Természettudomány 3-4. témakör: Folyadékok, víz Szerves és szervetlen anyagok Sejtek, sejtműködés
A folyadékok tulajdonságai I. i.e. IV. század: Arisztotelész: a földi világ négy őselemből áll: föld, víz, tűz, levegő tehát megjelent a víz, mint egy őselem. A folyadékok részecskéi vonzzák egymást, egymáson elgördülve keverednek, nincs állandó alakjuk, térfogatuk meghatározott, van szabadfelszínük. Az egymással érintkező folyadékok részecskéi külső hatás nélkül is összekeverednek: ez a jelenség a diffúzió.
A folyadékok tulajdonságai II. Mikroszkóppal megfigyelve a folyadék részecskéi állandóan mozognak, lökdösődnek. Ezt a mozgást Brown-mozgásnak nevezzük. Ezt a felfedezőjéről, Robert Brown-ról (skót biológus, 1773-1858) nevezték el (1827-ben fedezte fel). Megfigyelte, hogy minél kisebbek a részecskék, és minél melegebb a folyadék, annál intenzívebb mozgás észlelhető.
A folyadékok tulajdonságai III. Egy érdekes jelenség: miért nem szabad csak desztillált vizet innunk csapvíz helyett? A féligáteresztő hártyák (pl. celofán, sejtfal) rendelkeznek olyan réssel, áteresztő képességgel, amelyek átengedik pl. a víz molekuláit, de a nagyobbakat nem. A folyamat során a kisebb koncentrációjú oldat felől a nagyobb koncentrációjú oldat felé vándorolnak az oldószer (általában a víz) részecskéi. A jelenség neve: ozmózis.
Alapvető hidrosztatika Hidrosztatika= hidro (víz, vízi-) + sztatika (nyugalmi állapot). Magasabb folyadékoszlop hidrosztatikai nyomása nagyobb, mint a kevésbé magas folyadékoszlopé (a nyomás a nyomóerő és a nyomott felület hányadosa: ha tűsarkú cipőben a lábadra lép valaki, az nagyon fáj, de ha edzőcipőben teszi meg ugyanezt, az jóval kevésbé fáj az első esetben a nyomás volt nagyobb).
Hajszálcsövesség A nedvesítő folyadékok (pl. víz) az egyéb anyag részecskéit erősebben vonzzák, ezért szűk keresztmetszetű csőben felmászik a folyadék. Nem nedvesítő folyadék (pl. higany, ld. lázmérő) nem vonzza olyan nagy mértékben az egyéb anyag részecskéit, ezért nem mászik fel a szűk keresztmetszetű csőben. Képek: 7.osztályos fizika tankönyv, Mozaik kiadó
A hajszálcsöves jelenség előfordulása A víz, mint nedvesítő folyadék hajszálcsöves jelenségei: (1) A házakat kátrányréteggel szigetelik, mert másként felázik a fal (2) A talajra hulló eső, víz felszívódik a földön (3) Esőben, ha leér a nadrágunk szára, akkor szinte térdig felázik a nadrág (4) Azért jó a kertet kapálni, mert azzal a hajszálcsöveket szétromboljuk, így nem szárad úgy ki a talaj, mintha úgy hagynánk
Közlekedőedények kicsit vastagabb csövek A folyadékoknak van szabad felszínük. Ha az adott folyadékot egy olyan edénybe helyezzük, amely alul össze van kötve, felül pedig nyitott, akkor a folyadék szabad felszíne minden ágban arra törekszik, hogy egyenlő magasságban legyen. A felül nyitott, alul összekötött edényeket nevezzük közlekedőedényeknek. Kép: www.metal.elte.hu
Közlekedőedények kicsit vastagabb csövek II. Gyakorlati alkalmazások: (1) Vízvezetékhálózat: a víztoronyban magasan helyezkedik el a víz, így a házakban még a magasabb emeleteken is van víznyomás, amikor kinyitjuk a csapot. (2) Teáskanna, locsolókanna Kép: 7.osztályos fizika tankönyv, Mozaik kiadó
A víz különleges viselkedése A víz másként viselkedik hűtés során, mint a többi anyag. A legkisebb a térfogata (tehát legsűrűbb) +4 Celsius-fokon. Az alá hűtve tágul. A folyók, tavak medrének mélyén +4 o C-os, ezért tudnak a befagyott tavak, folyók mélyén életben maradni a halak, és egyéb vízi élőlények. Mivel pedig a fagyott víz nagyobb térfogatú, mint a +4 o C-os, ezért mállasztja szét például a kőzeteket (tájformáló hatás), illetve az őszi szántás emiatt nem lesz számottevően rögös tavasszal.
