Закон сохранения массы веществ

Закон сохранения массытеоретически был описан в 1748 году, а экспериментально подтверждён в 1756 году русским ученым М.В. Ломоносовым. Ломоносов определил, что если сосуд с металлом взвесить до и после нагревания, не вскрывая его, то масса останется неизменной.

В 1789 году французский учёный Антуан Лавуазье подтвердил выводы Ломоносова.

Закон сохранения массы веществ формулируется так:

Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе продуктов реакции.

Атомно-молекулярное учение объясняет этот закон так: при химической реакции общее количество участвующих атомов не изменяется, а происходит лишь их перегруппировка. Так как число атомов до и после реакции не изменяется, то их общая масса тоже не изменяется.

Модель химической реакции.

На основе закона сохранения массы веществ проводят количественный химический анализ.

Приведём пример. Составим химическое уравнение реакции разложения воды:

H₂O → H₂ + O₂,

Число атомов кислорода слева от стрелки, т.е. до реакции, меньше в два раза, чем справа, т.е. после реакции. Для уравнивания количества веществ до и после реакции, нужно поставить коэффициент 2 перед формулой воды в левой части уравнения:

2H₂O → H₂ + O₂

Ещё пример:

Ag + S → Ag₂S

2Ag + S = Ag₂S

Химическое уравнение

Химическим уравнением (уравнением химической реакции) называют условную запись химической реакции с помощью химических формул, числовых коэффициентов и математических символов.

При записи химических уравнений должен строго соблюдаться закон сохранения массы: массы вступивших в реакцию веществ, равны массе продуктов реакции.

Химическая реакция – процесс, при котором вещества, обладающие определенным составом и свойствами, превращаются в другие вещества – с другим составом и свойствами. При этом в составе атомных ядер изменений не происходит.

Химические реакции всегда сопровождаются физическими эффектами – поглощением или выделением теплоты, изменениями агрегатного состояния и окраски веществ.

Необходимо соблюдать определённые правила составления химических уравнений.

Пример составления химического уравнения:

Fe₂O₃ + H₂ = Fe + H₂O

слева 2 атома Fe – справа 1 атом Fe (множитель 2)

слева 3 атома O – справа 1 атом O (множитель 3)

Затем подбирается коэффициент для H₂O:

слева 2 атома H – справа 2 атома H (множитель 1), но т.к. справа 3 атома O, то множитель для H₂O получаем 3. Н в правой части уравнения имеет множитель 6, для равновесия Н, в левой части используем множитель 3.

Итоговое химическое уравнение:

Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O,

Выпадение осадка в результате химической реакции обозначается в химическом уравнении стрелкой вниз ↓. Это означает, что соединение нерастворимо:

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓+ 2NaCl,

Выделение газа в результате химической реакции обозначается в химическом уравнении стрелкой вверх ↑.

Zn + 2HCl = H₂↑ + ZnCl_2.

Виды химических реакций.

• реакции соединения;
• реакции разложения;
• реакции замещения;
• реакции обмена.

Реакции соединения: хотя бы два элемента образуют один продукт:

2Na + Cl₂ → 2NaCl

Реакции разложения: вещество распадается на два или более простых элемента (соединения):

2H₂O → 2H₂ + O₂

Реакция замещения: обязательно участвуют атомы какого-нибудь простого вещества, которые замещают атомы одного из элементов в сложном веществе:

Zn + 2HCl = H₂↑ + ZnCl₂

Цинк заместил водород в его соединении с хлором (HCl). Водород при этом выделяется в виде газа.

Реакция обмена: реагенты и продукты реакции являются сложными веществами:

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓+ 2NaCl

Состав и функции крови

Кровь — это разновидность соединительной ткани, состоящей из жидкого межклеточного вещества сложного состава — плазмы н взвешенных в ней клеток — форменных элементов крови: эритроцитов (красных кровяных клеток), лейкоцитов (белых кровяных клеток) и тромбоцитов (кровяных пластинок). В 1 мм³ крови содержится 4,5–5 млн. эритроцитов, 5–8 тыс. лейкоцитов, 200–400 тыс. тромбоцитов.

В организме человека количество крови составляет в среднем 4,5–5 л или 1/13 массы его тела. Плазма крови по объему составляет 55–60%, а форменные элементы 40–45%. Плазма крови представляет собой желтоватую полупрозрачную жидкость. В ее состав входит вода (90–92%), минеральные и органические вещества (8–10%), 7% белков. 0,7% жиров, 0.1% — глюкозы, остальная часть плотного остатка плазмы — гормоны, витамины, аминокислоты, продукты обмена веществ.

