Текст книги "Физическая и коллоидная химия. Основные термины и определения. Учебное пособие"

Анализ дисперсионный. При дисперсионном анализе полидисперсных систем определяют время осаждения частиц отдельных фракций, рассчитывают скорости их осаждения и соответствующие им размеры частиц. Для этого сначала получают зависимость осевшего осадка от времени, строят график этой зависимости, называемый кривой седиментации, по которому затем определяют все необходимые характеристики дисперсной системы.

Анализ седиментационный. Метод седиментационного анализа дисперсности основан на измерении скорости осаждения частиц. Анализ проходит в жидких веществах, это могут быть суспензии, эмульсии, порошки. Контролируют скорость осаждения частиц, как правило, размером от 10^–5 до 10^–2 см и по уравнениям движения рассчитывают размеры частиц, что позволяет затем рассчитать удельную поверхность частиц.

Аналитическая химия. Раздел химии, в котором изучают химический состав веществ и их структуру. Качественный анализ в аналитической химии позволяет идентифицировать в анализируемом образце находящиеся в нем химические вещества, а количественный анализ дает ответ на вопрос, какова концентрация каждого вещества в образце.

Анаэробные процессы (от греч. an – отрицательная приставка, aer – воздух и bios – жизнь). Микробиологический, биохимический и химический процессы, протекающие при недостатке или отсутствии кислорода воздуха. Широко распространены в застойных водоемах (во многих озерах, в глубинных слоях Черного моря и др.), а также в болотах и переувлажненных почвах и грунтах.

Ангстрем. Внесистемная единица измерения длины, равная 0,1 нм, или 10^–10 м. Используется при измерениях на атомно-молекулярном уровне, для измерения субмикроскопических структур клетки, изучаемых при помощи электронного микроскопа. Названа в честь шведского физика Андерса Ангстрема.

Анионит. Ионообменная смола, которая обменивает анионы, в том числе гидроксил-ион.

Анод. Электрод, на котором происходит окисление.

Антагонизм электролитов. Противодействие ионов друг другу при коагуляции благодаря способности одного из ионов электролита в растворе понижать коагулирующую силу другого иона.

Антиоксиданты (антиокислители, антиоксигены). Природные или синтетические вещества, обладающие способностью тормозить окисление органических соединений (ингибиторы окисления). Обладают также радиозащитным действием, что позволяет использовать антиоксиданты для повышения радиоустойчивости организма и в качестве ранней патогенной терапии лучевых поражений. К ним относятся цистеин, тиомочевина, лимонная и аскорбиновая кислоты, токоферол, каротиноиды, лецитин и др.

Антипирены. Химические вещества, способствующие снижению скорости горения, распространения пламени. Примеры: фосфат аммония, сульфат аммония, соединения бора, добавление которых в пропиточные растворы для обработки тканей, древесины, пластиков, красок и других материалов замедляет их горение.

Антрацит. Ископаемый уголь наиболее высокой степени метаморфизма. Имеет серовато-черный или черно-серый цвет с металлическим блеском. Анизотропен, в пористой структуре преобладают микропоры объемом 0,072–0,075 см³/г, характеризуется наибольшей твердостью и электропроводностью в ряду твердых горючих ископаемых, высокой плотностью (1,5–1,7 г/см³).

Антропогенное загрязнение. Загрязнение окружающей среды, возникающее в результате хозяйственной деятельности людей, в том числе их прямого или косвенного влияния на состав и концентрацию природных веществ в результате выбросов антропогенных загрязнителей.

Антропогенные факторы. Группа экологических факторов, включающая различные формы воздействия человека на растительность и животное население. Антропогенные факторы могут быть прямыми (истребление, завоз и акклиматизация, охрана) и косвенными (изменение ландшафтов и их отдельных компонентов – вырубка леса, распашка, выжигание и пр.). Косвенные антропогенные факторы вызывают сильные изменения в мире животных и растений, охватывающие одновременно значительное число видов. Антропогенные факторы могут повлечь за собой изменение климата, рельефа, растительности, почв и биогеохимических круговоротов веществ в природе.

Аппаратурная погрешность. Погрешность измерений, возникающая только по причине нестабильности работы измерительного прибора. В отличие от воспроизводимости, аппаратурная погрешность не зависит от подготовки пробы.