Halmazállapot-változások I. Előző alkalommal megismerkedtünk a háromféle halmazállapottal: légnemű, folyékony és szilárd. Egy kis kitérő során most megismerkedünk az anyagok belső energiájával: minden anyagnak van belső energiája, ami a részecskéinek az állandó mozgásával, a hőmérsékletével kapcsolatos. Minél melegebb egy anyag, annál élénkebben mozognak a részecskéi (vagy rezegnek helyhez kötötten), tehát annál nagyobb a belső energiája. A testek belső energiája növelhető például melegítéssel.
Halmazállapot-változások II. A halmazállapot változások: Olvadás Forrás Párolgás Lecsapódás Fagyás Szublimáció Ezeket általában tudjuk, mik. A szublimáció talán kevésbé ismert: Képek: www.fizkapu.hu
Halmazállapot-változások III. Szublimáció: A fenti képek szárazjég (szén-dioxid) szublimációját mutatják be. A szublimáció olyan halmazállapotváltozás, melynek során a szilárd halmazállapotú anyag légneművé válik. A kámfor egy ismert szublimációra képes anyag. (forrás: www.fizkapu.hu)
Halmazállapot-változások III. Tekintsük a változatosság kedvéért a vizet. Az egyes halmazállapotok közötti átmenet során nem változik meg a hőmérséklete mindaddig, amíg meg nem történik a teljes halmazállapot-változás. Normál nyomáson 0 o C-on megfagy/megolvad (attól függően, hogy épp energiát közlünk vele, vagy energiát ad le, pl. hűtjük). Fagyott állapotban kevesebb a belső energiája, mint folyékony állapotban. Olvasztáskor azonban a hőmérséklete (tökéletes keverés mellett) mind-addig nem növekszik, ameddig az egész meg nem olvad!
Halmazállapot-változások IV. Persze, hogy a hétköznapokban mindez ne legyen ilyen egyszerű, tekintsük a fagyasztóból kivett bableves esetét a gáztűzhelyen való olvasztás során! (az olvadáspont ráadásul függ más tényezőktől is: műkorcsolya, só) Ugyanez a helyzet a forrás során is: amíg el nem forr a teljes vízmennyiség, addig nem növekszik 100 o C fölé a hőmérséklete. Csak a forró gőz hőmérsékletét lehet növelni. (a forráspont nyomásfüggése: fecskendő, kukta)
Szerves és szervetlen anyagok I. Az anyagokat a kémiában a fenti két csoportba lehet sorolni. Lavoisier (1743-1794) francia kutató (a modern kémia megalapítója) megállapította, hogy az élettelen természet felépítésében az összes ismert elem részt vesz, míg az élő természetből származó anyagokat alapvetően négy elem: a szén, a hidrogén, az oxigén és a nitrogén építi fel. Ezeket elnevezte organogén, azaz szervezetet felépítő elemeknek. Vannak másodlagos, illetve harmadlagos organogén (biogén) elemek is: nátrium, vas, kálcium, cink, jód, fluor, magnézium, stb.
Szerves és szervetlen anyagok II. Jöns J. Berzelius (1779-1848) osztotta fel az ismert vegyületeket két nagy csoportra: (1) Szervetlen anyagok: az ásványi eredetű anyagok (2) Szerves vegyületek, anyagok: az élő szervezeteket felépítő vegyületek Általában a szénvegyületeket nevezzük szerves vegyületeknek, függetlenül attól, hogy természetes vagy mesterséges eredetűek.