Форменные элементы крови

Эритроциты — безъядерные красные кровяные клетки, имеющие форму двояковогнутых дисков. Такая форма увеличивает поверхность клетки в 1.5 раза. Цитоплазма эритроцитов содержит белок гемоглобин — сложное органическое соединение, состоящее из белка глобина и пигмента крови гема, в состав которого входит железо.

Основная функция эритроцитов — транспортировка кислорода и углекислого газа. Эритроциты развиваются из ядерных клеток в красном костном мозге губчатого вещества кости. В процессе созревания они теряют ядро и поступают в кровь. В 1 мм³ крови содержится от 4 до 5 млн. эритроцитов.

Продолжительность жизни эритроцитов 120–130 дней, затем в печени и селезенке они разрушаются, и из гемоглобина образуется пигмент желчи.

Лейкоциты — белые кровяные тельца, содержащие ядра и не имеющие постоянной формы. В 1 мм³ крови человека их содержится 6–8 тысяч.

Лейкоциты образуются в красном костном мозге, селезенке, лимфатических узлах; продолжительность их жизни 2–4 дня. Разрушаются они также в селезенке.

Основная функция лейкоцитов — защита организмов от бактерий, чужеродных белков, инородных тел. Совершая амебоидные движения, лейкоциты проникают через стенки капилляров в межклеточное пространство. Они чувствительны к химическому составу веществ, выделяемых микробами или распавшимися клетками организма, и передвигаются по направлению к этим веществам или распавшимся клеткам. Вступив с ними в контакт, лейкоциты своими ложноножками обволакивают их и втягивают внутрь клетки, где при участии ферментов они расщепляются.

Лейкоциты способны к внутриклеточному пищеварению. В процессе взаимодействия с инородными телами многие клетки гибнут. При этом вокруг чужеродного тела накапливаются продукты распада, и образуется гной. Лейкоциты, захватывающие различные микроорганизмы и переваривающие их, И. И. Мечников назвал фагоцитами, а само явление поглощения и переваривания — фагоцитозом (поглощающим). Фагоцитоз — защитная реакция организма.

Тромбоциты (кровяные пластинки) — бесцветные, безъядерные клетки округлой формы, играющие важную роль в свертывании крови. В 1 л крови находится от 180 до 400 тыс. тромбоцитов. Они легко разрушаются при повреждении кровеносных сосудов. Тромбоциты образуются в красном костном мозге.

Переливание крови

при некоторых заболеваниях или кровопотерях человеку делают переливание крови. Большая потеря крови нарушает постоянство внутренней среды организма, кровяное давление падает, уменьшается количество гемоглобина. В таких случаях в организм вводят кровь, взятую у здорового человека.

Переливанием крови пользовались с давних времен, но часто это заканчивалось смертельным исходом. Объясняется это тем, что донорские эритроциты (то есть эритроциты, взятые у человека, отдающего кровь), могут склеиваться в комочки, которые закрывают мелкие сосуды и нарушают кровообращение.

Склеивание эритроцитов — агглютинация — происходит в том случае, если в эритроцитах донора имеется склеиваемое вещество — агглютиноген, а в плазме крови реципиента (человека, которому переливают кровь) находится склеивающее вещество агглютинин. У различных людей в крови есть те или иные агглютинины и агглютиногены, и в связи с этим кровь всех людей разделена на 4 основные группы по их совместимости

Совместимость крови людей
Группы крови	Может отдавать кровь группам	Может принимать кровь групп
I	I, II, III, IV	I
II	II. IV	I. II
III	III. IV	I. III
IV	IV	I, II, III, IV

Изучение групп крови позволило разработать правила ее переливания. Лица, дающие кровь, называются донорами, а лица, получающие ее, — реципиентами. При переливании крови строго соблюдают совместимость групп крови.

Любому реципиенту можно вводить кровь I группы, так как ее эритроциты не содержат агглютиногены и не склеиваются, поэтому лиц с I группой крови называют универсальными донорами, но им самим можно вводить кровь только I группы.

Кровь людей II группы можно переливать лицам, имеющим II и IV группы крови, кровь III группы — лицам III и IV. Кровь от донора IV группы можно переливать только лицам данной группы, но им самим можно переливать кровь всех четырех групп. Людей с IV группой крови называют универсальными реципиентами.

