимости скорости от температуры. Выберите утверждния, которые можно сформулировать на основе анализа представленных данных. Запишите в ответе цифры, под которыми указаны выбранные утверждения.
1) исследуется фермент теплокровного животного
2) при повышении температуры происходит денатурация ферментов
3) фермент наиболее активен при температуре 38 градусов
4) все ферменты являются белками
5) скорость ферментативной реакции зависит от температуры

Ответ

Проанализируйте график рождаемости и смертности в России в период с 1990 по 2009 годы и сделайте выводы.
1) В 1990 году было наибольшее количество родившихся людей
2) В период с 1990 до 1999 наблюдалось падение рождаемости
3) В период с 1997 до 2003 наблюдается рост смертности
4) В период с 1992 до 2009 рождаемость преобладала над смертностью
5) В период с 2000 до 2002 рождаемость росла, а смертность снижалась

Ответ

Проанализируйте график изменения интенсивности роста проростков кукурузы при различных температурах. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) Максимальная интенсивность роста достигается при 35 °С
2) Резкое падение интенсивности роста наблюдается в интервале температур от 32 до 48 °С
3) Температуры выше 32 °С негативно сказываются на росте проростков кукурузы
4) При температуре 32 °С достигается максимальная интенсивность роста равная 12 условным единицам
5) На интенсивность роста проростков кукурузы практически не оказывает влияние температура окружающей среды

Ответ

Проанализируйте таблицу «Процессы в ЖКТ». Заполните пустые ячейки таблицы, используя термины, приведённые в списке. Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий термин из предложенного списка.
1) 1,5-2,0
2) 5,4-7,0
3) Жиры
4) Белки, жиры, углеводы
5) Ротовая полость
6) Слепая кишка

Ответ

Проанализируйте таблицу «Число устьиц на 1 квадратный миллиметр листа» и сделайте выводы.
1) Устьица нужны для испарения воды и газообмена с окружающей средой.
2) У злаков число устьиц на обеих поверхностях листа примерно одинаково.
3) Кувшинка – водное растение, устьица находятся только на нижней стороне листа, и испарение происходит через его поверхность.
4) Слива и яблоня имеют устьица только на нижней стороне листа.
5) Количество и условия расположения устьиц не зависит от места произрастания растения

Ответ

Изучите график зависимости роста насекомого от времени (по оси х отложено время (дни), а по оси у – длина насекомого (в см)). Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа предложенного графика. Запишите в ответ номера выбранных утверждений.
1) Рост насекомого происходит плавно, без видимых скачков.
2) Вторая линька приходится на 14-15 день
3) Рост очень резкий на протяжении всего времени.
4) Между 26 и 30 днями наблюдается линька.
5) Периоды покоя насекомого сменяются резким ростом.

Ответ

Проанализируйте таблицу «Выживание куропаток». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основе анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) максимальная выживаемость достигается ко второму году жизни
2) смертность куропаток прямо пропорциональна возрасту
3) большую часть жизни смертность составляет около трети от числа особей данного возраста
4) на 6-10 году жизни выживаемость растет
5) минимальная выживаемость в начале и в конце жизни особей вида

Ответ

Проанализируйте график «Зависимость активности ферментов от температуры». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основе анализа этого графика. Запишите в ответе номера выбранных утверждений. Активность фермента:
1) зависит от его количества и температуры среды
2) максимальна при температуре 43 градуса
3) равна нулю при 11 градусах
4) с повышением температуры выше 46 градусов резко падает
5) оптимальна в диапазоне 36–46 градусов

Ответ

Проанализируйте график «Скорость роста» и сделайте выводы.
1) чем больше особей в популяции, тем выше скорость ее роста
2) чем меньше особей в популяции, тем выше скорость ее роста
3) рост числа особей в популяции постоянен
4) максимальная скорость роста наблюдается при численности особей – от 400 до 600.

Ответ

Проанализируйте таблицу «Зависимость кислородной емкости крови млекопитающих от высоты над уровнем моря». Выбери те утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) у животных с одинаковым количеством эритроцитов в 1мм3 крови одинаковое содержание в них гемоглобина
2) между высотой над уровнем моря и количеством эритроцитов в 1мм3 крови существует обратно пропорциональная зависимость
3) между высотой над уровнем моря и количеством эритроцитов в 1мм3 крови существует прямо пропорциональная зависимость
4) между количеством эритроцитов в 1мм3 крови и содержанием в них гемоглобина существует прямо пропорциональная зависимость
5) у животных, живущих на одинаковой высоте, может быть разное количество эритроцитов в 1мм3 крови, но всегда одинаковое содержание в них гемоглобина

Ответ

Проанализируйте таблицу ""Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха"". Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) Состав альвеолярного воздуха значительно отличается от состава вдыхаемого воздуха: в нем меньше кислорода (14,2%), большое количество углекислого газа (5,2%), а содержание азота практически одинаково, так как он не принимает участия в дыхании.
2) В выдыхаемом воздухе кислорода содержится меньше, чем в альвеолярном.
3) Количество углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе практически не меняется.
4) Количество азота во выдыхаемом и вдыхаемом воздухе практически не меняется.
5) Пребывание человека в плохо проветриваемом помещении вызывает снижение работоспособности, головную боль и учащенное дыхание.

Ответ

Проанализируйте таблицу «Выживание птенцов сороки обыкновенной». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) чем больше яиц в кладке, тем больше вылупляется из них птенцов
2) в среднем сорока откладывает 7 яиц
3) не все птенцы вылупляются из яиц, в среднем появляется 5 птенцов
4) все вылупившиеся птенцы выживают
5) сорока откладывает яйца в разные дни (по 1 яйцу в день), и поэтому птенцы в гнезде разновозрастные

Ответ

Проанализируйте график зависимости работоспособности человека от температуры окружающей среды (х – температура среды в °С, у – относительная работоспособность в %). Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) сначала незначительно растет, а потом снижается

3) медленно растет в указанном интервале температур
4) работоспособность у человека резко снижается
5) снижается на всем указанном интервале

Ответ

Проанализируйте график изменения активности фермента каталазы у пчел в течение года. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) активность фермента каталазы у пчел не зависит от времени года
2) весной и осенью у пчел происходит увеличение активности фермента каталазы
3) максимальная активность фермента каталазы у пчел приходится на зимние месяцы
4) весной и осенью у пчел происходит снижение активности фермента каталазы
5) минимальная активность фермента каталазы у пчел приходится на летние месяцы

Ответ

Проанализируйте график изменения количества жира в теле насекомого в период активности (х – месяцы периода активности, у – количество жира в баллах). Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) в первой половине июня насекомое интенсивно использует запасы жира
2) наиболее интенсивное накопление жира происходит в июле-августе
3) в апреле и мае количество жира не изменяется
4) интенсивное снижение количества жира в теле насекомого приходится на июнь-июль
5) количество жира в теле насекомого зависит от случайных факторов среды

Ответ

Проанализируйте таблицу «Содержание соланина в различных сортах картофеля». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) соланин – ядовитое вещество, вызывающее отравления
2) наибольшее количество соланина накапливается в листьях, стеблях и плодах картофеля
3) по сравнению с мякотью клубня соланина накапливается больше в глазках
4) массовые отравления соланином препятствовали распространению картофеля в России в XVIII веке
5) соланин накапливается при неправильном хранении картофеля

Ответ

Проанализируйте таблицу «Количество генетического материала». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) редукция числа хромосом происходит в анафазе второго деления мейоза
2) удвоение молекул ДНК происходит в интерфазе в синтетическом периоде
3) в профазе первого деления происходят коньюгация и кроссинговер
4) в результате деления образуется четыре клетки
5) редукция числа хромосом происходит в анафазе первого деления мейоза

Ответ

Проанализируйте график зависимости скорости химической реакции в живом организме от температуры. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) сначала растет, а потом снижается
2) остается неизменной в указанном температурном интервале
3) медленно растет в указанном интервале температур
4) максимальная скорость химической реакции в живом организме наблюдается при температуре 37-39 °С
5) снижается на всем указанном интервале

Ответ

Проанализируйте таблицу «Потребление кислорода в зависимости от размеров млекопитающих». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) чем больше масса животного, тем больше кислороды оно употребляет
2) минимальное количество кислорода требуется кенгуру
3) максимальное количество кислорода требуется землеройке
4) между массой животного и его потребностью в кислороде существует прямая пропорциональная зависимость
5) чем меньше масса животного, тем больше кислорода потребляет животное

Ответ

Проанализируйте график, отражающий смену простейших в сенном настое: 1 – жгутиковые, 2 – инфузории кольноды, 3 – парамеции, 4 – брюхоресничные инфузории, 5 – амебы, 6 - сувойки. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) первыми доминируют жгутиковые
2) на 10-22 сутки доминируют инфузории кольноды
3) парамеции не доминируют ни в один период времени
4) амебы доминируют на 47-69 сутки
5) наиболее продолжительный период доминируют сувойки

Ответ

Проанализируйте таблицу «Распределение резус-фактора у разных народов». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) резус-отрицательные люди вообще не встречаются только у австралийских аборигенов
2) доля резус-отрицательных людей наибольшая у басков
3) доля резус-положительных людей у всех народов выше чем резус-отрицательных
4) у китайцев и японцев доля резус-положительных и резус-отрицательных людей равны
5) наиболее точно доли резус-положительных и резус-отрицательных людей установлены для американских индейцев

Ответ

Проанализируйте график, отражающий зaвисимость интенсивности фотосинтеза и дыхания растения от температуры. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) оптимальная температура для дыхания растения - +30С°
2) оптимальная температура для фотосинтеза растения - +55С°
3) интенсивность фотосинтеза наибольшая в диапазоне температур +25 - +35С°
4) интенсивность дыхания наибольшая при температуре около +55С°
5) максимальное температурное значение, при котором еще будет происходить прирост биомассы растения, составляет +60С°

Ответ

Проанализируйте таблицу «Основные характеристики геосфер Земли». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) наименее тонкой геосферой Земли является атмосфера
2) наиболее плотной геосферой Земли является ядро
3) наибольшую долю в массе Земли составляет литосфера
4) наибольший объем имеет атмосфера
5) самой легкой геосферой является гидросфера

Ответ

Изучите диаграммы, характеризующие возрастную структуру народонаселения в 1970 г. в трех странах, различающихся скоростью роста численности: а) Мексика, б) США, в) Швеция. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа диаграмм.
1) на диаграмме «а» изображена сокращающаяся популяция
2) на диаграмме «б» изображена быстро растущая популяция
3) на диаграмме «в» изображена стационарная популяция
4) на всех диаграммах изображены популяции, в которых мальчиков рождается больше, чем девочек
5) на диаграмме «а» изображена популяция с низкой рождаемостью

Ответ

Проанализируйте график, отражающий зависимость смертности яиц соснового шелкопряда в разных сочетаниях температуры и влажности. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании полученных результатов.
1) наименьшая смертность яиц соснового шелкопряда наблюдается при температуре 20С° и влажности 70%
2) смертность яиц соснового шелкопряда при температуре 25С° и влажности воздуха 90% составляет 5%
3) смертность яиц соснового шелкопряда при температуре 30С° и влажности воздуха 60% составляет 0%
4) смертность яиц соснового шелкопряда с увеличением температуры всегда растет
5) смертность яиц соснового шелкопряда не зависит от влажности воздуха

Ответ

Проанализируйте таблицу «Содержание в клетках химических соединений». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) из органических веществ в клетках больше всего белков
2) из неорганических веществ в клетках больше всего углеводов
3) воды в клетках больше, чем других веществ вместе взятых
4) в % от сырой массы в клетках больше всего органических веществ
5) в % от сухой массы в клетках больше всего неорганических веществ

Ответ

Изучите график зависимости выживаемости особей в популяции от времени. Выживаемость – процент от исходного числа особей, сохранившихся в популяции за определенный промежуток времени: Z = n/N x 100%, где Z – выживаемость в %, n – число выживших, N – исходная численность популяции. (По оси х отложена выживаемость, по оси у – время.) Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений. Кривая III типа
1) отражает массовую гибель особей в начальный период жизни
2) свойственна организмам, смертность которых на протяжении всей жизни мала
3) характерна для видов, у которых смертность остается относительно постоянной в течение всей жизни
4) отражает массовую гибель особей в течение всей жизни
5) характерна для организмов, не заботящихся о своем потомстве и выживающих за счет большой плодовитости (огромного количества икринок, личинок, семян и т.п.)

Ответ

Проанализируйте таблицу «Аккумуляция элементов организмами». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) морские растения больше всего накапливают свинец
2) моллюски больше всего накапливают ртуть
3) в пресноводных рыбах всех исследованных элементов больше, чем в морских
4) по степени накопления в морской рыбе исследованные элементы образуют ряд: Cd ->Pb->As->Hg
5) по мере продвижения по цепи питания концентрация ртути увеличивается

Ответ

Проанализируйте график сезонных изменений количества видов стрекоз в различных природных зонах (пустыня, полупустыня, лесостепь, тайга). (По оси – х месяцы года, по оси у – количество видов стрекоз.) Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) наибольших значений численность стрекоз достигает в лесостепи
2) численность стрекоз не зависит от типа природной зоны
3) во всех природных зонах максимальная численность стрекоз в июле
4) численность стрекоз не зависит от температуры
5) круглый год стрекозы встречаются только в пустыне
6) в тайге и лесостепи условия для существования стрекоз сходные

Ответ

Проанализируйте таблицу «Распространение некоторых инфекционных болезней животных по континентам». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов. Запишите в ответе номера выбранных утверждений.
1) Европа и Азия отличаются по распространенности заболеваний
2) Ряд инфекционных болезней животных встречается повсеместно
3) Австралия является континентом, где встречаются все исследованные болезни животных
4) Распространение инфекционных болезней животных зависит от температуры
5) Южная Америка является источником распространения всех инфекционных болезней животных
6) Географические закономерности распространения инфекционных болезней животных и человека сходны

Ответ

Проанализируйте график «Вариационная кривая». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) наиболее распространены средние варианты проявления признака
2) величина семян зависит от условий прорастания
3) частота встречаемости семян 10, 11, 17 мм одинакова
4) величина семян зависит от их генотипа
5) семена минимального размера встречаются в два раза чаще, чем семена максимального размера

Ответ

Проанализируйте график интенсивности процессов в зависимости от температуры. Выберите верные утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) Интенсивность процессов фотосинтеза и дыхания не зависит от температуры.
2) Самая высокая активность дыхания наступает при температуре от 15 до 40 градусов.
3) Самая высокая активность фотосинтеза наступает при температуре от 20 до 40 градусов.
4) Процесс фотосинтеза, в отличие от процесса дыхания, не зависит от температуры.
5) Процесс дыхания может осуществляться при более высоких температурах, чем процесс фотосинтеза.