Аррениус Сванте Август (1859–1927). Шведский физико-химик. Член Шведской королевской академии наук. Один из основоположников физической химии. Автор теории электролитической диссоциации. Показал, что степень диссоциации молекул электролитов, определенная из показателей электропроводности, совпадает со степенью диссоциации, определенной из данных по повышению температуры кипения и понижению температуры замерзания растворов. Развил теорию активных молекул (активных соударений) для объяснения реакций в газах, ввел понятие энергии активации, предложил уравнение, которое позволяет из общего числа столкновений отобрать активные (приводящие к образованию продуктов химической реакции) и объяснить зависимость скорости химической реакции от температуры (уравнение Аррениуса). Лауреат Нобелевской премии (1903).

Ассемблер. Другие названия – наноассемблер, конструктор. Кибернетическое устройство размерами 1–100 нм, которое может в соответствии с заложенной программой конструировать новые молекулы из заданного набора атомов. При сборке используются принципы механохимии. Для конструирования молекулярных структур необходим нанокомпьютер, наноманипуляторы и наносенсоры.

Атом. Наименьшая частица химического элемента, входящая в состав молекул вещества. Атом – это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного атомного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. Атомная масса и заряд ядра атома указаны в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Наномашины (ассемблеры) будут работать не с ядрами, а с атомами.

Пример: атом серы имеет относительную атомную массу 32 а.е.м. и заряд ядра, равный +16. В состав ядра входят 16 протонов, 16 нейтронов (32–16), электронная оболочка состоит из 16 электронов.

Атомная орбиталь. Область пространства вокруг ядра атома, где вероятность нахождения электрона максимальна.

Атомно-молекулярное учение. Учение, в основе которого лежит принцип дискретности вещества – любое вещество не есть сплошной объект, а состоит из отдельных физически неделимых частиц. Для большинства веществ такие частицы представляют собой молекулы. Т. е. молекула – это наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. Атом – наименьшая частица химического элемента, обладающая его свойствами. Атомы в молекуле соединены химическими связями. Не всегда частицы, образующие вещество, представляют собой молекулы. Многие вещества в твердом или жидком состоянии имеют не молекулярную, а ионную структуру. Некоторые вещества имеют атомное строение.

Атомный вес. Значения атомных весов элементов основаны на шкале ¹²С = 12 (точно), рекомендованной Международной комиссией по атомным весам и принятой Генеральной ассамблеей Международного союза чистой и прикладной физики взамен существовавших прежде «химической» и «физической» шкал. В этой шкале моль вещества равен такому его количеству, которое содержит такое же число атомов, как и 12 г чистого нуклида ¹²С. Значения масс нуклидов дейтерия, трития и ³Не также основаны на шкале ¹²C = 12 (точно). Для многих радиоактивных элементов значения атомных весов зависят от метода получения.

Ацидоиды. Коллоиды кислотного характера, у которых обменными ионами являются ионы водорода, способные замещаться катионами.

Аэрация почвы (от греч. аеr – воздух). Газообмен почвенного воздуха с атмосферным. При аэрации почвы происходит обогащение почвенного воздуха кислородом, а приземного надпочвенного – углекислотой. Многие биологические процессы в почве связаны с расходованием кислорода почвенного воздуха. Аэрация почвы необходима для роста и развития растений и является одним из показателей почвенного плодородия. Аэрация почвы регулируется агротехникой, мелиорацией, а также приемами, улучшающими и закрепляющими структуру почв. Если объем пор суглинистых почв меньше 10 %, то аэрация недостаточная, если 10–15 % – удовлетворительная, если 15–20 % – хорошая.

