Научное знание в своих процессах интеграции и дифференциации, а именно в их единстве, являются важной закономерностью развития науки.
Наука как система знаний в своем развитии прошла длинный путь, и превратилась из науки включающей в себя от двух десятков научных дисциплин, таких как философия, геометрия, астрономия, география, медицина и пр., до науки – сложной и разветвленной системы объединяющей около пятнадцати тысяч различных научных дисциплин.
Развитию науки способствовали такие вехи в истории как изобретение телескопа, микроскопа, что позволило человеку заглянуть глубже в мир природных объектов и расширить свои знания.
Рост научного знания привел к тому, что в общей науке начали выделяться различные ее направления, разделы и подразделы, таким образом, происходил процесс дифференциации, при этом возникают смежные естественно-научные дисциплины, такие как биохимия, физическая химия и другие.
На современном этапе развития естествознания можно отметить, что процессы дифференциации уступили место лидерства интегративным процессам. Интеграция естественно-научного познания становиться ведущей закономерностью его развития, что находит свое проявление в различных формах. Так, например, процесс интеграции можно обнаружить в организации исследований на стыке смежных научных дисциплин, в разработке научных методов, таких как хроматография или спектральный анализ, применяемых и в качественной химии и используемый в биологических анализах. Интеграция характерна для теории и принципов, к единству которых сейчас сводят все бесконечное разнообразие явлений природы, так в физике происходит процесс объединения всех типов фундаментальных взаимодействий. Интеграция проявляется и в решение многих научных проблем, где необходим комплексный подход, где необходимо применить знания из нескольких научных сфер.
Таким образом, процессы дифференциация и интеграция в развитии естествознания это не взаимоисключающие, а взаимодополняющие тенденции в развитии научного познания.
Гелиоцентрическая система Н. Коперника и ее значение для естествознания
Главный труд выдающегося польского ученого Николая Коперника (1473-1543) - создание гелиоцентрической системы опубликованной в книге «Об обращении небесных миров», явилось итогом его наблюдений и размышлений в течение более 30 лет. В итоге, в результате сложных математических вычислений Н.Коперник показал, что Земля - только одна из планет, а все планеты обращаются вокруг Солнца.
Изыскания Н.Коперника позволило изменить ложный взгляд на устройство Вселенной, которое существовало в странах почти полтора тысячелетия. Это ложное учение Птолемея утверждало, что Земля неподвижно покоится в центре Вселенной. Такое длительное существование учение Птолемея и его непоколебимость можно объяснить тем, что последователи Птолемея в угоду церкви придумывали все новые «разъяснения» и «доказательства» движения планет вокруг Земли, чтобы сохранить «истинность» и «святость» его ложного учения, но это привело только к тому, что система Птолемея приобрела статус надуманности и искусственности.
В своей книге Н.Коперник утверждает, что Земля и другие планеты - это спутники Солнца. Он показывает, что именно движение Земли вокруг солнца и ее суточным вращением вокруг своей оси объясняется видимое движение Солнца. Коперник объяснял, что мы воспринимаем движение далеких небесных тел так же, как и перемещение различных предметов на Земле. Нам кажется, что Солнце движется вокруг Земли, на самом деле Земля движется вокруг Солнца и в течение года совершает полный оборот по своей орбите.
Коперник полагал, что Вселенная ограничена сферой неподвижных звезд, которые расположены на невообразимо огромных, конечных расстояниях от нас и от Солнца. В учении Коперника утверждалась огромность Вселенной и бесконечность ее. Коперник также впервые в астрономии не только дал правильную схему строения Солнечной системы, но и определил относительные расстояния планет от солнца и вычислил период их обращения вокруг него.
Учение Н.Коперника о солнечной системе – гелиоцентрическое - утверждалось в жесточайшей борьбе с религией, которое подрывало основы религиозного мировоззрения и открывало широкий путь к научному познанию явлений природы.
Принципиальное отличие этой системы мира от прежних теорий состояло в том, что в ней концепция единого однородного пространства и равномерности течения времени обрела реальный эмпирический базис. Признав подвижность Земли, Коперник в своей теории отверг все ранее существовавшие представления о ее уникальности, «единственности» центра вращения во Вселенной. Тем самым теория Коперника не только изменила существовавшую модель Вселенной, но и направила движение естественно-научной мысли к признанию безграничности и бесконечности пространства.
Квантово-полевая физическая картина
В основе современной квантово-полевой картины мира лежит новая физическая теория - квантовая механика, описывающая состояние и движение микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми на опыте. Законы квантовой механики составляют фундамент изучения строения вещества. Они позволяют выяснить строение атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов, изучить свойства элементарных частиц.
В соответствии с квантово-полевой картиной мира любой микрообъект, обладая волновыми и корпускулярными свойствами, не имеет определенной траектории движения и не может иметь определенных координат и скорости (импульса). В квантовой механике, в отличие от классической физики, поведение каждой микрочастицы подчиняется нединамическим, а статистическим законам.
Общая картина реальности в квантово-полевой картине мира как бы двупланова: с одной стороны, в нее входят характеристики исследуемого объекта, а с другой - условия наблюдения, от которых зависит определенность этих характеристик. Это означает, что картина реальности в современной физике является не только картиной объекта, но и картиной процесса его познания.
Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они всегда выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов, которые способствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей. Таким образом, в основе мира лежат случайность, вероятность.
