3. Концепции химии, геологии и синергетики

А

Автокатализ - химическая реакция, в которой для синтеза определенного вещества требуется присутствие этого же вещества, которое, ускоряя химическую реакцию, играет роль катализатора.

Алюмосиликаты - группа породобразующих минералов класса силикатов, алюмокремниевых соединений главным образом растительного происхождения.

Атмосфера - 1. Газообразная оболочка планеты, на Земле включающая смесь различных газов, водяных паров и пылевых (аэрозольных) частиц; обычно делится на тропосферу, стратосферу, мезосферу и термосферу; в биосферу входит тропосфера - надземная и подземная. 2. Как экологический компонент - слой воздуха в подпочве, почве и над ее поверхностью, в пределах которого наблюдается взаимное влияние всех экологических компонентов (включая сам воздух). Современная А. (в 1 и 2 знач.) - в значительной степени продукт живого вещества биосферы. Полное обновление кислорода планеты живым веществом происходит за 5200-5800 лет, а вся его масса проходит через живые организмы приблизительно за 2000 лет. Атмосферная углекислота проходит через живые организмы за 300 - 395 лет. А. у земной поверхности в основном состоит из азота - 78,08%, кислорода -20,29%, аргона - 0,93%, водяного пара - 0,2 -2,6% и углекислого газа - 0,03%.

Аттрактор - притягивающее множество; компактное подмножество фазового пространства динамической системы, все траектории из некоторой окрестности которого стремятся к нему при t стремящемуся к бесконечности.

Аэрация - естественное или искусственное поступление воздуха в какую-нибудь среду (воду, почву и т.д.). Так, аэрация воды - это обогащение воды кислородом воздуха.

Аэробный - процесс, происходящий в присутствии кислорода.

Б

Бифуркация (лат. - раздвоение) - критическая пороговая точка, в которой происходит качественное изменение поведения объекта. Точка ветвления траектории движения (изменения) неравновесной системы в момент ее структурной перестройки. В точках бифуркации система находится одновременно как бы в двух состояниях и предсказать ее детерминированное поведение невозможно.

В

Валентность (лат. - сила) - способность атома к образованию химических связей с другими атомами, определяемая количеством электронов на внешней оболочке.

Время релаксации - характерное время установления термодинамического равновесия.

Г

Геохронология - учение о хронологической последовательности формирования и возрасте горных пород, слагающих земную кору.

Гетерогенная система – неоднородная химическая система, состоящая из двух или более фаз.

Гидросфера - совокупность всех водных объектов земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, подземных вод, ледников и снежного покрова.

Гидрофильность - способность вещества (материала) смачиваться водой.

Гидрофобность - неспособность вещества (материала) смачиваться водой.

Гомогенный - однородный по своему составу.

Гомогенная система - однородная химическая система, состоящая из одной фазы.

Д

Детерминированный хаос (динамический хаос) - состояние открытой нелинейной системы, когда возможно появление состояния (бифуркации), в котором эволюция системы имеет вероятностный характер. При этом нелинейные системы как бы «выбирают сами» различные траектории развития. Детерминированность проявляется в виде упорядоченного в целом движения (между бифуркациями), а хаос - в непредсказуемости появления этого упорядоченного движения в определенном месте в определенное время.

Диссипативная структура - пространственно-временная структура, упорядоченность и когерентность которой поддерживается благодаря достаточному потоку энергии и столь же интенсивной ее диссипации.

Диссипация (лат. - рассеяние) - переход энергии упорядоченного движения в энергию хаотического движения (теплоту).

Диссоциация (лат. dissociatio - разъединение) - распад частицы (молекулы, радикала, иона) на несколько более простых частиц.

З

Закон Гесса - «При химическом процессе выделяется всегда одно и то же количество тепла, независимо от того, протекает ли процесс в одну стадию или несколько стадий».

Закрытая система - химическая система, обменивающаяся с окружающей средой веществом, энергией, информацией.

И

Изолированная система - химическая система, в которой отсутствует обмен с окружающей средой веществом, энергией, информацией.

Изомеры (от изо и греч. meros - доля, часть) - химические соединения, одинаковые по молярной массе и составу, но различающиеся по строению или расположению атомов в пространстве и, следовательно, по свойствам.

Изоморфизм (греч. - равной формы) - способность различных, но родственных по химическому составу веществ кристаллизоваться в одинаковых структурах при одном типе химической связи, способность атомов различных веществ замещать друг друга в кристаллических решетках, образуя соединения переменного состава (твердые растворы замещения, вычитания, отклонения от стехиометрии).

Ингибиторы (лат. inhebio - удерживаю) - вещества, снижающие скорость химических, в том числе и ферментативных, реакций или подавляющие их.

Ионы (греч. ion - идущий) - электрически заряженные частицы, образующиеся из атомов (молекул) в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов.

Ионосфера - верхние слои атмосферы от 50 до 80 км, содержит большое число свободных ионов и электронов.

К

Катализ - возбуждение химических реакций или изменение скорости их протекания посредством добавления особых веществ - катализаторов, не участвующих непосредственно в реакции, но изменяющих ход ее протекания.

