Атомно-молекулярное учение

Атомно-молекулярное учение развил и впервые применил в химии великий русский ученый Ломоносов. Сущность учения Ломоносова можно свести к следующим положениям.1. Все вещества состоят из «корпускул» (так Ломоносов называл молекулы).2. Молекулы состоят из «элементов» (так Ломоносов называл атомы).3. Частицы — молекулы и атомы — находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел есть результат движения их частиц. 4. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ — из различных атомов. Атомистическое учение в химии применил английский ученый Джон Дальтон. В своей основе учение Дальтона повторяет учение Ломоносова. Вместе с тем оно развивает его дальше, поскольку Дальтон впервые пытался установить атомные массы известных тогда элементов. Однако Дальтон отрицал существование молекул у простых веществ, что по сравнению с учением Ломоносова является шагом назад. По Дальтону, простые вещества состоят только из атомов, и лишь сложные вещества — из «сложных атомов» (в современном понимании — молекул). Отрицание Дальтоном существования молекул простых веществ мешало дальнейшему развитию химии. Атомно-молекулярное учение в химии окончательно утвердилось лишь в- середине XIX в.Молекула — это наименьшая частица данного вещества, обладающая его химическими свойствами. Химические свойства молекулы определяются ее составом и химическим строением. Атом — наименьшая частица химического элемента, входящая в состав молекул простых и сложных веществ. Химические свойства элемента определяются строением его атома. Отсюда следует определение атома, соответствующее современным представлениям: атом — это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного атомного ядра и отрицательно заряженных электронов. Согласно современным представлениям из молекул состоят вещества в газообразном и парообразном состоянии. В твердом состоянии из молекул состоят лишь вещества, кристаллическая решетка которых имеет молекулярную структуру. Основные положения атомно-молекулярного учения можно сформулировать так:

• Существуют вещества с молекулярным и немолекулярным строением.

• Между молекулами имеются промежутки, размеры которых зависят от агрегатного состояния вещества и температуры. Наибольшие расстояния имеются между молекулами газов. Этим объясняется их легкая сжимаемость. Труднее сжимаются жидкости, где промежутки между молекулами значительно меньше. В твердых веществах промежутки между молекулами еще меньше, поэтому они почти не сжимаются.

• Молекулы находятся в непрерывном движении. Скорость движения молекул зависит от температуры. С повышением температуры скорость движения молекул возрастает.

• Между молекулами существуют силы взаимного притяжения и отталкивания. В наибольшей степени эти силы выражены в твердых веществах, в наименьшей — в газах.

• Молекулы состоят из атомов, которые, как и молекулы, находятся в непрерывном движении.

• Атомы одного вида отличаются от атомов другого вида массой и свойствами.

• При физических явлениях молекулы сохраняются, при химических, как правило, разрушаются.

• У веществ с молекулярным строением в твердом состоянии в узлах кристаллических решето находятся молекулы. Связи между молекулами, расположенными в узлах кристаллической решетки, слабые и при нагревании разрываются. Поэтому вещества с молекулярным строением, как правило, имеют низкие температуры плавления.

• У веществ с немолекулярным строением в узлах кристаллических решеток находятся атомы или другие частицы. Между этими частицами существуют сильные химические связи, для разрушения которых требуется много энергии. Поэтому вещества с немолекулярным строением имеют высокие температуры плавления.

Объяснение физических и химических явлений с точки зрения атомно-молекулярного учения. Физические и химические явления получают объяснение с позиций атомно-молекулярного учения. Так, например, процесс диффузии объясняется способность молекул (атомов, частиц) одного вещества проникать между молекулами (атомами, частицами) другого вещества. Это происходит потому, что молекулы (атомы, частицы) находятся в непрерывном движении и между ними имеются промежутки. Сущность химических реакций заключается в разрушении химических связей между атомами одних веществ и в перегруппировке атомов с образованием других веществ.