Химическая картина мира
На основе системы химических наук складывается химическая картина мира - взгляд на природу с точки зрения химии, определяющий при этом место и роль химических объектов и процессов во всем реальном природном многообразии. Содержание химической картины мира включает:
· обобщенное знание о том, что представляют собой объекты живой и неживой природы со стороны их химического содержания, например, учение о многообразии частиц вещества, о его химической организации;
· представление о происхождении всех основных типов природных объектов, их естественной эволюции;
· зависимость химических свойств природных объектов от их структуры;
· общие закономерности природных процессов как процессов химического взаимодействия реагирующих веществ не только друг с другом, но и с окружающей средой;
· знание о специфических объектах, синтезируемых в практической деятельности химика.
Теория биохимической эволюции жизни (теория Опарина - Холдейна)
В 1924 году А.И. Опарин высказал предположение, что около 4,5 млрд. лет назад атмосфера земли содержала аммиак, метан, углекислый газ и пары воды. Вследствие электрических разрядов в земной атмосфере на планете могли возникнуть простейшие органические соединения, а, следовательно, зародилась жизни. А.И. Опарин считал, что эти процессы могли происходить до тех пор, пока температура Земли не опустилась ниже 100°C, до тех пока вся вода находилась в парообразном состоянии, а атмосфера имела восстановительные свойства, то есть отсутствие в атмосфере кислорода было необходимым условием возникновения жизни.
Гипотеза А.И.Опарина о возникновении жизни на Земле опирается на представление о постепенном усложнении химической структуры и морфологического облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живым организмам. На стыке моря, суши и воздуха создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки подобно водным растворам желатина. А.И.Опарин назвал эти сгустки коацерватными каплями или коацерватами. Коацерваты - это обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры.
Гипотеза Опарина была доказана в 1955 году американским исследователем С.Миллером, который пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот. Таким образом, в середине XX века был экспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных и органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли.
Подобную гипотезу о возникновении жизни в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам, то есть теорию происхождения первых живых существ из неживой материи разрабатывали Дж. Холдейн и Р. Бейтнер. Дж. Холдейн говорил: «Я полагаю, что обмен у первых организмов был направлен - а у первых синтетических организмов будет направлен - на синтез нуклеиновых кислот, способных служить матрицей в синтезе белка, а также на синтез одного или более белков, катализирующих образование нуклеиновых кислот и белков»
Но все-таки более детально теория была разработана советским биохимиком академиком А. И. Опариным в его книге «Возникновение жизни».
Теория этногенеза Л.Н. Гумилева
Механизм эволюции этносов, предложенный Гумилевым, близок синергетическому: воздействие извне (солнечное излучение), появление «пассионариев», точка бифуркации, становление и развитие этноса. Гумилев объясняет социальное развитие с помощью энергии Солнца. Солнце посылает импульсы, они приводят к так называемому пассионарному толчку. Пассионарный толчок приводит к появлению некоторого числа энергичных (пассионарных) личностей, а они, формируют этнос, ведя всех людей за собой.
Этногенез включает следующие этапы:
1) подъем - динамичная фаза;
2) «перегрев», надлом - акматическая фаза. Здесь этнос достигает своей высшей точки силы, после которой начинается спуск вниз.
3) переход в нормальное состояние - инерционная фаза. Главным становится лозунг «будь самим собой», каждый проявляет свою индивидуальность.
4) обскурация - фаза затухающих колебаний. Лозунг этой фазы: «будь, как все», продолжается рост культуры и накопление материальных ценностей, а этнос достигает гомеостаза. Природа или консервируется, или деградирует (в этом случае этнос гибнет). Забвение прошлого и настоящего ради будущего, приводит к губительным восстаниям и крушению. Гибель настигает этнос через 1200 лет под слиянием собственного разложения или нашествия других молодых и энергичных этносов.
При снижении солнечной активности защитные свойства ионосферы снижаются и отдельные кванты или пучки энергий могут пролететь невысоко над земной поверхностью; при этом они дадут жесткое излучение по своему пути, а оно, как известно, вызывает мутации.
Являясь частью живой биомассы, человек подвержен всем законам развития живого, в том числе, - закону группировки во внутривидовые таксоны, как группируются в популяции все виды живого на Земле, адаптируясь во вмещающих ландшафтах местообитания. Основой такой группировки служат трофические цепи перераспределения энергии (трофические цепи питания) в биоценозах вмещающих ландшафтов. Именно звенья этих трофических цепей определяют положение живых систем в биосфере планеты Земля и дают живым организмам биохимическую энергию для их функционирования. Этот естественнонаучный взгляд на природу системных процессов, протекающих в человеческих сообществах, лежит в основе биогеографической концепции этногенеза Л. Н. Гумилева.
Представители вида Homo sapiens, подобно всем иным видам живого, должны группироваться в своеобразные энергетические таксоны, в системы с функциональными характеристиками популяций. Структуры, состоящие из подобных систем, Л. Н. Гумилев отождествил с этносами. Сообщества человека популяционного уровня входят в сверхсистемы биоценозов.
Человек и природа: глобальные экологические проблемы
Влияние человечества на природу с появлением производства всё увеличивается, особенно значительно человек стал влиять на окружающую среду с развитием промышленных предприятий. При не полном сгорании углеродистых веществ в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий в воздух попадает, например, оксида углерода, что способствует повышению температуры на планете и как следствие к созданию парникового эффекта. А это в свою очередь приводит к глобальному изменению климата, засухам и наводнениям, и замечено таяние ледников в Антарктиде. Соединение фтора и хлора источниками, которых являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, органических красителей, и т.д., поступают в атмосферу в виде газообразных веществ и разрушают ее слои.
