Реферат: Концепции современного естествознания

1. Естественнонаучная и гуманитарная науки: их специфика и взаимосвязь

И тот, и другой типы культур – сутьтворения разума и рук человеческих. А человек при всей своей обособленности отприроды продолжает быть ее неотъемлемой частью. Естественнонаучный игуманитарный типы культур и наук имеют массу «пограничных» проблем, предметнаяобласть которых едина для того и для другого. Решение таких проблем заставляетидти их на сотрудничество друг с другом. Описываемые типы культур исоставляющие их сердцевину науки активно формируют мировоззрение людей. В своюочередь мировоззрение также обладает характеристикой целостности: невозможно левымглазом видеть одно, а правым – другое. Поэтому гуманитарные и естественнонаучныезнания вынуждены координироваться, взаимосогласовываться.

Естествознание нуждается в«гуманитарной помощи» по следующим проблемам:

1) интенсивное развитие естественных науки создаваемых на их базе технологий способно порождать объекты, ставящие подугрозу существование всего человечества (ядерное оружие и т.д.) поэтомунеобходима гуманитарная экспертиза.

2) вполне «законным» объектоместествознания является человек в качестве элементарной «химической машины»,обойтись без экспериментальной проверки выдвигаемых гипотез естественные наукине могут, но определять пределы допустимости экспериментов лучше поручитьнаукам гуманитарным.

3) главное оружие естественных наукзаключено в их методологии – способах, правилах, приемах научного исследования;учение о методах науки, а также их системная организация называются методологией;но методология естествознания составляет также и предмет науки гуманитарногопрофиля.

4) самое главное: все, что не делаетчеловек, должно быть наполнено смыслом, целесообразностью; а постановка целейразвития естественнонаучной культуры не может быть осуществлена внутри еесамой, такая задача неизбежно требует большей широты обзора, позволяющей учитыватьи основные гуманитарные ценности.

Гуманитарное знание, со своейстороны, также по мере возможности пользуется достижениями естественнонаучнойкультуры:

1) рассуждая о месте человека в мире,разве можно не принимать во внимание естественнонаучные представления о том,что этот мир собой представляет;

2) чего стоило бы гуманитарное знаниебез современных средств его распространения, которые являются плодами развития естественнонаучныхотраслей знания;

3) достижения естествознания важныгуманитариям и в качестве примера, образца строгости, точности идоказательности научного знания.

4) там, где можно, гуманитарноезначение с удовольствием пользуется количественными методами исследования –экономические науки, лингвистика, логика и т.д.

5) гуманитарное знание имеет дело восновном с идеальными объектами (смыслами, целями), но идеальное само по себене существует. Поэтому многие особенности социального поведения человеканеобъяснимы без обращения к такой материальной основе а это – сфера компетенцииестественнонаучного знания.

Несмотря на все неоспоримостьтенденции сближения естественнонаучной и гуманитарной культур, речь во все неидет о полном их слиянии. Достаточно разрешения конфликта между ними в духепринципа дополнительности.


2. Исторические этапы познания природы

 

Четыре этапа:

1.Натурфилосо́фия (VI – IVв.в. до нашей эры (н.э.) – до XIII – XV в.в. н.э.) – на этой стадиисформировались общие представления об окружающем мире, как о чем-то целом.Отличительной чертой этой стадии являлось господство методов наблюдения, а неэксперимента, догадок, а не точно воспроизводимых выводов.

2. Аналитическая — Для нее характерно глубокоеисследование отдельных явлений, активное использование эксперимента. Возниклаогромная армия исследователей — путешественников, мореплавателей, астрономов,алхимиков и др., накопивших большой экспериментальный материал и положившихначало основной массе достижений в изучении Природы.

3. Синтетическая. для нее характерно: Начало воссоздания целостнойкартины Природы на основе ранее познанных частностей; На первый план выходитизучение процессов; Создание универсальных теорий (например, Периодическийзакон и периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева, теориястроения органических соединений Д.М.Бутлерова, открытие законов термодинамики,становление и развитие химической кинетики и др.); Природа вновь рассматриваетсяс точки зрения ее эволюции.

4. Интегрально-дифференциальная. она характеризуется: Обоснованиемпринципиальной целостности (интегральности) всего естествознания; Усилениемдифференциации наук и резким возрастанием объема эмпирическихисследований; Взаимным проникновением идей и методов различных наук; появлением«синтетических наук»; Созданием универсальных теорий, выводящих все разнообразиеприродных явлений из одного или нескольких общетеоретических принципов,например, А.Эйнштейн «Общая теория относительности для непрерывного макромира»


3.Логика и закономерности развития науки

Выявление логики развития наукиозначает уяснение закономерностей научного прогресса, его движущих сил, причини исторической обусловленности. Прежде полагали, что в науке идет непрерывноеприращение научного знания, постоянное накопление новых научных открытий и всеболее точных теорий. Ныне логика развития науки представляется иной: последняяразвивается непрерывным накоплением новых фактов и идей, не шаг за шагом, ачерез фундаментальные теоретические сдвиги, в один прекрасный моментперекраивающие дотоле привычную общую картину мира и заставляющие ученыхперестраивать свою деятельность на базе принципиально иных мировоззренческихустановок. Пошаговую логику неспешной эволюции науки сменила логика научныхреволюций и катастроф. Ввиду новизны и сложности проблемы в методологии наукиеще не сложилось общепризнанного подхода или модели логики развития научногознания. Таких моделей множество.

Наибольшее число сторонников, начинаяс 60-х гг. нынешнего века, собрала концепция развития науки, предложеннаяамериканским историком и философом науки Томасом Куном. Он ввел вметодологию науки принципиально новое понятие – «парадигма» (образец). Внем фиксируется существование особого способа организации знания,подразумевающего определенный набор предписаний, задающий характер видениямира. В парадигме также содержаться образцы решения конкретных проблем.Решающая новизна концепции Т.Куна заключалась в мысли о том, что смена парадигмв развитии науки не носит линейного характера. Т.е. развитие науки, ростнаучного знания нельзя представлять строго тянущегося вверх, скорее он похож наразвитие кактуса.

 


4 Эксперимент как основа точного естествознания

 

Экспериме́нт (от лат. experimentum — проба, опыт) в научном методе — метод исследованиянекоторого явления в управляемых условиях. С самого момента возникновенияфилософии человек размышляет о возможностях и границах познания. Философскиеразмышления велись главным образом либо в русле эмпиризма, пренебрегающегоролью творческого мышления и развитием понятийного аппарата, либо в руслерационализма, который не учитывал практики как критерия истины, как основы,отправной точки и цели познания. Философская постановка вопроса выходит,однако, за рамки проблем истории теорем познания. Она включаетмировоззренческие проблемы, касающиеся связи познания с гуманизмом, ирассмотрение эффективности результатов познания. Речь идет об ответственностиученых в двояком отношении. С одной стороной, должно учитываться соотношениемежду приложенными затратами и полученной пользой с целью обеспечениянаибольшей эффективности исследований. Это особенно трудно сделать в отношениифундаментальных исследований, так как практические результаты здесь нередкопроявляются в более или менее отдаленном будущем. С другой стороны,эксперименты, поскольку они прямо или косвенно затрагивают людей, не могутсвязываться только с критериями экономической эффективности. Эксперименты слюдьми и на людях требуют соблюдения гуманистических принципов. Общественнаяпотребность в научных знаниях может быть удовлетворена только при наличиисоответствующего задела и полном высвобождении творческих потенций. Для этогонеобходимы определенные условия. Развитие общества в значительной степениопределяется уровнем наукоемких технологий, многочисленные направления которыхоснованы на достижениях соответствующих отраслей естествознания. Современноеестествознание обладает большим многообразием методов исследований, средикоторых эксперимент – наиболее эффективное и действенное средство познания.

Дляэксперимента сегодняшнего дня характерны три основные особенности:

1.возрастание роли теоретической базы эксперимента. Во многих случаяхэксперименту предшествует теоретическая работа, концентрирующая громадный трудбольшого числа теоретиков и экспериментаторов;

2. сложность технического оснащения эксперимента. Техника эксперимента,как правило, насыщена многофункциональной электронной аппаратурой,прецизионными механическими устройствами, высокочувствительными приборами,высокоточными преобразователями и т. п. Большинство экспериментальных установокпредставляет собой полностью замкнутую систему автоматического регулирования, вкоторой технические средства обеспечивают заданные условия эксперимента свполне определенной точностью, регистрируют промежуточные экспериментальныерезультаты и производят последовательную их обработку;s

3.масштабность эксперимента. Некоторые экспериментальные установкинапоминают сложные объекты крупных масштабов. Строительство и эксплуатациятаких объектов стоит больших финансовых затрат. Кроме того, экспериментальныеобъекты могут оказать активное действие на окружающую среду.