Атрибуты планеты: 1) не звезда; 2) обращается вокруг звезды (например, Солнца); 3) достаточно массивна, чтобы под действием собственного тяготения стать шарообразным и, чтобы своим тяготением расчистить пространство вблизи своей орбиты от других небесных тел.

Аэробы - организмы, способные жить только в среде, содержащей свободный молекулярный кислород. К аэробам относятся почти все животные и растения, а также многие грибы и микроорганизмы.

Б

Барионы - «тяжелые» микрообъекты, состоящие из трех кварков; к ним относятся нуклоны и более тяжелые нестабильные частицы.

Белки - природные высокомолекулярные органические соединения, построенные из остатков 20 аминокислот, которые соединены пептидными связями в длинные цепи. Молекулярная масса от нескольких тысяч до нескольких миллионов. В зависимости от формы белковой молекулы различают фибриллярные и глобулярные белки. Особая группа — сложные белки, в состав которых кроме аминокислот входят углеводы (гликопротеиды), нуклеиновые кислоты (нуклеопротеиды) и т. д. Во всех живых организмах белки играют исключительно важную роль: они участвуют в построении клеток и тканей, являются биокатализаторами (ферменты), гормонами, дыхательными пигментами (гемоглобины), защитными веществами (иммуноглобулины) и др. Биосинтез белков происходит на рибосомах и определяется генетическим кодом нуклеиновых кислот в процессе трансляции. Белки — основа кожи, шерсти, шелка и других натуральных материалов, важнейшие компоненты пищи человека и корма животных. Со 2-й половины 20 века для получения пищевых и кормовых белков применяют микробиологический синтез.

Биогенная миграция атомов химических элементов. Закон биогенной миграции атомов Вернадского — «миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (молекулярные кислород и водород, углекислый газ и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории» (из А. Перельман. «Геохимия биосферы»).

Биогеохимические принципы миграции:

• стремление к максимуму проявления; эволюция видов, увеличивающих биогенную миграцию.

• родными условиями окружающей среды (атмосферы, гидросферы, почвы, горных пород) и устойчивым характером взаимодействия с ней обитающего в этих условиях биоценоза.

Биокатализаторы (ферменты) Ферменты — группа белков, обладающая специфическими каталитическими свойствами, то есть каждый фермент катализирует одну или несколько сходных реакций. Ферменты катализируют реакции расщепления сложных молекул (катаболизм) и их синтеза (анаболизм), а также репликации и репарации ДНК и синтезе РНК. Известно несколько тысяч ферментов; среди них такие, как например пепсин, расщепляют белки в процессе пищеварения. В процесс пострансляционной модификации некоторые ферменты добавляют или удаляют химические группы на других белках. Известно около 4000 реакций, катализируемых белками[23]. Ускорение реакции в результате ферментативного катализа иногда огромно: например, реакция, катализируемая ферментом оротат-карбоксилазой протекает в 1017 быстрее некатализируемой (78 миллионов лет без фермента, 18 миллисекунд с участием фермента)[24]. Молекулы, которые присоединяются к ферменту и изменяются в результате реакции, называются субстратами.

Хотя ферменты обычно состоят из сотен аминокислот, только небольшая часть из них взаимодействует с субстратом, и еще меньшее количество — в среднем 3-4 аминокислоты, часто расположенные далеко друг от друга в первичной аминокислотной последовательности — напрямую участвуют в катализе[25]. Часть фермента, которая присоединяет субстрат и содержит каталитические аминокислоты, называется активным центром фермента.

Биологическая форма движения: процессы жизнедеятельности, эволюция живой природы.

Биотическая структура экосистем: продуценты, консументы, редуценты

Биосфера - область распространения жизни на Земле как целостной, активной и динамической системы, охватывает нижнюю часть атмосферы, практически всю гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Биоценоз - совокупность всех живых организмов, населяющих территорию с однородными условиями жизни (озеро, лес, тундра и т.д.) и взаимодействующих между собой.

Биоэтика, её основные проблемы: генная инженерия, клонирование, эвтаназия

Бифуркация - разветвление траектории движения тела или дальнейшего пути развития системы в некоторый момент времени.