Помимо того, что выбросы вредных веществ приводят к гибели окружающей флоры и фауны, но и также усугубляют жизнь человека на планете Земля.
Еще одна проблема экологического характера – это загрязнение Мирового океана. Загрязнение вод нефтью и нефтепродуктами поступающих в моря и реки, с бытовыми и ливневыми стоками, а также при авариях на буровых, растекающихся по поверхности в виде пленки, губительно действует на всего живое в океане.
Разрушение озонового слоя атмосферы, а именно озона, являющегося важным компонентом, защищающего человека от вредных веществ, которые поступают из космоса. Разрушая этот слой человека, постепенно приводит себя к гибели.
Также в последнее время встает еще одна проблема – кислотные атмосферные осадки, выпадающие на поверхность, что приводит повышению кислотности почвенного покрова, что снижает плодородие почв и как следствие снижение урожайности и истощение почв. В связи с этим вносятся все большее количество удобрений, а это прямо сказывается на здоровье людей.
Сегодня запущенные процессы уже сложно остановить, поэтому человечеству нужно изменить сознание об использовании природных ресурсов, осознать проблемы охраны окружающей среды. Экологическое отношение человека к природе вместе с преобразующей силой самой Природы поможет избежать плачевных последствий.
Список литературы
1. Горелов А. А. Концепции современного естествознания. - М.: Центр, 1997. - 208 с.
2. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов / Под ред. проф. В.Н. Лавриненко, проф. В.П. Ратникова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. - 317 с.
3. Кунафин М. С. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. Изд-е. – Уфа, 2003. – с. 485
Отсутствие в химии теоретических основ, позволяющих точно предсказывать и рассчитывать протекание химических реакций, не позволяло ставить её в ряд с науками, обосновывающими само бытие. Поэтому высказывание Д.И. Менделеева о химическом понимании мирового эфира не только не было востребовано в начале 20 века, но и оказалось незаслуженно полностью забыто на целое столетие. Связано ли это с тогдашним революционным переворотом в физике, который захватил и увлёк большинство умов в 20 веке в изучение квантовых представлений и теории относительности, сейчас уже не так важно. Жаль только, что выводы гениального учёного, к тому же признанного в то время, не пробудило качественно другие философско-методологические принципы, отличные от философских принципов, которые, кстати, в изобилии фигурировали в рассуждениях физиков.
Объяснение столь нежелательного забвения скорее всего связано с распространением редукционистских течений, вызванных возвеличением физики. Именно сведение химических процессов к совокупности физических как бы прямо указывало на ненужность химических воззрений при анализе первооснов бытия. Кстати, когда химики пытались защитить специфику своей науки доводами о статистическом характере химических взаимодействий в отличие большинства взаимодействий в физике, обусловленных динамическими законами, физики тут же указывали на статистическую физику, которая якобы более полно описывает подобные процессы.
Специфика химии терялась, хотя наличие строгой геометрии связей взаимодействующих частиц в химических процессах вносило в статистическое рассмотрение специфический для химии информационный аспект.
Анализ сущности информационно-фазового состояния материальных систем резко подчёркивает информационный характер химических взаимодействий. Вода как химическая среда, оказавшись первым примером информационно-фазового состояния материальных систем, соединила в себе два состояния: жидкое и информационно-фазовое именно по причине близости химических взаимодействий к информационным.
Вакуум как электромагнитная среда физического пространства, проявившая свойства информационно-фазового состояния, скорее всего, ближе к среде, в которой протекают процессы, по форме напоминающие химические. Поэтому химическое понимание мирового эфира Д.И. Менделеева становится чрезвычайно актуальным. Давно замеченное терминологическое совпадение при описании соответствующих процессов превращения частиц в химии и в физике элементарных частиц как реакций дополнительно подчёркивает роль химических представлений в физике.
Предполагаемая взаимосвязь между информационно-фазовыми состояниями водной среды и электромагнитной среды физического вакуума свидетельствует о сопутствующих химическим процессам изменениях в физическом вакууме, что, вероятно, и ощущал Д.И. Менделеев в своих экспериментах.
Следовательно, в вопросе о природе мирового эфира химия в каких-то моментах выступает даже определяющей по отношению к физическому воззрению.
Поэтому говорить о приоритете физических или химических представлений в выработке научной картины мира, вероятно, не стоит.
Химия – наука о веществах и их превращениях, которые сопровождаются изменением состава и строения вещества. Эти процессы осуществляются на границе микро- и макромира.
Как самостоятельная наука химия начинает развиваться с середины XVII века. Научному этапу развития химии предшествовал период алхимии. Это явление культуры связывается с попытками получить «совершенные» металлы – золото и серебро – из «несовершенных» металлов с помощью гипотетического вещества – «философского камня» или эликсира. Не смотря на очевидную невозможность осуществить это превращение, алхимия стимулировала развитие химических технологий (металлургия, стеклоделие, производство керамики, бумаги, спиртных напитков) и открытие способов получения новых химических веществ.
