Физическая и коллоидная химия. Основные термины и определения. Учебное пособие

ХИМИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ

Абиогенез. 1) Образование вне организма свойственных живой природе органических веществ. 2) Возникновение жизни из неживого материала. 3) Гипотеза происхождения жизни путем постепенного усложнения веществ неорганической природы и возникновения биополимеров (нуклеиновых кислот, белков и др.), которым присущи основные свойства живого, и прежде всего способность к обмену веществ как непрерывному условию их существования, т. е. жизнь возникла естественным путем из неживой материи. Для средневековья характерны взгляды, допускавшие возникновение живого из неживого. Например, считалось, что мухи зарождаются из гнилого мяса, мыши – из грязи, а рыбы – из ила. Опыты Ф. Реди, а позднее Л. Пастера доказали невозможность самопроизвольного зарождения жизни в условиях Земли в настоящее время. Однако в экспериментах С. Миллера (США), воспроизводивших условия, существовавшие на нашей планете 4–4,5 млрд лет назад, удалось получить из смеси несложных веществ (СН4, NH3, H2 и Н2О) вещества, характерные для живых организмов, в частности аминокислоты и жирные кислоты. Согласно гипотезе А. И. Опарина предбиологический период накопления необходимых для жизни молекул протекал многие миллионы лет и закончился возникновением простейших одноклеточных организмов, эволюция которых в конце концов привела к разнообразию современной живой природы. Абиогенезу противопоставляется биогенез. Образование веществ, характерных для живых организмов, вне живых организмов. Например, образование аминокислот в атмосфере вулканических газов при грозовых разрядах.

Абиотическая среда. Совокупность неорганических (абиотических) факторов (условий) обитания организмов. Обычно абиотическую среду подразделяют на комплексы химических и физических факторов.

Абиотический фактор (от греч. а – частица отрицания и bios – жизнь). Факторы неживой внешней среды, влияющие на жизнь и распространение животных и растений или биоценозов: температура, влажность, свет, химизм, плотность, давление среды и т. п. Абиотические факторы противопоставляют биотическим факторам.

Абиоцен. Совокупность абиотических факторов внешней среды.

Абляция. Полифункциональный физический термин, обозначающий процесс сноса вещества с поверхности твердого тела обтекающим потоком. В физике твердого тела – удаление (испарение) вещества с поверхности под воздействием лазерного излучения.

Абсолютная влажность. Количество водяного пара в единице объема воздуха, г/см3. Иногда называют также упругостью водяного пара.

Абсолютная погрешность. Отклонение результата анализа от истинного содержания элемента, выраженное в единицах концентрации.

Абсолютная скорость иона. Скорость движения иона в электрическом поле, отнесенная к напряженности электрического поля.

Абсолютная специфичность. Исключительная избирательность фермента, позволяющая ему катализировать реакцию только с одним субстратом в случае мономолекулярной реакции или реакцию с одной парой субстратов в случае бимолекулярной реакции.

Абсолютная энтропия. Для вещества или процесса – изменение доступной энергии при теплопередаче при данной температуре. Математически энтропия равна теплопередаче, деленной на абсолютную температуру, при которой происходит процесс. Увеличение энтропии происходит в процессах передачи большого количества теплоты, при передаче теплоты при низкой температуре. Абсолютную энтропию измеряют в Дж/К.

Абсолютный нуль. Температура по шкале градусов Кельвина, при которой энтропия чистых веществ в виде идеальных кристаллов равна нулю.

Абсорбция. 1) Физико-химический процесс поглощения вещества из раствора жидкостями или твердыми телами, при котором это вещество проникает внутрь абсорбента. 2) Элиминация определенных субстанций из смеси, например, в иммунологии образование комплекса антиген-антитело. 3) Истощение сыворотки антигеном или вакцины антителом. В иммунологии используют для удаления из иммунных сывороток антител нежелательных специфичностей. Для этого иммунную сыворотку инкубируют с избыточным количеством антигенов, например, живых или убитых бактерий, содержащих групповые антигены, но не имеющих антигенов, к которым получается сыворотка. 4) Доказательства антигенной идентичности или гетерогенности двух штаммов бактерий. 5) Специфическая сорбция вируса клеткой. В общем случае процесс объемного поглощения одного вещества другим, то есть во всем объеме сорбента – вещества-поглотителя.

