Лекции по "Концеции современного естествознания"

2) Закон объёмных отношений  гласит, что объёмы газов, вступающих  в химическую реакцию, находятся  в простых отношениях друг  к другу и к объёмам газообразных  продуктов реакции. Другими словами,  отношение объёмов, в которых  газы участвуют в реакции, соответствует  отношению небольших целых чисел.  Измеряя при одинаковых условиях  объёмы водорода, хлора и хлористого  водорода, Гей-Люссак нашёл, что  один объём водорода и один  объём хлора, соединяясь, дают  два объёма хлористого водорода, т. е. отношение объёмов равно  1: 1: 2. Сходная картина имеет место  и при других реакциях с  участием газов. Этот закон  сыграл важную роль в создании  атомно-молекулярной теории. Он послужил  толчком для открытия Авогадро  закона, с помощью которого Авогадро  впервые сделал правильный вывод  о составе молекул простых  газов (H2, Cl2, N2 и т.д.) и строго  разграничил понятия атома и  молекулы. Когда молекулярные формулы  всех газов точно известны, отыскание  отношения объёмов газов, вступающих  между собой в реакцию, уже  не требует сложных измерений.  Так, из уравнения синтеза хлористого  водорода из водорода и хлора  Н2 + Cl2 = 2HCl легко видеть, что отношение  объёмов газов в этом случае  равно 1: 1: 2.

Закон Авога́дро — одно из важных основных положений химии, гласящее, что «в равных объёмах  различных газов, взятых при одинаковых температуре и давлении, содержится одно и тоже число молекул». Второе следствие из закона Авогадро: молярная масса первого газа равна произведению молярной массы второго газа на относительную  плотность первого газа по второму.

Закон Пруста - Открыл гидроокиси металлов, показал, что металлы могут  образовывать более одного оксида и  сульфида. Выделил из виноградного сока глюкозу.

Закон постоянства состава  один из основных законов химии: каждое определённое химическое соединение, независимо от способа его получения, состоит из одних и тех же элементов, причём отношения их масс постоянны, а относительные количества их атомов выражаются целыми числами.

 

27. Теория химического  строения А. Бутлерова

 

Русский химик, академик Петербургской  Академии Наук (с 1874 г.), председатель Отделения  химии Русского физико-химического  общества (1878-1882), почетный член многих научных обществ. Родился в 1828 г. в Чистополе, в 1849 г. окончил Казанский  университет. Работал там же: с 1857 г.- профессор, в 1860 и 1863 - ректор. С 1868 г. профессор Петербургского университета.

Занимаясь изучением углеводородов, Бутлеров понял, что они представляют собой совершенно особый класс химических веществ. Анализируя их строение и свойства, ученый заметил, что здесь существует строгая закономерность. Она и  легла в основу созданной им теории химического строения.

Основные идеи теории химического  строения Бутлеров впервые высказал в 1861[->5]. Главные положения своей  теории он изложил в докладе «О химическом строении вещества», прочитанном  в химической секции Съезда немецких естествоиспытателей и врачей в  Шпейере.

Основные положения теории химического строения

Атомы в молекулах соединены  друг с другом в определенной последовательности согласно их валентностям. Последовательность межатомных связей в молекуле называется ее химическим строением и отражается одной структурной формулой (формулой строения).

1. Химическое строение  можно устанавливать химическими  методами. (В настоящее время используются  также современные физические  методы).

2. Свойства веществ зависят  от их химического строения.

3. По свойствам данного  вещества можно определить строение  его молекулы, а по строению  молекулы - предвидеть свойства.

4. Атомы и группы атомов  в молекуле оказывают взаимное  влияние друг на друга. 

Теория Бутлерова явилась  научным фундаментом органической химии и способствовала быстрому ее развитию. Опираясь на положения  теории, А.М. Бутлеров дал объяснение явлению изомерии, предсказал существование  различных изомеров и впервые  получил некоторые из них.