Научный этап развития химии принято делить на четыре периода, в каждом из которых формируется концептуальная система знаний:
а) учение о составе вещества (сер. 17 – сер. 18 вв.) – изучает зависимость свойств веществ от химического состава (состава молекулы);
б) учение о структуре вещества (структурная химия) (сер. 18 – сер. 20 вв.) – изучает зависимость свойств веществ от строения молекулы;
в) учение о химических процессах (сер. 20 в.) – изучаются механизмы протекания химических реакций, а также процессы их ускорения (катализ);
г) эволюционная химия (последние 25-30 лет) - изучает химические процессы в живой природе, процессы самоорганизации химических систем.
3.1.1 Учение о составе вещества
В основе классической химии лежит концепция атомизма, которая была сформулирована еще в античной философии Левкипом, Демокритом и Эпикуром. На основе атомизма в середине 19 века были сформулированы основные положения атомно-молекулярного учения.
Вещества состоят из молекул. Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. Молекулы отличаются между собой составом, размерами, физическими и химическими свойствами.
Молекулы находятся в непрерывном движении; между ними существует взаимное притяжение и отталкивание. Скорость движения молекул зависит от агрегатного состояния веществ.
При физических явлениях состав молекул остается неизменным, при химических реакциях из одних молекул образуются другие.
Молекулы состоят из атомов. Свойства атомов одного элемента отличаются от свойств атомов других элементов. Атомы характеризуются определенными размерами и массой. Масса атома, выраженная в атомных единицах массы (а.е.м.) называется относительной атомной массой.
1 а.е.м. = 1,667 10 -27 кг.
Атомно-молекулярное учение позволило объяснить основные понятия и законы химии. Понятие «химический элемент» предложил Р.Бойль, обозначение химических элементов символами предложил в 1814 г. Й. Берцелиус. Химический элемент – определенный вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Заряд ядра численно равен порядковому номеру элемента в периодической системе. В настоящее время известно 118 химических элементов, из них 94 обнаружены в природе, остальные 24 получены искусственно в результате ядерных реакций.
Атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Химические свойства элемента определяются строением его атома. Отсюда следует определение атома, соответствующее современным представлениям: Атом - это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного атомного ядра и отрицательно заряженных электронов.
Изотопы – атомы одного и того же химического элемента, имеющие разную массу и, соответственно, различное количество нейтронов в ядре. Изотопы могут быть стабильными, т.е. их ядра не подверженными самопроизвольному распаду, и радиоактивными, которые способны превращаться в атомы других элементов до тех пор, пока не образуется стабильный изотоп (Уран-238 Свинец-206).
Аллотропия – способность элементов существовать в виде различных простых веществ, отличающихся физическими и химическими свойствами. Аллотропия может быть результатом образования молекул с различным числом атомов (например, атомарный кислород O, молекулярный кислород O 2 и озон O 3) или образования различных кристаллических форм (например, графит и алмаз). В результате аллотропии из 118 элементов образуется около 400 простых веществ.
Молекула - это наименьшая частица данного вещества, обладающая его химическими свойствами. Понятие молекула ввел итальянский ученый А.Авогадро. В 1811 году он предложил молекулярную теорию строения вещества.
Химические свойства молекулы определяются ее составом и химическим строением. Размеры молекул определяются их массой и структурой и у больших молекул могут достигать 10 -5 см. В настоящее время известно свыше 18 млн. видов молекул разных веществ.
Химическая формула - это условная запись состава вещества с помощью химических знаков и индексов. Химическая формула показывает, атомы каких элементов и в каком отношении соединены между собой в молекуле.
Основные хи мические законы.
Закон сохранения массы (М.В.Ломоносов, А.Л.Лавуазье): масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. С точки зрения атомно-молекулярного учения в результате химических реакций атомы не исчезают и не возникают, а происходит их перегруппировка (химическое превращение). Поскольку число атомов до и после реакции остается неизменным, то их общая масса также изменяться не должна. Исходя из закона сохранения массы, можно составлять уравнения химических реакций и по ним производить расчеты. Этот закон является основой количественного химического анализа.
В начале 20 века
формулировка закона сохранения массы
подверглась пересмотру в связи с
появлением теории относительности (см.
п.2.4.1), согласно которой масса тела
зависит от его скорости и, следовательно,
характеризует не только количество
материи, но и ее движение. Полученная
телом энергия
E
связана с увеличением его массы
m
соотношением
E
=
m
c 2
, где с - скорость света. Это соотношение
не используется в химических реакциях,
т.к. 1 кДж энергии соответствует изменению
массы приблизительно на 10 -11
г и
m
практически не может быть измерено.
Однако в ядерных реакциях, где изменение
энергии
Е
в миллионы раз больше, чем в химических
реакциях,
m
следует учитывать.
Закон постоянства состава вещества :
Согласно закону постоянства состава, всякое химически чистое вещество имеет постоянный качественный и количественный состав независимо от способа его получения. Качественный и количественный состав вещества показывает химическая формула. Например, независимо от того, каким способом получено вещество вода (Н 2 О), оно имеет постоянный состав: два атома водорода и один атом кислорода.
Из закона постоянства состава следует, что при образовании сложного вещества элементы соединяются друг с другом в определенных массовых соотношениях.
В настоящее время установлено, что этот закон всегда выполним для соединений с молекулярной структурой. Состав же соединений с немолекулярной структурой (с атомной, ионной и металлической кристаллической решеткой) не является постоянным и зависит от условий получения.