Абсцизовая кислота. Гормон растений, индуцирующий период покоя и способный тормозить рост. Накапливается осенью в семенах и почках, ускоряет образование отделительного слоя при листопаде, тормозит рост отрезков стеблей и колеоптилей. Стимулирует закрытие устьиц. Уровень кислоты в тканях зависит от соотношения скорости ее синтеза и распада. Биосинтез абсцизовой кислоты и гормонов роста (гиббереллинов) происходит из мевалоновой кислоты. Существует система переключения путей превращения мевалоновой кислоты в абсцизовую кислоту или гиббереллины. По химической природе – изопреноид. Перемещается по организму растений пассивно, по проводящим элементам ксилемы и флоэмы. Рост концентрации подавляет эффекты фитогормонов-активаторов (гиббереллинов, ауксинов, цитокининов). Спектр эффектов, вызываемых этим фитогормоном, весьма разнообразен.

Автоадсорбция. Изменение структуры (сгущение, уплотнение) поверхностного слоя в однокомпонентной системе. Применяют для исследования и характеристики физико-химических свойств поверхностных слоев различных жидких веществ.

Автоингибитор. Продукт обмена популяции организмов, накапливающийся во внешней среде и действующий как ингибитор или токсин на организмы.

Автокатализ. Ускорение реакции, обусловленное накоплением конечного или промежуточного продукта, обладающего каталитическим действием в данной реакции. Ускорение биохимической реакции под влиянием одного из ее продуктов. Пример автокатализа – образование трипсина из трипсиногена: в этой реакции трипсин является автокатализатором. Автокатализ – «самосплайсинг», или автономный сплайсинг РНК, происходящий без участия каких-либо белков, т. е. сама РНК выступает как автокатализатор (рибозим), расщепляет сама себя, но не ускоряет саму реакцию.

Автоклав. Аппарат для стерилизации объектов высокотемпературным насыщенным водяным паром (до 138 °C) под давлением (до 2,5 aтм.) перевязочного материала, инструментов, лабораторной посуды, питательных сред, белья, микробных культур и инфекционного материала.

Авторегуляция. Способность клеток сохранять свой состав и свойства на относительно постоянном уровне независимо от меняющихся условий среды. Регуляция химической деятельности клетки достигается с помощью ряда процессов, среди которых особое значение имеет изменение структуры самой цитоплазмы, а также структуры и активности ферментов. Регуляция зависит от температуры, степени кислотности, концентрации субстрата, присутствия в растворе некоторых макро- и микроэлементов. Например, фермент желудочного сока пепсин активен в кислой среде, при подщелачивании его активность падает и вновь восстанавливается только при подкислении среды. Аналогичная закономерность наблюдается и в случае снижения и повышения температуры. Локальное разрушение плазматической мембраны служит сигналом, запускающим процесс синтеза строительного материала – структурных белков и липидов; восстановление структуры мембраны прекращает интенсивный синтез этих веществ. Благодаря авторегуляции количество всех химических компонентов поддерживается в клетке на постоянном уровне. Кроме того, для живых систем характерны такие черты, как высокая степень организации, упорядоченность строения и поведения, хорошая приспособленность к среде обитания, дискретность, ритмичность, энергозависимость от окружающей среды и др.

Агрегат (от лат. aggrego – присоединяю, включаю). 1) Составная часть мицеллы лиофобного золя, нерастворимая в дисперсионной среде, кристаллическая или аморфная микрочастица. 2) Скопления одного или нескольких минералов, образующих горную породу, руду, сферолит, друзу и др. Агрегаты могут быть плотными, рыхлыми, землистыми, зернистыми, игольчатыми, шестоватым, сплошными, скорлуповатыми, натечными и т. д. 3) Трехмерное естественное образование, представляющее собой плотное скопление элементарных частиц определенной формы. В микроморфологии – основная единица сложения.

Агрегативная устойчивость. Устойчивость частиц дисперсной фазы к взаимному слипанию (укрупнению).

Агрегация. 1) Процесс объединения элементов в одну систему. 2) Объединение, симулирование каких-либо однородных показателей с целью получения более общих показателей.

Агрономия. Наука, изучающая совокупность знаний и приемов ведения сельскохозяйственного производства, то есть комплекс теоретической базы полеводства и практических приемов по возделыванию сельскохозяйственных культур, принципов их переработки. В настоящее время агрономия включает множество разделов, таких как: земледелие, агрохимия, агрофизика, растениеводство, семеноводство, генетика и селекция, мелиорация, фитопатология и т. д.