Близкодействие - передача взаимодействия посредством физических полей с конечной скоростью.

Бозонная природа частиц-переносчиков фундаментальных взаимодействий: Бозоны - согласно квантовой теории, один из двух возможных типов микрообъектов, имеющих (в отличие от фермионов) целый спин и коллективные свойства, описываемые статистикой Бозе-Эйнштейна, например, фотоны, мезоны и др.

Большой взрыв - кратковременный период эволюции нашей Вселенной сра­зу после ее рождения, когда материя имела чрезвычайно высокие температуру, плотность и очень быстро расширялась.

Борьба за существование. Под названием борьбы за существование Ч. Дарвин ввел в биологию сборное понятие, объединяющее различные формы соотношений организма со средой, которые ведут к естественному отбору организмов для размножения, т. е. к переживанию и оставлению потомства наиболее приспособленными особями. Дарвин сам отметил, что это понятие вводится в весьма расширенном, «метафорическом» понимании. Термином «борьба» Дарвин, однако, правильно подчеркнул известную активность организма в его соотношениях со средой. Ч. Дарвин первоначально обосновал неизбежность борьбы за существование геометрической прогрессией размножения, ведущей к тому, что средств к жизни нехватает на всех. Уже из приведенного обзора форм борьбы достаточно ясно видно, что значение этого фактора было значительно преувеличено. Наиболее важные формы борьбы за существование оказываются независимыми от размножаемости организма. Острота конституциональной борьбы не находится ни в какой связи с численностью особей данного вида. Острота прямой межвидовой борьбы находится даже в обратном соотношении с численностью особей данного вида (чем больше число особей данного вида, тем менее остра борьба с данным числом хищников). Только косвенная борьба, и именно активная конкуренция, обостряется прямо пропорционально числу конкурирующих особей и, следовательно, непосредственно определяется прогрессией размножения. Однако как раз этой форме борьбы мы и не можем приписывать значения основного фактора в прогрессивной эволюции, как это будет видно из дальнейшего. Дарвин выделил три формы борьбы за существование:

• внутривидовую

• межвидовую

• борьбу с физическими условиями среды

Кроме этого, Дарвин указывал на существование сложных форм отношений между живыми организмами.

В

Верифицируемость — эмпирическое подтверждение теоретических данных науки путем сопоставления их с чувственными данными, экспериментами.

Вещество - вид материи; то, из чего состоит физическое тело совокупность, устойчивых фермионных структур (кварки — нуклоны — атомные ядра — атомы с их электронными оболочками).

Классификация веществ:

1. в химии:

• простые вещества – вещества, которые состоят из одного химического элемента;

• сложные вещества (соединения) – вещества, которые состоят из нескольких химических элементов.

1. В биологии и науках о Земле:

• живое - совокупность живых организмов биосферы, численно выраженная в элементарном химическом составе, массе и энергии;

• косное (горные породы, жидкие и газообразные тела, в совокупности с живым веществом образуют биосферу),

• биокосное,

• биогенное - вещество, возникшее в результате жизнедеятельности организмов (например, уголь, нефть, битумы, известняки и т.п.)

Взаимодополнительность атомистической и континуальной исследовательских программ Общей чертой континуальной программы Аристотеля и атомистической Демокрита. является их материалистичность.

Взаимопревращения элементарных частиц (распады, рождение новых частиц при столкновениях, аннигиляция)

Взаимосвязь материи и пространства-времени: материальные тела изменяют геометрию пространства-времени, которая определяет характер движения материальных тел.

Взаимосвязь системных уровней материи: физического, химического, биологического, социального

Вид (в биологии) - простейший разряд систематики живых организмов, имеющих общий генотип, общие морфологические признаки и дающих при скрещивании жизнеспособное потомство; например, все люди на Земле биологически относятся к одному виду

Виды мутаций: генные, хромосомные, геномные.