Экспериментбазируется на практическом воздействии субъекта на исследуемый объект и частовключает операции наблюдения, приводящие не только к качественным,описательным, но и к количественным результатам, требующим дальнейшейматематической обработки. С этой точки зрения эксперимент- разновидностьпрактического действия, предпринимаемого с целью получения знания. В процессеэкспериментального естественнонаучного исследования в контролируемых иуправляемых условиях изучаются многообразные свойства и явления природы.


5. Особенности научного познания

Познание — это специфический вид деятельностичеловека, направленный на постижение окружающего мира и самого себя в этоммире. “Познание – это, обусловленный прежде всего общественно-историческойпрактикой, процесс приобретения и развития знания, его постоянное углубление,расширение, и совершенствование.”

Основнымиособенностями научного познания являются:

1.        Основная задачанаучного знания — обнаружение объективных законов действительности — природных,социальных (общественных), законов самого познания, мышления и др.

2.        Непосредственнаяцель и высшая ценность научного познания — объективная истина, постигаемаяпреимущественно рациональными средствами и методами, но, разумеется, не безучастия живого созерцания. Отсюда характерная черта научного познания —объективность, устранение по возможности субъективистских моментов во многихслучаях для реализации “чистоты” рассмотрения своего предмета.

3.        Наука в большеймере, чем другие формы познания ориентирована на то, чтобы быть воплощенной впрактике, быть “руководством к действию” по изменению окружающейдействительности и управлению реальными процессами. Весь прогресс научногознания связан с возрастанием силы и диапазона научного предвидения. Именнопредвидение дает возможность контролировать процессы и управлять ими. Научноезнание открывает возможность не только предвидения будущего, но и сознательногоего формирования.

4.        Научное познаниев гносеологическом плане есть сложный противоречивый процесс воспроизводствазнаний, образующих целостную развивающуюся систему понятий, теорий, гипотез,законов и других идеальных форм, закрепленных в языке

5.        Научному познаниюприсущи строгая доказательность, обоснованность полученных результатов,достоверность выводов.

 

6. Понятие научной картины мира

Поднаучной картиной мира классики естествоиспытатели понимаютсистематизированные, исторически полные образы и модели природы и общества.Огромен и разнообразен окружающий нас мир природы. Но каждый человек долженпытаться познать этот мир и осознать свое место в нем. Чтобы познать мир, мы изчастных знаний о явлениях и закономерностях природы пытаемся создать общее — научную картину мира. Содержанием ее являются основные идеи наук о природе,принципы, закономерности, не оторванные друг от друга, а составляющие единствознаний о природе, определяющие стиль научного мышления на данном этапе развитиянауки и культуры человечества.

Картина мира,рисуемая современным естествознанием, необыкновенно сложна и простаодновременно. Сложна потому, что способна поставить в тупик человека,привыкшего к согласующимся со здравым смыслом классическим научнымпредставлениям. Но в то же время картина проста, стройна и где-то дажеэлегантна. Эти качества ей придают принципы построения и организации современногонаучного знания: 1) системность 2) глобальный эволюционизм, 3) самоорганизация4) историчность.

7. Классическая механика и формированиямеханической картины мира

 

Класси́ческаямеха́ника — видмеханики (раздела физики, изучающей законы изменения положений тел и причины,это вызывающие), основанный на 3 законах Ньютона (1. Существуют такиесистемы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость постоянной,если на них не действуют другие тела и поля. 2. В инерциальной системеотсчета ускорение, которое получает материальная точка, прямо пропорциональноприложенной к ней силе и обратно пропорционально её массе. 3. Винерциальной системе отсчета скорость изменения импульса материальной точкиравна действующей на неё силе.) и принципе относительности Галилея. Поэтому еёчасто называют «Ньютоновской механикой». Важное место в классической механикезанимает существование инерциальных систем. Классическая механикаподразделяется на кинематику(котораяизучает геометрическое свойство движения без рассмотрения его причин), статику(которая рассматривает равновесие тел) и динамику(которая рассматривает движение тел).

Классическаямеханика выработала иные представления о мире, материи, пространстве и времени,движении и развитии, отмеченные от прежних и создала новые категории мышления — вещь, свойство, отношение, элемент, часть, целое, причина, следствие, система — сквозь призму которых сама стала смотреть на мир, описывать и объяснять его.Новые представления об устройстве мира привели к созданию и Новой Картины мира- механистической, в основе которой лежали представления о вселенной какзамкнутой системе, уподобляемой механическим часам, которые состоят изнезаменимых, подчиненных друг другу элементов, ход которых строго подчиняетсязаконам классической механики. Законам механики подчиняются все и вся, входящиев состав вселенной, а, следовательно, законам этим приписываютсяуниверсальность. Как и в механических часах, в которых ход одного элементастрого подчинен ходу другого, так и во вселенной, согласно механистическойкартине мира, все процессы и явления строго причинно связаны между собой нетместа случайности и все предопределено.

Вмеханистической картине мира задаются мировоззренческие ориентации иметодологические принципы познания. Механицизм, детерминизм, редукционизмобразуют систему принципов, регулирующих исследовательскую деятельностьчеловека. Открывая законы, описывающие природные явления и процессы, человекпротивопоставляет себя природе, возвышает себя до уровня хозяина природы. Такчеловек ставит свою деятельность на научную основу, ибо он, исходя измеханистической картины мира, уверился в возможность с помощью научногомышления выявить универсальные законы функционирования мира.

8.Специальнаятеория относительности

 

Специа́льнаятео́рия относи́тельности (СТО) (англ. special theory of relativity; ча́стнаятео́рия относи́тельности; релятивистская механика) —теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временныеотношения, определяющие их, при скоростях движения, близких к скорости света. Врамках специальной теории относительности классическая механикаНьютона являетсяприближением низких скоростей. Обобщение СТО для гравитационных полей образуетобщую теорию относительности. Создатель теории относительности сформулировалобобщенный принцип относительности, которые теперь распространяется и наэлектромагнитные явления, в том числе и на движение света. Этот принцип гласит,что никакими физическими опытами, производимыми внутри данной системы отсчета,нельзя установить различие между состояниями покоя и равномерногопрямолинейного движения. Классическое сложение скоростей применимо дляраспространения электромагнитных волн, света.

 

9. Общаятеория относительности

 

О́бщая тео́рияотноси́тельности(ОТО)— геометрическая теория, развивающая Специальную теорию относительности(СТО), опубликованная Альберто Эйнштейном в 1915—1916 годах. В общейтеории относительности (ОТО), или теории тяготения, Эйнштейн расширяетпринцип относительности, распространяя его на неинерциальные системы. В ней онтакже исходит из экспериментального факта эквивалентности масс инерционных игравитационных, или эквивалентности инерционных и гравитационных полей. Правда,принцип эквивалентности справедлив только при строго локальныхнаблюдениях.

В общейтеории относительности Эйнштейн доказал, что структура пространства – времениопределяется распределением масс материи.

10. Концепцияатомизма и элементарные частицы

Представлениео неделимых мельчайших частицах материи, возникшее еще в глубокой древности,сопровождало развитие воззрений на природу на протяжении всей истории научногопознания. Впервые понятие об атоме как последней и неделимой частице телавозникло, как известно, в античной Греции в рамках натурфилософского ученияшколы Левкиппа—Демокрита. Согласно этому учению, в мире существуют только атомыи пустота. Различные комбинации атомов образуют самые разнообразные видимыетела. Эти тела могут возникать и исчезать, но атомы, из которых они состоят,остаются неизменными. Они могут лишь переходить от одних тел к другим.

Античнаягипотеза об атомах не основывалась на каких-либо эмпирических данных и былалишь гениальной догадкой, но тем не менее она определила на многие столетиявперед все дальнейшее развитие естествознания. И хотя сейчас мы знаем, что атомвовсе не является последней, неделимой частицей материи и имеет сложноестроение, тенденция к поиску последних элементарных частиц, из которыхпостроено все мироздание, продолжает существовать в новых формах атомистическойконцепции.

