- •Основы современного естествознания введение
- •Раздел 1. Тематический план дисциплины
- •Раздел 2.
- •Краткий курс лекций
- •Лекция 1.
- •Естествознание в мировой культуре
- •1. Предмет, задачи, структура курса «Основы современного естествознания».
- •2. Естествознание в системе форм общественного сознания.
- •3. Философия, математика, гуманитарные и естественные науки и их объекты
- •4. Естественнонаучная и гуманитарная культуры. Специфика и взаимосвязь естественнонаучного и гуманитарного типов культур
- •5. Проблема постнеклассического межкультурного диалога естественных и гуманитарных наук
- •Лекция 2. Особенности физического описания реальности Современные представления о движении, пространстве и времени.
- •1. Идеальные образы объектов реального мира (твердое тело, материальная точка, частица, вакуум, среда, поле, вихрь, волна)
- •2. Физические характеристики идеальных объектов и представление о способах их описания ( масса; заряды и их действие на расстоянии; заряды как источники полей; «свободные» поля, суперпозиция полей)
- •3. Единицы физических величин
- •Лекция 3. Современные представления о движении, пространстве и времени
- •1. Движение и его виды. Относительность движения
- •2. Законы сохранения и их роль в формировании научной картины мира (законы сохранения энергии, импульса и момента импульса)
- •3. Пространство и время как основные свойства материи
- •Лекция 4. Понятие теплоты и термодинамический способ описания действительности
- •1. Термодинамические системы и их макроскопические храктеристики
- •2. Теплота и механическая работа (закон сохранения энергии)
- •3. Обратимые и необратимые процессы. Равновесное состояние и флуктуации. Закон возрастания энтропии
- •4. Неравновесные системы и их характеристики
- •Реакция Белоусова-Жаботинского
- •5. Бифуркации и аттракторы. Спонтанная самоорганизация в природе и обществе
- •Лекция 5. Квантовые представления о строении вещества и физическая Вселенная
- •1. Квантовые представления о строении вещества (фотоэффект и эффект Комптона, опыты по дифракции электронов и фотонов).
- •2. Современные представления о строении атома (волновые свойства атомов и молекул; лазерное излучение)
- •3. Соотношение неопределенностей и квантово-волновой дуализм
- •4. Представление об элементарных частицах и их взаимодействии. Ядерные взаимодействия. Атомная и термоядерная энергетика
- •5. Квантовая инженерия в наномире
- •Лекция 6. Элементарные частицы и физический эксперимент
- •1. Современные ускорители
- •2. Рождение и аннигиляция элементарных частиц
- •3. Виды взаимодействий элементарных частиц
- •4. Теория кварков
- •Лекция 7. Элементы современной космологии (физическая Вселенная)
- •1. Космические объекты и методы их исследования
- •2. Солнечная система в мире галактик
- •3. Модель Большого взрыва
- •4. Звезды и их эволюция
- •5. Земля в свете антропного принципа
- •Геохронологическая и стратиграфическая шкалы
- •Географическая оболочка Земли
- •Лекция 8. Система современного химического знания
- •1. Химия как наука, современная химическая картина мира (структурные уровни организации материи с точки зрения химии).
- •2. Основные понятия и законы химии (периодический закон и его значение)
- •3. Классификация химических веществ
- •§ 2. Теория строения органических соединений
- •§ 3. Классификация органических соединений
- •§ 4. Высокомолекулярные соединения (полимеры)
- •4. Теория химического строения вещества. Взаимосвязь между строением, свойствами и реакционной способностью вещества
- •Лекция 9. Растворы. Химическая идентификация
- •1. Растворы и их особенности
- •2. Химическая идентификация
- •3. Химические процессы (реакции)
- •4. Химия экстремальных состояний
- •Лекция 10. Современная химия: экономический и социальный аспекты
- •1. Масштабы современного химического производства
- •2. Проблемы сырьевых ресурсов и химия
- •Металлы и их коррозия
- •3. Химические процессы и материалы (традиционные материалы - дерево, стекло, керамика; применение металлов и сплавов, силикатных материалов, полимеров, биологически активных веществ)
- •6.11. Традиционные материалы с новыми свойствами
- •Синтетические материалы.