Ответ

Проанализируйте суточную потребность в белках, жирах, углеводах (г) и необходимую калорийность (ккал) для людей разных возрастов. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основе анализа полученных результатов.
1) У юношей по сравнению с девушками калорийность органических веществ пищи выше.
2) У мальчиков суточная потребность белка выше, чем у девочек этого же возраста.
3) Жиры в основном обеспечивают энергетические потребности школьников.
4) Потребность в жирах у юношей и мужчин не меняется.
5) В связи с ростом и развитием организма девочки нуждаются в пониженном содержании белка.

Ответ

Проанализируйте график «Функциональная сосудосердечная проба». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) Спустя 1 минуту после нагрузки число ударов в минуту становится таким же, как в состоянии покоя.
2) Число ударов сердца после нагрузки возрастает почти в два раза по сравнению с состоянием покоя.
3) При нагрузке сердцебиение приходит в состояние нормы примерно за 5 минут.
4) Число ударов в минуту зависит от возраста, пола, физической тренированности обследованного человека.
5) Частоту сердечных сокращенийувеличивает действие гормона адреналина.

Ответ

Проанализируйте диаграмму содержания витамина С в концентрированном и свжевыжатом соках. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) Из концентрированных соков наибольшее содержание витамина С обеспечивает апельсиновый сок.
2) Для восполнения суточной потребности в витамине С требуется одинаковое количество концентрированного и свежевыжатого яблочного сока.
3) Содержание витамина С в морковном соке различается несущественно как в концентрированном соке, так и в свежевыжатом.
4) Во всех консервированных соках содержание витамина С такое же, как в свежевыжатых.
5) Содержание витамина С в свежевыжатом яблочном соке в два раза меньше, чем в свежевыхатом апельсиновом соке.

Ответ

Проанализируйте диаграмму «Соотношение химических элементов в клетке (%)». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) Молекулы АТФ являются энергетическим запасом клетки.
2) Из органических веществ белка в клетке наибольшее количество.
3) Наиболее распространенный углевод в клетке – глюкоза.
4) Содержание воды в клетке максимально по сравнению с другими веществами.
5) Жиры в клетке выполняют запасающую функцию.

Ответ

Проанализируйте таблицу «Цветочные часы Карла Линнея». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании полученных результатов.
1) «Цветочные часы» у светолюбивых растений работают круглые сутки.
2) Все цветы «просыпаются» с восходом солнца.
3) Самый долгий период раскрытых цветов у шиповника.
4) У бархатцев и ноготков период раскрытых цветов одинаков.
5) Самый короткий период раскрытых цветов у цикория.

Ответ

Проанализируйте таблицу «Распределение хлоропластов в клетках хвои ели в зависимости от температуры». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа представленных данных.
1) Хлоропласты в клетках хвои ели распределены равномерно при любой температуре.
2) При отрицательных температурах клетки хвои ели сохраняют жизнеспособность.
3) С повышением температуры равномерность распределения хлоропластов в клетке возрастает.
4) С понижением температуры хлоропласты во всех клетках хвои ели распределяются неравномерно.
5) В тёплые дни количество клеток с неравномерным распределением хлоропластов не превышает 25%.

Ответ

Проанализируйте таблицу «Частота обнаружения тихоходок в образцах мхов и лишайников» (тихоходки – тип микроскопических беспозвоночных, близких к членистоногим). Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа представленных данных.
1) Тихоходки встречаются в городской местности чаще, чем в посёлках.
2) Количество лишайников зависит от степени загрязнения окружающей среды.
3) Тихоходки реже встречаются в местах загрязнения химическими отходами.
4) Возле водоёмов тихоходки встречаются чаще, чем на городских улицах.
5) Тихоходки встречаются во мхах чаще, чем в лишайниках.

Ответ

Проанализируйте график зависимости длины тела личинки насекомого от времени. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа представленных данных.
1) Рост личинки сопровождается линькой.
2) Насекомые живут 46 дней.
3) Длина тела личинки на большинстве стадий развития увеличивается в интервале 0,4–0,6 см.
4) У личинки в процессе роста происходят внутренние изменения в строении.
5) Рост личинки происходит скачкообразно.

Ответ

Проанализируйте диаграмму, на которой представлена плотность нервных клеток в головном мозге разных видов млекопитающих. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа представленных данных.
1) Плотность расположения нервных клеток у ежа меньше, чем у приматов.
2) У человека самый большой объём головного мозга.
3) Объём головного мозга пропорционален плотности расположения нервных клеток.
4) Плотность нервных клеток зависит от питания организма.
5) Плотность нервных клеток в мозге является особенностью каждого из приведённых видов.

Ответ

Проанализируйте график зависимости температуры тела больного малярией от продолжительности болезни. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа представленных данных.
1) Человек – промежуточный хозяин малярийного плазмодия.
2) По мере развития болезни наблюдается тенденция к нарастанию лихорадки.
3) Малярия широко распространена в экваториальной и субэкваториальной зонах.
4) Состояния лихорадки наступают при выходе плазмодиев из эритроцитов.
5) Для данной формы малярии характерен 48-часовой цикл наступления приступов.

Ответ

Проанализируйте график зависимости количества тихоходок в пробах мхов из зон с разной степенью загрязнения среды. (Тихоходки – тип микроскопических беспозвоночных, близких членистоногим.) Степень загрязнения окружающей среды определялась в условных единицах: 0 – отсутствие загрязнения; 5 – максимальное загрязнение. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа представленных данных.
1) Тихоходки способны выжить только в чистой среде обитания.
2) Высокая численность тихоходок возможна при средней степени загрязнения среды обитания.
3) Численность тихоходок зависит от состояния мхов.
4) Мхи плохо приспособлены к выживанию в загрязнённой среде обитания.
5) При максимальном загрязнении среды обитания в пробах мха тихоходки отсутствуют.

Ответ

Проанализируйте таблицу «Влияние мутации CD24 на липидный и углеводный обмен у мышей». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) Уровень глюкозы и жирных кислот в крови у мутантных мышей стабильно выше, чем у нормальных.
2) У мутантных мышей в клетках жиры синтезируются хуже, чем углеводы.
3) У нормальных мышей сахарный диабет развивается чаще, чем у мутантных.
4) В норме уровень инсулина обратно пропорционален уровню глюкозы в крови.
5) У мутантных мышей повышенное чувство насыщения из-за низкого уровня лептина.

Ответ

Проанализируйте график «Влияние мутации CD24 на изменение мышечной массы у крыс». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) У только что родившихся мутантных крысят масса мышц больше, чем у нормальных.
2) Мутация способствует более сильному развитию мышечной ткани у крыс.
3) Мышечная масса у крыс с возрастом увеличивается независимо от наличия мутации.
4) Мутантные крысы взрослеют быстрее, чем нормальные.
5) Крысы живут 12 недель независимо от наличия мутации.

Ответ

1) Деление клеток костного мозга происходит чаще при подъёме в гору.
2) Альпинистам приходится использовать кислородное оборудование из-за низкого наполнения гемоглобина кислородом.
3) Систолическое давление крови возрастает с подъёмом в гору значительнее, чем диастолическое.
4) При подъёме в гору максимальное потребление кислорода возрастает, наполнение артериального гемоглобина кислородом снижается.
5) Снижение температуры с подъёмом в гору вызывает повышение максимального потребления кислорода.

Ответ

Проанализируйте таблицу «Средние физиологические показатели крови и сердечно-сосудистой системы у группы туристов, восходящих на Эверест». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) Систолическое давление при подъёме на Эверест возрастает из-за снижения температуры воздуха.
2) Между показателями давления крови на уровне моря и высоте 3500 м разница больше, чем между этими показателями на высотах 3500 и 5300 м.
3) Альпинистам приходится использовать кислородное оборудование из-за низкого наполнения гемоглобина кислородом.
4) Объём выталкиваемой крови за одно сокращение сердца не зависит от высоты.
5) Физиологические показатели организма зависят от высоты над уровнем моря.

Ответ

Проанализируйте таблицу «Средние физиологические показатели крови и сердечно-сосудистой системы у группы туристов, восходящих на Эверест». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) Давление крови повышается с восхождением.
2) Химический состав плазмы крови изменяется с подъёмом на Эверест.
3) Насыщение артериальной крови кислородом уменьшается с подъёмом на Эверест.
4) Насыщение гемоглобина кислородом пропорционально парциальному давлению кислорода на разных высотах.
5) Частота дыхательных движений возрастает по мере восхождения.

Ответ

Проанализируйте таблицу «Средние физиологические показатели крови и сердечно-сосудистой системы у группы туристов, восходящих на Эверест». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) Максимальное потребление кислорода при подъёме до высоты 3500 м от уровня моря возрастает более, чем при подъёме с высоты 3500 до высоты 5300 м.
2) Частота сердечных сокращений для местного населения, живущего на уровне моря, - 71,48 ударов в минуту.
3) По мере спуска с горы у человека будет снижаться частота сердечных сокращений.
4) Повышение концентрации гемоглобина в крови обратно пропорционально наполнению гемоглобина кислородом.
5) В горах могут хорошо себя чувствовать только люди с высоким уровнем гемоглобина в крови.

Ответ

Проанализируйте таблицу «Показатели познавательных способностей и психологического состояния у туристов при восхождении на Эверест и спуске с горы». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.
1) При подъёме до высоты 3500 м запоминание слов улучшается, но затем ухудшается.
2) Чем выше нервозность, тем лучше выполнение теста на подстановку чисел на протяжении всего путешествия.
3) При недостатке кислорода нервозность возрастает и человек впадает в депрессию.
4) Спуск с Эвереста с высоты 5300 до 1300 м не оказывает существенного влияния на проявление познавательных способностей.
5) Утомление ухудшает запоминание слов.

Ответ

Экологический след – условная величина, характеризующая размер площади, необходимой для обеспечения одного человека пищей, теплом и т.д. в течение года. Биоёмкость – условная величина, характеризующая площадь биологически продуктивной территории, которая может использоваться для удовлетворения потребностей человека в течение года. Проанализируйте графики «Изменение экологического следа и биоёмкости сельскохозяйственных угодий в одной из провинций Китая». Выберите утверждения, сформулированные на основе анализа полученных результатов.
1) Наблюдается истощение сельскохозяйственных ресурсов в провинции.
2) Потребление пищи и других ресурсов населением провинции растет.
3) Забота об экологической обстановке в провинции постепенно растет.
4) Биоёмкость среды в провинции в целом снижается.
5) Максимальный экологический след был в провинции в 1999 г.

Ответ

Проанализируйте гистограмму, в которой представлена концентрация двух ароматических веществ, выделенных из чайных листьев разного возраста. Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании представленных данных.
1) Концентрация веществ 1 и 2 в листьях уменьшается с возрастом.
2) Концентрация вещества 2 зависит от концентрации вещества 1.
3) Концентрация вещества 2 всегда ниже, чем концентрация вещества 1.
4) Вещество 1 играет более важную роль в жизнедеятельности растения.
5) Снижение концентрации веществ 1 и 2 связано с гибелью клеток.

Ответ

Проанализируйте диаграмму «Распределение количества заболевших вирусом гриппа по возрастным группам». Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа представленных данных.
1) Наибольшее число заболевших среди детей от 3 до 12 лет.
2) Частые активные контакты детей друг с другом - основная причина заболеваемости.
3) Люди старше 45 лет болеют реже, чем более молодые.
4) Люди старше 45 лет больше времени проводят дома, чем более молодые люди.
5) У детей от 3 до 12 лет самый слабый иммунитет.

Ответ

© Д.В.Поздняков, 2009-2019

ЕСТЬ ЛИ ПРЕДЕЛ
ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЫ
Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА?

ОТКРЫТИЕ НОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

П роблема систематизации химических элементов привлекла к себе пристальное внимание в середине XIX в., когда стало ясно, что многообразие окружающих нас веществ является результатом разных сочетаний сравнительно малого числа химических элементов.

В хаосе элементов и их соединений великий русский химик Д.И.Менделеев первым навел порядок, создав свою периодическую таблицу элементов.

1 марта 1869 г. считается днем открытия периодического закона, когда Менделеев сообщил о нем научному сообществу. Известные в то время 63 элемента ученый разместил в своей таблице таким образом, что главные свойства этих элементов и их соединений менялись периодически по мере увеличения их атомной массы. Наблюдаемые изменения свойств элементов в горизонтальном и вертикальном направлениях таблицы следовали строгим правилам. Например, ярко выраженный у элементов Iа группы металлический (основный) характер с увеличением атомной массы убывал по горизонтали таблицы и возрастал по вертикали.

Опираясь на открытый закон, Менделеев предсказал свойства нескольких еще не открытых элементов и их место в периодической таблице. Уже в 1875 г. был открыт «экаалюминий» (галлий), еще через четыре года – «экабор» (скандий), а в 1886 г. – «экасилиций» (германий). В последующие годы таблица Менделеева служила и до сих пор служит ориентиром в поисках новых элементов и предвидении их свойств.

Однако ни сам Менделеев, ни его современники не могли ответить на вопрос, в чем причины периодичности свойств элементов, существует ли и где проходит граница периодической системы. Менделеев предчувствовал, что причина представленной им взаимосвязи между свойствами и атомной массой элементов кроется в сложности самих атомов.