Этаконцепция, как уже отмечалось раньше, несомненно, обладает огромнымивозможностями для объяснения свойств и особенностей сложных тел с помощьюсвойств более простых элементов и частиц. Однако такое объяснение достигается,как известно, посредством редукции, т.е. сведения сложного к простому,составного к элементарному. Поэтому трудно согласиться с идеей, что всемногообразие сложного и качественно разнообразного мира может быть сведено кнемногим свойствам небольшого числа простых, элементарных частиц.

11. Качественнаяхарактеристика информации

Возможность иэффективность использования информации обусловливаются такими основными еепотребительскими показателями качества, как репрезентативность,содержательность, достаточность, доступность, актуальность, своевременность,точность, достоверность, устойчивость.

Репрезентативность информации связана с правильностьюее отбора и формирования в целях адекватного отражения свойств объекта.Важнейшее значение здесь имеют:

•правильность концепции, на базе которой сформулировано исходное понятие;

•обоснованность отбора существенных признаков и связей отображаемого явления.

Нарушениерепрезентативности информации приводит нередко к существенным ее погрешностям.

Содержательностьинформации отражаетсемантическую емкость, равную отношению количества семантической информации всообщении к объему обрабатываемых данных, т.е. />

С увеличением содержательностиинформации растет семантическая пропускная способность информационной системы,так как для получения одних и тех же сведений требуется преобразовать меньшийобъем данных.

Наряду скоэффициентом содержательности С, отражающим семантический аспект, можноиспользовать и коэффициент информативности, характеризующийся отношениемколичества синтаксической информации (по Шеннону) к объему данных />.

Достаточность(полнота) информацииозначает, что она содержит минимальный, но достаточный для принятия правильногорешения состав (набор показателей). Понятие полноты информации связано с еесмысловым содержанием (семантикой) и прагматикой. Как неполная, т.е.недостаточная для принятия правильного решения, так и избыточная информацияснижает эффективность принимаемых пользователем решений.

Доступность информации восприятию пользователяобеспечивается выполнением соответствующих процедур ее получения ипреобразования. Например, в информационной системе информация преобразовываетсяк доступной и удобной для восприятия пользователя форме. Это достигается, вчастности, и путем согласования ее семантической формы с тезаурусомпользователя.

Актуальность информации определяется степеньюсохранения ценности информации для управления в момент ее использования изависит от динамики изменения ее характеристик и от интервала времени,прошедшего с момента возникновения данной информации.

Своевременность информации означает ее поступлениене позже заранее назначенного момента времени, согласованного с временемрешения поставленной задачи.

Точность информации определяется степеньюблизости получаемой информации к реальному состоянию объекта, процесса, явленияи т.п.

Достоверность информации определяется ее свойствомотражать реально существующие объекты с необходимой точностью. Измеряетсядостоверность информации доверительной вероятностью необходимой точности, т. е.вероятностью того, что отображаемое информацией значение параметра отличаетсяот истинного значения этого параметра в пределах необходимой точности.

Устойчивостьинформации отражаетее способность реагировать на изменения исходных данных без нарушениянеобходимой точности. Устойчивость информации, как и репрезентативность,обусловлена выбранной методикой ее отбора и формирования.

12. Антропныйпринцип космологии

Сестественнонаучной точки зрения возникновение антропного принципа следуетрассматривать в тесной связи с происхождением жизни во Вселенной, а такжепринципиальной возможностью появления других, отличных от нашей Вселенноймиров. По мнению Р. Дикке, жизнь во Вселенной не может появиться раньше, чемсменится первое поколение звезд, в результате разрушения которых появитсявещество, содержащее углерод, кислород и другие химические элементы,необходимые для возникновения жизни. Только после возникновения звезд второгопоколения начинается отсчет звездного времени и появляется возможность зарожденияжизни. Таким образом, рассматривая зависимость появления человека отуниверсальных мировых констант, в частности от возраста Вселенной, Диккепопытался дать биологическое объяснение антропному принципу.

Дискуссиивокруг антропного принципа в космологии, как нетрудно заметить, приобретаютфилософский характер, поскольку они касаются проблемы предопределенностиразвития Вселенной фундаментальными исходными мировыми константами. Многиеисследователи видят в этом возврат к антропоцентризму во взгляде на мир,признанию существования целей в природе, отход от революционной точки зренияКоперника, отрицающей выделенное место Земли и человека во Вселенной. Однакопротивоположный подход, преувеличивающий роль случайностей в развитии мира иотрицающий его закономерный характер, также нельзя считать правильным.По-видимому, существование фундаментальных мировых констант, зависимость от нихвсего последующего развития Вселенной требуют также поиска тех общихуниверсальных закономерностей, которые детерминируют такое развитие. Обсуждениевопросов взаимосвязи между случайным и закономерным в эволюции Вселеннойприводит нас к анализу ряда других философских и мировоззренческих проблем,выдвинутых развитием современной космологии.

13.Статическиеи динамические закономерности. Принцип неопределенности Гейзенберга

 

Принципнеопределённости Гейзенбе́рга (или Га́йзенберга) — в квантовой механике такназывают принцип, дающий нижний (ненулевой) предел для произведениядисперсий(степень отклонения или изменения значений переменной от центральногопункта.) величин, характеризующих состояниесистемы. Принцип Гейзенберга вообще играет вквантовой механике ключевую роль хотя бы потому, что достаточно нагляднообъясняет, как и почему микромир отличается от знакомого нам материальногомира. Чтобы понять этот принцип, задумайтесь для начала о том, что значит«измерить» какую бы то ни было величину. Чтобы отыскать, например, эту книгу,вы, войдя в комнату, окидываете ее взглядом, пока он не остановится на ней. Наязыке физики это означает, что вы провели визуальное измерение (нашли взглядомкнигу) и получили результат — зафиксировали ее пространственные координаты(определили местоположение книги в комнате). На самом деле процесс измеренияпроисходит гораздо сложнее: источник света (Солнце или лампа, например)испускает лучи, которые, пройдя некий путь в пространстве, взаимодействуют скнигой, отражаются от ее поверхности, после чего часть из них доходит до вашихглаз, проходя через хрусталик, фокусируется, попадает на сетчатку — и вы видитеобраз книги и определяете ее положение в пространстве. Ключ к измерению здесь —взаимодействие между светом и книгой. Так и при любом измерении, представьтесебе, инструмент измерения (в данном случае, это свет) вступает вовзаимодействие с объектом измерения (в данном случае, это книга).

14. Проблема существования и поискавнеземных цивилизаций во вселенной

Эта проблемаполучила развитие еще в древности. В пользу того, что мы не одни, приводилисьтакие аргументы — поскольку мир состоит из одних и тех же субстанций (у однихфилософов это вода, у других атомы) соответственно, должна быть и внеземнаяжизнь. Если говорить о проблеме поиска и обнаружения внеземных цивилизаций,проблема состоит в принципиальном допущении существования жизни на иных планетах.Существует проблемы качественного перехода неживого в живое (вспомним академикаОпарина). Эволюция веществ при переходе от неживой к живой материи: атомныеядра -> атомы -> низкомолекулярные соединения -> высокомолекулярныесоединения -> прокариоты (организмы лишенные оформленного ядра, т.е. вирусы,бактерии) -> одноклеточные -> многоклеточные.

В туманностяхнашли органические соединения, которые являются основой белков живыхорганизмов. В этих областях ученые обнаружили процессы интенсивного звездообразования,из этого следует, что возможно интенсивное образование новых планет. Новозникает вопрос: на сколько условия образования новых планет и влияниеинтенсивности их звезд оказывают влияние на возможность сохранения этихнизкомолекулярных соединений.

Проблемавозникновения жизни во вселенной.

С однойстороны у нас на земле прослежена биологическая эволюция, но это все-такипрежде всего конституируется как эмпирический факт. Но с другой стороны,эволюция применима лишь к нашим условиям, на планете Земля, но это не являетсядостаточным фактом, позволяющим твёрдо утверждать, что подобная эволюция неможет происходить и на других планетах Вселенной. Имеются факты, которыевыходят за рамки строгих объяснений в указанной теории.

15.Эволюция химических соединений на земле

Эволюцию,которую прошли химические соединения на нашей планете, можно разделить начетыре стадии: 1) неорганическую; 2) органическую; 3) биохимическую; 4)антропогенную.

1.Неорганическаястадия связана с химическими превращениями без образования цепей из атомовуглерода, который, как известно, обладает наибольшим эволюционным потенциалом.На этой стадии образовывались наиболее простые вещества и происходилиотносительно несложные процессы.

2.органическая по сути есть химия соединений углерода. Здесь происходит резкоеусложнение химизма и формируются все необходимые предпосылки для возникновенияжизни.