- •4. Материалы для создания носителей информации. Химия и нанотехнологии
- •5. Химико-энергетические процессы в природе и технике (альтернативные виды топлива, «зеленая химия»)
- •Аккумуляторы для сотовых телефонов. Эффект памяти
- •А теперь подведем итоги.
- •Лекция 11. Роль химии в современном обществе
- •1. Экологические и социальные аспекты химии
- •2. Проблема переработки вторичных ресурсов
- •3. Химия и окружающая среда
- •4. Защита биосферы от химических загрязнений
- •5. Роль химии в решении проблем устойчивого развития цивилизации
- •Лекция 12. Особенности современного биологического знания и его эволюция
- •1. Биология как наука и особенности биологического познания мира
- •2. Фундаментальные и частные биологические теории
- •3. Традиционный, физико-химический, эволюционный и биоинженерный периоды развития биологии. Основные достижения биологии в эти периоды
- •4. Генетическая революция в биологии
- •5. Синергетическая теория эволюции (глобальная эволюция)
- •6. Этические проблемы современной биологии
- •Лекция 13. Современные концепции происхождения и сущности жизни
- •1. Феномен жизни и его исследование
- •2. Отличительные особенности живой и неживой материи
- •3. Основные концепции происхождения жизни
- •5. Идея трансформации биосферы в ноосферу и глобальный эволюционизм
- •Лекция 14. Концепция структурных уровней организации живой материи
- •1. Уровни организации живой природы: молекулярно-генетический, онтогенетический, надорганизменный (популяционно-видовой), популяционно-биоценотический (биогеоценотический)
- •2. Биосферный уровень организации живой материи
- •3. В.И. Вернадский о роли «живого вещества»
- •4. Материальные основы появления жизни на Земле
- •Концепция происхождения живого по гипотезе Опарина-Холдейна
- •5. Возникновение и роль многоклеточных организмов в формировании биосферы Земли Лекция 15. Человек, его место и роль в едином социоприродном комплексе
- •1. Человек как единство биологического, социального и духовного. Генезис человека
- •2. Факторы, закономерности и этапы антропосоциогенеза
- •3. Культура как фактор регуляции (агрессии) человека
- •4. Социобиология и проблема геннокультурной коэволюции
- •5. Биологические предпосылки возникновения социальности человека. Роль социальных факторов в становлении человека
- •4. Перспективы исследования космобиосоциальной сущности человека в современной биологии
- •Биокатализ
- •Генные технологии
- •8 8. Проблемы клонирования
- •2. Достижения и возможные негативные последствия биотехнологий
- •3. Поиск путей развития общества, сохраняющих целостность природы Глава 11 гармония трудовой деятельности людей и природы
- •11.1. Обновление энергосистем
- •11.2. Промышленность, автотранспорт и окружающая среда
- •11.3. Города и природа
- •11.4. Решение проблем утилизации
- •11.5. Перспективные материалы, технологии и окружающая среда
- •4. Ресурсы биосферы и демографические проблемы
- •Лекция 17. Социальное измерение современного естествознания
- •1. Роль научного знания на современном этапе развития общества
- •2. Нелинейное освоение культурой результатов научной деятельности
- •3. Наука и сми
- •5.4. Экологические проблемы сегодня
- •4. Естествознание как основа современных технологий
- •5. Проблема моделирования социокультурных явлений
- •Раздел 3.
- •Семинар 2 . Взаимодействие естественнонаучного и гуманитарного знания
- •Семинар 4. Концепции термодинамики
- •Семинар 5 . Квантовые представления о строении вещества и физическая Вселенная
- •Семинар 6 . Элементарные частицы и физический эксперимент
- •Семинар 7 . Элементы современной космологии (физическая вселенная)
- •Раздел 2. Химия в контексте устойчивого развития общества Семинар 8. Система современного химического знания
- •Семинар 9 . Растворы. Химическая идентификация
- •Семинар 10. Современная химия: экономический и социальный аспекты
- •Семинар 11. Роль химии в современном обществе
- •Раздел 3. Специфика, структура и проблемное поле современного биологического познания Семинар 12 . Особенности современного биологического знания и его эволюции
- •Семинар 13 . Современные концепции происхождения и сущности жизни
- •Семинар 14. Концепция структурных уровней организации живой материи
- •Семинар 15. Человек, его место и роль в едином социоприродном комплексе
- •Семинар 16 . Социальный аспект биологического познания
- •Заключение. Социальное измерение современного естествознания Семинар 17. Перспективы развития естествознания и гуманитарных наук в 21 веке
- •3.2. Перечень вопросов к экзамену (зачету)
- •3.3. Учебно-методические материалы по дисциплине
2. Химическая идентификация
Под идентификацией понимают процесс отожествления или установления совпадений чего-либо с чем-либо. В химии идентификацией называют процесс установления химического состава вещества. Этими вопросами занимается аналитическая химия, которая изучает количественный и качественный состав веществ.