Переливанием крови лечат малокровие. Оно может быть вызвано влиянием различных отрицательных факторов, в результате чего в крови уменьшается количество эритроцитов, или понижается содержание в них гемоглобина. Малокровие возникает и при больших потерях крови, при недостаточном питании, нарушениях функций красного костного мозга и др. Малокровие излечимо: усиленное питание, свежий воздух помогают восстановить норму гемоглобина в крови.

Процесс свертывания крови осуществляется при участии белка протромбина, который переводит растворимый белок фибриноген в нерастворимый фибрин, образующий сгусток. В обычных условиях в кровеносных сосудах отсутствует активный фермент тромбин, поэтому кровь остается жидкой и не свертывается, но есть неактивный фермент протромбин, который образуется при участии витамина К в печени и костном мозге. Неактивный фермент активируется в присутствии солей кальция и переводится в тромбин при действии на него фермента тромбопластина, выделяемого красными кровяными тельцами — тромбоцитами.

При порезе или уколе оболочки тромбоцитов нарушаются, тромбопластин переходит в плазму и кровь свертывается. Образование тромба в местах повреждения сосудов — защитная реакция организма, предохраняющая его от кровопотери. Люди, у которых кровь не способна свертываться, страдают тяжелым заболеванием — гемофилией.

Иммунитет

Иммунитет — это невосприимчивость организма к инфекционным и неинфекционным агентам и веществам, обладающим антигенными свойствами. В иммунной реакции невосприимчивости, кроме клеток-фагоцитов, принимают участие и химические соединения — антитела (особые белки, обезвреживающие антигены — чужеродные клетки, белки и яды). В плазме крови антитела склеивают чужеродные белки или расщепляют их.

Антитела, обезвреживающие микробные яды (токсины), называют антитоксинами. Все антитела специфичны: они активны только по отношению к определенным микробам или их токсинам. Если в организме человека есть специфические антитела, он становится невосприимчивым к данным Инфекционным заболеваниям.

Открытия и идеи И. И. Мечникова о фагоцитозе и значительной роли в этом процессе лейкоцитов (в 1863 г. он произнес свою знаменитую речь о целебных силах организма, в которой впервые излагалась фагоцитарная теория иммунитета) легли в основу современного учения об иммунитете (от лат. «иммунис» — освобожденный). Эти открытия позволили достигнуть больших успехов в борьбе с инфекционными заболеваниями, которые на протяжении веков были подлинным бичом человечества.

Велика роль в предупреждении заразных болезней предохранительных и лечебных прививок — иммунизации с помощью вакцин и сывороток, создающих в организме искусственный активный или пассивный иммунитет.

Различают врожденный (видовой) и приобретенный (индивидуальный) виды иммунитета.

Врожденный иммунитет является наследственным признаком и обеспечивает невосприимчивость к тому или иному инфекционному заболеванию с момента рождения и наследуется от родителей. Причем иммунные тела могут проникать через плаценту из сосудов материнского организма в сосуды эмбриона или же новорожденные получают их с материнским молоком.

Приобретенный иммунитет делят на естественный и искусственный, а каждый из них разделяют на активный и пассивный.

Естественный активный иммунитет вырабатывается у человека в процессе перенесения инфекционного заболевания. Так, люди, перенесшие в детстве корь или коклюш, уже не заболевают ими повторно, так как у них в крови образовались защитные вещества — антитела.

Естественный пассивный иммунитет обусловлен переходом защитных антител из крови матери, в организме которой они образуются, через плаценту в кровь плода. Пассивным путем и через материнское молоко дети получают иммунитет по отношению к кори, скарлатине, дифтерии и др. Через 1–2 года, когда антитела, полученные от матери, разрушаются или частично удаляются из организма ребенка, восприимчивость его к указанным инфекциям резко возрастает.

Искусственный активный иммунитет возникает после прививки здоровым людям и животным убитых или ослабленных болезнетворных ядов — токсинов. Введение в организм этих препаратов — вакцин — вызывает заболевание в легкой форме и активизирует защитные силы организма, вызывая в нем образование соответствующих антител.

С этой целью в стране проводится планомерная вакцинация детей против кори, коклюша, дифтерии, полиомиелита, туберкулеза, столбняка и других, благодаря чему достигнуто значительное снижение числа заболеваний этими тяжелыми болезнями.