Аэрогель. Класс аморфных высокопористых материалов, имеющих объемную макроструктуру с характерным размером наноструктурных элементов 4–10 нм и представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Такие материалы обладают одновременно рядом уникальных свойств: очень низкой плотностью, высокой твердостью, прозрачностью, жаропрочностью и т. д. Известны аэрогели на основе аморфных оксидов: диоксида кремния SiO₂, оксида алюминия Al₂O₃, оксидов Cr, Sn, W, Fe, Li, Na, Ca, Mg, Ba, Sb, Te, Ni, Ge, Zn, Mn и других элементов. Получены также аэрогели на основе углеродных нанотрубок. Аэрогель на основе SiO₂ представляет собой разветвленный трехмерный кластер, напоминающий древовидную сеть из наночастиц размером около 4 нм. Пространство между кластерами заполнено воздухом. Так как характерный размер таких пустот (∼100 нм) в десятки раз превышает размер кластеров, то материал получается очень легким. Аэрогели на основе Al₂O₃, представляют собой спектрально чистый гидратированный аморфный оксигидроксид алюминия AlOOH (Al₂O₃⋅H₂O), который получают селективным окислением галлий-алюминиевых или свинцово-алюминиевых расплавов. Этим же способом получают аморфные высокодисперсные оксиды других металлов. Углеродные аэрогели состоят из наночастиц, ковалентно связанных друг с другом. Они электропроводны и, благодаря большой площади внутренней поверхности (до 800 м² × г^–1), применяются в производстве суперконденсаторов. Уникальными свойствами аэрогелей являются низкая плотность (от 0,002 до 0,25 г/см³), высокоразвитая удельная поверхность, малая подверженность старению и высокие сорбционные свойства (эффективно поглощают NO, NO₂, СО, СO₂, непредельные углеводороды). Аэрогели разного состава используются как тепло– и электроизоляционные материалы, нанодисперсные добавки в гибридных органо-неорганических композиционных материалах, носители катализаторов и сорбентов, наноразмерные фильтры.

Аэрозоли. Коллоидные системы, в которых дисперсионной средой является газ (большей частью воздух), а дисперсной фазой – твердые или жидкие тела высокой степени дисперсности. Отличаются крайней агрегативной неустойчивостью. Эти системы обладают лишь кинетической устойчивостью и поэтому не могут существовать при высоких концентрациях. Число частиц в 1 см³ аэрозоля редко может превышать 10⁷ шт. Частицы в аэрозолях быстро оседают под действием силы тяжести. Благодаря более интенсивному броуновскому движению в газах коагуляция в аэрозолях протекает очень быстро и сильно возрастает с увеличением концентрации аэрозоля. Если частицы обладают одинаковыми зарядами, это способствует их рассеянию. При наличии же противоположно заряженных частиц коагуляция аэрозоля ускоряется. Аэрозоли имеют большое практическое значение. Облака и туманы в атмосфере, именно с ними связаны дождь, снег, гроза, что играет огромную роль в природе и в народном хозяйстве. Туманы, получаемые механическим диспергированием, применяют для опыления, опрыскивания, увлажнения, создания защитных завес и т. д.

Базоиды. Коллоиды основного характера, содержащие в качестве обменных ионов гидроксильные ионы, способные замещаться анионами.

Баланс вещества почвы. Соотношение приходной и расходной статей изменения любого компонента почв за единицу времени. Выражается в весовых или энергетических единицах. Баланс вещества почвы определяют за сутки, сезон, год и многолетний период. Баланс может быть положительным, отрицательным и равновесным (он же нулевой, неизменный). При положительном балансе поступление, образование компонента больше отчуждения, а конечный запас больше начального. При равновесном балансе конечный суммарный запас компонента почв равен его начальному суммарному запасу.

Баланс водный. Совокупность всех видов поступления влаги в почву и ее расход в количественном выражении за определенный промежуток времени и для определенного слоя и профиля почв. Выражается в миллиметрах водного слоя, м³/га или в т/га. Запас воды в почве пополняется за счет атмосферных осадков, конденсированной атмосферной влаги, воды, поступающей с соседних участков в виде поверхностного и грунтового стока, а также за счет капиллярно-подпертой влаги и оросительной воды. Основными расходными статьями являются: сток поверхностный, почвенный и грунтовый, десукция и испарение.

Баланс солевой. Учет прихода и расхода солей в почвенном профиле за учитываемый период. Передвижение солей осуществляется преимущественно в форме растворов. Засоление профиля конкретной почвы можно объяснить балансом солевым в прошлом и настоящем: чем выше минерализация и испарение воды и чем меньше ее расход на вертикальную или горизонтальную фильтрацию, тем более неблагоприятен водно-солевой баланс почвы. Если вынос преобладает над приходом, происходит рассоление почв.

Баланс увлажнения (франц. balance, букв. – весы). Разность между количеством осадков и испаряемостью за некоторый период времени в данном месте в миллиметрах. Положительный баланс увлажнения означает избыток влаги, отрицательный – недостаток. Оценивается в мм, м³/га, т/га. В пустынях он отрицательный (до –5000 мм), в переувлажненных местах положительный (до +11 000 мм).