Szerves és szervetlen anyagok III. Szerves anyagok például: Metán, polietilén, etil-alkohol (ezt tartalmazzák az alkoholtartalmú italok), metil-alkohol (ez vakságot, nagyobb mennyiségben halált okoz), szőlőcukor, földgáz, kőolaj, szénhidrátok (ezek a keményítő, a cellulóz, cukrok energiatárolók), aminosavak (a fehérjék építőelemei), fehérjék (más néven proteinek).
Szerves anyagok, mint az élő szervezetek építőelemei Szénhidrátok: a szerves anyagok fő tömegét alkotják. Például a szőlőcukor, gyümölcscukor, laktóz, keményítő, cellulóz. Ezek elsősorban a sejt vagy a szervezet energiaháztartásában és felépítésében játszanak szerepet. Lipidek: ezek zsíroldószerekben oldódnak, tulajdonképpen zsírfélék. Például sertészsír, repceolaj, lecitin, epesav, karotin, szteroidok, koleszterin, tesztoszteron, ösztrogén (ez utóbbi kettő hormon), D-vitamin. A gliceridek (zsírok, olajok) szerepe főként az energiatárolás.
Szerves anyagok, mint az élő szervezetek építőelemei Fehérjék: olyan vegyületek, amelyek részt vesznek minden sejtben lejátszódó folyamatban. Például oxigéntároló, oxigénszállító fehérjék, stb. 42 o C-on kicsapódnak (azaz megfő! Ezért olyan veszélyes a magas láz). Feladataik lehetnek például a szállítás, tárolás, védekezés, hormon (pl. növekedési hormon). Szerkezetük szerint ilyen fehérjeláncok (négyféle). Képek forrása: wikipédia (fehérjék)
Szerves anyagok, mint az élő szervezetek építőelemei Kis kitérő: a vitaminok! (1912, Kazimierz Funk lengyel biokémikus nevezte el ezeket vitaminoknak, az 1910-es években összegezték a tapasztalatokat). Két típusba sorolhatók oldhatóság szempontjából: - Zsírban oldódó vitaminok (A,D,E,H,K) - Vízben oldódó vitaminok (B,C,P) Természetes vitaminforrások: a zöldségek, gyümölcsök, máj, hal, tojás, húsok, stb. Lehetőleg nem fagyasztva Wikipédia: http://hu.wikipedia.org/wiki/vitamin (itt sok vitaminról olvashatunk)
Szerves anyagok, mint az élő szervezetek építőelemei Nukleinsavak: a nukleotidokból épülnek fel (a nukleotidok anyagcsere-folyamatokban részt vevő vegyületek, energiatárolásban, energiatovábbításban. Nukleotid-származék például az ATP, ami kémiai kötései révén képes energiát szállítani és leadni.). A nukleinsavak az élő szervezetek tulajdonságainak örökítéséért felelősek. DNS, RNS A DNS szerkezete lent: Balra: Crick (Nobel-díj!), jobbra: Watson képe (angol Wikipédiáról)
A sejtek Eljutottunk az örökítőanyagokig ezek a sejtek magjában helyezkednek el (A DNS-ből a kromoszómák épülnek fel). A sejt az élővilág legkisebb önálló életre képes egysége. A sejtet sejtfal vagy a membrán határolja. A sejtmag körül az úgynevezett citoplazma van, amelynek 80%- a víz (ez igyekszik gömb alakot felvenni). Az állati sejtet a membrán (hártya) határolja.a növényi sejtet a cellulóz határolja.a gomba sejtet kitin és fehérje határolja. A baktérium sejtjét is sejtfal határolja. Nagy sejtek láthatók például a paprika belső falán, illetve a tojás is egyetlen sejtnek számít.
A sejtek II. Az alábbiakban fényképeket láthatunk: két egysejtű állat és egy sejttenyészet papucsállatkák amőba Sejtek: a zöld a DNS www.szmpsz.sk (a google-ba: amőba sejt, és egy ppt-t kiad, onnét van a két kép, a zöld a wikipédiáról.
