§ 6. Могут ли в живых организмах происходить химические изменения? 25

Определения и обозначения

Химическое изменение — превращение одних веществ в другие, отличающиеся составом и свойствами. Например, при переваривании пищи появляются более простые вещества. Это понятие помогает отличать образование новых веществ от простого изменения формы или размера.

Химическая реакция — процесс, в котором исходные вещества превращаются в новые вещества. Исходные вещества называют участниками, с которых начинается превращение. Понятие нужно, чтобы описывать, как именно идут химические изменения в организме.

Обмен веществ — совокупность химических превращений, происходящих в организме. В него входят поступление веществ, их изменение, использование и удаление ненужных продуктов. Благодаря обмену веществ организм растёт, получает энергию и поддерживает свою работу.

Питательные вещества — вещества пищи, которые организм использует для получения энергии, роста и восстановления. К ним относятся, например, белки, жиры и углеводы. После пищеварения многие из них становятся достаточно простыми для усвоения клетками.

Как это устроено

Химические изменения происходят в живых организмах постоянно, потому что клетки всё время получают вещества и используют их. Одни соединения нужны как строительный материал, другие служат источником энергии. Если бы превращения остановились, клетки не смогли бы расти, восстанавливаться и выполнять свою работу.

Пища вначале содержит сложные вещества, которые не всегда могут пройти через стенки кишечника. В пищеварительной системе они расщепляются на более простые части под действием специальных веществ. Поэтому клетки получают небольшие молекулы, которые могут всасываться, переноситься кровью и использоваться организмом.

Дыхание связано с химическим превращением питательных веществ, потому что клетки соединяют их с кислородом. В результате образуются новые вещества, а запасённая в пище энергия высвобождается. Она используется для движения, роста, поддержания температуры и других процессов жизнедеятельности.

В зелёных растениях при фотосинтезе вода и углекислый газ превращаются в органические вещества. Для этого нужна энергия света, которую растение улавливает с помощью зелёного пигмента. Так растение создаёт пищу для себя и запасает энергию, а в окружающую среду выделяется кислород.

Предположить химическое изменение можно, если появились вещества с новыми свойствами. Дополнительными признаками бывают выделение энергии, например тепла или света, либо поглощение энергии. Однако один внешний признак не всегда достаточен, поэтому нужно выяснить, изменился ли состав вещества.

Химические изменения в живых организмах

В таблице показано, какие вещества участвуют в основных процессах и зачем они нужны организму. Читая строку слева направо, можно проследить превращение исходных веществ в продукты. Сравнение строк помогает увидеть, что разные процессы связаны с питанием, энергией или круговоротом веществ.

Разбор задач

Задача 1

Определите, какие процессы являются химическими изменениями: измельчение пищи зубами, переваривание пищи, растворение сахара в воде, дыхание организма. Нужно проверить, появляются ли при каждом процессе новые вещества. Изменение размера или распределение вещества в воде само по себе таким признаком не является.

1. При измельчении пищи меняются её размер и форма, но состав сохраняется.
2. При переваривании сложные вещества превращаются в более простые, поэтому появляются новые вещества.
3. При растворении сахар обычно сохраняет свои свойства и состав.
4. При дыхании питательные вещества превращаются в другие вещества с выделением энергии.

Ответ: химическими изменениями являются переваривание пищи и дыхание организма. Измельчение и растворение в данном примере относятся к физическим изменениям.

Задача 2

Объясните, почему переваривание пищи считают химическим изменением, и укажите, зачем оно необходимо организму. Сначала определите, меняется ли состав пищи. Затем свяжите результат превращения с возможностью усвоения клетками.

1. Сложные белки, жиры и углеводы расщепляются на более простые вещества.
2. У новых веществ состав и свойства отличаются от исходных, значит, произошло химическое изменение.
3. Простые вещества могут всасываться в кишечнике и поступать к клеткам.
4. Клетки используют их для получения энергии, роста и восстановления.

Ответ: переваривание является химическим изменением, потому что при нём образуются новые, более простые вещества. Оно необходимо, чтобы пища стала доступной для клеток.

Задача 3

Сравните фотосинтез и дыхание растения: какие вещества расходуются и образуются в каждом процессе и каково значение этих превращений. Удобно рассмотреть каждый процесс отдельно, а затем сравнить направление превращения. Так становится понятно, почему эти процессы не следует считать одинаковыми.

1. При фотосинтезе расходуются вода и углекислый газ, а образуются органические вещества и кислород.
2. Фотосинтез требует энергии света и позволяет растению создавать пищу.
3. При дыхании расходуются органические вещества и кислород, а образуются углекислый газ, вода и энергия.
4. Дыхание обеспечивает клетки энергией, причём оно идёт и у растений.

Ответ: фотосинтез создаёт органические вещества и запасает энергию, а дыхание расходует органические вещества и высвобождает энергию. Растение может выполнять оба процесса, но их исходные вещества и результаты различаются.

Типичные ошибки

Ошибка: считать любое изменение в организме химическим. Её допускают, когда не различают движение, изменение формы и превращение состава; проверить себя можно вопросом: образовалось ли новое вещество.

Ошибка: путать химическое изменение с растворением. Сахар при растворении обычно не превращается в другое вещество, поэтому нужно сравнить его свойства до и после процесса.

Ошибка: утверждать, что растения только поглощают углекислый газ. Фотосинтез действительно использует его, но при дыхании растение образует углекислый газ; проверяйте, о каком процессе идёт речь.

Ошибка: думать, что химические изменения бывают только при болезни или внешнем воздействии. На самом деле обмен веществ идёт постоянно, поэтому достаточно вспомнить обычное питание, дыхание, рост и восстановление.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно различать вещества и физические явления, знать состав воздуха и значение воды для живых организмов. Эти сведения помогают понять роль кислорода, углекислого газа и воды в превращениях. Без такого различия легко принять растворение или измельчение за химическую реакцию.

Тема связана со строением клетки, питанием, дыханием, фотосинтезом и обменом веществ. Клетка использует продукты пищеварения и дыхания для своей работы. Позже эти знания помогут объяснить, как устроена жизнедеятельность организмов.

Разложение органических остатков связано с экологией и круговоротом веществ в природе. Микроорганизмы превращают остатки в более простые вещества, которые снова могут использовать растения. Так вещества переходят из живой природы в окружающую среду и обратно.

Что запомнить

• В живых организмах постоянно происходят химические изменения.
• При химическом изменении образуются новые вещества.
• Пищеварение превращает сложные питательные вещества в более простые.
• При дыхании питательные вещества окисляются, и организм получает энергию.
• При фотосинтезе растения образуют органические вещества из воды и углекислого газа.
• Обмен веществ необходим для роста, движения, восстановления и жизнедеятельности организма.