Лишь спустя много лет после создания периодической системы химических элементов в работах Э.Резерфорда, Н.Бора и других ученых было доказано сложное строение атома. Последующие достижения атомной физики позволили решить многие неясные проблемы периодической системы химических элементов. Прежде всего оказалось, что место элемента в периодической таблице определяется не атомной массой, а зарядом ядра. Стала понятной природа периодичности химических свойств элементов и их соединений.

Атом стали рассматривать как систему, в центре которой находится положительно заряженное ядро, а вокруг него вращаются отрицательно заряженные электроны. При этом электроны группируются в околоядерном пространстве и движутся по определенным орбитам, входящим в электронные оболочки.

Все электроны атома принято обозначать с помощью чисел и букв. Согласно этому обозначению главные квантовые числа 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 относятся к электронным оболочкам, а буквы s , p , d , f , g – к подоболочкам (орбитам) каждой оболочки. Первая оболочка (считая от ядра) имеет только s -электроны, вторая может иметь s - и p - электроны, третья – s -, p - и d -электроны, четвертая – s -,
p -, d - и f - электроны и т.д.

Каждая оболочка может вместить вполне определенное число электронов: первая – 2, вторая – 8, третья – 18, четвертая и пятая – по 32. Этим определяется число элементов в периодах таблицы Менделеева. Химические свойства элементов обусловлены строением внешней и предвнешней электронных оболочек атомов, т.е. тем, сколько электронов они содержат.

Ядро атома состоит из положительно заряженных частиц – протонов и электрически нейтральных частиц – нейтронов, часто называемых одним словом – нуклоны. Порядковый номер элемента (его место в периодической таблице) определяется числом протонов в ядре атома данного элемента. Массовое число А атома элемента равно сумме чисел протонов Z и нейтронов N в ядре: A = Z + N . Атомы одного и того же элемента с разным числом нейтронов в ядре являются его изотопами.

Химические свойства разных изотопов одного и того же элемента не отличаются друг от друга, а ядерные – изменяются в широких пределах. Это проявляется прежде всего в стабильности (или нестабильности) изотопов, которая существенно зависит от соотношения числа протонов и нейтронов в ядре. Легкие стабильные изотопы элементов обычно характеризуются равным числом протонов и нейтронов. С ростом заряда ядра, т. е. порядкового номера элемента в таблице, это соотношение меняется. У стабильных тяжелых ядер нейтронов почти в полтора раза больше, чем протонов.

Как и атомные электроны, нуклоны также образуют оболочки. С увеличением числа частиц в ядре последовательно заполняются протонные и нейтронные оболочки. Ядра с полностью заполненными оболочками являются самыми стабильными. Например, очень устойчивой ядерной структурой характеризуется изотоп свинца Pb-208, который имеет заполненные оболочки протонов (Z = 82) и нейтронов (N = 126).

Подобные заполненные ядерные оболочки аналогичны заполненным электронным оболочкам атомов инертных газов, представляющих отдельную группу в периодической таблице. Стабильные ядра атомов с полностью заполненными протонными или нейтронными оболочками содержат определенные «магические» числа протонов или нейтронов: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114, 126, 184. Таким образом, атомам элементов в целом, как и по химическим свойствам, присуща также периодичность и ядерных свойств. Среди разных сочетаний числа протонов и нейтронов в ядрах изотопов (четно-четных; четно-нечетных; нечетно-четных; нечетно-нечетных) именно ядра, содержащие четное число протонов и четное число нейтронов, отличаются наибольшей устойчивостью.

Природа сил, удерживающих в ядре протоны и нейтроны, пока недостаточно ясна. Полагают, что между нуклонами действуют очень большие гравитационные силы притяжения, которые способствуют увеличению стабильности ядер.

К середине тридцатых годов прошлого столетия периодическая таблица была разработана настолько, что показывала положение уже 92 элементов. Под порядковым номером 92 был уран – последний из найденных на Земле еще в 1789 г. естественных тяжелых элементов. Из 92 элементов таблицы только элементы с порядковыми номерами 43, 61, 85 и 87 в тридцатые годы не были точно установлены. Они были открыты и изучены позже. Редкоземельный элемент с атомным номером 61 – прометий – был обнаружен в малых количествах в рудах как продукт самопроизвольного распада урана. Анализ атомных ядер недостающих элементов показал, что все они радиоактивны, причем из-за коротких периодов их полураспада они не могут существовать на Земле в заметных концентрациях.

В связи с тем, что последним тяжелым элементом, найденным на Земле, был элемент с атомным номером 92, можно было бы предположить, что он и является естественным пределом периодической таблицы Менделеева. Однако достижения атомной физики указали путь, по которому оказалось возможным перешагнуть через поставленную природой границу периодической таблицы.

Элементы с бо льшими атомными номерами, чем у урана, называют трансурановыми. По своему происхождению эти элементы являются искусственными (синтетическими). Их получают путем ядерных реакций трансформации элементов, встречающихся в природе.

Первую попытку, хотя не совсем удачную, открыть трансурановую область периодической системы предпринял итальянский физик Энрико Ферми в Риме вскоре после того, как было доказано существование нейтронов. Но лишь в 1940–1941 гг. успеха в открытии первых двух трансурановых элементов, а именно нептуния (атомный номер 93) и плутония (атомный номер 94), добились американские ученые из Калифорнийского университета в Беркли.

В основе методов получения трансурановых элементов лежит несколько видов ядерных реакций.

Первый вид – нейтронный синтез. В этом методе в ядрах тяжелых атомов, облученных нейтронами, происходит превращение одного из нейтронов в протон. Реакция сопровождается так называемым электронным распадом ( – -распадом) – образованием и выбросом из ядра с огромной кинетической энергией отрицательно заряженной – -частицы (электрона). Реакция возможна при избытке в ядре нейтронов.

Противоположной реакцией является превращение протона в нейтрон с испусканием положительно заряженной + -частицы (позитрона). Подобный позитронный распад ( + -распад) наблюдается при недостатке в ядрах нейтронов и ведет к уменьшению заряда ядра, т.е. к уменьшению атомного номера элемента на единицу. Аналогичный эффект достигается, когда протон превращается в нейтрон за счет захвата ближайшего орбитального электрона.

Новые трансурановые элементы вначале были получены из урана по методу нейтронного синтеза в ядерных реакторах (как продукты взрыва ядерных бомб), а позже синтезированы с помощью ускорителей частиц – циклотронов.

Второй вид – реакции между ядрами атомов исходного элемента («мишени») и ядрами атомов легких элементов (изотопов водорода, гелия, азота, кислорода и других), используемых в качестве бомбардирующих частиц. Протоны в ядрах «мишени» и «снаряда» имеют положительный электрический заряд и испытывают сильное отталкивание при приближении друг к другу. Чтобы преодолеть силы отталкивания, образовать составное ядро, необходимо обеспечить атомы «снаряда» очень большой кинетической энергией. Такой огромной энергией бомбардирующие частицы запасаются в циклотронах. Образовавшееся промежуточное составное ядро обладает довольно большой избыточной энергией, которая должна быть высвобождена для стабилизации нового ядра. В случае тяжелых трансурановых элементов эта избыточная энергия, когда не происходит деления ядер, рассеивается путем испускания -лучей (высокоэнергетического электромагнитного излучения) и «испарения» нейтронов из возбужденных ядер. Ядра атомов нового элемента являются радиоактивными. Они стремятся достигнуть более высокой устойчивости путем изменения внутреннего строения через радиоактивный электронный – -распад либо -распад и самопроизвольное деление. Такие ядерные реакции присущи наиболее тяжелым атомам элементов с порядковыми номерами выше 98.

Реакция спонтанного, самопроизвольного деления ядер атомов радиоактивных элементов была открыта нашим соотечественником Г.Н.Флеровым и чехом К.А.Петржаком в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна) в опытах с ураном-238. Увеличение порядкового номера приводит к быстрому уменьшению времени полураспада ядер атомов радиоактивных элементов.

В связи с этим фактом выдающийся американский ученый Г.Т.Сиборг, лауреат Нобелевской премии, участвовавший в открытии девяти трансурановых элементов, полагал, что открытие новых элементов, вероятно, закончится приблизительно на элементе с порядковым номером 110 (по свойствам аналогичном платине). Эта мысль о границе периодической таблицы была высказана в 60-е годы прошлого столетия с оговоркой: если не будут открыты новые методы синтеза элементов и существование пока неизвестных областей устойчивости самых тяжелых элементов. Некоторые из таких возможностей были выявлены.

Третий вид ядерных реакций синтеза новых элементов – реакции между высокоэнергетическими ионами со средней атомной массой (кальция, титана, хрома, никеля) в качестве бомбардирующих частиц и атомами стабильных элементов (свинца, висмута) в качестве «мишени» вместо тяжелых радиоактивных изотопов. Этот путь получения более тяжелых элементов был предложен в 1973 г. нашим ученым Ю.Ц.Оганесяном из ОИЯИ и успешно использован в других странах. Главное достоинство предложенного метода синтеза заключалось в образовании менее «горячих» составных ядер при слиянии ядер «снаряда» и «мишени». Высвобождение избыточной энергии составных ядер в этом случае происходило в результате «испарения» существенно меньшего числа нейтронов (одного или двух вместо четырех или пяти).

Необычная ядерная реакция между ионами редкого изотопа Са-48, ускоренными в циклотроне
У-400, и атомами актиноидного элемента кюрия Cm-248 с образованием элемента-114 («экасвинца») была открыта в Дубне в 1979 г. Было установлено, что в этой реакции образуется «холодное» ядро, не «испаряющее» ни одного нейтрона, а всю избыточную энергию уносит одна -частица. Это означает, что для синтеза новых элементов может быть реализован также четвертый вид ядерных реакций между ускоренными ионами атомов со средними массовыми числами и атомами тяжелых трансурановых элементов.

В развитии теории периодической системы химических элементов большую роль сыграло сопоставление химических свойств и строения электронных оболочек лантаноидов с порядковыми номерами 58–71 и актиноидов с порядковыми номерами 90–103. Было показано, что сходство химических свойств лантаноидов и актиноидов обусловлено подобием их электронных структур. Обе группы элементов являются примером внутреннего переходного ряда с последовательным заполнением 4f - или 5f -электронных оболочек соответственно после заполнения внешних s - и р -электронных орбиталей.

Элементы с порядковыми номерами в периодической таблице 110 и выше были названы сверхтяжелыми. Продвижение к открытию этих элементов становится все более трудным и долгим, т.к. недостаточно провести синтез нового элемента, нужно его идентифицировать и доказать, что новый элемент обладает лишь ему одному присущими свойствами. Трудности вызваны тем, что для изучения свойств новых элементов доступным оказывается небольшое число атомов. Время же, в течение которого можно изучать новый элемент до того, как произойдет радиоактивный распад, обычно очень невелико. В этих случаях, даже когда получен всего один атом нового элемента, для его обнаружения и предварительного изучения некоторых характеристик используют метод радиоактивных индикаторов.

Элемент-109 – мейтнерий – это последний элемент в периодической таблице, представленной в большинстве учебников по химии. Элемент-110, принадлежащий к той же группе периодической таблицы, что и платина, был впервые синтезирован в г. Дармштадт (Германия) в 1994 г. с помощью мощного ускорителя тяжелых ионов по реакции:

Время полураспада полученного изотопа крайне мало. В августе 2003 г. 42-я Генеральная ассамблея ИЮПАК и Совет ИЮПАК (Международный союз по чистой и прикладной химии) официально утвердили название и символ элемента-110: дармштадтий, Ds.

Там же, в Дармштадте, в 1994 г. впервые был получен элемент-111 путем воздействия пучка ионов изотопа 64 28 Ni на атомы 209 83 Bi в качестве «мишени». Своим решением в 2004 г. ИЮПАК признал открытие и одобрил предложение назвать элемент-111 рентгением, Rg, в честь выдающегося немецкого физика В.К.Рентгена, открывшего Х -лучи, которым он дал такое название из-за неопределенности их природы.

По информации, полученной из ОИЯИ, в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н.Флерова осуществлен синтез элементов с порядковыми номерами 110–118 (за исключением элемента-117).

В результате синтеза по реакции:

в Дармштадте в 1996 г. получено несколько атомов нового элемента-112, распадающегося с выделением -частиц. Период полураспада этого изотопа составлял всего 240 микросекунд. Немного позже в ОИЯИ поиск новых изотопов элемента-112 провели, облучая атомы U-235 ионами Са-48.

В феврале 2004 г. в престижных научных журналах появились сообщения об открытии в ОИЯИ нашими учеными совместно с американскими исследователями из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США) двух новых элементов с номерами 115 и 113. Этой группой ученых в экспериментах, проведенных в июле–августе 2003 г. на циклотроне У-400 с газонаполненным сепаратором, в реакции между атомами Am-243 и ионами изотопа Ca-48 были синтезированы 1 атом изотопа элемента-115 с массовым числом 287 и 3 атома с массовым числом 288. Все четыре атома элемента-115 быстро распадались с выделением -частиц и образованием изотопов элемента-113 с массовыми числами 282 и 284. Наиболее стабильный изотоп 284 113 имел период полураспада около 0,48 с. Он разрушался с эмиссией -частиц и превращался в изотоп рентгения 280 Rg.

В сентябре 2004 г. группа японских ученых из Физико-химического исследовательского института под руководством Косуки Морита (Kosuke Morita) заявила, что ими синтезирован элемент-113 по реакции:

При его распаде с выделением -частиц получен изотоп рентгения 274 Rg. Поскольку это первый искусственный элемент, полученный японскими учеными, они посчитали, что вправе сделать предложение назвать его «японием».

Выше уже отмечался необычный синтез изотопа элемента-114 с массовым числом 288 из кюрия. В 1999 г. появилось сообщение о получении в ОИЯИ этого же изотопа элемента-114 путем бомбардировки ионами Са-48 атомов плутония с массовым числом 244.

Было также заявлено об открытии элементов с порядковыми номерами 118 и 116 в результате длительных совместных исследований ядерных реакций изотопов калифорния Cf-249 и кюрия Сm-245 c пучком тяжелых ионов Са-48, проведенных российскими и американскими учеными в период 2002–2005 гг. в ОИЯИ. Элемент-118 замыкает 7-й период таблицы Менделеева, по своим свойствам является аналогом благородного газа радона. Элемент-116 должен обладать некоторыми свойствами, общими с полонием.