Катализатор - вещество, которое влияет на химическую реакцию, ускоряющее ее, оставаясь в итоге в неизменном количестве.

Кислотные осадки - атмосферные осадки (дождь, снег), подкисленные (рН ниже 5,6) из-за повышенного содержания в воздухе промышленных выбросов, главным образом SO₂, NO₂, HC1 и др.

Климат (греч. klima «наклон») - усреднённые во времени погодные характеристики за период 100 лет.

Когерентность (лат. - находящийся в связи) - согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов. Если разность фаз колебаний остается постоянной или меняется по строго определенному закону, то такие колебания называются когерентными. Если разность меняется беспорядочно и быстро по сравнению с периодом колебаний, то такие колебания являются некогерентными.

Когерентное излучение лазера - согласованное протекание процесса излучения, после достижения лазером рабочей температуры. То есть все световые волны объединяются в единый цуг волны.

Когерентные структуры - области пространства, где соблюдаются условия когерентности; согласованное протекание процессов.

Л

Лазер (англ.) - оптический квантовый генератор, дающий возможность усиливать свет в результате вынужденного излучения источник оптического когерентного излучения с высокой направленностью и большой плотностью энергии.

Ламинарное течение (лат. - пластинка, полоска) - течение, при котором жидкость или газ движется слоями без перемешивания.

Литосфера (от лито и сфера) - внешняя сфера "твердой" Земли, включающая земную кору и верхнюю часть подстилающей ее мантии.

М

Макромолекула - молекула полимера, содержащая большое число мономеров, соединенных химическими связями.

Мантия Земли - оболочка "твердой" Земли, расположенная между земной корой и ядром Земли.

Метаморфизм - процесс существенного изменения структуры, текстуры и минерального состава горных пород под воздействием температуры и давлений.

Молекула (лат. - уменьшительное от массы) - наименьшая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами.

Н

Начало изменения первичной атмосферы - появление растительных организмов привело к изменению атмосферы. Вторичная атмосфера (современная) азотно – кислородная.

Начало интенсивного заселения материков - 3,8 млрд. л. Назад живые организмы выходят на сушу и заселяют материки.

Необратимые процессы - физические процессы, в которых система проходит через неравновесные состояния (неоднородности распределения плотности вещества, температуры, давления, концентрации и т.д.). Неоднородность системы приводит к необратимым процессам.

Неравновесные процессы (состояния) - физические процессы, которые самопроизвольно могут протекать только в одном направлении - в сторону равномерного распределения вещества, теплоты и т.д. (диффузия, теплопроводность, вязкое течение жидкости, газа).

Неравновесные фазовые переходы - переходы из одной фазы в другую в неравновесных системах или условиях.

О

Открытые системы - системы, которые могут обмениваться веществом, энергией и информацией с окружающей средой.

П

Пангея - гипотетический суперконтинент, объединяющий в палеозое и начале мезозоя все современные материки.

Парниковый эффект - нагрев внутренних слоев атмосферы, прозрачных для спектра солнечных лучей, но поглощающих тепловое излучение Земли.

Периодические реакции - периодическое изменение какого-либо параметра (цвета в реакции Белоусова - Жаботинского) В результате или ходе химических реакций при определенных условиях.

Принцип Ле Шателье - внешнее воздействие, выводящее систему из термодинамического равновесия, вызывает в ней процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздействия.

Р

Равновесие - состояние физической системы, в котором она при неизменных внешних условиях или под воздействием разных противоположно направленных и взаимно уничтожающихся сил может пребывать сколь угодно долго; все точки механической системы неподвижны по отношению к данной системе отсчета.

Равновесная система - изолированная система, в которой господствует тенденции роста энтропии и среднестатистического распределения элементов, при неизменных внешних воздействиях может пребывать сколь угодно долго.

Реакция Белоусова-Жаботинского - открытая в 1951 г. химическая реакция, в которой при определенном соотношении компонентов при перемешивании происходят такие концентрационные колебания, что цвет реакции периодически самопроизвольно изменяется. В синергетике является классическим примером самоорганизации системы от хаоса к порядку.

С

Самоорганизация - целенаправленный процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы; свойством самоорганизации обладают объекты различной природы: клетка, организм, биологическая популяция, биогеоценоз, человеческий коллектив и др.

Самоорганизующаяся система - система без специфического воздействия извне приобретающая какую либо пространственную, временную или функциональную структуру.

Свободная энергия (термодинамический потенциал Гельмгольца) - определяется как разность между внутренней энергией системы и произведением энтропии на температуру Т: F = U - TS, величину TS называют связанной энергией.

Синергетика - теория самоорганизации. Возникшее в 70-х гг. междисциплинарное научное направление (И.Р. Пригожин, Г. Хакен и др.), занятое поиском общих принципов самоорганизации систем самой различной природы (физических, биологических, социальных и т. д.). Под самоорганизацией в синергетике понимают процессы спонтанного перехода открытых неравновесных систем от менее к более упорядоченным формам организации (переход от хаоса к порядку). Указывается, что развитие осуществляется через неустойчивость (хаотичность); подчеркивается нелинейный характер развития большинства известных науке систем, из чего следует многовариантность возможных путей эволюции любой системы, а также ее необратимый характер.