Баланс энергии. Соотношение количества энергии, поступившей в организм с питанием, например, для животных с кормом, и энергией, выделенной из тела с калом, мочой, газами, молоком. Разность между поступившей и выделенной энергией составляет энергетическую ценность отложений или расхода белков, жиров и углеродов организма в конкретный период времени.

Балк-технология. Технология, основанная на манипуляции совокупностями атомов и молекул (массовая технология или материал), а не индивидуальными атомами.

Барьер кислородный. Проявляется на границе глеевого и окислительного горизонтов: на ней осаждается Мn, в меньшей степени – Fe.

Барьеры биогеохимические. Зоны совместного действия живых и неживых объектов с накоплением Р, S, Са, К, Mg, Na, Sr, Mn, Cu, Zn, Mo, Co, As, Ag, Ba, Pb.

Барьеры биологические. Участки в пределах биосферы, на которых происходит изменение термодинамических или физико-химических условий, приводящее к увеличению или уменьшению подвижности элементов, обусловленного деятельностью организмов. Выделяют четыре типа барьеров: 1) мембранный – связан с избирательной проницаемостью биологических мембран для отдельных элементов; 2) физиологический – связан с избирательным усвоением пищи в желудке и кишечном тракте животных; 3) трофический – определяется избирательным поеданием животными определенных частей растений или других животных; 4) географический – определяется избирательным обитанием и, соответственно, питанием животных только в определенной части биогеоценоза БГЦ.

Барьеры геохимические. Участки, зоны почв, место в почвенном профиле, где изменения условий миграции приводят к уменьшению подвижности тех или иных веществ и их накоплению на этих участках. Их наличие связано с географической зональностью природных условий, с закономерной геохимической дифференциацией геосистем и определенным составом вод. Геохимические барьеры проявляются на поверхности, границе, внутри генетических горизонтов. Для арктической зоны характерны окислительные и испарительные геохимические барьеры; для тундровой – восстановительные и кислые; для хвойно-широколиственно-лесной – окислительные, восстановительные, кислые и адсорбционные; для степной и сухостепной – сульфатные, карбонатные, абсорбционные; для засоленных и щелочных почв – сульфатные, карбонатные, щелочные и испарительные; для субтропических и тропических лесов и саванн – окислительные, кислые и адсорбционные; для тропических влажных лесов и саванн – окислительные, кислые и адсорбционные.

Барьеры испарительные. Энергичное удаление воды снизу вверх при испарении. Встречаются в шоровых солончаках, соленых озерах, засоленных почвах и приводят к концентрации Са, Na, К, Mg, F, S, Sr, CI, Rb, Zn, Si, N, U, Mo. Различают верхний и нижний испарительные барьеры на уровне грунтовых вод, современные и древние.

Барьеры кислые. Возникают при резком падении кислотности. При таких барьерах осаждаются анионогенные элементы Si, Se, Mo, Ge.

Барьеры сорбционные. Места встреч вод и сорбентов с отрицательно заряженными коллоидами – гумусом. Накапливаются Са, К, Mg, Zn, Ni, Сu, Со, Pb, U, Hg. С глинистыми минералами и гидроксидами Mn накапливаются Р, S, V, Cr, As, Mo. Эти барьеры характерны для краевых зон болот, иллювиальных глинистых горизонтов, почв и кор выветривания, гумусовых горизонтов почв, контакта глин и песков аллювия.

Барьеры термодинамические. Места выхода карстовых вод с осаждением СаСО₃, СО₂.

Барьеры щелочные. Места, где на коротком расстоянии и времени кислая среда сменяется щелочной. В этой зоне концентрируются Fe, Са, Mg, Mn, Ва, Sr, Cr, Zn, Си, Ni, Со, Pb, Cd.

Белки. Биополимеры, образованные полипептидами, построенными из остатков α-аминокислот. Различают биополимеры: глобулярные – белки, форма которых приближается к сферической, а отношение длины пептидной цепи к ее ширине меньше 10; фибриллярные – волокнистые белки, у которых отношение длины пептидной цепи к ее ширине больше 10.