По сложившейся традиции открытие новых химических элементов и их идентификация должны быть подтверждены решением ИЮПАК, но право предложить названия элементам предоставляется первооткрывателям. Подобно карте Земли, периодическая таблица отразила названия территорий, стран, городов и научных центров, где были открыты и изучены элементы и их соединения, увековечила имена знаменитых ученых, внесших большой вклад в развитие периодической системы химических элементов. И не случайно элемент-101 назван именем Д.И.Менделеева.

Для ответа на вопрос, где может проходить граница периодической таблицы, в свое время была проведена оценка электростатических сил притяжения внутренних электронов атомов к положительно заряженному ядру. Чем больше порядковый номер элемента, тем сильнее сжимается электронная «шуба» вокруг ядра, тем сильнее притягиваются внутренние электроны к ядру. Должен наступить такой момент, когда электроны начнут захватываться ядром. В результате такого захвата и уменьшения заряда ядра существование очень тяжелых элементов становится невозможным. Подобная катастрофическая ситуация должна возникнуть при порядковом номере элемента, равном 170–180.

Эта гипотеза была опровергнута и показано, что нет ограничений для существования очень тяжелых элементов с точки зрения представлений о строении электронных оболочек. Ограничения возникают в результате неустойчивости самих ядер.

Однако надо сказать, что время жизни элементов уменьшается нерегулярно с ростом атомного номера. Следующая ожидаемая область устойчивости сверхтяжелых элементов, обусловленная появлением замкнутых нейтронных или протонных оболочек ядра, должна лежать в окрестности дважды магического ядра с 164 протонами и 308 нейтронами. Возможности открытия таких элементов пока не ясны.

Таким образом, вопрос о границе периодической таблицы элементов по-прежнему сохраняется. Исходя из правил заполнения электронных оболочек с увеличением атомного номера элемента, прогнозируемый 8-й период таблицы Менделеева должен содержать суперактиноидные элементы. Отводимое им место в периодической таблице Д.И.Менделеева соответствует III группе элементов, подобно уже известным редкоземельным и актиноидным трансурановым элементам.

39. Распространенность химических элементов. Основные классы неорганических соединений

РАСПРОСТРАНЁННОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ

относительное содержание элементов в космич. веществе. Часто под Р. э. подразумевают распространённость не только хим. элементов, но также и их изотопов по отдельности, т. е. более общее понятие - распространённость нуклидов (РН). Среднюю РН определяют по совокупности данных геохимии, космохимии и астрофизики тремя осн. методами: исследованием состава образцов земного, метеоритного и лунного вещества; изучением спектров эл.-магн. излучения Солнца, звёзд и межзвёздной среды; определением содержания нуклидов в солнечных и галактич. космических лучах.

Рис. 1. Относительная распространённость нуклидов lgN (N- число атомов, IgNSi = 6) в зависимости от атомной массы А (по А. Камерону). Изотопы одного и того же элемента (вплоть до Ge) соединены прямыми линиями. Символы указывают основные процессы синтеза нуклидов: D - взрывное горение С, О и Si, О - медленный захват нейтронов (s-процесс), + - быстрый захват нейтронов (r -процесс), сравнимый вклад s- и r -процессов, 0 - ядерное статистическое равновесие (е -процесс). Нуклиды, образующиеся в других процессах, отмечены точками. Штриховой линией соединены обойдённые ядра.

Изотопный состав вещества достаточно хорошо изучен только для Солнечной системы. В Солнце заключена б. ч. массы Солнечной системы. Однако спектральный анализ содержания элементов и нуклидов в солнечной атмосфере не обладает столь большой точностью, как хим., радиохим. и масс-спектроскопич. анализы состава метеоритного и планетного твёрдых веществ. Поэтому содержание нуклидов в метеоритах рассматривается в качестве стандарта при систематизации распространённости большинства элементов.

На рис. 1 в логарифмич. шкале показана РН в Солнечной системе, нормированная на содержание кремния. Приведённые данные получены в осн. из анализа состава метеоритов. Систематизация этих данных выполнена А. Камероном (A. Cameron) в 1982 (см. также табл.). Наиб. распространённость имеет водород (1 Н), примерно на порядок меньше - гелий (4 Не). Т. к. распространённость этих элементов вследствие их летучести на Земле, Луне и метеоритах мала, их действит. содержание в природе оценивают с привлечением косвенных данных: анализа внутр. строения звёзд и состава вещества межзвёздной среды, а также выводов космологии. Водород и гелий имеют в осн. первичное, космологич. происхождение (см. Горячей Вселенной теория). Низкое содержание дейтерия и изотопов Li, Be, В объясняется тем, что эти нуклиды при звёздных темп-pax легко вступают в разл. ядерные реакции.

РН в ср. быстро падает с увеличением массового числа, обнаруживая максимумы для групп С, N, О и Fe ("железный пик") и затем неск. двойных пиков, соответствующих элементам Кг и Sr, Хе и Ва, Pt и Pb, к-рые имеют устойчивые изотопы с магич. числами нейтронов 50, 82, 126 (см. Магические ядра)либо получаются при бета-распаде ядер с такими нейтронными числами.

На рис. 2 та же кривая РН приведена в более компактном виде, без разделения изотопов по процессам их образования. Эта т. н. стандартная кривая РН в Солнечной системе, построенная согласно данным А. Камерона, чётко обнаруживает указанные выше максимумы и является гл. наблюдат. основой теории нуклеосинтеза в природе. Согласно этой теории, осн. процессы образования ядер в природе включают космологич. нуклеосинтез в горячей Вселенной, приводящий к образованию гелия, термоядерное горение лёгких элементов от водорода до кремния в недрах звёзд, синтезирующее элементы "железного пика", а также процессы медленного и быстрого захвата нейтронов ядрами с образованием тяжёлых нуклидов вплоть до изотопов висмута и урана. Особый интерес в теории нуклеосинтеза представляет происхождение т. н. обойдённых ядер. Это изотопы Se, Mo, Cd, La, Dy и др. элементов, к-рые оказываются в стороне от путей нейтронного захвата. Распространённость обойдённых нуклидов примерно на два порядка меньше распространённости ядер, образующихся в процессах нейтронного захвата. Синтез обойдённых ядер объясняют обычно ядерными реакциями с участием протонов (р, у),(r, h) или слабыми взаимодействиями с участием нейтрино, возникающими при взрыве сверхновой. Не исключён также вклад в механизм их синтеза тройного деления ядер с вылетом обогащённых нейтронами лёгких за-ряж. частиц.

Несмотря на то, что состав большинства звёзд, галактик и межзвёздной среды в осн. следует стандартной кривой РН, существуют отклонения от неё, вызванные разл. физ. причинами. Старые звёзды, принадлежащие гало Галактики и шаровым звёздным скоплениям, содержат тяжёлых элементов в 10-103 раз меньше, чем Солнечная система. Это связано с хим. эволюцией галактик. Нек-рые группы звёзд содержат тяжёлые элементы в пропорциях, существенно отличающихся от стандартных распространённостей, таковы, напр., т. н. суперметаллич. звёзды (бариевые, CNO и др.). Существуют также обогащённые и обеднённые гелием звёзды, звёзды с низким содержанием Са. Звёзды с аномальным хим. составом составляют примерно 10% всех звёзд, находящихся вблизи гл. последовательности (см. Герцшпрунга - Ресселла диаграмма)и имеющих темп-ру поверхности от 8000 до 20 000 К (см. Химически пекулярные звёзды).

Появились свидетельства в пользу того, что изотопный состав Солнечной системы также не является столь однородным, как казалось раньше. Открыты аномалии (большинство из них на уровне долей процента) в рас-пространённостях изотопов кислорода, неона, магния. Всё это указывает на многообразие процессов, сформировавших вещество звёзд, галактик и Солнечной системы. Происхождение и распространенность химических элементов в природе

Вам хорошо известно, что различные химические элементы распространены крайне неравномерно. Элемент может быть в сотни и тысячи раз более или менее распространенным, чем его непосредственный сосед по периодической системе. Вы знаете, что атомов одних элементов (кислород, кремний, алюминий, железо и др.) на нашей планете значительно больше, чем атомов других элементов (медь, золото, германий и др.). А откуда вообще взялось такое разнообразие химических элементов? Давайте, прежде чем перейти к рассмотрению вопроса об относительной распространенности химических элементов, кратко познакомимся с существующей точкой зрения по вопросу их происхождения.

По принятой сейчас модели развития Вселенной, формирование слагающего ее вещества является результатом «Большого взрыва». В первые мгновения после него произошло формирование элементарных частиц. Вначале – фотонов, нейтрино, электронов, позитронов. Затем – протонов и нейтронов. После снижения температур ниже уровня 1011о К начинается соединение протонов с нейтронами. Образуются ядра тяжёлых изотопов водорода, возможно также ядер гелия, и небольших количеств Li, Be.

Синтез более тяжёлых атомных ядер начинается после формирования крупных и плотных горячих газовых скоплений – звёзд. Вначале – продолжается образование 4Не. Далее же происходит т.н. «выгорание» гелия:

и далее, с присоединением новых ядер гелия: 16O, 20Ne, 24Mg, 28Si, 32S и т.д., вплоть до 56Fe и 58Ni. Обратите внимание, что всё это – именно синтез ядер (нуклеосинтез), а не атомов в целом, так как электроны при столь высоких температурах остаются в свободном состоянии.

Образование ядер промежуточных элементов – результат реакций захвата либо потери протона или нейтрона.

Атомы тяжелее Fe и Ni в обычных процессах внутризвёздного нуклеосинтеза не формируются (не хватает энергии). Эти процессы реализуются только при взрывах «сверхновых» звезд. При наблюдении за сверхновыми в их спектре обнаружены яркие линии, характерные для 254Cf. Интересно, что скорость падения яркости сверхновых (56 суток) очень точно совпадает с периодом полураспада калифорния. Таким образом, формирование ядер атомов от никеля до урана – результат ядерного синтеза в процессе взрыва сверхновых, а также распада калифорния и, возможно, других трансурановых элементов (может, и более тяжёлых, которые нам неизвестны).

Существуют звёзды первого и второго поколения. Только вторые могут содержать в составе элементы тяжелее никеля и иметь планетные системы типа Солнечной.

Итак, в химическом отношении звезды являются довольно простыми системами. Доступная для изучения часть Вселенной имеет в основном водородно-гелиевый состав. Сбылось предсказание английского астрофизика А. Эддингтона, который в начале ХХ века писал, что легче будет разобраться в составе звезд, чем в процессах, окружающих нас на Земле.

Закономерности распространения химических элементов в космосе и на Земле вначале были установлены чисто эмпирически. Было подмечено, что:

Распространенность быстро падает от элементов с низкими атомными номерами (примерно до номера 30), а затем, для более тяжелых элементов остается приблизительно постоянной.

Только десять элементов – H, He, C, N, O, Ne, Mg, Si, S, Fe, атомные номера которых меньше 27, характеризуются высокой распространенностью; из них водород резко преобладает над остальными.

Элементы с четными порядковыми номерами более распространены, чем нечетные (закон Оддо - Гаркинса).

Уточнения к закону Оддо-Гаркинса впоследствии сформулировали А.Е. Ферсман и другие геохимики, но основная суть его остаётся неизменной. Истоки закономерностей – в строении атомных ядер. Первоначально геохимики предполагали, что это может быть как-то связано с различной степенью устойчивости атомных ядер различных элементов. Сейчас признаётся, что это отражает механизм термоядерного синтеза в космических условиях.

Установленные закономерности показывают, что абсолютная распространенность элементов зависит в большей степени от свойств ядра, чем от химических свойств элемента и связана со стабильностью ядер.

А.Е. Ферсман заметил, что все химические элементы можно подразделить на 4 группы с порядковыми номерами, выражающимися формулами:

4q 4q+3 4q+2 4q+1,

которые составляют 86,19%,12,74%, 0,05%- и 0,02% по массе соответственно

Элемент однозначно характеризуется числом протонов в ядре, но число нейтронов может колебаться. В результате элемент может иметь несколько изотопов, различающихся по массовому числу или атомному весу и стабильностью, но практически неотличимых по химическим свойствам. С другой стороны, существуют изобары, которые являются разными элементами, но имеют одинаковое число нейтронов.

Обобщая все данные о распространённости химических элементов и их поведении в геохимических процессах, В.М. Гольдшмидт сформулировал основной закон геохимии:

Одним из основных законов геохимии является закон Ферсмана-Гольдшмидта, который можно сформулировать следующим образом: Геохимия элемента в земной коре определяется как химическими свойствами, так и величиной кларка.

Основные классы неорганических соединений

Неорганические вещества классифицируются по составу и по химическим свойствам. По составу неорганические вещества делятся на бинарные – состоящие только из двух элементов, и многоэлементные – состоящие из нескольких элементов. Бинарные соединения классифицируются по неметаллу, например CaH2, NaH – гидриды, CaS, FeS – сульфиды, СаС2, Al4C3 – карбиды и т. д. Многоэлементные соединения классифицируются по общему элементу, чаще всего кислороду, например: NaNO3, H2SO4, KClO4 – кислородсодержащие.

Оксидами называются бинарные соединения, содержащие кислород в степени окисления -2.

По химическим свойствам оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие. Солеобразующие, в свою очередь, делятся на основные, кислотные и амфотерные.

Основные оксиды взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды, например:

CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O

MnO + H2SO4 = MnSO4 + H2O

В состав основных оксидов входят металлы главных подргрупп I и II групп Периодической системы (кроме бериллия), а также переходные металлы в низших степенях окисления, например СаО, К2О, MnO, FeO, CrO.