• Геномные: — полиплоидизация (образование организмов или клеток, геном которых представлен более чем двумя (3n, 4n, 6n и т. д.) наборами хромосом) и анеуплоидия (гетероплоидия) — изменение числа хромосом, не кратное гаплоидному набору (см. Инге-Вечтомов, 1989). В зависимости от происхождения хромосомных наборов среди полиплоидов различают аллополиплоидов, у которых имеются наборы хромосом, полученные при гибридизации от разных видов, и аутополиплоидов, у которых происходит увеличение числа наборов хромосом собственного генома, кратное n.

• При хромосомных мутациях происходят крупные перестройки структуры отдельных хромосом. В этом случае наблюдаются потеря (делеция) или удвоение части (дупликация) генетического материала одной или нескольких хромосом, изменение ориентации сегментов хромосом в отдельных хромосомах (инверсия), а также перенос части генетического материала с одной хромосомы на другую (транслокация) (крайний случай — объединение целых хромосом, т. н. Робертсоновская транслокация, которая является переходным вариантом от хромосомной мутации к геномной).

• На генном уровне изменения первичной структуры ДНК генов под действием мутаций менее значительны, чем при хромосомных мутациях, однако генные мутации встречаются более часто. В результате генных мутаций происходят замены, делеции и вставки одного или нескольких нуклеотидов, транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена. В том случае, когда под действием мутации изменяется лишь один нуклеотид, говорят о точковых мутациях. Поскольку в состав ДНК входят азотистые основания только двух типов — пурины и пиримидины, все точковые мутации с заменой оснований разделяют на два класса: транзиции (замена пурина на пурин или пиримидина на пиримидин) и трансверсии (замена пурина на пиримидин или наоборот). Возможны четыре генетических последствия точковых мутаций: 1) сохранение смысла кодона из-за вырожденности генетического кода (синонимическая замена нуклеотида), 2) изменение смысла кодона, приводящее к замене аминокислоты в соответствующем месте полипептидной цепи (миссенс-мутация), 3) образование бессмысленного кодона с преждевременной терминацией (нонсенс-мутация). В генетическом коде имеются три бессмысленных кодона: амбер — UAG, охр — UAA и опал — UGA (в соответствии с этим получают название и мутации, приводящие к образованию бессмысленных триплетов — например амбер-мутация), 4)обратная замена (стоп-кодона на смысловой кодон).

По влиянию на экспрессию генов мутации разделяют на две категории: мутации типа замен пар оснований и типа сдвига рамки считывания (frameshift). Последние представляют собой делеции или вставки нуклеотидов, число которых не кратно трем, что связано с триплетностью генетического кода.

Первичную мутацию иногда называют прямой мутацией, а мутацию, восстанавливающую исходную структуру гена, — обратной мутацией, или реверсией. Возврат к исходному фенотипу у мутантного организма вследствие восстановления функции мутантного гена нередко происходит не за счет истинной реверсии, а вследствие мутации в другой части того же самого гена или даже другого неаллельного гена. В этом случае возвратную мутацию называют супрессорной. Генетические механизмы, благодаря которым происходит супрессия мутантного фенотипа, весьма разнообразны.

Виды природных экосистем: озеро, лес, пустыня, тундра, океан, биосфера.

Виды человека в его эволюции: – Человек умелый (Homo habilis), – Человек прямоходящий (Homo erectus) – Человек разумный (Homo sapiens)

Вирусы - (от лат. virus — яд) — неклеточная (доклеточная) форма жизни, способная проникать в живую клетку и размножаться только внутри ее. Состоят из молекул ДНК или РНК, окруженных белковой оболочкой; функционируют только внутри живых клеток. Возбудители инфекционных болезней растений, животных и человека. Вирусы по своей химической структуре и биологическим функциям весьма сходны с генами, поскольку также состоят из нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и белковой оболочки. Исследование генов поставило весьма важный для решения проблемы сущности жизни вопрос о том, являются ли вирусы низкоорганизованными организмами или их надо относить к химическим веществам особой повышенной сложности. При изучении вирусов наука сталкивается с эмпирической неразличимостью на микроскопическом уровне организации материи.