Закон кратных отношений (Дж. Дальтон) - если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то массы элементов соотносятся между собой как небольшие целые числа.
Например: в оксидах азота N 2 O, N 2 O 3 , NO 2 (N 2 O 4), N 2 O 5 число атомов кислорода, приходящихся на два атома азота, относятся между собой как 1: 3: 4: 5.
Закон объемных отношений (Гей-Люссак )- объемы газов, вступающих в химические реакции, и объемы газов, образующихся в результате реакции, относятся между собой как небольшие целые числа. Следовательно, стехиометрические коэффициенты в уравнениях химических реакций для молекул газообразных веществ показывают, в каких объемных отношениях реагируют или получаются газообразные вещества. Например:
2CO
+ O
2
2CO
2
При окислении двух объемов оксида углерода (II) одним объемом кислорода образуется 2 объема углекислого газа, т.е. объем исходной реакционной смеси уменьшается на 1 объем.
Закон Авогадро - в равных объемах любых газов, взятых при одной и той же температуре и при одинаковом давлении, содержится одно и то же число молекул. Согласно этому закону:
одно и то же число молекул различных газов при одинаковых условиях занимает одинаковые объемы;
1моль любого идеального газа при нормальных условиях (0°C = 273°К, 1 атм = 101,3 кПа) занимает одинаковый объем 22,4 л.
Французский химик А.Л. Лавуазье впервые попытался систематизировать химические элементы в соответствии с их массой. Английский химик Дж.Дальтон ввел понятие атомная масса и явился создателем теории атомного строения. В 1804 году он предложил таблицу относительных атомных масс водорода, азота, углерода, серы и фосфора, приняв за единицу атомную массу водорода. В настоящее время атомная масса измеряется относительно 1/12 массы атома изотопа углерода.
Работу по изучению свойств атомов продолжил Д.И. Менделеев и в 1869 г. сформулировал периодический закон и разработал Периодическую систему химических элементов. Периодический закон был сформулирован в следующем виде: «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов». В качестве системообразующего фактора Д.И.Менделеев использовал массу химического элемента. В Периодической системе Д.И. Менделеева насчитывалось 62 элемента.
Квантовая механика уточнила, что свойства химических элементов и их соединений определяются зарядом атомного ядра. Современная формулировка периодического закона химических элементов: свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атома и определяются периодически повторяющимися однотипными электронными конфигурациями их атомов.
Реакционная способность атома химического элемента определяется количеством электронов на внешней оболочке атома.
Валентность – свойства атомов одного элемента образовывать определенное число связей с атомами других элементов. Осуществляют химические связи между атомами электроны, расположенные на внешней оболочке и связанные с ядром наименее прочно. Их назвали валентными электронами. Определить валентность (число валентных электронов) можно по таблице Д.И.Менделеева, зная номер группы, в которой находится химический элемент.
Электроотрицательность – свойство атома в соединении притягивать к себе валентные электроны. Чем сильнее атом оттягивает к себе электроны, тем больше его электроотрицательность. Степень окисления - условный заряд, который образуется на атоме, если учесть, что электрон при образовании связи переходит полностью к более электроотрицательному атому. Максимальная степень окисления элемента определяется номером группы в таблице Менделеева.
Атомы в молекулах связаны между собой химическими связями, которые образуются за счет перераспределения валентных электронов между атомами. При образовании химической связи атомы стремятся приобрести устойчивую (завершенную) внешнюю электронную оболочку. Химическая связь – вид фундаментального электромагнитного взаимодействия. Образование химической связи происходит за счет притяжения положительных и отрицательных зарядов, которые образуются на атоме при потере или смещении его электрона со стационарной орбиты. В зависимости от характера взаимодействия атомов различают ковалентную, ионную, металлическую и водородную химические связи.
Ковалентная связь осуществляется за счет образования общих электронных пар между двумя атомами. Она может быть полярной и неполярной. Ионная связь представляет собой электростатическое притяжение между ионами, которые образуются за счет полного смещения электронной пары к одному из атомов. Металлическая связь - это связь между положительными ионами металлов посредством общего электронного облака («электронного газа»).
Кроме внутримолекулярных связей образуются и межмолекулярные связи. Межмолекулярные взаимодействия - взаимодействия молекул между собой, не приводящие к разрыву или образованию внутримолекулярных химических связей. От межмолекулярных взаимодействий зависят агрегатное состояние вещества, структурные, термодинамические, теплофизические и другие свойства веществ. Примером межмолекулярной связи является водородная связь.
Водородная связь - межмолекулярная связь, образованная за счет притяжения более электроотрицательного атома (F, O, N), и атома водорода с частичным положительным зарядом. Например, водородная связь реализуется между молекулами воды, спирта, органических кислот. Она оказывает влияние на температуру кипения вещества.
Водородная связь может образоваться и внутри молекул. Например, внутримолекулярные водородные связи существуют в молекулах нуклеиновых кислот, белков, полипептидов и др. и определяют структуру этих макромолекул
История химии: алхимия; период объединения химии (ятрохимия, пневматическая химия, теория флогистона и ее противники, период количественных законов (атомистическая химия)); структуризация современного химического знания.
Вещество и элемент. Химические системы. Энергетика химических процессов. Физическая связь и химическая реакция. Подходы к классификации химических реакций. Скорость химической реакции.
Периодическая система элементов Д. Менделеева.
Химия Земли: геохимия. Химия жизни: биохимия.