3. биохимия,иди химия живого. С возникновением жизни высшей и наиболее сложной формойматерии становится биологическая. К специфике соотношения химического ибиологического можно отнести следующие закономерности:

жизньвозникает в ходе протекания химических процессов, хотя переход от неживого кживому пока воспроизвести не удается;

свозникновением жизни большая часть химических веществ продолжает существоватьпо своим собственным законам вне живых организмов. При этом неживое веществослужит внешней средой, с которой живое находится в постоянной динамичной связи(обмен веществ между организмом и средой);

· некотораячасть химических веществ после возникновения живого включается в состав живыхорганизмов. Биохимия, или химия живого, намного сложнее химических процессов,идущих вне живого организма. Одновременно биохимия — часть химической науки и вней действуют в особых формах все химические законы. Биохимические процессыявляются основой жизни, они воздействуют на биологические явления, накладываяна них определенные ограничения.

биохимическиепроцессы развиваются под контролем биологических процессов и закономерностей,например естественного отбора. В живом организме химический синтез направлен наподдержание его жизнеспособности.

· в живойприроде возникает новое качество — биологическое, которое имеет в своей основесложные химические механизмы и в то же время не может быть сведено даже ксамому сложному набору химических процессов.

16.Гипотеза возникновения жизни академика А.И. Опарина

Теории самозарождения. Новая версия получила название теория химическойэволюции. Одним из главных ее пропагандистов стал биохимик-марксист Александр/> Опарин (1894-1980).

Он изложил свои идеи в книге «Происхождение/>жизни», опубликованной в Советском Союзе в 1924 году и переведенной наанглийский язык в 1938 году. Теорию Опарина горячо поддержал кембриджскийпрофессор Хэлдейн. Хэлдейн выдвинул гипотезу о том, что на первобытной Землескопились огромные количества органических соединений, образовав то, что онназвал горячим разбавленным бульоном .

Современное двуединое понятие первобытного бульона и самозарождения жизниисходит из теории />Опарина-Хэлдейна о происхождении/> жизни.

Теория эта общепризнана, преподается в школах и колледжах.

Первобытная Земля имела разреженную (то есть лишенную кислорода)атмосферу.

Когда на эту атмосферу стали воздействовать различные естественныеисточники энергии — например, грозы и извержения вулканов — то при этом началисамопроизвольно формироваться основные химические соединения, необходимые дляорганической жизни.

3. С течением времени молекулы органических веществ накапливались вокеанах, пока не достигли консистенции горячего разбавленного бульона. Однако внекоторых районах концентрация молекул, необходимых для зарождения жизни, былаособо высокой, и там образовались нуклеиновые кислоты и протеины.

4. Некоторые из этих молекул оказались способны к самовоспроизводству.

5. Взаимодействие между возникшими нуклеиновыми кислотами и протеинами вконце концов привело к возникновению генетического кода.

6. В дальнейшем эти молекулы объединились, и появилась первая живаяклетка.

7. Первые клетки были гетеротрофами, они не могли воспроизводить своикомпоненты самостоятельно и получали их из бульона. Но со временем многиесоединения стали исчезать из бульона, и клетки были вынуждены воспроизводить ихсамостоятельно. Так клетки развивали собственный обмен веществ длясамостоятельного воспроизводства.

8. Благодаря процессу естественного отбора из этих первых клетокпоявились все живые организмы, существующие на Земле.

Наибольшим успехом теории Опарина-Хэлдейна стал широко разрекламированныйэксперимент, проведенный в 1953 году американским аспирантом Стэнли Миллером.

 


17.Современные представления о происхождении жизни на земле

Жизньна Земле чрезвычайно многообразна. Она представлена ядерными и доядерными одно-и многоклеточными существами. Происхождение жизни — одна из трёх важнейшихмировоззренческих проблем наряду с проблемами происхождения нашей Вселенной ипроблемой происхождения человека. Попытки понять, как возникла и развиваласьжизнь на Земле, были предприняты ещё в глубокой древности. Существует пятьконцепций возникновения жизни:

1.Креанизм- божественное сотворение живого.

2.Концепциямногократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества.

3.Концепциястационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда.

4.Концепциявнеземного происхождения жизни.

5.Концепцияпроисхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов,подчиняющихся физическим и химическим законам.

18.Структурные уровни живого

Концепция структурных уровней живого включает представлениеоб иерархической соподчиненности структурных уровней, системности иорганической целостности живых организмов. В соответствии с этой концепциейструктурные уровни различаются не только сложностью, но и закономерностямифункционирования. Вследствие иерархической соподчиненности каждый из уровнейорганизации живой материи должен изучаться с учетом характера ниже ивышестоящего уровней в их функциональном взаимодействии.

Рассмотрим отдельные уровни организации живой материи, начавс низшей ступени, на которой смыкаются биология и химия.

Молекулярно-генетический уровень.

Это тот уровень организации материи, на котором совершаетсяскачок от атомно-молекулярного уровня неживой материи к макромолекулам живого.При изучении молекулярно-генетического уровня достигнута, видимо, наибольшаяясность в определении основных понятий, а также в выявлении элементарныхструктур и явлений. Развитие хромосомной теории наследственности, анализмутационного процесса, изучение строения хромосом, фагов и вирусов вскрылиосновные черты организации элементарных генетических структур и связанных сними явлений.

Клеточный уровень.

Клеточный и субклеточный уровни отражают процессыспециализации клеток, а также различные внутриклеточные включения.

Любой живой организм состоит из клеток. В простейшем случае-- из единственной клетки (бактерии, амебы). Клетка является мельчайшейэлементарной живой системой и является первоосновой строения, жизнедеятельностии размножения всех организмов. Клетки всех организмов сходны по строению исоставу веществ. Всеми сложными многоступенчатыми процессами в клетке управляетособая структура, как правило, находящаяся в ее ядре и состоящая из длинныхцепей молекул нуклеиновых кислот.

Тканевый уровень.

Совокупность клеток с одинаковым уровнем организации образуетживую ткань. Из тканей состоят различные органы живых организмов.

Организменный уровень.

Система совместно функционирующих органов образует организм.В отличие от предыдущих уровней на организменном уровне проявляется большоеразнообразие живых систем. Организменный уровень именуют такжеонтогенетическим.

Популяционно-видовой уровень.

Он образован совокупностью видов и популяций живых систем.Популяция — это совокупность организмов одного вида, обладающих единымгенофондом (совокупностью генов). Она является надорганизменной живой системой,так же, как и вид, состоящий обычно из нескольких популяций. На этом уровнереализуется биологический эволюционный процесс.

Биогеоценотический уровень.

Он образован биоценозами — исторически сложившимисяустойчивыми сообществами популяций, связанных друг с другом и окружающей средойобменом веществ.

Биосферный уровень.

Включает в себя всю совокупность живых организмов Земливместе с окружающей их природной средой.

Отдельные структурные уровни живого являются объектамиизучения для отдельных биологических наук, то есть условными разграничителямибиологического знания. Так, молекулярный уровень изучается молекулярнойбиологией, генетикой; клеточный уровень служит объектом для цитологии,микробиологии; анатомия и физиология изучают жизнь на тканевом и организменномуровнях; зоология и ботаника имеют дело с организменным и популяционно-видовымуровнями; экология охватывает биоценотический и биосферный уровни.

 

19.Молекулярно-генетический уровень. Генетический код

 

Молекулярно-генетический уровень. Это наиболееэлементарный характерный для жизни уровень. Как бы сложно или просто ни былостроение любого живого организма, они все состоят из одинаковых молекулярныхсоединений. Примером этого являются нуклеиновые кислоты, белки, углеводы идругие сложные молекулярные комплексы органических и неорганических веществ. Ихназывают иногда биологическими макромолекулярными веществами. На молекулярномуровне происходят различные процессы жизнедеятельности живых организмов: обменвеществ, превращение энергии. С помощью молекулярного уровня осуществляетсяпередача наследственной информации, образуются отдельные органоиды и происходятдругие процессы.

Элементарной единицейна молекулярно-генетическом уровне служитген — фрагмент молекулынуклеиновой кислоты, в котором записан определенный в качественном иколичественном отношении объем биологической информации. Элементарное явлениезаключается в процессе ковариантной редупликацииили самовоспроизведении с изменениями генов. Путем редупликации ДНК происходиткопирование генов и заключенной в них биологической информации, чтообеспечивает преемственность и сохранность (консерватизм) свойств организмов вряду поколений.Редупликация, таким образом, является основойнаследственности.