Белок зеленый флуоресцентный. Белок, обладающий зеленым свечением при освещении светом с определенной длиной волны. Впервые был выделен из медузы Aequoreavictoria (1962). В настоящее время на основе GFP созданы другие белки, светящиеся различными цветами. GFP стал одним из важнейших инструментов в биохимии, молекулярной биологии и нанобиотехнологии.

Бертло – Томсена принцип. В 1866 г. французский химик Пьер Бертло, в развитие термодинамических идей датского термохимика Ханса Томсена, сформулировал принцип, согласно которому всякий простой или сложный химический процесс сопровождается тепловым эффектом, и в системе взаимодействующих веществ наиболее вероятен тот процесс, который протекает с наибольшим выделением теплоты. Другая формулировка – все самопроизвольные процессы протекают в направлении большего теплообразования.

Бета-излучение. Электронное (и позитронное) ионизирующее излучение с непрерывным энергетическим спектром, возникающее при бета-распаде нестабильных атомных ядер (при радиоактивном распаде ядра) некоторых природных атомов и большого количества их изотопов, образующихся при ядерных взрывах, в ядерных реакторах и т. п. Бета-излучение оказывает значительное повреждающее действие на биологические объекты. Свободный пробег бета-частиц в воздухе составляет в среднем 30 см. Проникающая способность не превышает нескольких миллиметров.

Биоаккумуляция. Избирательное поглощение какого-либо элемента из внешней среды живым организмом.

Биоактивация. Процесс биотрансформации, приводящий к образованию биологически активных метаболитов.

Биобезопасность. Система мероприятий (законодательных актов и др.), направленная на обеспечение эффективного использования достижений генетической инженерии и биотехнологии, не допускающая при этом неблагоприятных экологических последствий и непосредственной угрозы здоровью людей.

Биогаз. Смесь газов, среди которых главным образом метан, как и в составе природного газа, получаемая при протекании биологических процессов с участием отходов растительного и животного происхождения (перегнивание в генераторах биогаза или автоклавах). Биогаз используется как источник энергии для отопления или для получения электрической энергии. Остаточный продукт переработки отходов в биогаз может использоваться как удобрение.

Биогель. Инертные разветвленные высокомолекулярные вещества, образующие гели с порами заданного размера; используются для разделения и/или выделения макромолекул.

Биогенез. Теория происхождения жизни на Земле, отрицающая возможность возникновения живых существ из неорганических соединений.

Биогенные элементы. Химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и выполняющие определенные биологические функции. Важнейшие биогенные элементы – О (составляет около 70 % массы организмов), С (18 %), Н (10 %), N, В, S, Са, К, Na, Сl. Биогенные элементы, необходимые организмам в ничтожных количествах, называются микроэлементами. Биогенные элементы участвуют в миграционных потоках между различными структурными составляющими в биогеоценозе и биогеокруговоротах. Содержание биогенных элементов в растениях зависит от вида, фазы вегетации, органа растений, почвенных и других условий среды. Известны растения – концентраторы биогенных элементов: бобовые – концентраторы Са, Мо; злаки – Si; береза – Мn и т. д. В районах распространения известняков растения содержат больше Са, в приморских районах – I, на рудных месторождениях – Сu, Zn, Pb и других элементов. Участвуют в биопроцессах около 70 элементов. Среднее содержание макроэлементов в организмах более 200 мг/кг живой массы, микроэлементов Zn, Аs, Мn, В, F, V, Br, Mo, Se и др. – от 0,1 до 1 мг/кг живой массы.

Биогеохимические провинции. Территории на поверхности Земли, различающиеся по содержанию в почвах и водах химических соединений, с которыми связаны проявления биологических реакций со стороны местной флоры и фауны. Биогеохимические провинции выделены по 30 элементам в связи с особенностями состава почвообразующих пород, наличием рудных месторождений, развитием элювиальных и аккумулятивных процессов, с региональными и локальными загрязнениями, обусловленными выбросами промышленных предприятий, накоплением остаточных количеств различных компонентов удобрений, пестицидов и другими причинами. Биогеохимические провинции бывают зональные и интразональные. Биогеохимическое районирование позволяет контролировать и осуществлять мероприятия по охране окружающей среды.