Применение химического знания в промышленности, сельском хозяйстве, медицине.
Модуль 3 Науки о живой природе
Тема 6. Специфика биологического объекта и проблема происхождения жизни
Специфика живой природы. Понятия хаоса и порядка. Единство живого и неживого. Границы жизни. Феномен жизни и его трактовки.
Подходы к выявлению специфики живого: субстратный, энергетический, информационный. Подходы к определению жизни: моноатрибутивный, полиатрибутивный.
Специфика и структура биологического знания. Задачи современной биологии: решение проблемы возникновения биологического объекта, системной организации живого, эволюции биологического объекта.
Методологическое значение принципа историзма в решении проблемы происхождения жизни. Историческая экстраполяция.
Эволюция концепций происхождения жизни. Биогенез и абиогенез. Концепция самопроизвольного зарождения жизни. Опыты Л. Пастера. Концепция панспермии и ее эволюция (С. Аррениус, В.И. Вернадский, Хоолдейн, Крик). Субстратная концепция происхождения жизни.
Тема 7. Системность живого и проблема развития органического мира
Принцип системности в исследовании живого. Полемика механистического и виталистического направления в биологии. Особенности живых систем: эволюционизм, раздражимость, наличие и использование информации, самоуправление и др.
Критерии выявления уровней организации живого. Упорядоченность биологического объекта: пространственный, функциональный, временной аспекты. Уровни организации живого: клетка и ее составляющие, организм и его свойства; вид, биогеоценоз.
Зарождение идеи развития живой природы в античной натурфилософии. Наивный трансформизм. Креационизм. Систематизация материала ботаники и зоологии. Первые таксономические классификации.
Эволюционное учение Ч. Дарвина и утверждение идеи развития в биологии. Движущие силы и факторы эволюции. Понятия «наследственность», «изменчивость», «естественный отбор». Экспериментальное изучение отдельных факторов эволюции. Генетика и эволюция. Синтетическая теория эволюции.
Проблема выделения системных единиц эволюции: организмоцентрический и популяционный подходы. Филогенез и онтогенез. Проблема управления эволюционным процессом.
Тема 8. Проблема происхождения и сущности идеальных процессов
Понятие и свойства кибернетических систем. Основные этапы процесса цефализации. Опережающее отражение действительности. Раздражимость, чувствительность, психика.
Свойства психического отражения действительности: целенаправленность, целостность, субъективность, предметность, Избирательность, переживаемость, регулятивность.
Сознание и его структура. Отличия сознания человека от психики животных.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Химический факультет
Кафедра безопасности жизнедеятельности
Химическая,
физическая и биологическая
картина
мира.
(Реферат)
Выполнила:
Студентка 5 курса
Косинская К.А.
Проверил:
Преподаватель
Белова О.В.
Подпись________
Барнаул, 2011
Содержание
Введение…………………………………………………… ………………..3
- Химическая
картина мира……………………………………………..5
2.1 Механическая картина мира…………… …………………….…….8
2.2 Электромагнитная картина мира… ………………………….…….10
3. Биологическая картина мира……………………………………….....13
Заключение……………………………………………… ………………….17
Список литературы…………………………………………………… ……19
ВВЕДЕНИЕ.
Человеку
всегда было свойственно описывать
окружающий мир, изучать и представлять
его строение, рассказывать о своих
представлениях об окружающем мире другим
людям.
Естественно-научной
картиной мира
называется часть общей
научной картины мира, которая включает
в себя представления о природе.
Создание
единой естественно-научной картины
мира предполагает установление связей
между науками. В структуре конкретных
наук в их главных компонентах
выражена собственная целостная
картина природы, которая называется
специальной (или локальной)
картиной мира.
Эти картины являются
в какой-то степени фрагментами окружающего
мира, которые изучаются методами данной
науки (например, биологическая картина
мира, химическая картина мира, физическая
картина мира). Такие картины часто рассматривают
как относительно самостоятельные фрагменты
единой научной картины мира.
Научное
знание представляет собой огромную массу
взаимодействующих между собой элементов
знаний. Существуют самые разнообразные
формы описания этого взаимодействия
слоев научных знаний.
В рамках
картин мира осуществляется систематизация
знаний соответствующей науки (или
группы наук), они являются наглядным
воплощением системы взаимодействующих
элементов знаний - теорий (фундаментальных
и прикладных), которые представляют
собой развитые системы научных
понятий и связей между ними.
В рамки
картин мира вписываются известные
научные факты. Картины мира обеспечивают
целостность научной отрасли (науки),
формируют нам методы научного познания
и определяют стратегию научного
поиска, ставят задачи эмпирических и
теоретических исследований, наглядно
отображают их результаты.
Раньше
других возникла физическая картина
мира как общая теоретическая
основа для всех наук о неживой
природе.
Биологическая
картина мира в качестве теоретической
основы наук о живой природе возникла
лишь в XIX веке. Биологические науки
долгое время были чрезвычайно обособлены
друг от друга, менее взаимосвязаны, чем
группа физико-химических наук. Объединение
биологических наук произошло вместе
с введением Ч. Дарвином основных понятий
современной биологии (приспособление,
наследственность и изменчивость, естественный
отбор, борьба за существование, эволюция
и др.). На их основе строится единая картина
биологических явлений, связывающая все
науки о природе в одну область наук и
дающая возможность построения законченных
биологических теорий.