A sejtek III. Őssejt: azok a sejtek, amelyekből akármilyen szerv, szövet kialakulhat (totipotens sejtek). Ez egy olyan ősi sejttípus, amiből idővel az összes többi sejttípus, akár az emberben, akár bármilyen más élő szervezetben ki tud alakulni (Páli Jenő agykutató). Az őssejtekről tudni kell, hogy nem úgy működnek, hogy beadják az őssejtet és meggyógyul a beteg tőle. Bizonyos betegségek gyógyíthatók bizonyítottan.
A sejtek - baktériumok loxosceles.org/crafty/bacterium.html
A sejtek baktériumok II. A baktériumok: igen apró egysejtű élőlények. Nem állatok. Változatos megjelenésűek: sejtjeik gömb, pálcika, csavart stb. alakúak lehetnek. Mindenhol megtalálhatóak: földben, levegőben, vízben, mélytengeri hőforrásokban, még nukleáris hulladékban is. Kb. tízszer annyi baktérium van az emberi testben, mint emberi sejt! Nem minden baktérium kórokozó, a joghurtban, vékonybélben hasznos baktérium van. A szánk is tele van bacikkal. Képek és szöveg: wikipédia, illetve google: bacteria keresőszó kiadja a többi képet.
A sejtek állati, növényi, gomba sejtek Az élőlényeket a biológia négy törzsbe sorolja: Állatok Növények Gombák Baktériumok Az állati sejteket membrán (hártya) határolja, a növényeket sejtfal (cellulóz), a gomba sejtjeit szintén sejtfal (kitin, fehérje) határolja. A baktériumokat sejtfal (szénhidrát, fehérje) határolja. A növények autotróf életmódot folytatnak: olyan élőlények, amelyek környezetük szervetlen anyagaiból szerves anyagokat építenek fel (kemoszintézis, fotoszintézis).
A sejtek állati, növényi, gomba sejtek II. Állati sejtek például a vörösvérsejt, fehérvérsejt, idegsejt, hámsejt, izomsejt, stb. Az állatok és gombák heterotróf életmódot folytatnak, azaz az autotrófokban képződött szerves anyagok szolgálnak táplálékként. Tehát szerves anyagból állítja elő saját szerves anyagait. A szerves molekulák kémiai kötéseiben tárolt energiát nyerik ki a sejtek a lebontó folyamatoknál. Lehet aerob (ha van elég oxigén) és anaerob (ha nincs elég oxigén, ez az erjedés) a lebontás.
A sejtek gombák Érdekes lények, vannak egysejtű gombák is, többségük többsejtű. Nem növények, mert például heterotrófok, nem állatok, mert nem mutatnak állatokra jellemző életjelenségeket. A mellékelt ábrák nem egysejtű gombákat mutatnak. Gombával aztán találkozunk! Kefír, ehető gombák, mérges gombák, esetleges bőrfertőzés okozói is lehetnek, stb. A legtöbb gomba korhadéklakó, de van élősködő és gyökérkapcsolt gomba is.
A fotoszintézis jelensége és jelentősége A fotoszintézis két szakaszból álló jelenség. Az első szakasz fényigényes, ekkor történik a fényenergia megkötése és kémiai energiává alakítása. Ezt az úgynevezett klorofill végzi. Ekkor a víz molekuláit felbontja protonra, elektronra és molekuláris oxigénre. Az így keletkező oxigén felhasználódhat a lebontó folyamatokban, vagy a légkörbe kerülhet. A második szakasz nem igényel fényt. Kémiai energiával megköti a szén-dioxidot és szerves anyaggá alakítja át. Ehhez kell az első szakaszban keletkezett hidrogén.
A fotoszintézis jelensége és jelentősége Az igaz, hogy nem az összes oxigént bocsátják ki a növények, amit a fotoszintézis során létrehoznak, de jelentős az őserdők szerepe a Föld oxigénháztartásának fenntartásában. Képek: www.geographic.hu/images/napihirek/12832.jpg http://fns.csokolade.hu/wp-content/uploads/2009/05/nz2009australia-day06- Fraser_Island-plant.jpg http://www.krisztimeterra.eoldal.hu/archiv/iobrazek/80