Синергетическая информация - такая, которая приводит к порождению совместных, согласованных, кооперативных действий системы.

Система открытая - система обменивающаяся с окружающей средой веществом, энергией и информацией, способна творить порядок из хаоса путем локализации структур, отбора информации из шума, если в ней малы потери.

Состав первичной атмосферы Земли - углекислый газ с добавками аммиака, метана, паров воды и нескольких инертных газов.

Сродство к электрону - способность некоторых атомов и молекул присоединять добавочный электрон и превращаться в отрицательный ион. Мерой сродства служит выделяющаяся при этом энергия.

Стабильность биосферы - способность биосферы противостоять внутренним возмущениям, включая антропогенные воздействия.

Т

Теплота - энергетическая характеристика процесса теплообмена, dQ = CdT, где С- теплоемкость, dT - изменение температуры; неупорядоченная форма работы; является функцией процесса, т.е. зависит не только от начального и конечного тела, но и от вида процесса.

Термодинамика - раздел физики, изучающий наиболее общие свойства тел, в которых происходит обмен энергией в тепловых процессах и процессах переноса и превращение теплоты в другие ее виды.

Термодинамическая система - макроскопическая система состоящая из большого количества частиц и выделенная из окружающей среды при помощи перегородок (реальных или мысленных).

Турбулентное течение (лат. - бурный, беспорядочный) - хаотическое движение жидкости и газа, при котором частицы совершают неупорядоченные перемещения по сложным траекториям, когда происходит перемешивание потока вещества.

Ф

Фаза (греч. - появление) - отдельная стадия в развитии какого-либо явления или процесса в природе или обществе. В физике - состояние колебательного процесса в определенный момент времени. В химии (металловедении) - однородная по химическому составу и физическим свойствам часть термодинамической системы.

Ферментативный катализ - ускорение химических реакций за счет ферментов.

X

Хаос (греч.) - в древнегреческой философии беспредельная первобытная масса, неупорядоченная первопотенция мира, из которой образовалось впоследствии все существующее. В общем смысле - полный беспорядок, нарушение последовательности, стройности. В физику понятие хаоса ввели Больцман и Гиббс.

Химическая кинетика - раздел химии, объясняющий качественные и количественные изменения химических процессов; учение о скоростях и механизмах химических реакций.

«Химические часы» - периодическая, временная структура, для которой характерно внезапное изменение цвета пока система далека от термодинамического равновесия.

Химический потенциал - параметр термодинамического состояния системы, играющий роль силы при перераспределении масс компонентов и приводящий к переходу компонента от фазы с большим его значением к фазе с меньшим значением; вычисляется как производная от энергии Гиббса по его массе при постоянных температуре, давлении и массах других компонентов.

Химия - наука, изучающая процессы превращения молекул при взаимодействиях и воздействии на них внешних факторов, во время которых образуются новые химические связи.

Ц

Цель - это результат, ожидаемый от функционирования системы, продукт самоорганизации, самоорганизующая перспектива развития системы, или структуры-аттракторы систем.

Э

Экзогенный - вызываемый причинами внешнего происхождения.

Экзотермическая (реакция) - химическая реакция, протекающая с выделением тепла (энергии).

Эндогенный - внутреннего происхождения, вызванный внутренними причинами.

Эндотермические химические реакции - реакции, идущие с поглощением тепла (энергии).

Энергия (греч. - действие) - общая количественная мера различных форм движения материи, мера различных процессов и видов взаимодействия, всякое изменение в свойствах вещества, дающее ему возможность производить работу; имеет размерность работы, связывает воедино все явления природы.

Энергия Гиббса - один из термодинамических потенциалов G, определяется разностью между энтальпией Н и произведением энтропии S на температуру Т: G = Н - TS. Изотермический процесс без затраты внешних сил может самопроизвольно идти только в сторону уменьшения энергии Гиббса.

Энтальпия - (от греч. entalpo – нагреваю), однозначная функция Н состояния термодинамической системы при независимых параметрах энтропии и давления. При постоянном давлении изменение энтальпии равно количеству теплоты, подведённой к системе, поэтому энтальпию часто называют тепловой функцией или теплосодержанием.

Энтропия (греч. - поворот, превращение) - термодинамическая функция S, характеризующая меру внутренней неупорядоченности системы; в изолированной системе энтропия остается постоянной при обратимых процессах и в равновесии, максимальна или возрастает - при необратимых; равна отношению в равновесном процессе количеству теплоты Q к термодинамической температуре Т: dS = Q/dT, описывает направление термодинамического процесса. Введена Клаузиусом (Р. Эмануэль) в 1865 г. и широко используется в физике, химии, биологии, теории информации и в целом в современном естествознании.

Я

“Ячейки Бенара” - пространственная диссипативная структура, напоминает пчелиные соты.