Ядром
единой естественно-научной картины
мира в целом является физическая
картина мира, поскольку физика является
фундаментальным базисом современного
миропонимания. Многовековое развитие
физики привело к созданию целостной
естественно-научной картины нашего
мира и его развития.
1.
Химическая картина
мира.
Отсутствие
в химии теоретических основ,
позволяющих точно предсказывать
и рассчитывать протекание химических
реакций, не позволяло ставить её
в ряд с науками, обосновывающими
само бытие. Поэтому высказывание Д.И.
Менделеева о химическом понимании
мирового эфира не только не было востребовано
в начале 20 века, но и оказалось
незаслуженно полностью забыто на целое
столетие. Связано ли это с тогдашним
революционным переворотом в
физике, который захватил и увлёк
большинство умов в 20 веке в изучение
квантовых представлений и теории
относительности, сейчас уже не так
важно. Жаль только, что выводы гениального
учёного, к тому же признанного в
то время, не пробудило качественно
другие философско-методологические
принципы, отличные от философских
принципов, которые, кстати, в изобилии
фигурировали в рассуждениях физиков.
Объяснение
столь нежелательного забвения скорее
всего связано с распространением
редукционистских течений, вызванных
возвеличением физики. Именно сведение
химических процессов к совокупности
физических как бы прямо указывало
на ненужность химических воззрений
при анализе первооснов бытия. Кстати,
когда химики пытались защитить специфику
своей науки доводами о статистическом
характере химических взаимодействий
в отличие большинства взаимодействий
в физике, обусловленных динамическими
законами, физики тут же указывали
на статистическую физику, которая
якобы более полно описывает
подобные процессы.
Специфика
химии терялась, хотя наличие строгой
геометрии связей взаимодействующих
частиц в химических процессах вносило
в статистическое рассмотрение специфический
для химии информационный аспект.
Анализ
сущности информационно-фазового состояния
материальных систем резко подчёркивает
информационный характер химических взаимодействий.
Вода как химическая среда, оказавшись
первым примером информационно-фазового
состояния материальных систем, соединила
в себе два состояния: жидкое и информационно-фазовое
именно по причине близости химических
взаимодействий к информационным.
Вакуум
как электромагнитная среда физического
пространства, проявившая свойства информационно-фазового
состояния, скорее всего, ближе к
среде, в которой протекают процессы,
по форме напоминающие химические.
Поэтому химическое понимание мирового
эфира Д.И. Менделеева становится чрезвычайно
актуальным. Давно замеченное терминологическое
совпадение при описании соответствующих
процессов превращения частиц в
химии и в физике элементарных
частиц как реакций
дополнительно
подчёркивает роль химических представлений
в физике.
Предполагаемая
взаимосвязь между информационно-фазовыми
состояниями водной среды и электромагнитной
среды физического вакуума свидетельствует
о сопутствующих химическим процессам
изменениях в физическом вакууме, что,
вероятно, и ощущал Д.И. Менделеев
в своих экспериментах.
Следовательно,
в вопросе о природе мирового
эфира химия в каких-то моментах
выступает даже определяющей по отношению
к физическому воззрению.
Поэтому
говорить о приоритете физических или
химических представлений в выработке
научной картины мира, вероятно,
не стоит.
2.
Физическая картина
мира.
История
науки свидетельствует, что естествознание,
возникшее в ходе научной революции
XVI–XVII вв., было связано долгое время с
развитием физики. Именно физика была
и остается наиболее развитой и концепциям
и аргументам, во многом определившим
эту картину. Степень разработанности
физики была настолько велика, что она
могла создать собственную физическую
картину мира, в отличие от других естественных
наук, которые лишь в XX в. смогли поставить
перед собой эту задачу (создание химической
и биологической картин мира). Поэтому,
начиная разговор о конкретных достижениях
естествознания, мы начнем его с физики,
с картины мира, созданной этой наукой.
Понятие
"физическая картина мира" употребляется
давно, но лишь в последнее время
оно стало рассматриваться не
только как итог развития физического
знания, но и как особый самостоятельный
вид знания - самое общее теоретическое
знание в физике (система понятий,
принципов и гипотез), служащее исходной
основой для построения теорий. Физическая
картина мира, с одной стороны,
обобщает все ранее полученные знания
о природе, а с другой - вводит
в физику новые философские идеи
и обусловленные ими понятия,
принципы и гипотезы, которых до
этого не было и которые коренным
образом меняют основы физического
теоретического знания: старые физические
понятия и принципы ломаются, новые
возникают, картина мира меняется. Ключевым
в физической картине мира служит
понятие "материя", на которое
выходят важнейшие проблемы физической
науки. Поэтому смена физической
картины мира связана со сменой представлений
о материи. В истории физики это
происходило два раза. Сначала
был совершен переход от атомистических,
корпускулярных представлений о
материи к полевым - континуальным.
Затем, в XX в., континуальные представления
были заменены современными квантовыми.
Поэтому можно говорить о трех последовательно
сменявших друг друга физических картинах
мира.
Одной
из первых возникла механистическая
картина мира, поскольку изучение
природы началось с анализа простейшей
формы движения материи - механического
перемещения тел.
2.1.
Механистическая картина
мира.