Основные оксиды, образованные щелочными и щелочноземельными металлами взаимодействуют с водой с образованием щелочей:

Na2O + H2O = 2NaOH

CaO + H2O = Ca(OH)2

Кислотными оксидами называются оксиды, взаимодействующие со щелочами с образованием соли и воды, например:

SO2 + 2KOH = K2SO3 + H2O

CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O

В состав кислотных оксидов входят неметаллы или переходные металлы в высших степенях окисления, например: P2O5, SiO2, CrO3, Mn2O7.

Кислотные оксиды (кроме SiO2) взаимодействуют с водой:

SO3 + H2O = H2SO4

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4

Амфотерные оксиды в зависимости от условий проявляют свойства основных или кислотных оксидов, т.е. образуют соли как с кислотами, так и с основаниями, например:

Cr2O3 + 6HCl = 2CrCl3 + 3H2O

Cr2O3 + 2NaOH = 2NaCrO2 + H2O

В состав амфотерных оксидов входят переходные металлы в промежуточных степенях окисления, металлы главной подгруппы III группы, например Cr2O3, Al2O3, MnO2. К амфотерным оксидам относятся также BeO, ZnO и PbO2. Амфотерные оксиды с водой не взаимодействуют.

Несолеобразующие оксиды не дают реакций, характерных для солеобразующих оксидов. К ним относятся: NO, N2O, SiO, CO. Несолеобразующие оксиды могут реагировать с кислотами или щелочами, но при этом не образуются продукты, характерные для солеобразующих оксидов, например при 150oС и 1,5 Мпа СО реагирует с гидроксидом натрия с образованием соли – формиата натрия:

СО + NaOH = HCOONa

Однако вода в этой реакции никогда не образуется, поэтому СО относят к несолеобразующим оксидам.

Оксиды можно получить следующими основными способами:

1. из простых веществ:

2. окислением сложных веществ:

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

6MnO + O2 = 2Mn3O4

3. термическим разложением оксидов, гидроксидов, кислородсодержащих солей и кислот:

3MnO2 = Mn3O4 + O2

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2

H2SiO3 = SiO2 + H2O

Гидроксиды

Гидроксидами металлов называются вещества, содержащие ион металла и одну или несколько гидроксильных групп.

Гидроксиды делятся на основные (основания) и амфотерные. Основные гидроксиды, в свою очередь, делятся на сильные основания – щелочи, и слабые основания. В состав щелочей входят катионы щелочных и щелочноземельных металлов, например КОН, NaOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2. Слабыми основаниями являются гидроксиды переходных металлов в низших степенях окисления, например Fe(OH)2, Mn(OH)2, Cu(OH)2.

Число гидроксильных групп в основании называется кислотностью основания.

Амфотерные гидроксиды включают в свой состав катионы металлов III группы Периодической системы, катионы переходных металлов в промежуточных степенях окисления, например Al(OH)3, Cr(OH)3, Fe(OH)3. К амфотерным также относятся Be(OH)2, Zn(OH)2.

Основные гидроксиды реагируют с кислотами с образованием соли и воды, например:

Сu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O

Щелочи реагируют с кислотными и амфотерными оксидами:

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

2NaOH + Fe2O3 = 2NaFeO2 + H2O

Амфотерные гидроксиды реагируют и с кислотами (в этом случае они ведут себя как основания), и со щелочами (как кислоты), например:

Al(OH)3 + 3NaOH = Na3

Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O

Cлабые основания и амфотерные гидроксиды при нагревании разлагаются:

Cu(OH)2 = CuO + H2O

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

Для получения слабых оснований и амфотерных гидроксидов используют реакцию их вытеснения из солей щелочами:

CuCl2 + 3NaOH = Cu(OH)2 + 3NaCl

Fe2(SO4)3 + 6KOH = Fe(OH)3 + 3K2SO4

Щелочи можно получить взаимодействием металла с водой:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

соответствующего оксида с водой:

СаО + Н2О = Са(ОН)2

или электролизом водного раствора соли соотвествующего металла:

2KCl + 2H2O = 2KOH + H2 + Cl2

Кислоты реагируют с основаниями (а также с основными и амфотерными оксидами и гидроксидами) с образованием солей. Например:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

H2SO4 + Fe(OH)2 = FeSO4 + 2H2O

2HNO3 + ZnO = Zn(NO3)2 + H2O

Кислоты классифицуируются по следующим признакам:

по силе (как электролиты) - на сильные (например HCl, HNO3, H2SO4) и слабые (H2S, HNO2, HCN и т.д.)

по наличию кислорода в составе кислоты - на кислородные (HClO3, H3PO4) и бескислородные (HCN, H2S). При этом элемент, входящий в состав кислородной кислоты называется кислотообразующим.

основности (т.е. по числу атомов водорода в молекуле кислоты, способных замещаться на металл) на одноосновные (HCl, HNO3), двухосновные (H2SO3, H2S), трехосновные (H3PO4) и т.д.

по окислительным свойствам - на обычные кислоты, у которых в окислительно-восстановительных реакциях, например с металлами, восстанавливаются ионы водорода (например, HCl), и кислоты-окислители, у которых происходит восстановление кислотообразующего элемента (например, HNO3).

Кислоты имеют общие химические свойства:

Взаимодейcтвуют с металлами. Обычные кислоты (неокислители) взаимодействуют с металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Zn + H2SO4(разб) = ZnSO4 + H2

Кислоты окислители могут реагировать как с металлами, расположенными в ряду напряжений левее водорода, например:

Zn + HNO3(разб) = Zn(NO3)2 + H2O + N2

Так и правее его:

Ag + HNO3(конц) = AgNO3 + H2O + NO2

Соли можно рассматривать как продукт взаимодействия основания и кислоты. При этом может происходить как полное, так и неполное замещение ионов водорода в кислоте катионами металла (или аммония) или гидроксильных групп в основании кислотными остатками.

Солями называются электролиты, дающие при диссоциации в водном расторе катиона металла или аммония (и водорода в случае кислых солей) и анионы кислотного остатка (и гидроксила в случае основных солей). Ионы, входящие в состав соли могут быть комплексными.

Соли реагируют с металлами, эти реакции всегда окислительно-восстановительные:

Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4

Cu + FeCl3 = CuCl + FeCl2

C неметаллами, это также окислительно-восстановительные реакции:

S + Na2SO3 = Na2S2O3 - при кипячении

С водой, образуя кристаллогидраты:

CuSO4 + 5Н2О = CuSO45H2O

Na2SO4 + 10Н2О = Na2SO410H2O

или необратимо гидролизуясь:

Al2S3 + 6Н2O = 2Al(OH)3 + 3H2S

Соли реагируют со щелочами:

NH4Cl + NaOH = NH3 + NaCl + H2O

CuCl 4 + NaOH = NaCl + Cu(OH)2

и кислотами:

K2CO3 + HCl = KCl + CO2 + H2O

NaNO3(тв) + H2SO4(конц) = NaHSO4 + HNO3 - при нагревании

Ca3(PO4)2 + H3PO4 = 3CaHPO4

Соли реагируют с солями:

NaCl + AgNO3 = NaNO3 + AgCl

Соли кислородных кислот при нагревании разлагаются:

2KClO3 = 2KCl + 3O2

2NaNO3 = 2NaNO2 + O2.

40. Общие закономерности химии s-элементов: s-элементы I, II и III групп периодической системы Д.И. Менделеева (физические, химические свойства, способы получения, применение, биологическая роль)

s-блок в периодической таблице элементов - электронная оболочка, включающая в себя первые два слоя s-электронов.

Данный блок включает в себя щелочные металлы, щелочноземельные металлы, водород и гелий.

Эти элементы отличаются тем, что в атомном состоянии высокоэнергичный электрон находится на s-орбитали. Исключая водород и гелий, эти электроны очень легко переходят и формируются в позитивные ионы при химической реакции. Конфигурация гелия химически весьма стабильна, следовательно, именно по этому гелий не имеет стабильных изотопов; иногда, благодаря этому свойству, его объединяют с инертными газами.

Остальные элементы, имеющие этот блок, все без исключения являются сильными восстановителями и поэтому в свободном виде в природе не встречаются. Элемент в металлическом виде может быть получен только с помощью электролиза растворенной в воде соли. Дэви Гемфри, в 1807 и 1808 году, стал первым кто отсоединил соли кислот от s-блок-металлов, за исключением лития, бериллия, рубидия и цезия. Бериллий был впервые отделен от солей независимо двумя учёными: Ф. Вулером и А. А. Бази в 1828 году, в то время как литий был сепарирован Р. Бунзеном только в 1854 году, который, после изучения рубидия, отделил его спустя 9 лет. Цезий не был выделен в чистом виде вплоть до 1881 года, после того как Карл Сеттерберг подверг электролизу цианид цезия.

Твердость элементов, имеющих s-блок, в компактном виде (при обычных условиях) может варьироваться от очень малой (все щелочные металлы - их можно разрезать ножом) до довольно высокой (бериллий). Исключая бериллий и магний, металлы очень реакционноспособны и могут быть использованы в сплавах со свинцом в малых количествах (<2 %). Бериллий и магний, ввиду их высокой стоимости, могут быть ценными компонентами для деталей, где требуется твёрдость и лёгкость. Эти металлы являются чрезвычайно важными, поскольку позволяют сэкономить средства при добыче титана, циркония, тория и тантала из их минеральных форм; могут находить своё применение как восстановители в органической химии. Опасность и хранение

Все элементы, имеющие s-оболочку, являются опасными веществами. Они пожароопасны, требуют особого пожаротушения, исключая бериллий и магний. Храниться должны в инертной атмосфере аргона или углеводородов. Бурно реагируют с водой, продуктом реакции является водород, например:

исключая магний, который реагирует медленно, и бериллия, который реагирует только когда его оксидная плёнка снята с помощью ртути. Литий имеет схожие свойства с магнием, так как находится, относительно периодической таблицы, рядом с магнием. Электронная конфигурация - формула расположения электронов по различным электронным оболочкам атома химического элемента или молекулы.

С точки зрения квантовой механики электронная конфигурация - это полный перечень одноэлектронных волновых функций, из которых с достаточной степенью точности можно составить полную волновую функцию атома (в приближении самосогласованного поля).

Вообще говоря, атом, как составную систему, можно полностью описать только полной волновой функцией. Однако такое описание практически невозможно для атомов сложнее атома водорода - самого простого из всех атомов химических элементов. Удобное приближённое описание - метод самосогласованного поля. В этом методе вводится понятие о волновой функции каждого электрона. Волновая функция всей системы записывается как надлежащим образом симметризованое произведение одноэлектронных волновых функций. При вычислении волновой функции каждого электрона поле всех остальных электронов учитывается как внешний потенциал, зависящий в свою очередь от волновых функций этих остальных электронов.

В результате применения метода самосогласованного поля получается сложная система нелинейных интегродифференциальных уравнений, которая всё ещё сложна для решения. Однако уравнения самосогласованного поля имеют вращательную симметрию исходной задачи (то есть они сферически симметричны). Это позволяет полностью классифицировать одноэлектронные волновые функции, из которых составляется полная волновая функция атома.

Для начала, как в любом центрально симметричном потенциале, волновую функцию в самосогласованном поле можно охарактеризовать квантовым числом полного углового момента l и квантовым числом проекции углового момента на какую-нибудь ось m. Волновые функции с разными значениями m соответствуют одному и тому же уровню энергии, т. е. вырождены. Также одному уровню энергии соответствуют состояния с разной проекцией спина электрона на какую-либо ось. Всего для данного уровня энергии 2(2l + 1) волновых функций. Далее, при данном значении углового момента можно перенумеровать уровни энергии. По аналогии с атомом водорода принято нумеровать уровни энергии для данного l начиная с n = l + 1. Полный перечень квантовых чисел одноэлектронных волновых функций из которых можно составить волновую функцию атома и называется электронной конфигурацией. Поскольку всё вырожденно по квантовому числу m и по спину, достаточно только указывать полное количество электронов, находящихся в состоянии с данными n, l.

Расшифровка электронной конфигурации

По историческим причинам в формуле электронной конфигурации квантовое число l записывается латинской буквой. Состояние с l = 0 обозначается буквой s, l = 1 - p, l = 2 - d, l = 3 - f, l = 4 - g и далее по алфавиту. Слева от числа l пишут число n, а сверху от числа l - число электронов в состоянии с данным n, l. Например 2s2 соответствует двум электронам в состоянии с n = 2, l = 0. Из-за практического удобства (см. правило Клечковского) в полной формуле электронной конфигурации термы пишут в порядке возрастания квантового числа n, а затем квантового числа l, например 1s22s22p63s23p2. Поскольку такая запись несколько избыточна, иногда формулу сокращают до 1s22s2p63s2p2, т. е. опускают число n там, где его можно угадать из правила упорядочения термов.

Периодический закон и строение атома

Все занимавшиеся вопросами строения атома в любых своих исследованиях исходят из инструментов, которые предоставлены им периодическим законом, открытым химиком Д. И. Менделеевым; только в своём понимании этого закона физики и математики пользуются для истолкования зависимостей, показанных им, своим «языком» (правда, известен довольно ироничный афоризм Дж. У. Гиббса на этот счёт ), но, в то же время, изолированно от изучающих вещество химиков, при всём совершенстве, преимуществах и универсальности своих аппаратов ни физики ни математики, конечно, строить свои исследования не могут.

Взаимодействие представителей этих дисциплин наблюдается и в дальнейшем развитии темы. Открытие вторичной периодичности Е. В. Бироном (1915), дало ещё один аспект в понимании вопросов, связанных с закономерностями строения электронных оболочек. C. А. Щукарев, ученик Е. В. Бирона и М. С. Вревского, одним из первых ещё в начале 1920-х годов высказал мысль о том, что «периодичность есть свойство, заложенное в самом ядре».

При том, что полной ясности в понимании причин вторичной периодичности нет до сих пор, существует взгляд на эту проблему, подразумевающий то, что одной из важнейших причин этого феномена является открытая С. А. Щукаревым кайносимметрия - первое проявление орбиталей новой симметрии (др.-греч. кбйньт - новый и др.-греч. ухммефсЯб - симметрия; «кайносимметрия», то есть «новая симметрия»). Кайносимметрики - водород и гелий, у которых наблюдается орбиталь s, - элементы от бора до неона (орбиталь - р), - элементы первого переходного ряда от скандия до цинка (орбиталь - d), а также - лантаноиды (термин предложен С. А. Щукаревым, как и актиноиды) (орбиталь - f). Как известно, элементы, являющиеся кайносимметриками, во многих отношениях имеют физико-химические свойства, отличные от свойств других элементов, принадлежащих к той же самой подгруппе.

