35. Синергетическая парадигма

Синергетическая парадигма. Такая новая научная картина мира позволяет более глубоко моделировать процессы в системах, способных к само­развитию и самоорганизации, а значит и более адекватно восп­ринимать мир бытия и прогнозировать его развитие.

Основным содержанием этой парадигмы является осознание принципиальной возможности возникновения порядка из бес­порядка в результате процессов самоорганизации, нелинейности неравновесных процессов и появления устойчивых неравновес­ных состояний. Это позволяет уйти от простых физических мо­делей классической механики и термодинамики, использовать единый подход к описанию сложных реальных систем живой, неживой и социальной природы на основе современного мате­матического аппарата.

36. Физические и химические процессы

Химические процессы, протекающие в веществе, отличаются и от физических процессов, и от ядерных превращений. В физических процессах каждое из участвующих веществ сохраняет неизменным свой состав (хотя вещества могут образовывать смеси), но могут изменять внешнюю форму или агрегатное состояние.

В химических процессах (химических реакциях) получаются новые вещества с отличными от реагентов свойствами, но никогда не образуются атомы новых элементов. В атомах же участвующих в реакции элементов обязательно происходят видоизменения электронной оболочки.

37. Развитие химических знаний

Уровни развития химического знания.

Первый уровень научных химических знаний начался с работ Р. Бойля (1660-е годы): свойства вещества определяются его составом. Химический элемент как предел разложения вещества. Законы стехиометрии: сохранения массы вещества, постоянства состава, простых кратных отношений. Атомно - молекулярное учение. Простые и сложные вещества. Вещество – однородный вид материи, каждая частица которой имеет одинаковые физические свойства. Молекула –

наименьшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства.

Мономеры и полимеры. Атом – химически неделимая частица. При

физических процессах молекулы вещества сохраняются, при химических –

разрушаются. Химический элемент как совокупность атомов с одинаковым

зарядом ядра. Изотопы – это разновидности химического элемента,

имеющие одинаковый заряд ядра, но различные массовые числа. Закон и

периодическая система Д.И. Менделеева. Физический смысл номеров

периода и группы.

Второй уровень развития химических знаний (середина XIX века):

свойства вещества и их качественное разнообразие обуславливаются составом и

структурой молекул. Возникновение структурной химии: работы Д.Дальтона,

И.Я.Берцелиуса, А. Кекуле, A.M.Бутлерова. Развитие органического синтеза в

1960–80-е гг. Из каменноугольной смолы и аммиака были получены новые

красители – фуксин, анилиновая соль, а позднее – взрывчатые вещества и

лекарственные препараты (аспирин и др.). Структурная химия неорганических

соединений ищет пути получения кристаллов для производства

высокопрочных материалов с заданными свойствами, обладающими

качествами, предъявляемыми современным уровнем развития науки и техники.

Третий уровень химических знаний (середина XX века): учение о

химических процессах и механизмах изменения вещества. Свойства вещества

зависят от термодинамических и кинетических условий, в которых вещество

находится в процессе химической реакции. Экзотермические и

эндотермические реакции. Обратимые и необратимые химические реакции.

Большинство химических реакций – сложные цепи последовательных

стадий. Закон Я.Вант-Гоффа и принцип А.Ле-Шателье. Зависимость хода

химических процессов от структурно-кинетических факторов: от строения

исходных реагентов, концентрации, температуры, наличия катализаторов и др.

Четвертый уровень химических знаний (с 1970-х годов): свойства

вещества зависят от высоты химической организации вещества. Основа

лаборатории живого организма – биокатализ. Подражание живой природе –

химия будущего. Создание катализаторов по принципу ферментов. Изучение

брожения – один из первых опытов изучения химии живой природы. Пути

освоения каталитического опыта живой природы: исследование в области

металлокомплексного катализа, моделирование биокатализаторов,

исследования в области иммобилизованных систем, применение принципов

биокатализа в химической технологии. Отбор химических элементов в ходе

эволюции. Теории химической эволюции и биогенеза.

38. алхимия и химия 39. Структура химии Соприкосновение Х. с др. науками порождает специфические области взаимного их проникновения. Так, области перехода между Х. и физикой представлены физической химией и химической физикой. Между Х. и биологией, Х. и геологией возникли особые пограничные области — геохимия, биохимия, биогеохимия, молекулярная биология. Важнейшие законы Х. формулируются на математическом языке, и теоретическая Х. не может развиваться без математики. Х. оказывала и оказывает влияние на развитие философии и сама испытывала и испытывает её влияние.