Виртуальные частицы - теоретически возможные элементарные частицы, непрерывно возникающие и исчезающие в очень короткие, экспериментально не наблюдаемые, промежутки времени (во временно-энергетической формулировке — в согласии с принципом неопределенности Гейзенберга-Фока).

Витализм (от лат. vitalis — жизненный) — концепция в биологии, основывающаяся на якобы присутствующем в организме особом нематериальном начале, некоторой «жизненной силе», энтелехии (от греч. entelecheia — законченный, совершенный), направляющей жизненные явления, развитие организма. Наряду с ним существует неовитализм, отрицающий возможность причинно-механического объяснения жизненных процессов, приписывая им плановость, целенаправленность и внутреннюю, собственную закономерность.

Витамины (от лат. vita — жизнь) — 1) низкомолекулярные органические вещества различной химической природы, образующиеся в животном организме (включая человека) или поступающие с пищей в малых количествах, но абсолютно необходимые для нормального обмена веществ; многие витамины — предшественники конферментов, в составе которых они участвуют в различных ферментативных реакциях. Выделяют водорастворимые (группы В, С и Р, а также Н — биотин и РР — никотиновая кислота) витамины (поступают в организм с овощами и фруктами) и жирорастворимые (A, D, Е и филлохинон) витамины (поступают в организм с жирной пищей); 2) лекарственные препараты, содержащие витамины, которые получаются химическим или микробиологическим синтезом.

Вклад основных видов материи в её среднюю плотность во Вселенной: - обычное вещество (в основном, звёзды в галактиках) — менее 5% - «тёмное вещество» (взаимодействует с обычным веществом только гравитационно, распределено в пространстве неоднородно) - «тёмная энергия» (строго однородна, создаёт всемирное отталкивание) — более 70%

Внутреннее строение Земли - ядро внутреннее и внешнее, мантия, земная кора; методы исследования (сейсморазведка)

Возможность любых реакций элементарных частиц, не нарушающих законов сохранения (энергии, заряда и т.д.)

Возникновение океанов и атмосферы. После своего возникновения приблизительно 4600 млн. лет тому назад наша Земля, по всей вероятности, уже не меняла своей формы. Ее химический состав также остался первоначальным, однако распределение отдельных химических элементов существенно изменилось. Поверхность Земли первоначально была пустынной и не носила следов эрозии.

Первичная атмосфера Земли, возникшая из межзвездного газа, состояла преимущественно из водорода и гелия. Однако гравитация Земли не могла удержать легкие газы и значительная часть их ускользала в межпланетное пространство, а оттуда под действием солнечного ветра эти газы вытеснялись за пределы солнечной системы.

Современная «кислородная» земная атмосфера имеет вторичное происхождение. Она пополнялась и пополняется за счет газов, выделяющихся при жизнедеятельности организмов на поверхности Земли и вулканической деятельности земных недр. Биогенное происхождение имеет практически весь свободный кислород атмосферы. Видимо, лишь в течение относительно короткого времени Земля оставалась безводной. Ее гидросфера сложилась приблизительно таким же путем, как и атмосфера - сначала в виде водяных паров, которые по мере понижения температуры конденсировались и выпадали в виде осадков. Поскольку Земля находится на довольно-таки выгодном расстоянии от Солнца (в 1500 млн. километрах), температура на ее поверхности колеблется в узких пределах, главным образом оставаясь обычно несколько выше 0 . При такой температуре вода на поверхности Земли остается в жидком состоянии, что имело колоссальное значение для всей дальнейшей истории Земли, так как вода является идеальной средой для самых разных химических реакций. Как только на поверхности Земли стали задерживаться водные массы, образуя в местах депрессий сплошные водные бассейны, в эволюции нашей планеты наступил период, известный под названием океанического.

На Земле участились ураганы и грозы невиданной силы. Ливни растворяли все растворимые соли, находившиеся на поверхности Земли, а также вымывали их из горных пород. Образовавшиеся растворы выносились в мировой протоокеан и накапливались там. Таким образом, морская вода стала соленой уже очень рано.