Подкрепляет своим одобрением неправильный или не вполне точный ответ ученика. 1.2 Совершенствование школьного химического эксперимента при проблемном обучении 1.2.1 Принципы разработки методической системы и содержания опытов по химии в системе проблемного обучения Характерной особенностью развивающего обучения является широкое использование проблемного подхода, который включает создание...

ависимо от способа получения и места нахождения. 2. Строение внешнего электронного уровня атома калия и кальция. 1 правило Клечковского. Строение внешнего электронного уровня атома скандия. 2правило Клечковского У атома аргона остаются незанятыми все орбитали 3d-подуровня. Однако у следующих за аргоном элементов – калия и кальция – заполнение 3-го электронного слоя временно прекращается, и...

ТКАНИ ЖИВОТНЫХ У всех многоклеточных животных клетки объединены в особые группы. Группа клеток вместе с межклеточным веществом, имеющих сходное строение и происхождение и выполняющих общую функцию, называется тканью. У животных имеется четыре вида тканей: эпителиальная, соединительная, мышечная и нервная. Из эпителиальной ткани образованы наружные покровы животных и слизистые оболочки полостей внутренних органов и кровеносных сосудов. Форма каждой клетки зависит от функции, которую она выполняет. У клеток кишечной ворсинки цилиндрическая форма, и эпителий называется цилиндрическим. Клетки воздухоносных путей покрыты ресничками. А следовательно, эпителий называется реснитчатым. Узнать эпителиальную ткань можно по форме клеток и практическому отсутствию межклеточного вещества. Соединительная ткань - главная опорная ткань многоклеточного организма. Ею образованы связки и сухожилия, кости и хрящи. Прослойки между органами заполнены рыхлой соединительной тканью. Клетки жировой соединительной ткани заполнены жировыми каплями. Кровь - это тоже вид соединительной ткани, только жидкой, и клетки ее подвижны. Следовательно, у соединительной ткани межклеточное вещество хорошо развито. Мышечная ткань состоит из сократимых клеток. В их цитоплазме находится сократительный аппарат. Эти клетки вытянуты и состоят из мышечных волокон. Поперечнополосатые мышцы обеспечивают движения скелета. Гладкие мышцы вызывают сокращение внутренних органов - мочевого пузыря, желудка, кровеносных сосудов. Нервная ткань состоит из нейронов - клеток, имеющих тело и отростки. Короткие отростки называются дендритами, а длинные - аксонами. Функция нервной клетки - проводить нервный импульс, иногда на достаточно большое расстояние, например от большого пальца ноги в головной мозг. Именно поэтому аксоны этих клеток имеют значительную длину.

Используя содержание текста «Ткани животных» и имеющиеся у вас знания, ответьте на следующие вопросы.
1) Как взаимодействуют между собой мышечная и нервная ткани?
2) Почему внутренние органы, кроме сердца, образованы гладкой мышечной тканью, а не поперечнополосатой?
3) Какая ткань обеспечивает иммунитет человека?

• 
  Элементы правильного ответа:
  1) Нервная ткань проводит нервный импульс к мышцам, которые под влиянием импульса возбуждаются и сокращаются
  2) Внутренние органы должны сокращаться медленно и независимо от воли человека, иначе они не смогут выполнять свои функции
  3) Жидкая соединительная (кровь)

  Содержание критерия	Баллы
  	3
  	2
  	1
  Ответ неправильный	0
  Максимальный балл	3

Мышцы

Какие физиологические и химические процессы происходят в работающей мышце?

• Элементы правильного ответа:
  1) Физиологические процессы: сокращение и расслабление мышц в результате возбуждения и торможения нервных импульсов
  2) Химические: расщепление АТФ, выделение энергии

Витамины

Ниже приведена таблица, отражающая содержание важнейших витаминов в некоторых плодовых соках (по данным Популярной медицинской энциклопедии). В нижней строке показана средняя суточная потребность в этих веществах в (мг). Изучите таблицу и ответьте на вопросы.

Таблица

Соки	Витамины, в мг на 100 мл сока
	Витамин А	Витамин B 1	Витамин C
Абрикосовый	2,0	0,03	7,0
Апельсиновый	0,25	0,05	30–50
Вишневый	0,37	0,05	15
Гранатовый	0,55	-	5
Грушевый	-	0,05	5
Клюквенный	0,08	-	10
Лимонный	-	0,05	20–60
Мандариновый	0,12–0,2	0,07	20–40
Морковный	3–6	0,6	5–10,5
Томатный	2–9	0,12	40–50
Черносмородиновый	2–3	0,08	150–300
Суточная потребность	6,0	1,2–2,6	60–110

1) Стакан (200 г) какого сока достаточно выпить в день, чтобы удовлетворить суточную потребность в витаминах А и В: одновременно?
2) Какие соки наиболее полезны при повышении температуры, заболевании десен?
3) Правы ли те, кто рекомендует пить по 3-4 литра соков в день? Ответ объясните.

• Элементы ответа:
  1) морковного
  2) черносмородиновый, лимонный, апельсиновый
  3) нет, так как при избытке соков может возникнуть гипервитаминоз, болезни почек и сердца

Биосинтез белка

Прочитайте текст и выполните задание

БИОСИНТЕЗ БЕЛКА Биосинтез белка - это процесс, в ходе которого в организме реализуется наследственная информация. Закодированная в генах в определенной последовательности нуклеотидов, она воплощается в определенной последовательности аминокислот в молекулах белка. Сначала в ядре синтезируется информационная РНК. Ее синтез происходит на одной из нитей молекулы ДНК, на определенном участке - гене. Затем молекула информационной РНК выходит через поры ядерной мембраны в цитоплазму и направляется к рибосомам. Этот процесс снятия информации с молекулы ДНК называется транскрипцией. В цитоплазме постоянно находятся транспортные РНК и аминокислоты. Транспортные РНК имеют форму кленового листа с удлиненным хвостом. На центральном фрагменте транспортной РНК находится тройка нуклеотидов. Они должны быть комплементарны, т.е. соответствовать определенной тройке нуклеотидов на информационной РНК. На хвосте тРНК несет к рибосомам определенную аминокислоту. Найдя на информационной РНК комплементарный триплет, транспортная РНК отщепляет с помощью фермента свою аминокислоту. Эта аминокислота присоединяется к фрагменту молекулы белка. Процесс продолжается до тех пор, пока вся молекула не будет синтезирована. Эта часть процесса биосинтеза белка называется трансляцией. В ходе трансляции генетическая информация переводится с языка генетического кода в последовательность аминокислот в молекуле белка, т.е. в признак организма. Каждый этап биосинтеза белка катализируется определенным ферментом и обеспечивается энергией АТФ.

Используя содержание текста «Биосинтез белка», ответьте на вопросы. В клетке одновременно синтезируется множество одинаковых белковых молекул. Как вы думаете, почему? Как это обеспечивается клеткой?

• Правильный ответ должен содержать следующие элементы (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла).
  Элементы правильного ответа:
  1) В клетке всегда должно быть некоторое количество данного белка
  2) Нехватка белка приводит к нарушениям жизнедеятельности организма
  3) Синтез белка идет на множестве рибосом (полисомах) одновременно

  Содержание критерия	Баллы
  Ответ включает 3 названных выше элемента, не содержит биологических ошибок.	3
  Ответ включает 2 из названных выше элементов и не содержит биологических ошибок, или ответ включает 3 из названных выше элементов, но содержит негрубые биологические ошибки.	2
  Ответ включает 1 из названных выше элементов и не содержит биологических ошибок, ИЛИ ответ включает 2 из названных выше элементов, но содержит негрубые биологические ошибки.	1
  Ответ неправильный	0
  Максимальный балл	3

Мейоз

Каков биологический смысл мейотического деления клеток и комбинаций гамет при оплодотворении?

• Элементы правильного ответа:
  1) При мейозе число хромосом клетки уменьшается вдвое, что позволяет сохранить постоянство числа хромосом у особей одного вида после оплодотворения
  2) Комбинация гамет при оплодотворении создает разнообразие, генетическую неоднородность потомства

Анализ таблицы

В таблице отражены данные по мировому улову рыбы с 1950 по 1980 г. Проанализируйте таблицу и ответьте на вопросы.

Таблица

1) В какие годы промысел был наиболее успешным?
2) В связи с чем эта успешность снизилась?
3) Каков мог быть прогноз на следующие 30 лет, оправдался ли он?

• 
  1) Наиболее успешным промысел был в 60-70-е годы
  2) Эффективность промысла снизилась из-за роста населения, питающегося рыбой, снижения рыбных запасов
  3) Прогноз мог касаться дальнейшего снижения рыбных запасов. Он оправдался

Изменчивость признаков

Прочитайте текст и выполните задание

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРИЗНАКОВ У ОРГАНИЗМОВ В процессе индивидуального развития некоторые признаки изменяются в течение жизни. При одном и том же генотипе могут формироваться разные фенотипы. Изменчивость определяется способностью организма изменяться под воздействием различных условий среды. Различают ненаследственную или модификационную изменчивость, затрагивающую фенотип, и наследственную или генотипическую изменчивость. Примером ненаследственных изменений могут служить: выработка темного пигмента у зайца-беляка весной, и его отсутствие зимой. Такая изменчивость всегда приспособительная по отношению к условиям среды. Другими примерами ненаследственной изменчивости могут служить масса тела, различия в размерах цветков, выросших на хорошей и плохой почвах. Ненаследственная изменчивость групповая и характерна для всех особей вида. Наследственная изменчивость передается по наследству. Она бывает мутационной и комбинативной. Мутационная изменчивость носит скачкообразный характер. Мутации индивидуальны и возникают у единичных особей. Воздействие одинаковых внешних условий вызывает у каждого организма разные мутации. Мутационная изменчивость непредсказуема. Так, например, облучение перед посевом семян пшеницы приводит и к высокой урожайности благодаря развитию крупных колосьев, и к отсутствию урожая. По своему влиянию на организм мутации могут быть полезными, вредными, безразличными. Однако чаще всего они снижают жизнеспособность организма.

Используя содержание текста «Изменчивость признаков у организмов» и знание курса, ответьте на вопрос. С какими событиями связана комбинативная изменчивость и каково ее значение в эволюции?

• Правильный ответ должен содержать следующие элементы (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла).
  Элементы правильного ответа:
  1) Комбинативная изменчивость связана с появлением новых сочетаний генов у потомства.
  2) Комбинативные изменения возникают при половом размножении.
  3) Комбинативная изменчивость определяет разнообразие особей одного вида, индивидуальные отличия.

  Содержание критерия	Баллы
  Ответ включает 3 названных выше элемента, не содержит биологических ошибок.	3
  Ответ включает 2 из названных выше элементов и не содержит биологических ошибок, или ответ включает 3 из названных выше элементов, но содержит негрубые биологические ошибки.	2
  Ответ включает 1 из названных выше элементов и не содержит биологических ошибок, ИЛИ ответ включает 2 из названных выше элементов, но содержит негрубые биологические ошибки.	1
  Ответ неправильный	0
  Максимальный балл	3

Колебания численности особей в популяциях

Чем объясняются периодические колебания численности особей в популяциях?

• Элементы правильного ответа
  1) На численность особей влияют как абиотические, так и биотические факторы среды: климат, численность врагов, наличие пищи и т.д.
  2) На численность могут влиять такие факторы, как миграции, возраст достижения половозрелости особей в популяции.

Экологический след

Проанализируйте таблицу, в которой отражен экологический след (количество гектаров Земли, необходимое для поддержания жизни одного человека. Эта величина включает территорию и акваторию, необходимую для производства продуктов питания, товаров, энергии). Изучите таблицу и ответьте на вопросы.

Таблица

Страна	Численность населения на 1997 г.	Экологический след (количество используемых территорией (гектары на человека)	Реальное наличие территории (гектары на человека)	Различия между необходимой и имеющейся территорией (гектары на человека)
Австралия	18 550 000	9,0	14,0	5,0
Эфиопия	58 414 000	0,7	0,5	– 0,3
Германия	81845 000	5,3	1,9	– 3,4
Индия	790 230 000	0,8	0,5	– 0,3
Индонезия	203 631 000	1,4	2,6	1,2
Япония	125 672 000	4,3	0,9	– 3,4
Норвегия	4 375 000	6,2	6,3	0,1
Россия	146 381 000	6,0	3,7

• Правильный ответ должен содержать следующие элементы (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла):
  1) Дефицит земли в России составляет 2,3 гектара на человека.
  2) Этот дефицит объясняется неэффективным использованием ресурсов. Используется и продается, в основном, сырье.
  3) В Японии большая численность населения и маленькая территория при высокой интенсивности экономики.

Подцарство Многоклеточные

Прочитайте текст и выполните задание

ПОДЦАРСТВО МНОГОКЛЕТОЧНЫЕ У многоклеточных животных клетки дифференцированы по форме и функциям. Среди современных многоклеточных животных выделяют две большие группы - двухслойные и трехслойные животные. Двухслойные животные имеют лучевую или радиальную симметрию. В их теле одна главная ось симметрии, вокруг которой в радиальном направлении располагаются органы животного. Через тело, например, пресноводной гидры или медузы можно провести несколько плоскостей симметрии. В процессе индивидуального развития у них образуется два зародышевых листка или слоя клеток - эктодерма и энтодерма. Двустороннесимметричные животные обладают одной плоскостью симметрии, по обе стороны которой располагаются различные органы. Кроме эктодермы и энтодермы у них появляется третий зародышевый листок - мезодерма, из которого развивается значительная часть внутренних органов. Двусторонней симметрией обладают почти все многоклеточные представители царства Животные, кроме кишечнополостных и иглокожих.

