Страница 160 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

7. Подготовьте сообщение о вкладе Л. Полинга в химическую науку. За какие заслуги этот учёный был удостоен двух Нобелевских премий?

Вклад Лайнуса Полинга в химическую науку

Лайнус Карл Полинг (1901–1994) — выдающийся американский учёный, химик, кристаллограф, один из основателей молекулярной биологии и квантовой химии. Его вклад в науку огромен и многогранен, а его работы коренным образом изменили понимание химической связи и строения молекул.

Основные научные достижения Л. Полинга:

1. Теория химической связи. Полинг одним из первых применил принципы квантовой механики для объяснения природы химической связи. В своей знаменитой книге «Природа химической связи» (1939) он обобщил свои исследования. Ключевыми концепциями, которые он ввёл или развил, являются:

- Теория гибридизации атомных орбиталей. Полинг объяснил, как атомные орбитали (s, p, d) могут смешиваться, образуя новые, гибридные орбитали, которые определяют геометрию молекул. Например, он объяснил тетраэдрическую структуру метана ($CH_4$) с помощью $sp^3$-гибридизации.

- Теория резонанса (мезомерии). Он предложил, что для многих молекул (например, бензола) реальная структура является промежуточной между несколькими возможными (резонансными) структурами. Это позволило объяснить стабильность и свойства ароматических соединений.

- Шкала электроотрицательности. Полинг разработал первую шкалу электроотрицательности, которая количественно характеризует способность атома в молекуле притягивать к себе электроны. Эта шкала до сих пор широко используется в химии для предсказания типа химической связи (ионная, ковалентная полярная, ковалентная неполярная).

2. Структурная химия и молекулярная биология. Полинг активно использовал метод рентгеноструктурного анализа для определения строения кристаллов и молекул. Его работы в этой области заложили основы молекулярной биологии:

- Открытие вторичных структур белка. В 1951 году Полинг и его коллеги предсказали и описали две основные стабильные структуры полипептидных цепей в белках — альфа-спираль ($α$-спираль) и бета-складчатый лист ($β$-лист). Это открытие стало фундаментальным для понимания структуры и функции белков.

- Молекулярная медицина. Полинг выдвинул идею о том, что некоторые заболевания могут быть вызваны дефектами в структуре молекул. Он установил, что серповидноклеточная анемия является «молекулярной болезнью», вызванной генетически обусловленным изменением в строении молекулы гемоглобина.

3. Поздние работы. В более поздние годы Полинг активно занимался изучением влияния витаминов на здоровье, в частности, он был ярым сторонником ортомолекулярной медицины и использования высоких доз витамина С для профилактики и лечения различных заболеваний. Хотя многие из этих идей не получили однозначного подтверждения со стороны научного сообщества, они вызвали широкий общественный интерес к витаминам и питанию.

Ответ: Основной вклад Лайнуса Полинга в химию заключается в создании фундаментальной теории химической связи на основе квантовой механики, включая концепции гибридизации орбиталей, резонанса и шкалы электроотрицательности. Он также является одним из основоположников молекулярной биологии, открыв вторичные структуры белков (альфа-спираль и бета-лист) и заложив основы молекулярной медицины.

За какие заслуги этот учёный был удостоен двух Нобелевских премий?

Лайнус Полинг является одним из немногих людей в истории, удостоенных двух Нобелевских премий, и единственным, кто получил две премии единолично (без солауреатов).

1. Нобелевская премия по химии 1954 года. Эта премия была присуждена Полингу «за исследование природы химической связи и её применение для определения строения сложных соединений». Эта формулировка отражает его многолетнюю работу, обобщённую в книге «Природа химической связи». Премия признала его революционный вклад в понимание того, как атомы соединяются в молекулы, что стало краеугольным камнем современной химии.

2. Нобелевская премия мира 1962 года. Вторую премию Полинг получил в совершенно другой области. Она была присуждена ему за его активную деятельность по прекращению испытаний ядерного оружия. После Второй мировой войны, осознав ужасающие последствия применения атомных бомб, Полинг стал ярым борцом за мир и ядерное разоружение. Он и его жена Ава Хелен Полинг организовали сбор подписей учёных со всего мира под петицией, призывающей запретить ядерные испытания. В 1958 году они представили в ООН петицию, подписанную более чем 11 000 учёными из 49 стран. Эта деятельность внесла значительный вклад в подписание в 1963 году Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой между СССР, США и Великобританией. Премия мира была вручена ему 10 октября 1963 года — в день вступления этого договора в силу.

Ответ: Лайнус Полинг был удостоен двух Нобелевских премий: первой по химии в 1954 году за фундаментальные исследования природы химической связи, и второй — Нобелевской премии мира в 1962 году за его активную кампанию против испытаний ядерного оружия.

Какова природа химической связи, удерживающей атомы металла в металлическом изделии или слитке?

Химическая связь, удерживающая атомы металла в металлическом изделии или слитке, называется металлической связью.

Природа этой связи заключается в следующем. Атомы большинства металлов характеризуются наличием небольшого числа электронов (1–3) на внешнем энергетическом уровне и низкими значениями энергии ионизации. Это означает, что их валентные электроны слабо удерживаются ядром и могут легко от него отрываться.

В объеме металла его атомы образуют упорядоченную структуру — кристаллическую решетку. При этом валентные электроны покидают свои атомы и становятся общими для всего кристалла. Эти электроны, называемые свободными или делокализованными, образуют так называемый «электронный газ» (или «электронное море»), который непрерывно и хаотично движется между узлами решетки. Атомы же, потеряв электроны, превращаются в положительно заряженные ионы (катионы), которые и занимают положения в узлах кристаллической решетки.

Таким образом, металлическая связь представляет собой электростатическое взаимодействие между совокупностью положительно заряженных ионов металла и обобществленным «электронным газом», который пронизывает всю кристаллическую решетку и обеспечивает ее целостность.

Наличие свободных электронов объясняет характерные физические свойства металлов:

• Электропроводность и теплопроводность: направленное движение свободных электронов под действием электрического поля создает ток; они же эффективно переносят тепловую энергию.
• Пластичность (ковкость, тягучесть): при механическом воздействии слои ионов могут смещаться друг относительно друга без разрыва связи, так как «электронный газ» действует как смазка, продолжая удерживать ионы вместе.
• Металлический блеск: «электронный газ» на поверхности металла способен поглощать и немедленно переизлучать фотоны света, что и воспринимается как блеск.

Ответ: атомы металла в изделии или слитке удерживает металлическая химическая связь. Ее природа заключается в электростатическом притяжении между положительно заряженными ионами металла в узлах кристаллической решетки и общим для всех них отрицательно заряженным «электронным газом», состоящим из свободных валентных электронов.