Генетическийкод — свойственнаяживым организмам единая система записи наследственной информации в молекулахнуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов. Каждый нуклеотидобозначается заглавной буквой, с которой начинается название азотистогооснования, входящего в его состав:

— А (A)аденин;

— Г (G)гуанин;

— Ц (C)цитозин;

— Т (T) тимин(в ДНК) или У (U) урацил (в мРНК).

Дезоксирибонуклеи́новаякислота́ (ДНК)— один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу изпоколения в поколение и реализацию генетической программы развития ифункционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках — долговременноехранение информации о структуре РНК и белков.

Рибонуклеи́новыекисло́ты (РНК)— нуклеиновые кислоты, полимеры нуклеотидов, в состав которых входят остатокортофосфорной кислоты, рибоза (в отличие от ДНК, содержащей дезоксирибозу) иазотистые основания — аденин, цитозин, гуанин и урацил (в отличие от ДНК,содержащей вместо урацила тимин). Эти молекулы содержатся в клетках всех живыхорганизмов, а также в некоторых вирусах.

1.        Триплетность — значащей единицей кода являетсясочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).

2.        Непрерывность — между триплетами нет знаковпрепинания, то есть информация считывается непрерывно.

3.        Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не можетвходить одновременно в состав двух или более триплетов. (Не соблюдается длянекоторых перекрывающихся генов вирусов, митохондрий и бактерий, которыекодируют несколько белков, считывающихся со сдвигом рамки).

4.        Однозначность — определённый кодон соответствуеттолько одной аминокислоте. (Свойство не является универсальным. Кодон UGA у Euplotescrassus кодирует две аминокислоты — цистеин и селеноцистеин)

5.        Вырожденность(избыточность) —одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.

6.        Универсальность — генетический код работаетодинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека (наэтом основаны методы генной инженерии) (Из этого свойства также есть рядисключений, см. таблицу в разделе «Вариации стандартного генетического кода» вданной статье).

 

20. Клеточный уровень живого

 

Клеточный уровень организации связан сморфологической организацией клетки, специализацией клеток в ходе развитияорганизма, функциями клеточной мембраны, механизмами и регуляцией деленияклеток. Исследования на этом уровне позволяют решать важнейшие проблемымедицины, в частности лечение онкологических заболеваний.

Кле́тка — элементарная единица строения и жизнедеятельности всехживых организмов (кроме вирусов, о которых нередко говорят как о неклеточныхформах жизни), обладающая собственным обменом веществ, способная ксамостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию.

Клетка является структурной и функциональной единицей всехживых организмов на Земле. Отдельные органоиды в составе клетки имеютхарактерное строение и выполняют определенную функцию. Функции отдельныхорганоидов в клетке взаимосвязаны и выполняют единые процессыжизнедеятельности. У одноклеточных организмов (одноклеточные водоросли ипростейшие) все жизненные процессы проходят в одной клетке, и одна клеткасуществует как отдельный организм. Благодаря деятельности клеткипоступающие извне вещества превращаются в субстраты и энергию, которыеутилизируются в процессе биосинтеза белков в соответствии с существующейинформацией. Таким образом, на клеточном уровне сопрягаются механизмыпередачи информации и превращения веществ и энергии. Элементарные явленияна этом уровне создают энергетическую и вещественную основу жизни на другихуровнях.

21. Организменный уровень живых систем

 

Организменный уровень организации — это уровень одноклеточных,колониальных и многоклеточных организмов. Специфика организменного уровня втом, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетическойинформации, формирование признаков, присущих особям данного вида. Этот уровеньизучается морфологией (анатомией и эмбриологией), физиологией, генетикой,палеонтологией.

Элементарной единицейорганизменного уровняслужит особь, которая рассматривается в развитии отмомента зарождения до прекращения существования в качестве живой системы, чтопозволяет назвать этот уровень также онтогенетическим. Закономерные измененияорганизма в индивидуальном развитии составляют элементарные явления. В ходе онтогенеза,в результате реализации наследственной информации в определенных условияхвнешней среды формируется фенотип организмов данного биологическоговида.

Вкаждом отдельном организме происходят все жизненные процессы, характерные длявсех живых организмов, — питание, дыхание, обмен веществ, раздражимость,размножение и т. д. Каждый самостоятельный организм оставляет после себяпотомство. У многоклеточных организмов клетки, ткани, органы и системы органовне являются отдельным организмом. Только целостная система органов,специализированно выполняющих различные функции, образует отдельныйсамостоятельный организм. Развитие организма, начиная с оплодотворения и доконца жизни, занимает определенный промежуток времени. Такое индивидуальноеразвитие каждого организма называется онтогенезом. Организм может существоватьв тесной взаимосвязи с окружающей средой.

22.Популяционно-видовой уровень живого

Популяционно-видовойуровень. Единицей уровня являются особи, объединённые в популяции, которые всвою очередь объединены в виды. Основные признаки уровня: рождаемость,смертность, структура популяции (половая и возрастная), плотность, численностьпопуляции.

Вид – это совокупностьсходных между собой по определенному признаку, способных скрещиваться междусобой и давать плодовитое потомство.

Популяции –совокупность особей одного вида,населяющих определённую территорию, более или менее изолированную от соседнихсовокупностей того же вида

Объединение особей в популяцию происходит на основе общностигенофонда. Популяция, в силу возможности межпопуляционных скрещиваний,представляет собой открытую генетическую систему. Действие элементарныхэволюционных факторов приводит к эволюционно значимым изменениям генофондапопуляции, что и принимается за элементарное явление на этом уровне.

Особи одного вида населяют территорию с известнымиабиотическими показателями (климат, химизм почв, гидрологические условия) и взаимодействуютс организмами других видов. В процессе совместного исторического развитияорганизмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые вовремени сообщества — биогеоценозы, которые служат элементарными единицамибиогеоценотического уровня. Видовой состав, а также характеристикиместообитания для отдельных биогеоценозов обеспечиваютвещественно-энергетические круговороты, которые представляют на рассматриваемомуровне элементарные явления. Ведущая роль в этих круговоротах принадлежит живыморганизмам. Биоценоз — это открытая в вещественном и энергетическом планесистема. Благодаря этомубиогеоценозы объединяются в единыйкомплекс — область распространения жизни или биосферу.

23.Биоценоз и биогеоценоз

 

Биоценоз — взаимосвязанная совокупностьмикроорганизмов, растений, грибов и животных, населяющих более или менееоднородный участок суши или водоема, и характеризующихся определённымиотношениями как между собой, так и с абиотическими факторами окружающейсреды (компоненты и явления неживой, неорганической природы, прямо иликосвенно воздействующие на живые организмы.)

По систематическим признакам биоценозделится на фитоценоз, зооценоз и микробоценоз.

Фитоценоз — устойчивая естественная группировка видов растений в пределах одногобиоценоза.

Зооценоз — совокупность взаимосвязанных и взаимозависимых видов животных,сложившаяся в пределах одного биоценоза.

Микробиоценоз — сообщество микроорганизмов растительного и животногопроисхождения. Микробиоценозы составляют бактерии, грибы, актиномицеты,микроскопические низшие водоросли и др.

Функционально биоценоз делится поступеням экологической пирамиды на группы организмов: продуцентов, консументови редуцентов, объединенных трофическими связями. Структурно биоценоз делятся на горизонты,слои, ярусы, пологи, меротопы. Биоценоз характеризуется биомассой ибиологической продуктивностью. В месте с биотопом биоценоз составляетбиогеоценоз.

Биогеоценозвзаимообусловленныйкомплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ иэнергии; одна из наиболее сложных природных систем. К живым компонентам Б.относятся автотрофные организмы (фотосинтезирующие зелёные растения ихемосинтезирующие микроорганизмы) и гетеротрофные организмы (животные,грибы, многие бактерии, вирусы), ккосным — приземный слой атмосферы сеё газовыми и тепловыми ресурсами, солнечная энергия, почва с её водо-минеральнымиресурсами и отчасти кора выветривания (в случае водного Б. — вода). В каждом Б.сохраняется как однородность (гомогенная или чаще мозаичногомогенная) состава истроения компонентов, так и характер материально-энергетического обмена междуними. Особенно важную роль в Б. играют зеленые растения (высшие и низшие),дающие основную массу живого вещества. Они производят первичные органическиематериалы, вещество и энергия которых используются самими растениями и по цепямпитания передаются всем гетеротрофным организмам.

Основные показатели биогеоценоза

Видовой состав — количество видов, обитающих в биогеоценозе.