Агрохимия, агрономическая химия. Наука, изучающая химические и биохимические процессы, протекающие в почве и растениях, минеральное питание растений, применение удобрений и приемы мелиорации с целью улучшения плодородия почв, повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Адгезия. Явление соединения приведенных в контакт поверхностей конденсированных фаз. В биологии: 1) Способность клеток слипаться друг с другом и с различными субстратами, обусловленная химическим составом плазматической мембраны. Для большинства клеток характерна избирательная адгезия, с нарушением избирательности связана способность опухолевых клеток к метастазированию. 2) Прочная связь между твердой поверхностью и жидкостью, ее омывающей. Адгезия обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия в области контакта разнородных сред (жидкость – твердое тело). Отчасти благодаря адгезии между стенками сосудов проводящей системы и движущейся внутри сосудов жидкости обеспечивается неразрывность многометрового столба воды в стволах высоких деревьев.

Адгезия терминальная. Тенденция к неспецифической конъюгации хромосом концами.

Аддитивность. Сложение (суммирование) эффектов комбинации факторов химической, физической и биологической природы. Аддитивность может быть полной (если воздействие агентов представляет собой сумму эффектов от действия каждого агента) и неполной (если величина воздействия меньше суммы эффектов от влияния каждого агента, но больше, чем от действия какого-либо одного из них).

Аддукт. Продукт химической реакции, в результате которой дополнительная малая химическая группа соединяется с относительно большой молекулой реципиента. Пример: алкилирующий агент метансульфонат может присоединять этильную группу к молекулам гуанинав ДНК. Этот этилированный гуанин представляет собой аддукт ДНК.

Адиабатический процесс (от греч. adiabatos – запертый). В атмосфере – изменения состояния атмосферного воздуха, происходящие без теплообмена с окружающей средой (т. е. адиабатически). Температура воздуха при адиабатическом процессе меняется вместе с изменением давления, т. е. за счет сжатия или расширения воздуха (повышение температуры в первом случае и понижение – во втором). Адиабатическое понижение давления и температуры происходит преимущественно при восходящем движении воздуха; повышение – при нисходящем. В сухом или влажном ненасыщенном воздухе (сухо-адиабатический процесс) адиабатическое понижение или повышение температуры на каждые 100 м подъема или опускания равно 1 °C. В воздухе, насыщенном водяным паром (влажно-адиабатический процесс), эта величина меньше 1 °C на 100 м вследствие выделения скрытого тепла при конденсации в поднимающемся воздухе или перехода тепла в скрытое состояние при испарении капель в опускающемся воздухе. С адиабатическим процессом связаны важнейшие процессы образования облаков. Адиабатический процесс – это термодинамический процесс, который осуществляется в адиабатической термодинамической системе без теплообмена с внешним миром. Пример: изменение термодинамического состояния воздуха в атмосфере без обмена теплом между ним и средой (земной поверхностью, космосом, другими массами воздуха).

Адроон. Класс элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию и не являющихся истинно элементарными с точки зрения кварковой теории.

Адсорбат. Вещество, которое самопроизвольно концентрируется (адсорбируется) на поверхности раздела фаз.

Адсорбент. Вещество, на поверхности которого идет адсорбция. Как правило, это тело с большой удельной (внутренней или наружной) поверхностью. На этой поверхности происходит накопление (адсорбция) веществ из соприкасающихся с ней газов или растворов. Например, в иммунологических исследованиях в качестве адсорбентов служат бактериальные взвеси, высушенные ткани органов (например, печени), эритроциты и т. д.

Адсорбция. Процесс концентрирования одного вещества на поверхности другого вещества – адсорбента. Адсорбция происходит на межфазных поверхностях, адсорбироваться могут любые вещества. Так же как и абсорбция, адсорбция является разновидностью сорбции. Различают физическую адсорбцию, когда молекулы адсорбента сохраняют свою индивидуальность, и хемосорбцию. Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называют адсорбентом, а поглощаемое из объемной фазы – адсорбатом. В биологии: удаление из антисывороток всех антител, реагирующих с гетерологическими антигенами. Физико-химический процесс выделения вещества из раствора (сыворотки), при котором оно распределяется на поверхности адсорбента. Метод адсорбции, применяемый в иммунологии, основан на добавлении к антисыворотке гетерологичного антигена с целью удаления всех реагирующих с ним антител. В иммунологии адсорбцию используют для изготовления адсорбированных вакцин (например, на гидроксиде алюминия) и диагностикумов (например, на латексе, сефадексе). В вирусологии адсорбция обозначает концентрирование вирионов из крови и лимфы под влиянием межмолекулярных сил на поверхности клеток, например, на эндотелии сосудов. Массивное покрытие клеток слоем вирионов ведет к гибели клеток, которое называется токсическим действием. Также – процесс соединения рецепторов вирусов и вирусных антирецепторов клетки, который в последующем ведет к проникновению вириона в цитоплазму клетки. В таком случае правильнее применять термин рецепторная адсорбция или прикрепление.