Используя содержание текста «Подцарство Многоклеточные», назовите по 3 представителя животных с лучевой и двусторонней симметрией. Как располагаются органы у животных с лучевой симметрией по сравнению с двустороннесимметричными животными?

• Правильный ответ должен содержать следующие элементы (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла).
  1) Лучевую симметрию имеют гидра, медузы, коралловые полипы
  2) Двустороннюю симметрию имеют, например, рак, бабочка, медведь (три любых животных)
  3) Органы у животных с лучевой симметрией тела располагаются равномерно вокруг основной оси, а у двустороннесимметричных ось делит тело на правую и левую половины

  Содержание критерия	Баллы
  Ответ включает 3 названных выше элемента, не содержит биологических ошибок.	3
  Ответ включает 2 из названных выше элементов и не содержит биологических ошибок, или ответ включает 3 из названных выше элементов, но содержит негрубые биологические ошибки.	2
  Ответ включает 1 из названных выше элементов и не содержит биологических ошибок, ИЛИ ответ включает 2 из названных выше элементов, но содержит негрубые биологические ошибки.	1
  Ответ неправильный	0
  Максимальный балл	3

Для всего живого характерно избирательное отношение к окружающей среде. Свидетельством такого избирательного подхода служит разительное отличие элементарного состава живых организмов от набора элементов, которые входят в состав земной коры и потому вполне доступны для этих организмов. Больше всего в земной коре кислорода, кремния, алюминия, натрия, кальция, железа, магния и калия, на все же остальные вместе взятые элементы приходится менее 1%. Живые организмы построены главным образом из водорода, кислорода, углерода и азота, на остальные элементы здесь также приходится менее 1%. Таким образом, если не считать кислорода, между элементами, наиболее обильно представленными в живой и неживой природе, перекрывания нет. Кислород -самый тяжелый из преобладающих элементов живой материи и, наоборот, самый легкий из преобладающих элементов земной коры. Отсюда можно заключить, что живые системы из доступных им элементов земной коры и атмосферы выбирают именно легкие элементы.

Замечательно, что живая материя в этом отношении сильнее напоминает Вселенную в целом. Звезды, равно как и межзвездное вещество, состоят главным образом из легких элементов.

Относительное содержание четырнадцати главных элементов во Вселенной, в земной коре и человеческом организме

Элемент	Атомный номер	Относительное содержание в ат.,%		Организм человека
		Вселенная	Земная кора
Водород	1	90,79		63
Углерод	6	9,08		10,5
Азот	7	0,0415		2,42
Кислород	8	0,0571	62,55	25,5
Натрий	11	0,00012	2,64	0,73
Магний	12	0,0023	1,84	0,01
Алюминий	13	0,00023	6,47
Кремний	14	0,026	21,22	0,00091
Фосфор	15	0,00034		0,134
Сера	16	0,0091		0,132
Хлор	17	0,00044		0,032
Калий	19	0,000018	1,42	0,036
Кальций	20	0,00017	1,94	0,226
Железо	26	0,0047	1,92	0,00059

Наша Земля - это всего лишь «минеральный прах» из тяжелых элементов, оставшихся после того, как легкие элементы улетучились в космическое пространство вследствие слабого гравитационного притяжения нашей крошечной планеты. Вопрос о том, случайно ли это совпадение или же в биологических системах как бы законсервировался химический состав среды, которая окружала жизнь в момент ее возникновения, остается предметом чисто теоретических споров. Как указывают Ю. А. Ершов с соавторами (2000 г.), в процессе эволюции от неорганических веществ к биоорганическим, основой использования тех или иных химических элементов при создании биосистемы является естественный отбор. В таблице приведены данные о содержании химических элементов в земной коре, морской воде, растительных и животных организмах.

Из таблицы видно, что большую долю вещества живых организмов составляют элементы, которые имеют довольно высокую распространенность в земной коре. Однако эта закономерность соблюдается не всегда. Так, в земной коре содержится много кремния (27,6%), а в живых организмах его мало. Аналогичная ситуация прослеживается и для алюминия, который в большом количестве содержится в земной коре (7,45%) и в очень незначительном в живых организмах (1х 10ˉ 8 %). Непропорциональное содержание элементов в организме и среде связано с тем, что на усвоение элементов влияет растворимость их природных соединений в воде. Природные соединения кремния (SiO 2), алюминия (А1 2 О 3) практически нерастворимы, поэтому они не усваиваются живыми организмами. Наблюдается и обратная картина. Например, органоген углерод в незначительных количествах содержится в земной коре (0,35%), а по содержанию в живых организмах занимает второе место (21%).

Таким образом, по мере движения ряда химических элементов по пищевой цепи происходит их биологическое концентрирование, как, например, в случаях с углеродом, азотом, кислородом, фосфором или кальцием, который извлекается из окружающей среды для построения скелета живого организма.

Следует отметить, что химические элементы распространены в окружающей среде очень неравномерно. Обращает на себя внимание огромное содержание таких микроэлементов (по отношению к человеческому организму) как Si, Al, Fe, Zr, Mn, Zn, а также макроэлементов К, Ca в земной коре (верхней литосфере) и их небольшие концентрации в пресной, морской воде и атмосфере. Однако в биосфере происходит накопление многих из этих элементов, их концентрирование, что свидетельствует о высокой потребности в них живых организмов для осуществления процессов жизнедеятельности.

В биосфере концентрируются такие химические элементы, как О, К, S, С, Р, Cl, N, Sn, As, относительно высоко содержание Са, В, Zn, Ba, Sr, Rb, Cu, Pb.

В связи с различными средами обитания существенно различаются концентрации химических элементов в морских и наземных растениях и животных. Так, в «дарах моря» растительного и животного происхождения сконцентрированы такие элементы, как Са, К, Na, Mg, S, Cl, 0, Zn, Cu, Mn, Fe, J, Ni, Ti, Sr, Zn, Cr, Li, B, Li.

Предоставляемые человеку на суше «дары природы», в целом менее богаты макро- и микроэлементами, однако следует выделить N, С, F, а также Мn и Аl, содержание которых в наземных растениях выше, чем в морских в 10 раз.

Наземные растения являются основным источником такого важного микроэлемента, как Мn, а морские - Са, Fe, Zn, Si, Li и J.

Представители наземной фауны служат основным резервом для обеспечения человека Р, N, H, т. е. макроэлементами и чрезвычайно бедны Сг, V, Мn, элементами, принимающими активное участие в регуляции углеводного и жирового обмена, толерантности к глюкозе.

В свою очередь, представители морской фауны накапливают в себе повышенные количества Zn, Со, Сu.

Таким образом, поступление химических элементов с пищей может существенно различаться в зависимости от режима питания, доступности, например, морепродуктов для широких слоев населения. Все это не может не сказываться на суточном балансе поступления элементов в организм человека.

Следовательно, в основном химические элементы поступают в организм человека с пищевой водой и пищей. Исключение составляет только Si, большие количества которого могут попадать в организм ингаляционным путем в виде пыли, песка, или в виде различных соединений этого элемента.

В приморских районах и на небольших островах в виде аэрозолей и испарений в организм могут попадать существенные количества йода.

Выделение же химических элементов происходит более разнообразными путями.

Так, с мочой преимущественно выделяется Se, Fe, I, Co, Cd, В, Вг, Ge, Mo, Nb, Rb, Cs, Те и Sb. С потом в основном выделяется Se, F, Pb, Sn, Ni, а с волосами Hg.

И все же основные количества химических элементов элиминируются из организма с калом.

Пути поступления химических элементов в организм человека разнообразны. Основные количества химических элементов попадают в организм с пищей и питьевой водой, меньшие - с вдыхаемым воздухом и через кожу. В случаях длительного лечения препаратами, содержащими макро- или микроэлементы, основным путем поступления могут становиться фармакологические средства и биологически активные добавки к пище, вводимые в организм энтеральным или парентеральным путем. В результате неконтролируемого приема подобных препаратов у части людей могут возникать так называемые «ятрогенные» (вызванные лечением) микроэлементозы. На рисунке (цитируется по А.В.Скальному) представлена схема обмена микроэлементов в организме человека. Как следует из этой схемы, обмен химических элементов зависит от их поступления из окружающей среды, а также взаимодействия внутри организма, особенностей нейроэндокринной регуляции и выведения из организма.

Попав в организм человека, химические элементы распределяются между органами и тканями, избирательно накапливаясь в них. Макро- и микроэлементы неравномерно распределяются между разными органами и тканями. Самые большие концентрации химических элементов можно обнаружить в костной ткани, коже и ее придатках, печени и мышцах. Концентрация того или иного химического элемента в определенной части тела, как правило, отражает его значимость для функционирования органа или ткани. Так, йод максимально накапливается в щитовидной железе, что определяет его основополагающее влияние на деятельность этого органа эндокринной системы. Фтор накапливается в эмали зубов; цинк в половых органах, коже, волосах, поджелудочной железе; железо в эритроцитах и т. д.

Хотя в живых системах обычно обнаруживаются следы всех элементов, присутствующих в окружающей среде, однако необходимых для жизни элементов, без которых она не может обойтись, насчитывается всего около двадцати. Эти элементы чаще всего делят на три категории в соответствии с их концентрацией в клетке: основные элементы, следовые элементы, или микроэлементы, и ультрамикроэлементы. Для разных видов общий набор элементов может различаться. Некоторые из элементов имеют универсальное значение (Н, С, N, О, Na, Mg, Р, S, Са, К и С1); другие требуются хотя и не всем, но многим видам (Fe, Cu, Mn, Zn). Вопрос об универсальности остальных элементов, встречающихся в живых организмах (В, V, Si, Co, Mo), пока не решен.

Изучение незаменимых ультрамикроэлементов - нескончаемое занятие: никогда нельзя быть уверенным, что тот или иной элемент действительно не требуется, а получить доказательства того, что он, напротив, необходим, с методической стороны дело крайне сложное. В работе с ультрамикроэлементами приходится использовать сверхчистую воду и реактивы и даже сверхчистую стеклянную посуду. О потребности в некоторых ультрамикроэлементах даже не подозревали до тех пор, пока не было обнаружено, что почти полное отсутствие их в определенных почвах служит причиной заболеваний и разного рода нарушений у растений и животных. Отсутствие меди в почвах некоторых областей Австралии вызывает у овец болезнь, при которой отмечается стойкое поражение нервной системы, анемия и ухудшение состояния волосяного покрова. Многие болезни растений (гниль сердечка у свеклы, ломкость стеблей у сельдерея и проч.) вызываются недостатком бора в почве. Потребность в таких ультрамикроэлементах, как бор, легче всего продемонстрировать, добавляя их в почву: при одной сотой части бора на миллиард частей почвы растения заболевают; одной десятой части бора на миллиард частей почвы достаточно для излечения заболевания, а одна часть на миллиард-это уже яд для растений.

Какова же роль этих двадцати с небольшим элементов в живой машине? Элементы Н, С, N, О, Р и S-это строительные блоки, кирпичики, из которых состоят органические соединения клетки. Таким образом, основу живых систем составляют 6 элементов, так называемых органогенов. Повторим, что к ним относятся углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Органогены по своему содержанию в организме относящиеся к макроэлементам, составляя 97,4% массы живого организма, и играют важнейшую роль в поддержании жизнедеятельности. Для органогенов характерно образование водорастворимых соединений, что способствует их концентрированию в живых организмах. Разнообразие биомолекул в живых организмах определяется способностью органогенов к образованию множества различных химических связей. Из органогенов, или «органических макроэлементов», в основном состоят углеводы, белки, жиры и нуклеиновые кислоты.

Главная функция макроэлементов состоит в построении тканей, поддержании постоянства осмотического давления, ионного и кислотно-основного состава. Все углеводы и липиды содержат Н, С и О, белки, кроме того, содержат N и S, а нуклеиновые кислоты содержат N и Р. Таким образом эти шесть элементов - главные элементы живой материи. Их способность в различных перестановках и сочетаниях создавать все бесконечное молекулярное разнообразие клетки обусловливает их исключительную пригодность в качестве компонентов живых систем.

Вещества, из которых строятся клетки, крайне разнообразны по своей природе - от газообразной двуокиси углерода до жидкой воды и твердой целлюлозы, от сильно полярных аминокислот до менее полярной глюкозы и неполярных жиров. Иногда можно услышать предположение, что в других планетных системах углерод, возможно, заменен кремнием. На наш взгляд, это крайне маловероятно, если учесть все разнообразие соединений и широчайший спектр свойств мира углерода; трудно думать, чтобы все это могло быть дублировано миром кремния.

Микроэлементы (МЭ) - это группа химических элементов, которые содержатся в организме человека и животных в очень малых количествах, в пределах 10ˉ3-10ˉ12% от общей массы тела. Единственной характерной чертой МЭ является их низкая концентрация в живых тканях. МЭ это не случайные ингредиенты тканей и жидкостей живых организмов, а компоненты закономерно существующей очень древней и сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организмов на всех стадиях развития.

Исходя из современной квантомеханической интерпретации периодической системы, классификация этих элементов проводится в соответсвии с их электронной конфигурацией. Она основана на степени заполнения различных электонных орбиталей(s, p, d, f) электронами. В соответствии с этим элементы подразделяют на s-,p-, d-,f- элементы.

В организме человека присутствуют в основном ионы лёгких металлов Na+,K+,Mg2+,Cu2+, относящихся к s-элементам, и ионы Mn2+,Fe2+,Co3+,Cu2+,Zn2+ относящиеся к d-элементам. И только содержащийся в организме тяжёлый d-элемент молибден (Мо) – нарушает общую биогеохимическую установку – построение биологических структур только из лёгких элементов. Все эти металлы встречаются в нашем организме в виде твёрдых соединений или в виде их водных растворов.

К s-элементам относятся элементы I и II групп периодической системы.

Значение s-элементов для организма огромно. Они участвуют в создании буферных систем организма, обеспечение необходимого осмотического давления, возникновении мембранных потенциалов, в передаче нервных импульсов (Na,К), структурообразования (Mg,Ca).

