7..Структурные уровни и системная организация материи

Вселенная в разных масштабах: микро-, макро- и мегамир

Критерий подразделения: соизмеримость с человеком (макромир) и несоизмеримость с ним (микро- и мегамир)

Основные структуры микромира: элементарные частицы, атомные ядра, атомы, молекулы

Основные структуры мегамира: планеты, звезды, галактики

Единицы измерения расстояний в мегамире: астрономическая единица (в Солнечной системе), световой год, парсек (межзвездные и межгалактические расстояния)

Звезда как небесное тело, в котором естественным образом происходили, происходят или с необходимостью будут происходить реакции термоядерного синтеза

Атрибуты планеты:

-не звезда

-обращается вокруг звезды (например, Солнца)

-достаточно массивно, чтобы под действием собственного тяготения стать шарообразным

- достаточно массивно, чтобы своим тяготением расчистить пространство вблизи своей орбиты от других небесных тел

Галактики — системы из миллиардов звезд, связанных взаимным тяготением и общим происхождением

Наша Галактика, её основные характеристики:

- гигантская (более 100 млрд. звёзд)

-спиральная

-диаметр около 100 тыс. световых лет

Пространственные масштабы Вселенной: расстояние до наиболее удалённых из наблюдаемых объектов более 10 млрд. световых лет Вселенная, Метагалактика, разница между этими понятиями.

Системные уровни организации материи

Целостность природы

Системность природы

Существование систем - как результат взаимодействий их компонентов

Аддитивные свойства систем (аддитивность)

Интегративные свойства систем (интегративность)

Совокупности, не являющиеся системами, например, созвездия (участки звездного неба, содержащие группы звёзд с характерным рисунком) и др.

Иерархичность природных структур как отражение системности природы: структуры данного уровня входят как подсистемы в структуру более высокого уровня, обладающую интегративными свойствами

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

Редукционизм и витализм как примеры несистемного подхода к взаимоотношениям системных уровней организации материи

Иерархические ряды природных систем:

физических (фундаментальные частицы — составные элементарные частицы атомные ядра — атомы — молекулы — макроскопические тела)

химических (атом — молекула — макромолекула - вещество)

астрономических (звезды с их планетными системами — галактики скопления галактик — сверхскопления галактик)

Структуры микромира

Элементарные частицы

Фундаментальные частицы - по современным представлениям, не имеющие внутренней структуры и конечных размеров (например, кварки, лептоны) Частицы и античастицы Принцип Паули. Классификация элементарных частиц:

по массе:

с нулевой массой (фотон);

лёгкие (лептоны);

тяжёлые (адроны)

по времени жизни:

стабильные (протон, электрон, нейтрино),

нестабильные (свободный нейтрон)

резонансы (нестабильные короткоживущие)

по зарядам (электрическому, цветовому, гравитационному - масса)

по спину: бозоны (с целочисленным спином — фотон, мезоны) и фермионы (с полуцелым спином — все лептоны, кварки, барионы), подчиняющиеся принципу Паули

Бозонная природа частиц-переносчиков фундаментальных взаимодействий. Вещество как совокупность устойчивых фермионных структур (кварки - нуклоны — атомные ядра — атомы с их электронными оболочками).

Размеры и масса ядра в сравнении с атомом

Виртуальные частицы

Физическое поле как совокупность реальных и виртуальных частиц. Физический вакуум как наинизшее по энергии состояние физических полей, в которых отсутствуют реальные частицы

Процессы в микромире

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

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

Естественная радиоактивность — явление самопроизвольного распада атомных ядер, его вероятностный характер

Основные виды радиоактивного распада: альфа- и бета-распады, деление.

Энергия связи ядра (дефект массы)

Выделение энергии при радиоактивном распаде.

Цепная реакция деления ядер (исходные ядра ► дочерние ядра + нейтроны ► деление других ядер, стимулированное образующимися нейтронами)

Реакции синтеза легких атомных ядер.

Выделение энергии в реакциях ядерного синтеза в сравнении с реакциями

деления ядер.

Термоядерные реакции, необходимые для них условия (чрезвычайно высокие температура и давление).

Естественные термоядерные реакторы – звезды

Энергия связи нуклонов в ядре в сравнении с энергией связи электронов в атоме

8..СОВРЕМЕННАЯ ХИМИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

Атом

Изотопы

Невозможность классического описания поведения электронов в атоме

Дискретность электронных состояний в атоме

Организация электронных состояний атома в электронные оболочки

Переходы электронов между электронными состояниями как основные атомные процессы (возбуждение и ионизация) Химический элемент Молекула

Вещества: простые и сложные (соединения)

Понятие о качественном и количественном составе вещества

Катализаторы

Биокатализаторы (ферменты)

Полимеры

Мономеры

Периодический закон Д. И. Менделеева

Периодическая система как графическое отображение периодического закона: периоды (физический смысл номера периода), группы (физический смысл номера группы)

Реакционная способность веществ

Химический процесс

Тепловые эффекты процессов (экзо-, эндотермические)

Понятие о химической кинетике

Факторы, влияющие на реакционную способность веществ: влияние концентрации -

закон действующих масс

Факторы, влияющие на реакционную способность веществ: влияние температуры -

правило Вант-Гоффа

Энергия активации (энергетический барьер реакции)

Факторы, влияющие на реакционную способность веществ: катализ

Понятие об автокатализе

Состояние равновесия и условия его смещения: принцип Ле Шателье