Она складывается
в результате научной революции
XVI-XVII вв. на основе работ Галилео Галилея,
который установил законы движения свободно
падающих тел и сформулировал механический
принцип относительности. Но главная заслуга
Галилея в том, что он впервые применил
для исследования природы экспериментальный
метод вместе с измерениями исследуемых
величин и математической обработкой
результатов измерений. Если эксперименты
ставились и раньше, то математический
их анализ впервые систематически стал
применять именно Галилей.
Принципиальное
отличие нового метода исследования
природы от ранее существовавшего
натурфилософского способа состояло,
следовательно, в том, что в нем
гипотезы систематически проверялись
опытом. Эксперимент можно рассматривать
как вопрос, обращенный к природе.
Чтобы получить на него определенный
ответ, необходимо так сформулировать
вопрос, чтобы получить на него вполне
однозначный и определенный ответ. Для
этого следует так построить эксперимент,
чтобы по возможности максимально изолироваться
от воздействия посторонних факторов,
которые мешают наблюдению изучаемого
явления в "чистом виде". В свою очередь
гипотеза, представляющая собой вопрос
к природе, должна допускать эмпирическую
проверку выводимых из нее некоторых следствий.
В этих целях, начиная с Галилея, стали
широко использовать математику для количественной
оценки результатов экспериментов.
Таким
образом, новое экспериментальное
естествознание в отличие от натурфилософских
догадок и умозрений прошлого
стало развиваться в тесном взаимодействии
теории и опыта, когда каждая гипотеза
или теоретическое предположение систематически
проверяются опытом и измерениями.
Ключевым
понятием механистической картины
мира было понятие движения. Именно
законы движения Ньютон считал фундаментальными
законами мироздания. Тела обладают внутренним
врожденным свойством двигаться
равномерно и прямолинейно, а отклонения
от этого движения связаны с действием
на тело внешней силы (инерции). Мерой
инертности является масса, другое важнейшее
понятие классической механики. Универсальным
свойством тел является тяготение.
Ньютон,
как и его предшественники, придавал
большое значение наблюдениям и
эксперименту, видя в них важнейший
критерий для отделения ложных гипотез
от истинных. Поэтому, он резко выступал
против так называемых скрытых качеств,
с помощью которых последователи
Аристотеля пытались объяснить многие
явления и процессы природы.
Ньютон
выдвигает совершенно новый принцип
исследования природы, согласно которому
вывести два или три общих
начала движения из явления и после
этого изложить, каким образом
свойства и действия всех телесных
вещей вытекают из этих явных начал,
- было бы очень важным шагом в
философии, хотя причины этих начал
и не были еще открыты.
Эти начала
движения и представляют собой основные
законы механики, которые Ньютон точно
формулирует в своем главном
труде "Математические начала натуральной
философии", опубликованном в 1687г.
Открытие
принципов механики действительно
означает подлинно революционный переворот,
который связан с переходом от
натурфилософских догадок и гипотез
о "скрытых" качествах и спекулятивных
измышлений к точному экспериментальному
естествознанию, в котором все
предположения, гипотезы и теоретические
построения проверялись наблюдениями
и опытом. Поскольку в механике
отвлекаются от качественных изменений
тел, постольку для её анализа
можно было широко пользоваться математическими
абстракциями и созданным самим Ньютоном
и одновременно Лейбницем (1646-1716) анализом
бесконечно малых. Благодаря этому изучение
механических процессов было сведено
к точному математическому их описанию.
На
основе механистической картины
мира в XVIII-начале XIX вв. была разработана
земная, небесная и молекулярная механика.
Быстрыми темпами шло развитие техники.
Это привело к абсолютизации механистической
картины мира, к тому, что она стала рассматриваться
в качестве универсальной.
В это
же время в физике начали накапливаться
эмпирические данные, противоречащие
механистической картине мира. Так,
наряду с рассмотрением системы
материальных точек, полностью соответствовавшей
корпускулярным представлениям о материи,
пришлось ввести понятие сплошной среды,
связанное по сути дела, уже не с
корпускулярными, а с континуальными
представлениями о материи. Так,
для объяснения световых явлений
вводилось понятие эфира - особой
тонкой и абсолютно непрерывной
световой материи.
Эти факты,
не укладывающиеся в русло механистической
картины мира, свидетельствовали
о том, что противоречия между
установившейся системой взглядов и
данными опыта оказались непримиримыми.
Физика нуждалась в существенном
изменении представлений о материи,
в смене физической картины мира.
2.2.
Электромагнитная картина
мира.
В процессе
длительных размышлений о сущности
электрических и магнитных явлений
М. Фарадей пришел к мысли о
необходимости замены корпускулярных
представлений о материи континуальными,
непрерывными. Он сделал вывод, что
электромагнитное поле сплошь непрерывно,
заряды в нем являются точечными
силовыми центрами. Тем самым отпал
вопрос о построении механистической
модели эфира, несовпадении механистических
представлений об эфире с реальными опытными
данными о свойствах света, электричества
и магнетизма.
Одним
из первых идеи Фарадея оценил Максвелл
(1831-1879). При этом он подчеркивал, что
Фарадей выдвинул новые философские
взгляды на материю, пространство, время
и силы, во многом изменявшие прежнюю
механистическую картину мира.
Взгляды
на материю менялись кардинально: совокупность
неделимых атомов переставала быть
конечным пределом делимости материи,
в качестве такового принималось
единое абсолютно непрерывное бесконечное
поле с силовыми точечными центрами
- электрическими зарядами и волновыми
движениями в нем.
и т.д.................