Качественный анализ позволяет установить из каких химических элементов, ионов, групп атомов и молекул состоит анализируемое вещество. Количественный анализ направлен на установление количественных соотношений составных частей химических соединений, растворов или смесей веществ. Качественный анализ всегда предшествует количественному в процессе исследования состава вещества.
Методы идентификации разделяют на три группы: химические, физические и физико-химические.
К химическим методам анализа веществ относятся методы, основанные на химических реакциях, протекающих в растворах.
Наибольшее значение имеют следующие реакции: реакции нейтрализации; реакции комплексообразования; реакции осаждения; реакции окисления, восстановления; реакции выделения и поглощения газов.
В результате химических превращений образуются новые соединения, обладающие специфическими свойствами: физическим состоянием (жидкость, газ, осадок); растворимостью в воде; характерными качествами (цвет, запах, вкус и др.). Такие реакции носят название качественных на соответствующие ионы, группы атомов или молекул, что позволяет определить состав вещества.
Количественные соотношения ионов, атомов и их групп определяют с помощью гравиметрического и титриметрического методов анализа.
Гравиметрический метод в своей основе имеет закон сохранения массы веществ при химических превращениях. Он состоит в измерении массы определяемого вещества или его составных частей, выделяемых в чистом виде либо в виде точно известного состава.
Тиириметрический метод основан на титровании, которое состоит в смешивании точно измеренного объема анализируемого раствора с добавленным стандартным раствором реагента при одновременном наблюдении за изменениями в системе. На основе закона эквивалентов для растворов электролитов по объему стандартного раствора реагента, израсходованному на полное протекание реакции вычисляется содержание определяемого вещества.
Физико-химические методы анализа построены на измерении физических свойств, которые можно обнаружить в результате химических реакций. Широкое распространение получил метод фотоколориметрии, использующий способность окрашенного определяемого вещества поглощать электромагнитное излучение видимой части спектра. На основе величины оптической плотности, изменяющейся в процессе химической реакции, можно определить концентрацию поглощающего вещества.
Большую роль играют такие физические методы как: спектральные и электрохимические.
Спектральные методы имеют следующие разновидности – рентгеновская спектроскопия; инфракрасная спектроскопия.
К электрохимическим методам относятся потенциометрия, кондуктометрия.
Особую роль в химической идентификации играет качественный анализ. Существует два способа химического анализа качественного состава вещества- сухой и мокрый.
Качественный анализ сухого вещества осуществляется следующими методами: а) испытание образца на окрашивание пламени; б) методом образования окрашенных перлов; в) термическим разложением вещества (анализ выделенных продуктов).
Реакции в качественном химическом анализе очень часто проводят в растворах, что позволяет назвать данные методы мокрыми. Растворы полученные с использованием определенного растворителя (воды, кислоты и др. растворителей) анализируют при помощи качественных реакций или реагентов. В качестве реагентов используют вещества, которые вызывают характерные превращения исследуемых веществ.
В зависимости от количества вещества необходимого для анализа различают макроанализ (проба более 100 мг); полумикроанализ (проба от 10 до 100 мг); микроанализ (проба менее 10 мг); ультрамикроанализ (проба менее 0,01 мг).
В результате качественных реакций могут происходить превращения, которые приводят к образованию нерастворимых соединений; характерному окрашиванию исследуемого раствора; образование газообразных веществ с характерными свойствами.
Аналитические реакции проводят с реактивами, образующими характерные прдукты реакции, которые легко уствновить. Зная состав образовавшегося продукта реакции, делают выводы о наличии в составе анализируемого вещества того или иного элемента.
Существует также метод качественных реакций на ионы. Он основан на том, что избыток ионов какого-либо вещества обнаруживается с помощью индикаторов, способных менять свою окраску.