Адсорбция гидролитическая. При применении угля в качестве адсорбента для растворов электролитов наблюдается селективная адсорбция. Смысл ее заключается в том, что из нейтральных растворов солей уголь поглощает или только основание, или только кислоту, т. е. нейтральный до адсорбции раствор становится кислым или основным.

Адсорбция локализованная. Молекулы адсорбата закреплены на поверхности адсорбента.

Адсорбция нелокализованная. Молекулы адсорбата свободно передвигаются по поверхности адсорбента.

Адсорбция обменная. Эквивалентный обмен ионов одного знака (катионы или анионы) между двойным электрическим слоем адсорбента и средой.

Адсорбция предельная. Характеризует полное насыщение поверхности адсорбированными молекулами.

Адсорбция физическая. Возникает за счет Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий и является обратимой. С увеличением концентрации или давления адсорбция увеличивается; с повышением температуры – уменьшается.

Адсорбция химическая (хемосорбция). Осуществляется только путем химического взаимодействия, является необратимой. С увеличением концентрации или давления хемосорбция увеличивается; с повышением температуры – увеличивается. Химическая адсорбция, в свою очередь, делится на молекулярную (если адсорбируются молекулы вещества) и ионную (при адсорбции ионов).

Азеотропные смеси. Жидкие смеси, в которых в условиях равновесия состав жидкой фазы равен составу паровой фазы. При перегонке таких смесей образуется конденсат того же состава, что и исходный раствор. Разделение азеотропных смесей может быть осуществлено методом ректификации. Азеотропные смеси представляют собой двойные, тройные и многокомпонентные системы. Компонентами системы, как правило, являются вещества из одного гомологического ряда. В многокомпонентных системах наблюдается явление полиазеотропии, когда гомологи и их изомеры из различных рядов могут образовывать между собой большое число двух- и многокомпонентных азеотропных смесей в широком интервале концентраций. Примеры: вода (4 %) – этанол (96 %); вода (32 %) – азотная кислота (68 %).

Азотфиксация. Процесс связывания азота атмосферы и перевод его в азотсодержащие соединения микроорганизмами (свободноживущими или находящимися в симбиозе с растениями) или цианобактериями.

Аккумуляция. Процесс накопления на поверхности Земли, в организмах, в водоемах, в отстойниках инженерных сооружений продуктов эрозии и абразии, солей, органических остатков, различных загрязнений в результате деятельности человека, ветра, вод, ледников, вулканов и других биологических и геологических факторов. В результате аккумуляции на земной поверхности образуются специфические формы рельефа: аккумулятивные равнины, террасы, дельты, дюны, барханы, а также геохимические аномалии и др.

Аккумуляция веществ в почве. 1) Накопление химических элементов – биофилов (Са, К, Р, N, Mg) в результате избирательного поглощения их растениями из материнской породы и концентрации в гумусовом горизонте после разрушения органических остатков. 2) Накопление гумуса в верхнем, гумусо-аккумулятивном горизонте почв, после биологического разрушения органических остатков и биохимических реакций. 3) Накопление химических элементов и веществ, вымытых из верхних (элювиальных) горизонтов в средней или нижней части почвенного профиля (иллювиальных горизонтах) с образованием марганцево-железистых, карбонатно-кальциевых, гипсовых и других горизонтов. 4) Накопление солей из оросительных или грунтовых вод при испарении их через почву. 5) Накопление загрязняющих почву веществ, транспортируемых от источников загрязнения воздушным, водным транспортом или другими техногенными средствами.

Аккумуляция вод. 1) Временное накопление на поверхности водосбора влаги в виде снежного покрова, ледяной корки, талой или дождевой воды. 2) Увеличение запаса (накопление) подземных вод после таяния снега или выпадения жидких осадков. 3) Задержание воды в водохранилищах.

Аккумуляция загрязнителей организмами. Накопление в живых организмах вредных химических веществ в результате контакта их со средой. Загрязнители не всегда выводятся из организма с выделениями, поэтому на каждом следующем трофическом уровне может быть более высокая концентрация загрязнителей.