Видовое разнообразие — количество видов, обитающих в биогеоценозе на единицуплощади или объема.

В большинствеслучаев видовой состав и видовое разнообразие количественно не совпадают ивидовое разнообразие напрямую зависит от исследуемого участка.

Биомасса — количество организмов биогеоценоза, выраженное в единицах массы.

Б. — динамичная система. Он непрерывно изменяется иразвивается в результате внутренних противоречивых тенденций его компонентов.Изменения Б. могут быть кратковременными, обусловливающими легко обратимыереакции компонентов Б. (суточные, погодные, сезонные), и глубокими, ведущими кнеобратимым сменам в состоянии, структуре и общем метаболизме Б. и знаменующимисмену (сукцессию) одного Б. другим. Они могут быть медленными и быстрыми;последние часто происходят под влиянием внезапных перемен в результатестихийных причин или хозяйственной деятельности человека (не толькопреобразующего и разрушающего природные Б, но и создающего новые, культурныеБ.). Наряду с динамичностью, Б. присуща и устойчивость во времени, котораяобусловлена тем, что современные природные Б. — результат длительной и глубокойадаптации живых компонентов друг к другу и к компонентам косной среды. ПоэтомуБ., выведенные из устойчивого состояния той или иной причиной, после еёустранения могут восстанавливаться в форме, близкой к исходной. Б., близкие посоставу и структуре компонентов, по метаболизму и направлению развития, относятк одному типу Б., который является основной единицей биогеоценологическойклассификации.

24. Современные концепции экологии

О проблемах экологии по-настоящему заговорили в 70-х гг. XXв., когда не только специалисты, но и рядовые граждане почувствовали, какуювозрастающую угрозу несет существующему и будущим поколениям техногенная цивилизация.Загрязнение атмосферы, отравление рек и озер, кислотные дожди, всеувеличивающиеся отходы производства, в особенности использованных радиоактивныхвеществ, и многое другое — все это не могло не повлиять на рост интересашироких слоев населения к проблемам экологии. В связи с этим изменился и самвзгляд на предмет экологии. Хотя термин «экология» был введен Э. Геккелем свышестолетия назад и как самостоятельная научная дисциплина она сформировалась ещев 1900 г., тем не менее долгое время экология оставалась чисто биологическойдисциплиной. В настоящее время она вышла уже из этих узких рамок и стала, посути дела, междисциплинарным направлением исследований процессов, связанных свзаимодействием биосферы и общества. Как указывает известный специалист по этимвопросам Ю. Одум, сейчас экология оформилась в принципиально новуюинтегрированную дисциплину, связывающую физические и биологические явления иобразующую мост между естественными и общественными науками.

О связи экологии с общественными и гуманитарными наукамисвидетельствует появление таких ее разделов, как социальная, медицинская,историческая, этическая экологии.

Экологические системы и их структура. К экологическимсистемам обычно относят все живые системы вместе с их экологической нишей, т.е.окружающей средой, начиная от отдельной популяции и кончая биосферой. Все ониявляются открытыми системами, которые обмениваются с окружающей природнойсредой веществом, энергией или информацией. Наименьшей единицей экологии являетсяпопуляция. Следовательно, ни молекулярный, ни клеточный, ни организменныйуровни, о которых шла речь в предыдущей главе, не рассматриваются в экологии,хотя и живая молекула, и клетка, и тем более организм представляют собойоткрытые системы, которые могут существовать благодаря взаимодействию сосредой. Еще более крупным системным объединением в экологии считается биом,который включает в свой состав живые системы и неживые факторы на обширнойтерритории, например лиственные породы деревьев на Среднерусской возвышенности.экосистеме можно выделить два уровня:

• на верхнем, автотрофном уровне, который называют такжезеленым поясом, мы встречаемся с растениями, содержащими хлорофилл иперерабатывающими солнечную энергию и простые неорганические вещества в сложныеорганические соединения;

• на нижнем, гетеротрофном уровне происходит преобразование иразложение этих органических соединений в простые, неорганические.

25. Проблема горения в химии XVIIIвека (Дальтон, Лавуазье)

Центральная проблема химии XVIII Вопрос в. состоял вследующем: что с случается горючими веществами, когда они в сгорают воздухе?Для объяснения процессов И. горения Э. Бехером и его Г. учеником Шталем былапредложена теория Тела, флогистона. содержащие большое количество флогистона,хорошо; горят тела, которые не загораются, дефлогистированными. являютсяФлогистон — это некоторая субстанция, невесомая которую содержат все горючие итела которую они утрачивают при Эта горении. теория позволяла объяснять многиепроцессы химические и предсказывать новые химические она явления. прочноудерживала свои позиции, Лавуазье пока в конце XVIII в. течение В почти всегоХVIII в. на (опираясь открытия К. Шееле сложного воздуха состава и Дж.В.Пристли кислорода, не 1774) разработал кислородную теорию горения. уже Кустановленному до него списку (металлы, элементов углерод, сера и фосфор)добавил он новые — кислород, который с вместе водородом входит в состав а воды,также и другой компонент — воздуха не поддерживающий жизни азот.

Лавуазье что показал, все прежде считавшиеся хаотическими вявления химии могут быть систематизированы сведены и в закон сочетанияэлементов, и старых новых. В соответствии с системой новой химическиесоединения делились в на основном три категории: кислоты, основания, раз соли.

Лавуазье и навсегда покончил со алхимической старойноменклатурой, основанной на случайных — ассоциациях «винное масло», «винныйкамень», сахар» «свинцовый и др. Таким образом, рационализировал Лавуазье химиюи объяснил причину разнообразия большого химических явлений: она заключаетсяматериальном в различии химических элементов и соединений. их Он ввел (приактивном К. участии Бертолле) новую.Л. Новая номенклатура из исходила того, чтокаждое химическое должно вещество иметь одно определенное название, егохарактеризующее функции и состав.д. Например, калия оксид состоит из калия ихлорид кислорода, натрия — из натрия хлора, и сульфид водорода — из и водородасеры, и т.

Кроме Лавуазье того, поставил вопрос и о в количествах,которых сочетаются различные элементы собой, между и с помощью закона материисохранения привел химию к представлению необходимости о количественноговыражения пропорций, в сочетались которых элементы. Таким образом, Лавуазьенаучную осуществил революцию в химии: он химию превратил из совокупностимножества не друг связанных с другом рецептов, подлежавших один изучению заодним, в общую основываясь теорию, на которой можно было только не объяснятьвсе известные явления, и но предсказывать новые.

Следующий важный в шаг развитии научной химии сделан был Дж.Изучая химический газов, состав он исследовал весовые кислорода, количестваприходящиеся на одно то и же весовое количество (например, вещества азота) вразличных количественному по составу окислах, и кратность установил этих количеств,например, пяти в окислах азота (N2O, N2Оз, NO, NО2 и N2O5) кислорода количествона одно и же то весовое количество азота как относится 1:2:3:4:5. Так был законоткрыт кратных отношений. При он этом ввел в химию атомного понятие веса.

Дальтон правильно объяснил закон этот атомным строениемвещества способностью и атомов одного вещества с соединяться различнымколичеством атомов вещества.

 

26. Химия XIXвека: Законы Ж.Пруста,Гей-Люссака, Авогадро

Открытые Ж. Л. Гей-Люссаком в начале 19 в. законы,описывающие некоторые свойства газов.

1)Закон теплового расширения газов утверждает, что изменение объёма данной массыгаза при постоянном давлении прямо пропорционально изменению температуры

(v2— v1)/v1 = aDt

или

 

v2= v1 (1 + aDt),

гдеv1 — объём газа при исходной температуре t1;v2 — при конечной t2; Dt = t2t1; a — коэффициент теплового расширения газов припостоянном давлении. Величина a для всех газов при нормальных условияхприблизительно одинакова и при измерении температуры газа в °С a =1/273,15 (или 0,00367). Сочетая этот закон с законом Бойля—Мариотта, Э.Клапейрон вывел уравнение состояния идеального газа, связывающее р, vи Т (см. Клапейрона уравнение).

