Geum.ru

Н. Г. Чернышевского Балашовский филиал Кафедра русского языка Шумарин С. И., Шумарина М. Р. Теория и практика научной речи спецкурс для негуманитарных специальностей вузов Учебно-методический комплекс

Вид материалаУчебно-методический комплекс

Содержание


1. Общее представление об углеводах
Тростниковый сахар
21. Аналоговые и цифровые информационные технологии
Подобный материал:
1   ...   38   39   40   41   42   43   44   45   ...   54

20. Углеводы


§ 38. Понятие об углеводах. Их классификация

1. ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБ УГЛЕВОДАХ

Углеводы наряду с карбоновыми кислотами являются, пожалуй, одними из первых природных соединений, состав и строение которых тщательно изучались химиками. Причиной такого внимания служило широкое распространение этих веществ в природе, легкость получения их в чистом виде, использование в каждодневной жизни человека. Вместе с тем химическое строение углеводов довольно сложно, поэтому мы начнем рассмотрение этого вопроса с некоторого исторического экскурса.

Тростниковый сахар был известен людям достаточно давно. Родиной сахарного тростника считается Индия. В соке этого растения содержится углевод сахароза, который мы привычно называем сахаром. Белые твердые куски, похожие на камни, использовали в пищу не только для сладкого вкуса, но и как лекарственное средство. В XII в. сахарный тростник стали возделывать на Сицилии, а в XVI в. он был завезен на Кубу и другие острова Карибского моря.

Главной сладостью в европейских государствах с давних времен были мед и продукты, полученные на его основе. Поначалу сахар был заморской диковинкой и непозволительной роскошью. Потребность в этом продукте резко возросла, когда в европейских странах стали пить чай и кофе. Естественно, предпринимались многочисленные попытки получения сахара из растений, произрастающих в более холодных климатических условиях Европы. Таким растением стала сахарная свекла. Производство сахара из свеклы связано с именем Андреаса Сигизмунда Маргграфа — немецкого химика и металлурга. Маргграф одним из первых применил в химических исследованиях микроскоп, с помощью которого и обнаружил в 1747 г. кристаллы сахара в свекольном соке.

К середине XIX в. химикам было известно уже около десятка веществ, обладающих сходными с сахарозой свойствами. Из сладких плодов и ягод был выделен виноградный сахар, названный впоследствии глюкозой. В составе меда обнаружен углевод, очень похожий на глюкозу, но в отличие от нее очень трудно кристаллизующийся. Его назвали плодовым сахаром, теперь химики называют его фруктозой. Из молока млекопитающих еще в XVII в. был получен кристаллический молочный сахар (лактоза). Несмотря на столь разные источники получения углеводов, различную степень их сладости, химики с удивлением констатировали, что состав всех этих веществ мог быть выражен формулой Cn(H2O)m. Это и послужило появлению исторически сложившегося названия подобных веществ — углеводы.

Углеводами называют органические соединения, имеющие сходное строение и свойства, состав которых в большинстве случаев может быть выражен формулой Cn(H2O)m. (n, m>3).

Современное понятие углеводов основано не на формальном соответствии состава приведенной выше формуле, а на сходстве химического строения и свойств веществ этого класса. Поэтому состав некоторых углеводов не соответствует формуле Cn(H2O)m (например, дезоксирибоза имеет состав С5Н10О4) и, наоборот, многие вещества с подобным составом не являются углеводами (например, формальдегид СН2О и уксусная кислота С2Н4О2).

Вооружившись знанием теории строения органических веществ и свойств некоторых классов соединений, вы можете на основании нескольких экспериментальных фактов предположить строение молекулы углевода, например глюкозы.

Глюкоза имеет молекулярную формулу С6Н12О6, хорошо растворима в воде, водный раствор ее имеет нейтральную реакцию на индикатор и вступает в реакцию «серебряного зеркала».
  1. Хорошая растворимость глюкозы в воде и большое число атомов кислорода в молекуле позволяют предположить наличие нескольких полярных кислородсодержащих функциональных групп.
  2. Водный раствор глюкозы имеет нейтральную реакцию на индикатор, следовательно, наличие карбоксильной группы в молекуле глюкозы маловероятно.
  3. Реакция «серебряного зеркала» указывает на то, что в молекуле глюкозы содержится по крайней мере одна альдегидная группа.
  4. В молекуле глюкозы шесть атомов кислорода. Могут ли все они быть в составе альдегидных групп? Нет, поскольку альдегидная группа может располагаться только на концах углеродной цепи. Тогда, быть может, это поликетон? Тоже исключено: в молекуле содержится двенадцать водородных атомов. Если мы вычтем из состава глюкозы С6Н12О6 альдегидную группу, то на оставшиеся пять углеродных атомов будет приходиться пять атомов кислорода и одиннадцать атомов водорода. Кратных связей в этом фрагменте быть не может: он полностью насыщен. Остается предположить наличие в молекуле глюкозы пяти гидроксильных групп, причем по одной у каждого из пяти атомов углерода (соединения с двумя группами –ОН у одного углеродного атома крайне неустойчивы). В нашем распоряжении качественная реакция на многоатомные спирты: образование ярко-синих комплексных соединений с гидроксидом меди (II), что и подтверждает эксперимент.

