Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

Первый действенный способ решения проблемы происхождения свойств вещества появился в XVII в. в работах английского ученого Р. Бойля. Его исследования показали, что качества и свойства тел не имеют абсолютного характера и зависят от того, из каких химических элементов эти тела составлены. У Бойля наименьшими частичками вещества оказывались неосязаемые органами чувств мельчайшие частички (атомы), которые могли связываться друг с другом, образуя более крупные соединения - кластеры (по терминологии Бойля). В зависимости от объема и формы кластеров, от того, находились они в движении или покоились, зависели и свойства природных тел. Сегодня мы вместо термина «кластер» используем понятие «молекула».

В период с середины XVII в. до первой половины XIX в. учение о составе вещества представляло собой всю химию того времени. Оно существует и сегодня, представляя собой первую концептуальную систему химии. На этом уровне химического знания Ученые решали и решают три важнейшие проблемы: химического элемента, химического соединения и задачу создания новых материалов с вновь открытыми химическими элементами.

Химическим элементом  называют все атомы, имеющие одинаковый заряд ядра. Особой разновидностью химических элементов являются изотопы, у которых ядра атомов отличаются числом нейтронов (поэтому у них  разная атомная масса), но содержат одинаковое число протонов и поэтому  занимают одно и тоже место в периодической системе элементов. Термин «изотоп» был введен в 1910 г. английским радиохимиком Ф. Содди. Различают стабильные (устойчивые) и нестабильные (радиоактивные) изотопы.

С момента открытия изотопов наибольший интерес вызвали радиоактивные  изотопы, которые стали широко использоваться в атомной энергетике, приборостроении, медицине и т. д.

Первое научное определение  химического элемента, когда еще  не было открыто ни одного из них, сформулировал  английский химик и физик Р. Бойль. Первым был открыт химический элемент  фосфор в 1669 г., потом кобальт, никель и другие. Открытие французским химиком  А. Л. Лавуазье кислорода и установление его роли в образовании различных  химических соединений позволило отказаться от прежних представлений об «огненной  материи» (флогистоне).

В Периодической системе  Д.И. Менделеева насчитывалось 62 элемента, в 1930-е гг. она заканчивалась ураном. В 1999 г. было сообщено, что путем физического  синтеза атомных ядер открыт 114-й  элемент.

Закон сохранения массы М.В. Ломоносова.

В этой реакции метан и  кислород - реагенты, а диоксид углерода и вода - продукты.

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

Изготовим пластилиновые  модельки реагентов, похожие на те, что изображены на рисунке:

Получатся модельки одной молекулы метана и двух молекул кислорода. Мы можем разобрать эти модельки на отдельные атомы и тут же собрать из них модельки продуктов. Для этого нам не потребуется никаких других деталей - только те атомы, которые мы взяли из одной “молекулы” метана и двух “молекул” кислорода.

Разумеется, масса всех пластилиновых "атомов" при этом не изменилась, хотя перед нами теперь лежат уже  совсем другие "молекулы" - диоксида углерода и воды.

Этот простой опыт иллюстрирует один из важнейших законов природы - ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ. Новые вещества не получаются из ничего и не могут  обратиться в ничто. Масса (вес) реагентов всегда в точности равна массе (весу) продуктов химической реакции. Этот фундаментальный закон впервые открыл русский ученый М.В. Ломоносов. Немного позже французский химик А. Лавуазье пришел к тем же выводам и независимо от Ломоносова сформулировал тот же закон.

Закон постоянства  состава Ж. Пруста.

Все индивидуальные вещества имеют постоянный качественный и  количественный состав независимо от способа их получения.

На основании этого  закона состав веществ выражается химической формулой с помощью химических знаков и индексов. Например, Н2О, СН4, С2Н5ОН и т.п.

Закон постоянства состава  справедлив для веществ молекулярного  строения. Наряду с веществами, имеющими постоянный состав, существуют вещества переменного состава. К ним относятся  соединения, в которых чередование  нераздельных структурных единиц (атомов, ионов) осуществляется с нарушением периодичности.

В связи с наличием соединений переменного состава современная  формулировка закона постоянства состава  содержит уточнения:

Состав соединений молекулярного  строения, то есть состоящих из молекул, является постоянным независимо от способа  получения.

Состав же соединений с  немолекулярной структурой (с атомной, ионной и металлической решеткой) не является постоянным и зависит  от условий получения.

Закон кратных  отношений Дж. Дальтона.