2)Закон объёмных отношений гласит, что объёмы газов, вступающих в химическуюреакцию, находятся в простых отношениях друг к другу и к объёмам газообразныхпродуктов реакции. Другими словами, отношение объёмов, в которых газы участвуютв реакции, соответствует отношению небольших целых чисел. Измеряя приодинаковых условиях объёмы водорода, хлора и хлористого водорода, Гей-Люссакнашёл, что один объём водорода и один объём хлора, соединяясь, дают два объёмахлористого водорода, т. е. отношение объёмов равно 1: 1: 2. Сходная картинаимеет место и при других реакциях с участием газов. Этот закон сыграл важнуюроль в создании атомно-молекулярной теории. Он послужил толчком для открытияАвогадро закона, с помощью которого Авогадро впервые сделал правильный вывод осоставе молекул простых газов (H2, Cl2, N2 и т.д.)и строго разграничил понятия атома и молекулы. Когда молекулярные формулы всехгазов точно известны, отыскание отношения объёмов газов, вступающих между собойв реакцию, уже не требует сложных измерений. Так, из уравнения синтезахлористого водорода из водорода и хлора Н2 + Cl2 = 2HClлегко видеть, что отношение объёмов газов в этом случае равно 1: 1: 2.

ЗаконАвога́дро —одно из важных основных положений химии, гласящее, что «в равных объёмахразличных газов, взятых при одинаковых температуре и давлении, содержится однои тоже число молекул». Второе следствие из закона Авогадро: молярная массапервого газа равна произведению молярной массы второго газа на относительнуюплотность первого газа по второму.

ЗаконПруста — Открылгидроокиси металлов, показал, что металлы могут образовывать более одногооксида и сульфида. Выделил из виноградного сока глюкозу.

Законпостоянства состава один из основных законов химии: каждое определённое химическоесоединение, независимо от способа его получения, состоит из одних и тех жеэлементов, причём отношения их масс постоянны, а относительные количества ихатомов 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 и1863 — ректор. С 1868 г. профессор Петербургского университета.

Занимаясь изучением углеводородов, Бутлеров понял, что они представляютсобой совершенно особый класс химических веществ. Анализируя их строение исвойства, ученый заметил, что здесь существует строгая закономерность. Она илегла в основу созданной им теории химического строения.

Основные идеи теории химического строения Бутлеров впервыевысказал в 1861. Главные положения своей теории он изложил в докладе «Охимическом строении вещества», прочитанном в химической секции Съезда немецкихестествоиспытателей и врачей в Шпейере.

Основные положения теории химического строения

Атомы в молекулах соединены друг с другом в определеннойпоследовательности согласно их валентностям. Последовательность межатомныхсвязей в молекуле называется ее химическим строением и отражается однойструктурной формулой (формулой строения).

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

2. Свойства веществ зависят от их химического строения.

3. По свойствам данного вещества можно определить строениеего молекулы, а по строению молекулы — предвидеть свойства.

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

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


28. Периодическая система Д. И. Менделеева

 

Периоди́ческая систе́ма хими́ческихэлеме́нтов (табли́цаМенделе́ева) — классификация химических элементов, устанавливающаязависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Системаявляется графическим выражением периодического закона, установленного русскимхимиком Д. И. Менделеевым в 1869 году. Её первоначальный вариант был разработанД. И. Менделеевым в 1869—1871 годах и устанавливал зависимость свойствэлементов от массового числа атомов (или их атомной массы).

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

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

Важным этапом в работе по созданию классификации химических элементовбыло объединение сходных элементов в естественные семейства, например щелочныеметаллы, галогены.

Однако все ученые, пытаясь классифицировать химические элементы, искалисходство между элементами одного семейства, но не могли себе представить, чтовсе 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 основедвух свойств: атомной массы и валентности, т. е. способности образовыватьизвестные формы соединений (оксиды, водородные соединения и др.).

Сущность открытия Менделеева заключалась в том, что сростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, апериодически. 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 сереброи медь. Разумеется, свойства не повторяются в точности, к ним добавляются иизменения. 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 полностьюсоблюдалась, Менделеевым были предприняты очень смелые шаги: он исправилатомные массы некоторых элементов, несколько элементов разместил в своейсистеме вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими(например, таллий, считавшийся щелочным металлом, он поместил в третью группусогласно его фактической максимальной валентности), оставил в таблице пустыеклетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы. В 1871 году на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон (фундаментальный закон,устанавливающий периодическое изменение свойств химических элементов взависимости от увеличения зарядов ядер их атомов.), форма которая со временембыла несколько усовершенствована.

Периодическая система Д. И. Менделеева стала важнейшей вехой в развитииатомно-молекулярного учения. Благодаря ей сложилось современное понятие охимическом элементе, были уточнены представления о простых веществах исоединениях.

29. 4 этапа становления химии как науки

1.Предалхимический период: до III в. н.э.В предалхимическом периоде теоретический и практическийаспекты 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 триподпериода: Соловьев Ю.И. История химии. Развитие химии с древнейших времён доконца 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 экспериментальнойхимии и накопление запаса знаний о веществе; алхимическая теория, основанная наантичных философских представлениях об элементах, тесно связана с астрологией имистикой. Наряду с химико-техническим «златоделием» алхимическийпериод примечателен также и созданием уникальной системы мистической философии.3.Период становления (объединения): XVII — XVIII вв.В период становления химии как науки происходит её полнаярационализация. Химия освобождается от натурфилософских и алхимических взглядовна элементы как на носители определённых качеств. Наряду с расширениемпрактических знаний о веществе начинает вырабатываться единый взгляд нахимические процессы и в полной мере использоваться экспериментальный метод.Завершающая этот период химическая революция окончательно придаёт химии видсамостоятельной науки, занимающейся экспериментальным изучением состава тел.4.Период количественных законов (атомно-молекулярной теории): 1789 — 1860 гг.Период количественных законов, ознаменовавшийся открытиемглавных количественных закономерностей химии — стехиометрических законов, иформированием атомно-молекулярной теории, окончательно завершает превращениехимии 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 стремительнымразвитием науки: создаётся периодическая система элементов, теория валентностии химического строения молекул, стереохимия, химическая термодинамика ихимическая кинетика; блестящих успехов достигают прикладная неорганическаяхимия и органический синтез. В связи с ростом объёма знаний о веществе и егосвойствах начинается дифференциация химии — выделение её отдельных ветвей,приобретающих черты самостоятельных наук.

30. Сущность и происхождение жизни

Вопросы о происхождении природы и сущности жизни издавнастали предметом интереса человека в его стремлении разобраться в окружающеммире, понять самого себя и определить свое место в природе.

Многовековые исследования и попыткирешения этих вопросов породили разные концепции возникновения жизни:креационизм — сотворение жизни Богом; концепция самопроизвольного зарождения изнеживого вещества; концепция стационарного состояния, в соответствии с которойжизнь существовала всегда и концепция внеземного происхождения жизни врезультате развития физических и химических процессов.

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

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

В XIX веке в биологии возникли концепции механистического материализмаи витализма — вершина биологии того времени, между которыми началасьожесточенная борьба идей о происхождении и сущности жизни. Механистическийматериализм не признавал качественной специфики живых организмов ипредставлял жизненные процессы как результат действия химических и физическихпроцессов. Противоположной точкойзрения стал витализм (от лат. vitalis — жизненный), который объяснял качественноеотличие 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, удалосьстрого научно обосновать несостоятельность этой концепции. Опыты Пастерапродемонстрировали, что микроорганизмы появляются в органических растворах всилу того, что туда были ранее занесены их зародыши.

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

Таким образом, на протяжении веков менялись взгляды на этупроблему, 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 чрезвычайноупорядоченным состоянием обычных атомов и молекул, из которых состоит «живоевещество», или существуют пока не открытые элементарные «частицы жизни»,переводящие обычные химические и физические вещества в живое состояние. Вескихдоказательств и аргументов в пользу справедливости той или иной точки зрениянет, и выбор позиции определяется внутренними убеждениями каждого участникаспора.

31. Синтетическая теория эволюции

 

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

Синтетическая теория эволюции — современный дарвинизм — возниклав начале 40-х годов XX в. Она представляет собой учение об эволюцииорганического мира, разработанное на основе данных современной генетики,экологии и классического дарвинизма. Термин «синтетическая» идет от названиякниги известного английского эволюциониста Дж. Хаксли «Эволюция: современныйсинтез» (1942). В разработку синтетической теории эволюции внесли вклад многиеученые.

Основные положения синтетической теории эволюции в общихчертах можно выразить следующим образом:

Основные положения синтетической теории эволюции в общихчертах можно выразить следующим образом:

1. Материалом для эволюции служат наследственныеизменения — мутации (как правило, генные) и их комбинации.

2. Основным движущим фактором эволюции являетсяестественный отбор, возникающий на основе борьбы за существование.

3. Наименьшей единицей эволюции является популяция.