Таким образом, мы пришли к выводу, что простейшие углеводы – это гетерофункциональные соединения, в составе которых содержатся карбонильная группа и несколько гидроксильных.

21. Аналоговые и цифровые информационные технологии


Информационные технологии делятся на аналоговые и цифровые.

Аналоговые технологии основаны на способе представления информации в виде какой-либо непрерывной (аналоговой) физической величины, например, напряжения или силы электрического тока, величина которых (сигнал) является носителем информации. На этом принципе работает обычный магнитофон. Информация представлена в виде магнитного поля переменной величины, записанного на ферромагнитном слое носителя – магнитофонной ленты. А граммофонные пластинки, эпоха которых закончилась около 20 лет назад, в качестве носителя информации использовали узкую спиральную дорожку на поверхности пластинки. Глубина или ширина этой дорожки и были той физической величиной, которая хранила информацию о звуке. То есть в граммофонной пластинке использовался механический принцип звукозаписи.

Цифровые технологии основаны на дискретном (от лат. discretus – разделенный, прерывистый) способе представления информации в виде чисел (обычно с использованием двоичной системы счисления), значение которых является носителем информации. Для этого в них используются физические величины, способные принимать только два устойчивых состояния (включено – выключено, есть напряжение – нет напряжения, намагничено – не намагничено). Это обеспечивает предельную простоту цифрового сигнала: есть электрический импульс – единица, нет импульса – ноль. (Их принято называть логической единицей и логическим нулем.) При этом важна не величина импульса, а только его наличие или отсутствие.

Простота цифровых сигналов обеспечивает (по сравнению с аналоговыми сигналами) их несоизмеримо большую защищенность от помех. Дело в том, что логические нули и единицы не несут никакой вторичной информации. При физическом износе аналогового носителя – той же грампластинки – появляются шумы и помехи. Края прорези на пластинке изменяют свою форму от многократного воздействия иглы проигрывателя, а магнитофонная лента размагничивается или растягивается. Биты цифровой информации от подобных неприятностей избавлены, что бы ни произошло с носителем, бит имеет только два значения – ноль или единица. Помехам и шумам попросту неоткуда взяться.

При цифровом представлении информации точность зависит от числа разрядов в числах. Увеличивая число разрядов, можно обеспечить любую заранее заданную точность вычислений. Иными словами, складывать двадцатизначные числа на компьютере (или калькуляторе, который тоже компьютер), способном оперировать только восьмиразрядными числами, можно лишь округлив эти числа до восьми знаков. Ясно, что подобное округление сильно снижает точность вычислений. Современные персональные компьютеры оперируют с 32-разрядными двоичными числами (в этом главное преимущество цифровых вычислителей над аналоговыми – представьте себе старые дубовые счеты, на каждой поперечине которых не по 10, а по 32 костяшки), но в ближайшем будущем предстоит переход на 64-разрядную структуру.

Из-за неоспоримых преимуществ цифровых технологий все новые информационные технологии являются цифровыми. К ним относятся, например, архивация и сжатие информации, сканирование и распознавание текстов, цифровое радио и телевидение, цифровая фотография, цифровая видеосъемка, глобальная информационная сеть Интернет (Internet) и электронная почта (Е-mail), виртуальная реальность.

Могли ли цифровые технологии, имеющие столь очевидные преимущества, появиться раньше аналоговых? Разумеется, нет. Причина в том, что аналоговые технологии значительно проще цифровых, поэтому именно они могли быть осуществлены на уровне техники прежних времен.

Органы чувств человека (и прежде всего органы слуха) способны воспринимать только аналоговые сигналы. Поэтому для применения цифровых технологий нужны достаточно сложные устройства, массовое применение которых стало возможным лишь в последние десятилетия в результате стремительного развития микроэлектроники.

XXI век будет исключительно цифровым. Идет непрерывная конкурентная борьба между новейшими магнитными и оптическими методами записи, хранения и воспроизведения различных видов информации, а также их комбинированное использование. Эти методы обеспечивают гораздо более высокую плотность и долговечность записи информации по сравнению с бумагой, фото- и кинопленкой. Поэтому в ближайшем будущем мы с вами будем фотографировать цифровыми фотокамерами, смотреть цифровое видео, слушать цифровую музыку. И даже книги мы все чаще будем читать с экранов карманных и настольных компьютеров.