С возникновением гидросферы и атмосферы появились новые силы, активно преобразующие лик Земли и ныне.

Возраст Вселенной — время, прошедшее с момента начала расширения, по современным оценками достигает 12–15 млрд. лет.

Возраст Земли (4600 млн. лет), методы его оценки (радиометрия земных горных пород и метеоритов)

Возрастание роли социальных эволюционных факторов (передача накопленных знаний, технологий, традиций) и ослабление биологических (движущего и дизруптивного отборов, изоляции, популяционных волн)

Волна - распространяющееся возмущение физического поля; процесс распространения изменений в состоянии среды (в частности, колебательного характера), при котором происходит перенос энергии без переноса вещества. Идеальная волна — гармоническая, изменяющаяся по синусоидальному закону.

Волновые процессы: интерференция и дифракция, поляризация и дисперсия.

Волновые свойства частиц. Дифракция электронов Гипотеза де Брой-ля: каждому материальному процессу в атоме соответствует также волновой процесс (иначе называются также волнами де Бройля). Их сущность — проявление корпускулярно-волнового дуализма материи, в связи с чем они интерпретируются как волны вероятности (задаваемые волновой функцией); их существование подтверждается, например, дифракцией электронов (и др. частиц).

Волновая функция (амплитуда вероятности) — в волновой механике, во всей квантовой физике — основная величина, описывающая состояние системы и позволяющая находить вероятности и средние значения характеризующих систему величин (энергию, импульс, координату и др.). Физический смысл имеет квадрат модуля волновой функции (так как она чаще всего оказывается комплексной величиной).

Время — 1) в парадигме современного естествознания — исходное и неопределенное понятие; 2) (в системе измерения) основано на наблюдении (или осуществлении периодически повторяющихся процессов) одинаковой длительности: так, для измерения больших интервалов времени пользуются годом. Суточное вращение Земли относительно звезд определяет звездное время, тогда как на практике в большинстве случаев пользуются солнечным временем. В конкретной географической точке (на определенной долготе, дуге большого круга) пользуются понятием местного времени, на практике заменяемого понятием условного поясного времени, отсчитываемого от Гринвичского меридиана. Так московское время оказывается временем 2-го часового пояса. Равномерная система счета времени — эфемеридное время — контролируется наблюдениями обращения Луны вокруг Земли; 3) (в философии) форма возникновения, становления, течения, разрушения в мире, а также его самого вместе со всем тем, что к нему относится. Объективное время, определенное в п. 2, следует отличать от субъективного, которое основано на осознании времени (см. Времени сознание).

Всеединство — единство Вселенной, в которой вещи в их внутренней связи и взаимодействии единое целое. Понятие всеединства существовало в элейской школе натурфилософии — «Все есть единое» («Hen kai pan») и «Бытие едино, непрерывно, цельно, неделимо и сплошь однородно» (Парменид), вообще пронизывало все античное мировоззрение в виде идеи космоцентризма (см. Греческая философия). Учение о всеединстве занимает важное место в пантеизме, монизме, а также у русских религиозных философов (Флоренского, Федорова и др.).

Вселенная — 1) (в естествознании) весь существующий материальный мир, неограниченный, по существу, в пространстве и времени, а также разнообразием форм, которые принимает материя в процессе своего развития. Вселенная, изучаемая астрономией, — часть материального мира, которая доступна наблюдениям астрономическими средствами; эту часть Вселенной часто называют Метагалактикой; 2) (в философии) содержание понятия всего существующего; все то, что существует; 3) в обыденном смысле — место вселения человека (см. в связи с этим антропный принцип).Вселенная может быть представлена в разных масштабах: микро-, макро- и мегамир.

Вселенная Эйнштейна: однородна, изотропна и равномерно заполнена материей, преимущественно в форме вещества

Вселенная, Метагалактика, разница между этими понятиями Метагалактика – часть Вселенной, доступная для наблюдений.

Второй закон Ньютона: воздействие на тело вызывает изменение его скорости (ускорение)