4. Эволюция носит в большинстве случаевдивергентный характер, т. е. один таксон может стать предком несколькихдочерних таксонов.

5. Эволюция носит постепенный и длительныйхарактер. Видообразование как этап эволюционного процесса представляет собойпоследовательную смену одной временной популяции чередой последующих временныхпопуляций.

6. Вид состоит из множества соподчиненных,морфологически, физиологически, экологически, биохимически и генетическиотличных, но репродуктивно не изолированных единиц — подвидов и популяций.

7. Вид существует как целостное и замкнутоеобразование. Целостность вида поддерживается миграциями особей из однойпопуляции в другую, при которых наблюдается обмен аллелями («поток генов»),

8. Макроэволюция на более высоком уровне, чем вид(род, семейство, отряд, класс и др.), идет путем микроэволюции. Согласносинтетической теории эволюции, не существует закономерностей макроэволюции,отличных от микроэволюции. Иными словами, для эволюции групп видов живыхорганизмов характерны те же предпосылки и движущие силы, что и длямикроэволюции.

9. Любой реальный (а не сборный) таксон имеетмонофилети-ческое происхождение.

10. Эволюция имеет ненаправленный характер, т. е. неидет в направлении какой-либо конечной цели.

Синтетическая теория эволюции вскрыла глубинные механизмыэволюционного процесса, накопила множество новых фактов и доказательствэволюции живых организмов, объединила данные многих биологических наук. Тем неменее синтетическая теория эволюции (или неодарвинизм) находится в русле техидей и направлений, которые были заложены Ч. Дарвином.

32. Биоэтика: задачи и принципы

 

Биоэтика – это новый уровень в системе профессиональнойэтики который связан с биологическим развитием человека, с его нормальнойдеятельность. Сегоднябиоэтика — это больше чем просто раздел философии. Биоэтика — этомеждисциплинарная область человеческого знания, в формировании которойучаствуют медики, биологи, юристы, социологи, философы и представителей другихпрофессий.

Первое развернутое обсуждение проблем биоэтики состоялось в г. Нюрнбергев 1946 г. Это было связано с медицинскими исследованиями на людях, проводимыминемцами в годы Второй мировой войны. На Нюрнбергском процессе было предъявленообвинение 23 немецким ученым-медикам.

Задачи биоэтики:формирование принципов морального регулированиянаучных исследований, которое не ограничивало бы свободу науки, но обеспечивалобы и социальную защиту граждан и интересы общества. Как следствие, биоэтикаформирует мировоззрение общества в целом, закрепленное в правовыхгосударственных и международных законах и декларациях.

Современная биоэтика имеет 2 основных направления:

1.медицинское — сконцентрировано вокруг отношений«врач-пациент», чаще всего это направление называют биомедицинскойэтикой или медицинской биоэтикой;

2.экологическое — обосновывает ценность и права отдельных живых существ(биоцентризм) и природных экосистем, дикой природы, биогеоценозов и пр.(экоцентризм).

Главная идея биоэтики состоит в том, что общечеловеческие ценности недолжны рассматриваться отдельно от биологических фактов — человек все ещеявляется частью природы, ему необходима здоровая пища, свежий воздух, чистая вода,дикие уголки природы, он не может существовать без животных, без лесов, рек ипочвы, которые являются не только экологическими ресурсами, но и главнымусловием выживания человечества.

33.Передачаэнергии солнечного света вверх по трофич. уровням пищевой сети экосистем

 

Экосистема или экологическая система (от греч. óikos —жилище, местопребывание и система), природный комплекс (биокосная система),образованный живыми организмами (биоценоз) и средой их обитания (косной,например атмосфера, или биокосной — почва, водоём и т. п.), связанными междусобой обменом веществ и энергии. Одно из основных понятий экологии, приложимоек объектам разной сложности и размеров.

Поток энергии в экосистеме. Растения способныпоглотить лишь малую часть энергии солнечных лучей, падающих на их листья.Приблизительно 95- 99 % энергии отражается от листовой поверхности, переходит втепло либо расходуется на испарение влаги из устьиц, и только 1-5 % световойэнергии поглощается хлорофиллом. Энергия солнца, поглощенная растениями заединицу времени, называется валовой первичной продукцией. От 20 до 40 % этойэнергии растения расходуют на дыхание; оставшиеся 60-80 % превращаются в чистуюпервичную продукцию — энергию химических связей, поскольку используются длясинтеза больших полимерных молекул, из которых строятся ткани растений. Чистуюпервичную продукцию иначе называют скоростью прироста фитомассы (суммарноймассы растений данного сообщества). При поедании растений травоядными животнымиэнергия переходит с веществом пищи на следующий трофический уровень.Непереваренные остатки пищи выбрасываются и перерабатываются редуцентами,обитающими в почве. Животные, как и растения, теряют часть энергии при дыхании.Энергия, оставшаяся после потерь, связанных с дыханием, выделением и экскрецией,идет на рост и размножение животных — увеличение зоомассы. Энергия, запасеннаяв телах растительноядных и хищных животных (консументов) за единицу времени,называется вторичной продукцией. На рисунке показано, что при переходе с одноготрофического уровня на другой часть энергии обязательно теряется. Поэтомупродукция живых существ каждого следующего уровня меньше, чем предыдущего. Всвязи с этим соотношение продукции всех уровней экосистемы обычно выражаетсяпирамидой; ее называют трофической (или энергетической) пирамидой. Потеряэнергии на каждом уровне означает, что на высших уровнях ее количествоневелико. Поэтому пищевые сети редко состоят более чем из 4-5 уровней:растения, растительноядные, два или три уровня плотоядных. Приведите пример: волкии тигры занимают вершину трофической пирамиды и питаются травоядными животнымиили мелкими хищниками. Чтобы найти пропитание, волк пробегает за день до 30 км, а площадь охотничьего участка тигра доходит до 300 кв. км. Представьте себе, сколько силдолжно было бы тратить на поиск добычи животное, питающиеся тиграми иливолками, которые живут на таком расстоянии друг от друга. При этом количествоэнергии, которое можно получить из съеденного волка или тигра, было бы значительноменьше, чем энергия, затраченная на охоту. Завершая объяснение этойиллюстрации, укажите на главный факт: организмы не живут на земле независимодруг от друга; существует поток вещества и энергии, объединяющий всехобитателей в единое целое — экосистему.

34.Ноосфера.Учение Вернадского о ноосфере

 

Ноосфера — новая, высшая стадия эволюции биосферы, становление которой связано сразвитием человеческого общества, оказывающего глубокое воздействие наприродные процессы. Согласно Вернадскому, «в биосфере существует великаягеологическая, быть может, космическая сила, планетное действие которой обычноне принимается во внимание в представлениях о космосе… Эта сила есть разумчеловека, устремленная и организованная воля его как существа общественного».

Владимир Иванович Вернадский (1863—1945). С именем Вернадского и связанов первую очередь появление ноосферного учения.

В ноосферном учении Человек предстаёт укоренённым в Природу, а«искусственное» рассматривается как органическая часть и один из факторов(усиливающийся во времени) эволюции «естественного». Обобщая с позициинатуралиста человеческую историю, Вернадский делает вывод о том, чточеловечество в ходе своего развития превращается в новую мощную геологическуюсилу, своей мыслью и трудом преобразующую лик планеты. Соответственно, оно вцелях своего сохранения должно будет взять на себя ответственность за развитиебиосферы, превращающейся в ноосферу, а это потребует от него определённойсоциальной организации и новой, экологической и одновременно гуманистическойэтики.

Ноосферу можно охарактеризовать как единство «природы» и «культуры». СамВернадский говорил о ней то как о реальности будущего, то как одействительности наших дней, что неудивительно, поскольку он мыслил масштабамигеологического времени. «Биосфера не раз переходила в новое эволюционноесостояние… — отмечает В. И. Вернадский. — Это переживаем мы и сейчас, запоследние 10—20 тысяч лет, когда человек, выработав в социальной среде научнуюмысль, создаёт в биосфере новую геологическую силу, в ней не бывалую. Биосфераперешла или, вернее, переходит в новое эволюционное состояние — в ноосферу —перерабатывается научной мыслью социального человека» («Научная мысль какпланетное явление»). Таким образом, понятие «ноосфера» предстаёт в двухаспектах:

1) ноосфера в стадии становления, развивающаяся стихийно с моментапоявления человека;

2) ноосфера развитая, сознательно формируемая совместными усилиями людейв интересах всестороннего развития всего человечества и каждого отдельногочеловека.

еще рефераты
Еще работы по биологии