Активация. 1) Возбуждение или усиление активности; перевод в деятельное состояние; переход от состояния покоя к движению, развитию. 2) Возбуждение молекул, перевод молекул в состояние, в котором они легче вступают в химические реакции. 3) Специальная обработка пористых тел для увеличения их способности поглощать жидкости, газы и другие вещества.

Активация аминокислот. Реакция присоединения аминокислоты к своей транспортной РНК перед вступлением в процесс трансляции, является промежуточной реакцией в процессе соединения аминокислоты с молекулой АТФ, катализируется ферментом аминоацил-тРНК-синтетазой; затем аминокислота присоединяется к тРНК с освобождением АМФ.

Активированный комплекс. Группировка атомов, соответствующая состоянию системы в решающий момент элементарного акта химической реакции. Используется в теории скоростей химических реакций.

Активность. Эффективная концентрация диссоциированной части электролита в растворе с учетом межионных взаимодействий. Активность (а) пропорциональна концентрации (С) через коэффициент пропорциональности (коэффициент активности – f):

a = f · C

Активные металлы. Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений металлов левее водорода. Металлы, находящиеся слева от алюминия включительно, относятся к наиболее активным металлам.

Активные соударения. В химических реакциях не каждое столкновение реагирующих веществ (атомов, молекул, частиц) приводит к их взаимодействию и образованию продуктов реакции. Реакция может проходить при столкновении активных (обладающих запасом энергии достаточным для преодоления энергетического барьера) молекул. Количество активных соударений при данной температуре пропорционально общему содержанию реагирующих молекул. При повышении температуры число активных соударений возрастает.

Активные центры. Каталитический центр. В ферментативном катализе – небольшой участок на поверхности молекулы фермента, непосредственно принимающий участие в катализе. Активные центры ферментов образуются на уровне третичной структуры, включают также субстрат-связывающий участок, отвечающий за специфическое комплементарное связывание субстрата и образование фермент-субстратного комплекса (ES). Активный центр не имеет строгих границ, каждый его компонент взаимодействует с другими участками (группами) молекулы фермента, что приводит к изменению химических характеристик функциональных групп, участвующих в катализе. От структуры активного центра зависит специфичность действия ферментов. Пример: в химотрипсине субстрат-связывающий участок имеет вид гидрофобного кармана, который связывает радикалы ароматических аминокислот, таких как фенилаланин. Данный фермент ускоряет гидролиз пептидных связей, образованных карбоксильной группой ароматических аминокислот.

Активный транспорт. Перенос веществ, осуществляемый против градиентов концентрации или электрохимического потенциала. Происходит с затратой энергии, например, АТФ, электромагнитной, энергии света, энергии, выделяющейся при окислении дыхательных субстратов (первичный активный транспорт), или за счет созданного на мембране трансмембранного потенциала (вторичный активный транспорт).

Активный участок антигена. Пространственное расположение аминокислотных остатков белка антигена, образующего на его поверхности участок, способный вступать во взаимодействие с комплементарным участком антитела или служить в качестве связующей группы.

Активный центр. 1) Часть молекулы фермента, которая ответственна за присоединение и преобразование субстрата. Взаимодействие фермента и субстрата возможно лишь при структурном соответствии конфигурации активного центра форме и размерам молекулы субстрата. Если вещество имеет строение, близкое к строению субстрата, но сходство с последним не полное, то возможно конкурентное ингибирование фермента. Например, малоновая кислота напоминает по своему строению янтарную кислоту. Однако это сходство является неполным. Поэтому малоновая кислота, связываясь с дегидрогеназой янтарной кислоты, занимает активный центр этого фермента и препятствует превращению янтарной кислоты. 2) Химическая группа молекул, определяющая специфичность их действия.

Активный центр фермента. Специфический участок на поверхности фермента, благодаря которому фермент проявляет специфичность в отношении субстрата. Ферменты, состоящие из одной полилептидной цепи, обладают одним активным центром.

Актуальная кислотность. Активная кислотность почвенного раствора, обусловленная содержанием ионов водорода (кислотность почвы). Выражается условной величиной рН (отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода Н+); при рН = 7 реакция почвенного раствора нейтральная, ниже 7 – кислая. Актуальная кислотность классифицируется по рН: 6–7 – нейтральные, 5–6 – слабокислые, 4–5 – среднекислые, 3–4 – сильнокислые.