Химия окружающего мира

Окружающий мир, видимый нами с помощью зрения и приборов, ощущаемый нами органами чувств, состоит в основе своей из химических элементов. Важное замечание – из стабильных химических элементов. Да, из школьного курса химии мы знаем, что существуют нестабильные химические элементы и изотопы с разными временами распада – от секунд до миллиардов лет. Но важно понимать, что эти нестабильные химические элементы и изотопы в итоге образуют стабильные химические элементы. При этом выделяется разного вида энергия (радиация). То есть, можно сказать, что нестабильные элементы и изотопы функционально играют энергетическую роль.

Химические элементы – это продукт термоядерного синтеза в звездах. А вот химические вещества – это уже результат химических реакций химических элементов.

В школе мы изучали химические реакции и их типы. Вероятно, большинство людей думают, что химические реакции происходят в лабораторных опытах и в химической промышленности. На самом деле химические реакции происходят постоянно в окружающем нас мире, а также в нас самих.

Большинство из нас даже не подозревает, что мы "химичим" постоянно:
1. Вдыхая кислород, мы выдыхаем углекислый газ и ещё минимум с десяток органических компонентов.
2. В нашей моче появляются мочевина и соль фосфора.
3. Зажигая спичку, газовую комфорту мы осуществляем реакцию окисления с образованием того же  углекислого газа.
4. Используя в быту хлорный или кислородный отбеливатель мы также осуществляем реакцию окисления.
5. Смешивая пищевую соду с уксусом или лимонной кислотой, мы осуществляем реакцию нейтрализации с получением солей (ацетата или цитрата натрия).

На самом деле, например, на Земле фактически постоянно действуют разнообразные природные химические комплексы, в которых происходят постоянные последовательные и параллельные химические реакции, производящие самые различные химические вещества в количествах намного превосходящих объемы производства всей химической промышленности человечества. С высокой энергоэффективностью и без отходов. Все эти химические реакции являются частью круговоротов (большого – геологического и малого – биологического) веществ в природе. За счет этих круговоротов фактически происходит возобновление значительной части материальных ресурсов Земли.

Химические реакции в науке и промышленности – это попытка воспроизведения природных химических реакций и природных продуктов, но с большими энергозатратами и побочными вредными продуктами.

Следует заметить, что химические вещества первоначальной геосферы Земли являются продуктами первичных планет во Вселенной, которые были разрушены в процессе катаклизмов. Химические вещества современной геосферы – это уже и еще продукты внутренних химических реакций, которые получены из химических веществ, образовавшихся в процессе  коэволюции геосферы и биосферы.

Химические элементы образуют химические вещества, которые мы разделяем на неорганические и органические. Неорганические вещества функционально выполняют роль основы для органических веществ. Включая участие неорганических веществ (в качестве катализаторов химических реакций и матриц для синтеза) в синтезе органических. 

Органические вещества в комплексе с неорганическими веществами в условиях Земли образовали так называемую живую материю – живые организмы.
 
Неорганические вещества стали домом, пищей и энергетическим источником для первых живых организмов – микроорганизмов. И с этого момента началась фактическая коэволюция неорганической и органической материи, в результате которой стало появление Биосферы. В Биосфере  микроорганизмы фактически стали создателями высших организмов и  средой их обитания, обеспечивающие жизнеобеспечение и круговорот (обмен) веществ как в самой биосфере (малый биологический), так и с геосферой (большой круговорот).

Живые организмы – это комплексный химический и биохимический реактор, который производит продукцию для функционирования всех элементов Биосферы, большинство из которых не самодостаточны. Наиболее самодостаточными являются микроорганизмы, которые способны к образованию биопленок – своего рода социальных сообществ.  Отсутствие самодостаточности, в принципе, можно было бы считать недостатком, но именно это приводит к взаимосвязи всех элементов Биосферы и обеспечивает ее устойчивость.

Живые организмы, особенно многоклеточные (высшие) состоят из многих сложных химических веществ, которые синтезируются в процессе химических и биохимических реакций. Все эти химические вещества биологически активны.

Пожалуй, самыми сложными и замечательными являются химические соединения, из которых состоит генетический аппарат живых организмов.

Живые организмы имеют генетический аппарат, который одновременно является своеобразной программой их развития. ДНК – это основа, в которой хранится наследственная информация. Информационные свойства ДНК определяются специфической последовательностью всего четырех нуклеотидов в полинуклеотидной цепи. Нуклеотид – это вещество, образованное из азотистого основания (аденина, тимина, цитозина и гуанина) - гетероциклические органические соединения, производные пиримидина и пурина, моносахарида (пентоз – рибозы или дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты. А геном – это совокупность ДНК всего организма. В генетическом аппарате есть еще и РНК, которое состоит из азотистого основания (аденина, урацила, цитозина и гуанина), моносахарида (рибозы) и остатка фосфорной кислоты. Отличие ДНК от РНК состоит в том, что ДНК состоят из двух полинуклиотидных цепей, а РНК – из одной. В ДНК цепи удерживаются за счет водородных связей между нуклеотидами аденином, тимином, цитозином и гуанином. Особенность: между аденином и тимином образуется две водородные связи, а между цитозином и гуанином – три. Двойная молекула ДНК закручена в виде спирали.

Примечания:
1. У вирусов бывают одноцепочечные ДНК и двухцепочечные РНК
2. В клетках присутствует три вида РНК: информационные или матричные (иРНК или мРНК),  рибосомные (рРНК) и транспортные (тРНК).
3. Функции РНК: иРНК переписывает и передает информацию о первичной структуре белковой молекулы; рРНК - входит в состав рибосом; тРНК - переносит аминокислоты к рибосомам.

Итак, окружающий нас мир – это химия!
 
Самый ближайший нам окружающий мир – это Земля, ее Природа и человеческая цивилизация, где химия, химические реакции и химические продукты являются важнейшим фактором.