 

28. Периодическая система  Д. И. Менделеева

 

Периоди́ческая систе́ма хими́ческих элеме́нтов (табли́ца Менделе́ева) — классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных  свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим  выражением периодического закона, установленного русским химиком Д. И. Менделеевым  в 1869 году. Её первоначальный вариант  был разработан Д. И. Менделеевым  в 1869—1871 годах и устанавливал зависимость  свойств элементов от массового  числа атомов (или их атомной массы).

До открытия Д. И. Менделеева в науке уже были предприняты  попытки классифицировать химические элементы по определенным признакам.

Предшественники Д. И. Менделеева, отмечая сходство некоторых элементов, объединили их в отдельные группы или классы. Например, разделение элементов  на два класса — металлы и неметаллы  — оказалось неточным, потому что  есть химические элементы с двойственными  свойствами — как металлов, так  и неметаллов.

Важным этапом в работе по созданию классификации химических элементов было объединение сходных  элементов в естественные семейства, например щелочные металлы, галогены.

Однако все ученые, пытаясь  классифицировать химические элементы, искали сходство между элементами одного семейства, но не могли себе представить, что все элементы тесно связаны  друг с другом.

Гениальное подтверждение  того, что все химические элементы взаимосвязаны, сделал выдающийся русский  химик Д. И. Менделеев, который сравнил  их на основе двух свойств: атомной  массы и валентности, т. е. способности  образовывать известные формы соединений (оксиды, водородные соединения и др.).

Сущность открытия Менделеева заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов  их свойства меняются не монотонно, а  периодически. После определённого  количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Например, натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото похоже на серебро и медь. Разумеется, свойства не повторяются в точности, к ним  добавляются и изменения. Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации  элементов у Менделеева была не одна, а две — атомная масса и  химическое сходство. Для того, чтобы  периодичность полностью соблюдалась, Менделеевым были предприняты очень  смелые шаги: он исправил атомные массы  некоторых элементов, несколько  элементов разместил в своей  системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими (например, таллий, считавшийся  щелочным металлом, он поместил в третью группу согласно его фактической  максимальной валентности), оставил  в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы. В 1871 году на основе этих работ Менделеев  сформулировал Периодический закон[->6] (фундаментальный закон, устанавливающий  периодическое изменение свойств  химических элементов в зависимости  от увеличения зарядов ядер их атомов.), форма которая со временем была несколько  усовершенствована.

Периодическая система Д. И. Менделеева стала важнейшей вехой  в развитии атомно-молекулярного  учения. Благодаря ей сложилось современное  понятие о химическом элементе, были уточнены представления о простых  веществах и соединениях.

 

29. 4 этапа становления  химии как науки

 

1. Предалхимический период: до III в. н.э.

В предалхимическом периоде  теоретический и практический аспекты  знаний о веществе развиваются относительно независимо друг от друга. Происхождение  свойств вещества рассматривает  античная натурфилософия, практические операции с веществом являются прерогативой ремесленной химии.

2. Алхимический период: III - XVI вв.

Алхимический период, в  свою очередь, разделяется на три  подпериода: Соловьев Ю.И. История химии. Развитие химии с древнейших времён до конца XIX века. - М.: Просвещение, 1983.

· александрийскую,

· арабскую

· европейскую алхимию.

Алхимический период - это  время поисков философского камня, считавшегося необходимым для осуществления  трансмутации металлов.

В этом периоде происходит зарождение экспериментальной химии  и накопление запаса знаний о веществе; алхимическая теория, основанная на античных философских представлениях об элементах, тесно связана с астрологией  и мистикой. Наряду с химико-техническим "златоделием" алхимический период примечателен также и созданием  уникальной системы мистической  философии.

3. Период становления (объединения): XVII - XVIII вв.

В период становления химии  как науки происходит её полная рационализация. Химия освобождается от натурфилософских и алхимических взглядов на элементы как на носители определённых качеств. Наряду с расширением практических знаний о веществе начинает вырабатываться единый взгляд на химические процессы и в полной мере использоваться экспериментальный  метод. Завершающая этот период химическая революция окончательно придаёт  химии вид самостоятельной науки, занимающейся экспериментальным изучением  состава тел.