Закон кратных отношений  гласит - Если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то массы одного из элементов, приходящиеся на одну и ту же массу  другого, относятся между собой  как небольшие целые числа.

Дальтон придерживался атомной  теории строения вещества. Открытие закона кратных отношений явилось подтверждением этой теории. Закон непосредственно свидетельствовал о том, что элементы входят в состав соединений лишь определенными порциями.

Подсчитаем, например, массу  кислорода, соединяющуюся с одним  и тем же количеством углерода при образовании оксида углерода (II) и диоксида углерода. Для этого  разделим друг на друга величины, выражающие содержание кислорода и углерода в том и в том оксидах. Мы получим, что на одну единицу массы  углерода в диоксиде углерода приходится ровно в 2 раза больше кислорода, чем  в оксиде углерода (II).

Соединение	Число единиц массы кислорода, приходящихся на одну единицу массы  углерода
Оксид углерода (II)	1.33
Диоксид углерода	2.66

Что доказывает закон  кратных отношений Закон А. Авогадро?

Закон Авогамдро - одно из важных основных положений химии, гласящее, что «в равных объёмах различных газов, взятых при одинаковых температуре и давлении, содержится одно и то же число молекул». Было сформулировано ещё в 1811 году Амедео Авогадро (1776-1856), профессором физики в Турине.

Первое следствие из закона Авогадро: один моль любого газа при одинаковых условиях занимает одинаковый объём.

В частности, при нормальных условиях, т. е. при 0°C (273 К) и 101,3 кПа, объём 1 моля газа, равен 22,4 л. Этот объём называют молярным объёмом газа Vm. Пересчитать эту величину на другие температуру и давление можно с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона:

Второе следствие из закона Авогадро: молярная масса первого газа равна произведению молярной массы второго газа на относительную плотность первого газа по второму. Положение это имело громадное значение для развития химии, так как оно дает возможность определять частичный вес тел, способных переходить в газообразное или парообразное состояние. Если через m мы обозначим частичный вес тела, и через d - удельный вес его в парообразном состоянии, то отношение m / d должно быть постоянным для всех тел. Опыт показал, что для всех изученных тел, переходящих в пар без разложения, эта постоянная равна 28,9, если при определении частичного веса исходить из удельного веса воздуха, принимаемого за единицу, но эта постоянная будет равняться 2, если принять за единицу удельный вес водорода. Обозначив эту постоянную, или, что то же, общий всем парам и газам частичный объём через С, мы из формулы имеем с другой стороны m = dC. Так как удельный вес пара определяется легко, то, подставляя значение d в формулу, выводится и неизвестный частичный вес данного тела.

Элементарный анализ, например, одного из полибутиленов указывает, в нём пайное отношение углерода к водороду, как 1 к 2, а потому частичный вес его может быть выражен формулой СН₂ или C₂H₄, C₄H₈ и вообще (СН₂)_n. Частичный вес этого углеводорода тотчас определяется, следуя закону Авогадро, раз мы знаем удельный вес, т. е. плотность его пара; он определен Бутлеровым и оказался 5,85 (по отношению к воздуху); т. е. частичный вес его будет 5,85 · 28,9 = 169,06. Формуле C₁₁H₂₂ отвечает частичный вес 154, формуле C₁₂H₂₄ - 168, а C₁₃H₂₆ - 182. Формула C₁₂H₂₄ близко отвечает наблюденной величине, а потому она и должна выражать собою величину частицы нашего углеводорода CH₂.

Список литературы.

1. Д.А. Гусев. Концепции  современного естествознания. Учебный  курс (учебно-методический комплекс).

2. Мицкевич, Н.В. Системы  отсчета: описание и интерпретация  эффектов релятивистской физики / Н.В. Мицкевич // Итоги науки и  техники / Гл. ред. Б.Б. Кадомцев. Научный редактор проф. В.Н. Мельников. - М.: ВИНИТИ, 1991. - Т. 3: Сер. Классическая  теория поля и теория гравитации. - С. 108-165.

3. Ахметов Н.С. Общая  и неорганическая химия. - 4 изд., испр. - Москва: Высшая школа, Издательский центр "Академия", 2001. - 743 с. - 15 000 экз. - ISBN 5-06-003363-5, 5-7695-0704-7

4. Глинка Н.Л. Общая  химия - 22 изд., испр. - Ленинград: Химия, 1977. - С. 18-19. - 719 с.