Биогеохимические циклы (биогеохимические круговороты). Обмен вещества и энергии между различными компонентами биосферы, обусловленный жизнедеятельностью организмов и носящий циклический характер. Биогеохимические циклы бывают планетарные и региональные; они привели к созданию устойчивого фона, характерного для той или иной местности. Этот фон специфичен для определенных регионов, в пределах которых по недостатку или избытку химических элементов выделяются геохимические аномалии – биогеохимические провинции. Биогеохимические циклы обеспечивают формирование биомассы культурных растений и гумусовых горизонтов почв.

Биогеохимический круговорот. Совокупность действия биогенных и абиогенных процессов, сложившихся в период появления биосферы и круговоротов.

Биодеградация. 1) Изменение структуры (качества) материалов или объектов под влиянием биологических факторов (обычно потеря полезных свойств). 2) Процесс разложения материалов на более простые, обычно химические, составляющие под действием живых организмов (например, минерализация органических отходов). 3) Экологический термин, означает обезвреживание отходов и ксенобиотиков применительно к охране окружающей среды.

Биоиммуносорбентный анализ. Анализ с использованием биологически активного лиганда на твердой фазе.

Биоиндикаторы (от греч. bios и лат. indico – указываю, определяю). Организмы или сообщества организмов, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Многие организмы весьма чувствительны и избирательны по отношению к различным факторам среды обитания (химическому составу почвы, вод, атмосферы, климатическим и погодным условиям, присутствию других организмов и т. п.) и могут существовать только в определенных, часто узких границах изменения этих факторов. Например, скопление морских рыбоядных птиц свидетельствует о подходе косяков рыб. Специфические организмы планктона и бентоса указывают на происхождение водных масс и течений, характеризуют определенные параметры среды обитания (соленость, температура и т. п.). Лишайники и некоторые хвойные деревья являются биоиндикаторами чистоты воздуха. Растения-биоиндикаторы могут служить показателями кислотности, засоленности почв. Ряд почвенных микроорганизмов и индикаторные растения служат биоиндикаторами при поиске различных полезных ископаемых. По комплексам почвенных животных можно определять типы почв и их изменение под влиянием хозяйственной деятельности человека. Локальные внутривидовые группировки у многих животных, например у рыб, характеризуются в зависимости от района обитания различными комплексами паразитов-индикаторов. При помощи биоиндикаторов устанавливают содержание в субстрате витаминов, антибиотиков, гормонов и других биологически активных веществ, а также определяют интенсивность различных химических (рН, содержание солей и др.) и физических (радиоактивность и др.) факторов среды. Важный аспект применения биоиндикаторов – оценка с их помощью степени загрязнения окружающей среды, постоянный контроль (мониторинг) ее качества и изменений. Обычно растения-биоиндикаторы используются для оценки загрязнения воздуха, а животные-биоиндикаторы – воды. Разработаны различные методы биоиндикации – фитологическое картирование (картирование числа видов и степени проективного покрытия и сравнение с эталоном), экспозиция в загрязненной среде растений-биоиндикаторов, выращенных в нормальных условиях, анализ видимых повреждений организмов, содержание загрязняющих веществ в организмах в случае биоаккумуляции. Обычно биоиндикаторы используются при крупномасштабных исследованиях загрязнений окружающей среды.

Биоинформатика. Новое направление исследований, использующее математические и алгоритмические методы для решения молекулярно-биологических задач.

Биокатализаторы. Вещества, присутствие которых ускоряет (положительный катализ) или тормозит (отрицательный катализ) свойственные живой материи химические процессы. Пример биокатализаторов – ферменты.

Биолиты (от греч. bios – жизнь и lithos – камень). Горные породы или минералы, имеющие биогенное происхождение, т. е. состоящие из остатков животных и растений, а также продуктов их жизнедеятельности.

Биологические мембраны. Активные молекулярные комплексы, разделяющие внутриклеточные органоиды и клетки. Биологические мембраны всегда находятся на границе двух сред, имеющих различные свойства. Основными компонентами биологических мембран являются липиды, белки и гетерогенные молекулы (гликопротеиды, гликолипиды и др.). Основные функции биологических мембран – барьерная, транспортная, регуляторная, каталитическая. Одно из важнейших свойств биологических мембран – избирательная проницаемость, что является основой для создания ионных, химических и электрических градиентов.