4. Период количественных  законов (атомно-молекулярной теории): 1789 - 1860 гг.

Период количественных законов, ознаменовавшийся открытием главных  количественных закономерностей химии - стехиометрических законов, и формированием  атомно-молекулярной теории, окончательно завершает превращение химии  в точную науку, основанную не только на наблюдении, но и на измерении.

5. Период классической  химии: 1860 г. - конец XIX в.

Период классической химии  характеризуется стремительным  развитием науки: создаётся периодическая  система элементов, теория валентности  и химического строения молекул, стереохимия, химическая термодинамика  и химическая кинетика; блестящих  успехов достигают прикладная неорганическая химия и органический синтез. В  связи с ростом объёма знаний о  веществе и его свойствах начинается дифференциация химии - выделение её отдельных ветвей, приобретающих  черты самостоятельных наук.

 

30. Сущность и происхождение  жизни

 

Вопросы о происхождении  природы и сущности жизни издавна  стали предметом интереса человека в его стремлении разобраться  в окружающем мире, понять самого себя и определить свое место в природе.

Многовековые исследования и попытки решения этих вопросов породили разные концепции возникновения  жизни: креационизм - сотворение жизни  Богом; концепция самопроизвольного  зарождения из неживого вещества; концепция  стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда и концепция внеземного происхождения жизни в результате развития физических и химических процессов.

Концепция креационизма, по существу, научной не является, поскольку  она возникла в рамках религиозного мировоззрения. Она утверждает, что  жизнь такова, какова она есть, потому что такой ее сотворил Бог. Тем  самым практически снимается  вопрос о научном решении проблемы происхождения и сущности жизни. Тем не менее, эта концепция продолжала и продолжает пользоваться довольно большой популярностью.

Остальные концепции появляются позже, но вплоть до XIX века ни одна из них  не смогла сформировать единую биологическую  картину мира и тем самым дать приемлемое объяснение происхождению  жизни.

В XIX веке в биологии возникли концепции механистического материализма и витализма - вершина биологии того времени, между которыми началась ожесточенная борьба идей о происхождении и  сущности жизни. Механистический материализм  не признавал качественной специфики  живых организмов и представлял  жизненные процессы как результат  действия химических и физических процессов. Противоположной точкой зрения стал витализм (от лат. vitalis - жизненный), который  объяснял качественное отличие живого от неживого наличием в живых организмах особой «жизненной силы», отсутствующей  в неживых предметах и не подчиняющейся  физическим законам.

в 60-е годы XIX века в развернувшейся между Ф.А. Пуше и Л. Пастером дискуссии, потребовавшей экспериментальных  исследований, удалось строго научно обосновать несостоятельность этой концепции. Опыты Пастера продемонстрировали, что микроорганизмы появляются в  органических растворах в силу того, что туда были ранее занесены их зародыши.

В 1908 г. шведский химик Сванте Аррениус поддержал гипотезу происхождения  жизни из космоса. Он высказал мысль, что жизнь на Земле началась тогда, когда на нашу планету из космоса  попали зародыши жизни.

Таким образом, на протяжении веков менялись взгляды на эту  проблему, но наука все еще далека от ее решения. Как и сто, и двести лет назад, сегодня продолжаются споры о сущности жизни: является ли она просто чрезвычайно упорядоченным  состоянием обычных атомов и молекул, из которых состоит «живое вещество», или существуют пока не открытые элементарные «частицы жизни», переводящие обычные  химические и физические вещества в  живое состояние. Веских доказательств  и аргументов в пользу справедливости той или иной точки зрения нет, и выбор позиции определяется внутренними убеждениями каждого  участника спора.

 

31. Синтетическая теория  эволюции

 

Синтетическая теория эволюции (СТЭ) — современная эволюционная теория, которая является синтезом различных дисциплин, прежде всего, генетики и дарвинизма. СТЭ также  опирается на палеонтологию, систематику, молекулярную биологию и другие.