 

452 Биологический прогресс и биологический регресс (по А.Н.Северцову). Основные закономерности эволюционного прогресса (дивергенция, конвергенция, параллелизм, необратимость эволюционных преобразований).

Теория главных направлений  эволюционного процесса отвечает на вопрос: какими путями может повышаться приспособленность организмов в ходе филогенеза? Согласно А. Н. Северцову, наиболее общее, наиболее очевидное направление эволюции - биологический процесс, иными словами, возрастание приспособленности потомков по сравнению с предками.

      Понятие биологического прогресса выражает то же самое, что и понятие прогрессивной эволюции. Поэтому критерии биологического прогресса, предложенные А. Н. Северцовым, относятся не к организму, а к виду и надвидовым таксонам. Критерии эти следующие:

1) увеличение численности, 2) расширение  ареала, 3) прогрессивная дифференциация - увеличение числа систематических  групп, составляющих данный таксон: видов в роде, видов и родов  в семействе, семейств в отряде  и т. д.

Эволюционный смысл выделенных критериев заключается в следующем: «возникновение новой адаптации снижает элиминацию, в результате средний уровень численности вида возрастает. Стойкое повышение численности потомков по сравнению с предками (первый критерий биологического прогресса) приводит к увеличению плотности населения, что, в свою очередь, через обострение внутривидовой конкуренции вызывает расширение ареала; этому же способствует и возрастание приспособленности. Расширение ареала  (второй критерий биологического прогресса) приводит к тому, что вид при расселении сталкивается с новыми факторами среды, к которым необходимо приспосабливаться. Поэтому второй критерий биологического прогресса точнее сформулировать как расширение экологической ниши. Увеличение численности и освоение новых экологических условий вызывает дальнейшую дифференциацию вида, усиливает дивергенцию. Поэтому третий критерий биологического прогресса - увеличение количества дочерних таксонов уже не экологический, как первые два, а таксономический.

Антитезу биологического прогресса  представляет собой биологический  регресс, приводящий таксоны к вымиранию. Критерии биологического регресса диаметрально противоположны критериям биологического прогресса: утрата приспособленности  при снижении поддерживающей роли отбора выражается в спаде численности, сокращении экологической валентности, что ведет к сужению ареала и вымиранию дочерних таксонов.

Проблема вымирания - еще слабо  разработанный раздел эволюционной теории. Ч. Дарвин считал вымирание  естественным результатом прогрессивной  эволюции - следствием вытеснения менее  приспособленных предков более  приспособленными потомками. Однако этот процесс очень сложен. Конкретные систематические группы могут попеременно  находиться на пути прогрессивного развития, затем регресса, а потом снова  переходить к биологическому прогрессу, приобретая новые приспособления и  меняя отношения со средой

Биологический прогресс - наиболее общее  выражение адаптивности эволюции. Путей  же достижения биологического прогресса, по меньшей мере, четыре. А. Н. Северцов назвал их главными направлениями эволюционного процесса: ароморфоз, идиоадаптация, морфо-физиологический прогресс, ценогенез.

 

Основные направления эволюционного прогресса

1. Дивергенция — расхождение признаков внутри вида, которое приводит к образованию новых группировок особей. Чем больше различаются живые организмы по строению, способу существования, тем больше расходятся они на более разнообразные пространства. Обычно одну область или участок занимают животные с одинаковой потребностью к качеству и запасу пищи. Через определенное время, когда запас пищи заканчивается, животные вынуждены поменять местообитание, переселяться на новые места. Если на одной территории обитают животные с различной потребностью к условиям среды, то конкуренция между ними ослабевает. Так, Ч. Дарвин определил, что в природе на участке в 1 м2 встречается до 20 видов растений, принадлежащих к 18 родам и 8 семействам. В процессе дивергенции от зачинающейся популяции расходятся как бы ветви дерева нескольких форм. Например, можно назвать семь видов оленей, сформировавшихся в результате дивергенции: пятнистый олень, марал, северный олень, лось, косуля, лань, кабарга (рис. 37).

Под действием естественного отбора в бесконечном ряду поколений  одни формы выживают, другие вымирают. Процессы вымирания и дивергенции  тесно связаны между собой. Наиболее расходящиеся по признакам формы  обладают большими возможностями оставлять  плодовитое потомство и выживать в процессе естественного отбора, так как они меньше конкурируют  между собой, чем промежуточные, которые постепенно редеют и вымирают.