Ионы d-элементов (Zn,Mn,Fe,Cu,Co,Mo,Ni) имеют незаполненные d-электронные слои. Это обуславливает различные степени окисления d-элементов, их способность участвовать в различных окислительно-восстановительных превращениях, возможность образовывать комплексные соединения.

По сравнению с рассмотренными выше s-элементами, d-элементы содержатся в организме в значительно меньших количествах. Однако их роль в течении физиологических и патологических процессов в организме человека огромна.

Вторую значительную группу элементов составляют токсичные микроэлементы. Если при гипомикроэлементозах (заболеваниях, вызываемых дефицитом эссенциальных МЭ) мы сталкиваемся с болезнями недостаточности, то при контакте организма с токсичными МЭ, возникает синдром интоксикаций (токсикопатий).

Сложность проблемы состоит в том, что сами эссенциальные МЭ при определенных условиях могут вызывать токсичные реакции, а отдельные токсические МЭ при определенной дозировке и экспозиции могут обнаруживать свойства эссенциальных МЭ, т. е. оказываться полезными и даже жизненно важными.

Поэтому при приеме препаратов, содержащих минералы и микроэлементы очень важно знать суточную потребность человека, а также усвояемость каждого из них в желудочно-кишечном тракте и взаимодействие основных элементов при их одновременном потреблении.

По классификации, основанной на количественном признаке, все минеральные элементы делятся на три группы в соответствии с их содержанием в организме: макроэлементы, микроэлементы (МЭ) и ультрамикроэлементы.

Среднее содержание минеральных элементов в организме млекопитающих

Система классификации по количественному признаку проста и удобна, но она не дает ответа на главный вопрос - какова биологическая роль того или иного элемента в организме. Кроме того, количественное содержание некоторых элементов в организме может значительно варьироваться в зависимости от среды обитания человека, его рациона питания и трудовой принадлежности (это утверждение, в частности, относится к фтору, ванадию, селену, стронцию, молибдену и кадмию).

По мнению ряда исследователей, микро- и ультрамикроэлементы вообще не следует отождествлять с минеральными веществами по той причине, что в организме они содержатся главным образом в виде органических соединений или комплексов, обладающих биологической активностью. Однако это обстоятельство, по-видимому, не может быть основанием для обособления микроэлементов в особую группу биологически активных веществ.

При современном уровне знаний метаболизм любого минерального элемента нельзя рассматривать только лишь в аспекте динамики его неорганических солей.

С точки же зрения науки о питании микроэлементы являются столь же необходимыми компонентами питания, как и другие минеральные элементы, независимо от того, в какой форме они поступают в организм.

Классификация, основанная на биологической роли элементов, представляет наибольший интерес для физиологов, биохимиков и специалистов в области питания человека.

Согласно этой классификации, минеральные элементы, обнаруженные в организме делят на три группы:

• жизненно необходимые (биогенные, эссенциальные элементы);
• вероятно (условно) необходимые (условно эссенциальные элементы);
• элементы с малоизученной или неизвестной ролью.

Классификация МЭ по биологической роли для млекопитающих

Жизненно необходимые элементы	Вероятно необходимые элементы	Элементы с малоизученной ролью
Кальций	Фтор	Литий
Фосфор	Кремний	Бор
Калий	Титан	Алюминий
Хлор	Ванадий	Германий
Натрий	Хром	Цирконий
Цинк	Никель	Олово
Марганец	Мышьяк	Цезий
Молибден	Бром	Ртуть
Йод	Стронций	Висмут
Селен	Кадмий	Торий
Сера		Берилий
Магний		Скандий
Железо		Галлий
Медь		Рубидий
Кобальт		Серебро
		Сурьма
		Барий
		Свинец
		Радий
		Уран

Для большинства млекопитающих животных, в том числе и человека, эту классификацию можно представить следующим образом (по В. И. Георгиевскому, Б. Н. Анненкову, В. Т. Самохину, 1979)

Группа эссенциальных элементов включает в себя все макроэлементы, часть микро- и ультамикроэлементов. Это подтверждает мысль о том, что порядок концентрации того или иного микроэлемента в организме еще не определяет его биологического значения. Элемент может быть отнесен к группе эссенциальных, если он удовлетворяет следующим требованиям:

• постоянно присутствует в организме в количествах, сходных у разных индивидуумов;
• ткани по содержанию данного элемента всегда располагаются в определенном порядке;
• синтетический рацион, не содержащий этого элемента, вызывает у животных характерные симптомы недостаточности и определенные биохимические изменения в тканях;
• эти симптомы и изменения могут быть предотвращены или устранены путем добавления данного элемента в пищу.

Всем перечисленным требованиям в свете современных данных удовлетворяют 15 элементов.

Даже такой элемент, как фтор, обладающий очевидным профилактическим эффектом против кариеса зубов и, по-видимому, способствующий костеобразованию, не включен в эту группу. Дело в том, что до настоящего времени не удалось воспроизвести симптомы недостаточности фтора в эксперименте при содержании на рационе, дефицитном по этому элементу. Необходимо отметить, что воспроизведение пищевой недостаточности иногда затруднительно вследствие чрезвычайно малой потребности организма в изучаемых элементах и наличия их следов в компонентах очищенного рациона (соевом белке, глюкозе, сахарозе, желатине, казеине и пр.).

Среди 15 жизненно необходимых элементов девять являются катионами - это кальций (Са 2+), натрий (Na +), калий (К +), магний (Mg 2+), марганец (Мn 2+), цинк (Zn 2+), железо (Fe 2+), медь (Сu 2+) и кобальт (Со 2+). Шесть других являются анионами или содержатся в сложных анионных группировках, - хлорид (Сl), йодид (J), фосфат (РО 4 3ˉ), сульфат (SO 2 4ˉ), молибдат (МоО 2 3ˉ) и селенит (SeO 2 3ˉ).

Вероятно, что условно необходимые элементы (или условно эссенциальные) также можно обнаружить в различных биосредах в относительно стабильных количествах, однако они не удовлетворяют всем перечисленным выше требованиям. Участие этих элементов в обменных процессах может ограничиваться отдельными тканями и в ряде случаев требует экспериментального подтверждения.

Что касается элементов, роль которых в организме мало изучена или неизвестна, то многие из них, по-видимому, случайно накапливаются в организме, поступая с пищей и не выполняя какой-либо полезной функции. Однако строго ограничивать группу биогенных элементов тоже нельзя, поскольку возможно открытие биологической роли новых элементов. Например, в последние годы установлена биотическая роль селена, появились экспериментальные и клинические данные об участии в метаболических процессах фтора, хрома, кремния, мышьяка.

Классификация элементов по степени их биогенности, как и две предыдущие, имеет существенные недостатки: она имеет слишком общий вид, не отражает механизма влияния минеральных элементов на организм и не позволяет достаточно точно предвидеть возможную биологическую роль или токсикологический эффект того или иного элемента. В настоящее время исследователи вынуждены давать индивидуальную оценку каждому элементу.

Микроэлементы, входя в состав ферментов, гормонов, витаминов и биологически активных веществ в качестве комплексообразователей или активаторов, участвуют в обмене веществ, процессах размножения, тканевом дыхании, обезвреживании токсических веществ. Микроэлементы активно влияют на процессы кроветворения, окисления-восстановления, проницаемость сосудов и тканей.

Как мы отмечали выше, многие элементы обычно присутствуют в виде ионов. Значение этих ионов для жизнедеятельности клетки было понято уже давно. Литература по физиологии, относящаяся к 20-м и 30-м годам, изобилует описанием наблюдений над влиянием ионов (главным образом Na+, Mg 2+ , K+ и Са 2 +) на физическую консистенцию и функции самых разных клеток. Абсолютное количество этих ионов и их баланс поддерживаются в живых системах в узких границах; любое экспериментальное изменение в этой части приводит к выраженным изменениям ряда биологических свойств - клеточной проницаемости, раздражимости, сократимости, вязкости протоплазмы, а также к нарушению процесса клеточного деления. О важном значении ионного баланса можно судить по тому факту, что часто пары этих катионов обнаруживают антагонистическое действие. Так, известно, что К + снижает вязкость протоплазмы и вызывает расслабление мышц, тогда как Са 2+ обусловливает переход цитоплазмы в состояние геля и инициирует мышечное сокращение. Отметим интересную черту баланса Na+ - К + : у животных Na + присутствует главным образом вне клеток, в тканевой жидкости, тогда как К + сосредоточен в клетке. Естественно, что для поддержания такого распределения этих ионов клетка должна затрачивать энергию.

Значение ионного состава и ионного баланса в живых системах явствует также из факта замечательного постоянства этих характеристик на протяжении всей биологической эволюции. В таблице приведен ионный состав нескольких организмов, относящихся к разным эволюционным типам, в сравнении с ионным составом морской воды.

Ионный состав жидкостей тела некоторых организмов в сопоставлении с ионным составом морской воды

	Na+	K+	Ca2+	Mg2+	Cl-	SO4--
Позвоночные
Человек (млекопитающее)	145	5,1	2,5	1,2	103	2,5
	100	3,5	1,7	0,83	71	1,7
Крыса (млекопитающее)	145	6,2	3,1	1,6	116
	100	4,2	2,1	1,1	80
Лягушка (амфибия)	103	2,5	2	1,2	74
	100	2,4	1,9	1,2	72
Lophius (рыба)	228	6,4	2,3	3,7	164
	100	2,8	1	1,6	72
Беспозвоночные
Hydrophilus (насекомое)	119	13	1,1	20	40	0,14
	100	11	0,93	17	34	0,13
Омар (членистоногое)	465	8,6	10,5	4,8	498	10
	100	1,9	2,3	1	110	2,2
Venus (моллюск)	438	7,4	9,5	25	514	26
	100	1,7	2,2	5,7	120	5,9
Морской огурец (иглокожее)	420	9,7	9,3	50	487	30
	100	2,3	2,2	12	120	7,2
Морская вода	417	9,2	9,4	50	483	30
	100	2,2	2,3	12	120	7,2

Пояснение к таблице:

Цифры, набранные жирным шрифтом,- относительные величины (содержание Nа + принято за 100).

Остальные цифры - абсолютные величины, выраженные числом миллимолей на 1 л.

Маккаллум первым отметил, что наблюдающийся здесь параллелизм есть доказательство того, что жизнь возникла в море. Последующая эволюция мало что изменила в первоначальном ионном балансе. По прошествии миллиарда лет эволюции в наземных условиях в наших клетках и в жидкостях нашего тела сохраняется ионный баланс морской воды (хотя, конечно, жидкости тела менее концентрированы, чем морская вода, причем так было всегда - и сейчас, и миллиард лет назад).

Однако при общем консерватизме ионного баланса наблюдается все же постепенное изменение концентрации некоторых ионов в ходе эволюции. Сильнее всего выражено изменение в абсолютных концентрациях, особенно в абсолютных концентрациях Na+, Mg 2+ , Cu и SO4 ˉ. Кроме того, наблюдается также постепенное снижение относительных концентраций Mg 2+ и SO4 2ˉ .

Наше понимание роли этих ионов на молекулярном уровне носит лишь весьма общий характер. Известно, что главные макромолекулярные компоненты клетки - белки и нуклеиновые кислоты- представляют собой отрицательно заряженные поливалентные ионы; следовательно, их противоионами служат катионы. Более того, было обнаружено, что между различными макромолекулами и специфическими катионами существуют вполне определенные взаимоотношения. Так, концентрация Mg 2 + влияет, как оказалось, на агрегацию рибосом (по-видимому, эти ионы воздействуют на РНК, входящую в состав этих частиц). При снижении концентрации Mg 2+ эти цитоплазматические органеллы распадаются на два компонента меньшего размера. Кальций почти наверняка служит противоионом фосфолипидного компонента клеточных мембранных систем. Действие Са 2+ на снижение порога возбудимости нерва, а также факт высвобождения Са 2+ из мембранной системы при мышечном сокращении - все это свидетельствует о важной роли этого иона в явлениях, требующих участия мембран.

Таковы немногие более или менее ясные примеры из этой обширной области клеточной биологии, которая еще требует изучения на молекулярном уровне.

Как, однако, обстоит дело с ультрамикроэлементами? Какую мыслимую роль может играть элемент, присутствующий в концентрации 10ˉ 8 М? Ответ оказался весьма простым и ясным. Например, содержание основных элементов в теле человека, таких как ванадий, хром, марганец, кобальт, никель, медь, селен, молибден, олово, йод находится в пределах между 3 и 100 мг на 70 кг веса. Возникает вопрос: могут ли столь незначительные количества выполнять биологические функции? Проще найти ответ, если выразить вес в молярных количествах (колонка 4. таблицы).

Величины этих показателей свидетельствуют, что тело человека содержит, по меньшей мере, 10 19 ионов каждого из этих элементов. Если принять за факт, что в теле человека находится примерно 10 14 клеток (эту цифру приводят многие учебники биологии) и что каждая клетка должна содержать от 10 5 до 10 6 ионов этих элементов. Метаболически активные клетки будут содержать даже большее количество, тогда как в случае жиров, хрящей и костей - наблюдается противоположная картина. Таким образом, даже самые редкие из элементов способны оказывать физиологическое воздействие на каждую клетку организма.

Приблизительный состав тела человека при весе 70 кг
(Kieffer, 1990)

Во всех детально изученных случаях эти ионы, как выяснилось, служат кофакторами определенных ферментов. Поскольку ферменты в силу их каталитической природы обычно требуются лишь в очень низких концентрациях, это должно быть справедливым и для их кофакторов. Небольшие количества микроэлементов нужны также для активации ферментов.

В таблице приведено несколько ферментативных реакций, в которых кофакторами служат те или иные ионы металлов.

Некоторые ионы металлов блокируются определенными ингибиторами, и тогда они уже более не могут функционировать как кофакторы. В молекуле гемоглобина, например, присутствуют четыре атома железа, которые в норме связывают кислород. Однако цианид и окись углерода способны значительно сильнее связываться с этими атомами железа, и когда это происходит, гемоглобин утрачивает способность переносить кислород. Подобные ингибиторы представляют собой клеточные яды; даже в очень низких концентрациях они могут вызвать гибель клетки.