Биологический круговорот. Малый круговорот вещества и энергии – обмен веществ и энергии между растениями и почвами, совершающийся обычно в пределах одного биогеоценоза. Включает круговороты различных элементов, усваиваемых растениями из почвы: или из воздуха. Наибольшее значение имеет биологический круговорот углерода, азота и ряда других веществ. Биологический круговорот: для еловых насаждений – кальциево-азотный; для широколиственных лесов – азотно-кальциевый; для злаковых лугов – азотно-калиевый; для галофитной растительности – хлоридно-натриевый (см. Круговорот биологический). Бесчисленные биологические круговороты, накладываясь друг на друга, образуют большой круговорот – обмен вещества и энергии между сушей и океаном.

Биомасса. Суммарная масса всех веществ животного и растительного происхождения в составе как живых, так и неживых организмов, оцениваемая с точки зрения запаса питательных веществ и энергии. Выражается на единицу поверхности суши (обычно на 1 м²) или объема места обитания (1 м³ воды); чаще всего выражают в массе сырого или сухого вещества (г/м², кг/га, г/м³ и т. д.). Биомасса растений называется фитомассой, биомасса животных – зоомассой. Общая биомасса живых организмов биосферы оценивается в от 1,8 × 10¹² т до 2,4 × 10¹² т сухого вещества. По другим оценкам биомасса всех живых организмов Земли составляет от 1,8 × 10¹⁸ до 3 × 10¹⁸ т, причем около 90 % приходится на биомассу наземных растений. К биомассе относят все живые, а иногда и мертвые части организмов; они прекращают быть биомассой, становясь лесной подстилкой, гумусом, торфом. Исследования биомассы позволяют оценивать продуктивность участков суши или акватории и т. д. Величина биомассы зависит от видового состава организмов, от условий их обитания и сезона года.

Биополимеры. Высокомолекулярные органические соединения, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев – мономеров (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и их производные). Мономерами для них служат соответственно аминокислоты, нуклеотиды и моносахариды. Биополимеры составляют около 90 % сухой массы клетки. При этом у животных количественно преобладают белки, у растений – полисахариды. Например, в клетке бактерий содержится около 3000 видов белков и 1000 нуклеиновых кислот, а у человека число белков оценивают в 5 миллионов. Все они являются структурной основой живых организмов и играют определяющую роль в процессах жизнедеятельности. Структурную основу биополимеров составляют линейные (белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза) либо разветвленные (гликоген) цепи. Благодаря такой структуре они характеризуются рядом замечательных свойств. Во-первых, их взаимодействие отличается кооперативностью, т. е. тесной взаимосвязанностью всех функциональных групп. Это означает, что взаимодействие одних групп биополимера изменяет характер взаимодействия других его групп. Пример такого кооперативного взаимодействия – связывание молекулы кислорода белком эритроцитов крови гемоглобином. Во-вторых, биополимеры способны образовывать так называемые интерполимерные комплексы, которые могут возникнуть между отдельными частями молекулы и между разными молекулами. Благодаря образованию комплексов и другим свойствам биополимеров осуществляется биосинтез белков, нуклеиновых кислот, регуляция обмена веществ, реакции иммунитета и другие важнейшие биологические процессы. Биополимеры являются структурной основой живых организмов, выполняя важную роль в процессе жизнедеятельности.

Биосфера. 1) Область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. Термин введен Э. Зюссом (1875). Учение о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в том числе человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения, создано В. И. Вернадским (1926). 2) Сложная многокомпонентная общепланетарная термодинамическая открытая саморегулирующаяся система живого вещества и неживой материи, которая аккумулирует и перераспределяет состав и динамику земной коры, почвенного покрова, атмосферы и гидросферы. Основными компонентами биосферы являются: живое вещество (совокупность живых организмов), биогенное вещество (продукты, созданные живым веществом, например, угли, торф, сапропели, гумус) и биокосное вещество (продукты, образованные в результате взаимодействия живой и неживой природы: почвы, илы, осадочные породы). К важнейшим свойствам биосферы относят разнообразие живых организмов, асимметричность распределения живого вещества, а также пластичность и резистентность. Толщина биосферы составляет 40 км. Основной элементарной ячейкой биосферы является биогеоценоз. 3) По В. А. Ковде биосфера – сложная многокомпонентная общепланетарная термодинамически открытая саморегулирующаяся система.