Искусственный пассивный иммунитет создается путем введения человеку сыворотки (плазма крови без белка фибрина), содержащей антитела и антитоксины против микробов и их ядов-токсинов. Сыворотки получают главным образом от лошадей, которых иммунизируют соответствующим токсином. Пассивно приобретенный иммунитет сохраняется обычно не больше месяца, но зато проявляется сразу же после введения лечебной сыворотки. Своевременно введенная лечебная сыворотка, содержащая уже готовые антитела, часто обеспечивает успешную борьбу с тяжелой инфекцией (например, дифтерией), которая развивается так быстро, что организм не успевает вырабатывать достаточное количество антител и больной может умереть.

Иммунитет фагоцитозом и выработкой антител защищает организм от инфекционных заболеваний, освобождает его от погибших, переродившихся и ставших чужеродными клеток, вызывает отторжение пересаженных чужеродных органов и тканей.

После некоторых инфекционных заболеваний иммунитет не вырабатывается, например, против ангины, которой можно болеть много раз.

Билет 9

Мощность

Мо́щность — физическая величина, равная в общем случае скорости изменения, преобразования, передачи или потребления энергии системы. В более узком смысле мощность равна отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени^[1].

Используемые обозначения

Обычно обозначается символом N (происхождение символа подлежит уточнению).

В электротехнике обычно обозначается символом P — от лат. potestas (сила, мощь, действенность);

В отдельных случаях может использоваться символ W (от англ. watt).

Основные формулы

Различают среднюю мощность за промежуток времени Δ t : {\displaystyle \Delta t:}

N = Δ A Δ t {\displaystyle N={\frac {\Delta A}{\Delta t}}}

и мгновенную мощность в данный момент времени

N = d A d t . {\displaystyle N={\frac {dA}{dt}}.} Интеграл от мгновенной мощности за промежуток времени равен полной переданной энергии за это время:

∫ t 0 t 1 N d t = E . {\displaystyle \int _{t_{0}}^{t_{1}}Ndt=E.}

Единицы измерения

В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения мощности является ватт, равный одному джоулю, делённому на секунду.

Другой распространённой, но ныне устаревшей единицей измерения мощности, является лошадиная сила. В своих рекомендациях Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) относит лошадиную силу к числу единиц измерения, «которые должны быть изъяты из обращения как можно скорее там, где они используются в настоящее время, и которые не должны вводиться, если они не используются»^[2].

Соотношения между единицами мощности
Единицы	Вт	кВт	МВт		кгс·м/с	эрг/с	л. с.(мет.)	л. с.(анг.)
1 ватт		10−3	10−6		0,102	107	1,36·10−3	1,34·10−3
1 киловатт	103		10−3			1010	1,36	1,34
1 мегаватт	106	103			102·103	1013	1,36·103	1,34·103
1 килограмм-сила-метр в секунду	9,81	9,81·10−3	9,81·10−6			9,81·107	1,33·10−2	1,31·10−2
1 эрг в секунду	10−7	10−10	10−13		1,02·10−8		1,36·10−10	1,34·10−10
1 лошадиная сила (метрическая)	735,5	735,5·10−3	735,5·10−6			7,355·109		0,9863
1 лошадиная сила (английская)	745,7	745,7·10−3	745,7·10−6		76,04	7,457·109	1,014

Мощность в механике[править | править вики-текст]

Если на движущееся тело действует сила, то эта сила совершает работу. Мощность в этом случае равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется тело:

N = F ⋅ v = F ⋅ v ⋅ cos ⁡ α , {\displaystyle N=\mathbf {F} \cdot \mathbf {v} =F\cdot v\cdot \cos \alpha ,}

где F — сила, v — скорость, α {\displaystyle \alpha } — угол между вектором скорости и силы.

Частный случай мощности при вращательном движении:

N = M ⋅ ω = 2 π ⋅ M ⋅ n 60 {\displaystyle N=\mathbf {M} \cdot \mathbf {\omega } ={\frac {2\pi \cdot \mathbf {M} \cdot \mathbf {n} }{60}}}

M — момент силы, ω {\displaystyle \mathbf {\omega } } — угловая скорость, π {\displaystyle \pi } — число пи, n — частота вращения (число оборотов в минуту, об/мин.).

Электрическая мощность

Электри́ческая мощность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. При изучении сетей переменного тока, помимо мгновенной мощности, соответствующей общефизическому определению, вводятся также понятия активной мощности, равной среднему за период значению мгновенной, реактивной мощности, которая соответствует энергии, циркулирующей без диссипации от источника к потребителю и обратно, и полной мощности, вычисляемой как произведение действующих значений тока и напряжения без учёта сдвига фаз.