Исторически сложились два основных раздела Х.: неорганическая химия, изучающая в первую очередь химические элементы и образуемые ими простые и сложные вещества (кроме соединений углерода), и органическая химия, предметом изучения которой являются соединения углерода с др. элементами (органические вещества). До конца 18 в. термины «неорганическая Х.» и «органическая Х.» указывали лишь на то, из какого «царства» природы (минерального, растительного или животного) получались те или иные соединения. Начиная с 19 в. эти термины стали указывать на присутствие или отсутствие углерода в данном веществе. Затем они приобрели новое, более широкое значение. Неорганическая Х. соприкасается прежде всего с геохимией и далее с минералогией и геологией, т. е. с науками о неорганической природе. Органическая Х. представляет отрасль Х., которая изучает разнообразные соединения углерода вплоть до сложнейших биополимерных веществ; через органическую и биоорганическую химию Х. граничит с биохимией и далее с биологией, т. е. с совокупностью наук о живой природе. На стыке между неорганической и органической химией находится область элементоорганических соединений.

49. Понятие биосферы биосфера представляет собой единство объектов живой и нежи­вой природы, вовлеченных в сферу жизни. Два основных компо­нента биосферы — живые организмы и среда их обитания — не­прерывно взаимодействуют и влияют друг на друга. Как мы рас­сматривали в гл. 14, воздействие биотических (живых) факторов на абиогенные условия в значительной мере изменяет физиче­ское, химическое и геологическое состояния нашей планеты. Именно поэтому биосферу нельзя рассматривать отдельно от не­живой природы, а только в единой совокупности со средой оби­тания живых организмов — гидросферой, атмосферой и верхней частью литосферы, которые обеспечивают их необходимыми компонентами жизни — водой, кислородом, минеральными ве­ществами и микроорганизмами. Можно даже сказать, что окру­жающая среда выступает неким регулятором жизненных процес­сов, причем не только в поставке необходимых веществ и кон­тактном взаимодействии, но и во влиянии совокупности полей различной природы, обладающих энергетическими и информа­ционными характеристиками.

Таким образом, биосфера — это вся совокупность связанных между собой биологическим круговоротом веществ и энергий биогеоценозов на поверхности Земли. С этим круговоротом связана миграция атомов химических элементов — их биогеохи­мические циклы, в ходе которых атомы большинства химиче­ских элементов проходят бесчисленное число раз через живое вещество. Так, например, весь кислород атмосферы совершает кругооборот в природе через живое вещество за 2000 лет, угле­кислый газ — за 200—300 лет, а вся вода биосферы за 2 млн лет. Разные организмы в разной степени способны аккумулировать из среды обитания различные элементы: содержание углерода в растениях в 200 раз, азота — в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Состав, структура и энергетика биосферы опреде­ляются совокупной деятельностью живых организмов. В раз­личных природных условиях биосфера принимает вид относи­тельно независимых комплексов — биогеоценозов. Биосфера распространена неравномерно по земной поверхности, верхняя ее граница — 25—30 км, нижняя (в земной коре) — до 2—3 км, в воде — до 3—10 км

50. Роль энергии в эволюции Основным естественным внешним источником энергии, ис­пользуемой для поддержания жизни, является энергия излуче­ния Солнца. Однако биосфера получает лишь небольшую часть всей солнечной энергии, поступающей на Землю. Ультрафиоле­товая часть солнечного спектра, составляющая около 30% всей этой энергии, практически полностью задерживается озоновым слоем атмосферы. Половина достигающей Земли энергии пре­вращается в тепло и затем рассеивается в космическое простран­ство. Около 20% энергии Солнца расходуется на испарение воды с огромных пространств океанов и морей и образование облаков в атмосфере Земли, и лишь около 0,02% используется биосфе­рой (рис. 16.1).

Зеленые растения усваивают эту энергию непосредственно, поглощая молекулы хлорофилла в процессе фотосинтеза, преоб­разуют ее и запасают в виде энергии химической связи различ­ных соединений в объектах живой природы. Это основной пер­вичный процесс усваивания энергии Солнца, и от него зависит все существование биосферы. Животные, поедая растения, а хищники — травоядных животных, получают эту энергию, сжи­гая сахара, другие биологические накопители энергии и питательные вещества с использованием кислорода. Сама переработ­ка пищи в организме также сопровождается выделением энергии, часть ее запасается в форме энергии химических связей и затем может быть использована для совершения работы. Та­ким образом, животные не получают нужную им энергию непо­средственно от Солнца.

Удовлетворение в целом энергетических потребностей живых организмов осуществляется в условиях равновесия, которое воз­никает между организмами в рамках возникающих экосистем.