Контрольная работа по "Концепциям современного естествознания"

Министерство образования  и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный  технологический университет»

(КубГТУ)

Многоотраслевой институт подготовки и переподготовки специалистов

(ДДО МИППС)

дисциплина «Концепции современного естествознания»

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Вариант № 9

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент группы 13б-ДЭ

Гарсаньян В.Д.

Шифр студ. билета 13б-ДЭ-09

Проверила

Суруханова  И.В.

 

Краснодар

2013

Содержание

 

 

Введение………………………………………………………………..	3
I.Четыре концептуальные химические системы. Концепция химических элементов и периодический закон Менделеева……….	4
II.Концепции происхождения жизни. Концепция панспермии и биохимической эволюции…………………………………………….	10
Список использованных источников…………………………………	20

 

  

 

Введение

 

 

Основной целью первой части данной работы является раскрытие темы «Четыре концептуальные химические системы. Концепция химических элементов и периодический закон Менделеева». Необходимо рассмотреть четыре концептуальные химические системы, выявить основные положения этих концепций, дать определение химического элемента, а также, рассмотреть периодический закон Менделеева.

Целью второй части работы является раскрытие темы «Концепции происхождения жизни. Концепция панспермии и биохимической эволюции». То есть, необходимо рассмотреть  основные концепции происхождения жизни, выявить основные аргументы концепций, оценив  их  вклад в развитие биологии как науки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I.Четыре концептуальные химические системы. Концепция химических элементов и периодический закон Менделеева.

 

 

Развитие химических знаний стимулируется необходимостью получения человеком различных веществ для своей жизнедеятельности. Для этого приходилось искать пути получения из одних веществ − другие, осуществляя их качественные превращения. На базе познания глубинных свойств различных веществ возникла теоретическая химия, которая в настоящее время представляет собой высокоупорядоченную и постоянно развивающуюся систему знаний. В наши дни химическая наука дает возможность получать вещества с заданными свойствами и находить способы управления этими свойствами.

Химия — это наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и строения. Она изучает природу и свойства различных химических связей, энергетику химических реакций, реакционную способность веществ, свойства катализаторов и т.д.

Своеобразную программу  исследования химических явлений впервые  сформулировали и приняли ученые-химики на первом Международном съезде химиков  в Карлсруэ в Германии в 1860 г. Они  исходили из того, что:

− все вещества состоят из молекул, которые находятся в непрерывном и самопроизвольном движении;

− все молекулы состоят из атомов;

− атомы и молекулы находятся в непрерывном движении;

− атомы представляют собой  мельчайшие, далее неделимые составные  части молекул.

Химические знания до определенного  времени накапливались эмпирически, пока не назрела необходимость в  их классификации и систематизации, т.е. в теоретическом обобщении. Основоположником системного освоения химических знаний является Д.И. Менделеев. Попытки объединения элементов в группы предпринимались и ранее, однако не были найдены определяющие причины изменений свойств химических веществ.

Д.И. Менделеев исходил  из принципа, что любое точное знание представляет систему. Такой подход позволил ему в 1869 г. открыть периодический закон и разработать Периодическую систему химических элементов. В его системе основной характеристикой элементов является их атомный вес. Периодический закон Д.И. Менделеева сформулирован в следующем виде: «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов».

Это обобщение  давало новые представления об элементах, но в силу того, что еще не было известно строение атома, физический смысл его был не вполне доступен пониманию. В современном представлении этот периодический закон формулируется следующим образом: «Строение и свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов и определяются периодически повторяющимися однотипными электронными конфигурациями их атомов». В своей книге «Элементы», опубликованной в 1993 г., Дж. Эмсли определяет свойства элементов более, чем по 20 параметрам.

Современная химическая наука  опирается на ряд основных химических законов: закон сохранения массы (масса веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции); закон сохранения энергии (при любых взаимодействиях, имеющих место в изолированной системе, энергия этой системы остается постоянной и возможны лишь переходы из одного вида энергии в другой); закон постоянства состава (любое химически индивидуальное соединение имеет один и тот же количественный состав независимо от способа его получения); закон кратных отношений (если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то массы одного из элементов, приходящихся в этих соединениях на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа); закон объемных отношений (при одинаковых условиях объемы вступающих в реакцию газов относятся друг к другу и к объемам образующихся газообразных продуктов реакции как небольшие числа); 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)  и другие законы.

При всем многообразии химических явлений выделяют четыре основные концептуальные системы. Эти системы появлялись последовательно во времени, причем каждая новая химическая концепция  возникала на основе научных достижений предыдущей .

I. Учение о составе вещества.

Первая химическая концепция - учение о составе - возникла в 1660-х  гг. и связана с исследованием  свойств веществ в зависимости  от их химического состава. В период с середины XVII до второй половины XIX в. это представляло собой практически всю химию[2].  На этом уровне решались вопросы определения химического элемента, химического соединения и получения новых материалов на базе более широкого использования химических. Первое научное определение химического элемента, когда еще не было открыто ни одного из них, сформулировал английский химик и физик Р. Бойль. Первым был открыт химический элемент фосфор в 1669 г., потом кобальт, никель и др. Открытие французским химиком А.Л. Лавуазье кислорода и установление его роли в образовании различных химических соединений, позволило отказаться от прежних представлений об «огненной материи» (флогистоне). Лавуазье впервые систематизировал химические элементы на базе имеющихся в XVIII в. знаний. Эта систематизация оказалась ошибочной и в дальнейшем была усовершенствована Д.И. Менделеевым. Система Лавуазье определяла место элемента по атомной массе. В настоящее время место химического элемента определяют по заряду атомного ядра, который отражает индивидуальные свойства элемента. Например, элемент хлор имеет два изотопа (две разновидности), отличающиеся друг от друга по массе атома. Но оба они  относятся к одному химическому элементу − хлору, из-за одинакового заряда их ядер.

Химическое соединение − понятие более широкое, чем  «сложное вещество», которое должно состоять из двух и более разных химических элементов. Химическое соединение может состоять и из одного элемента. Это молекулы Н₂, О₂, графит, алмаз и другие кристаллы без посторонних включений в их решетку.

II. Уровень структурной химии

В 1800-е г., когда стало  очевидным, что свойства веществ  и их качественное разнообразие обусловливаются  не только составом, но и структурой молекул, возникла концепция структурной  химии, предполагающая исследование структуры, т.е. способа взаимодействия элементов. Эта концепция опирается на атомно-молекулярную концепцию строения вещества[2].

С возникновением структурной химии у химической науки появились неизвестные ранее возможности целенаправленного качественного влияния на преобразование вещества. Еще в 1857 г. немецкий химик Ф.А. Кекуле показал, что углерод четырехвалентен, и это дает возможность присоединить к нему до четырех элементов одновалентного водорода.  Азот может присоединить до трех одновалентных элементов, кислород — до двух. Эта схема Кекуле натолкнула исследователей на понимание механизма получения новых химических соединений. А.М. Бутлеров заметил, что в таких соединениях большую роль играет энергия, с которой вещества связываются между собой. В настоящее время структура молекулы понимается как ее пространственная и энергетическая упорядоченность.

В 60—80-е годы XX в. было изучено такое явление, как органический синтез. Из каменноугольной смолы и аммиака были получены новые красители — фуксин, анилиновая соль, ализарин, а позднее — взрывчатые вещества и лекарственные препараты — аспирин и др. Структурная химия дала повод для оптимистических заявлений, что химики могут все.

Однако дальнейшее развитие химической науки и основанного  на ее достижениях производства показали более точно возможности и пределы структурной химии. На ее уровне не представлялось возможным получение этилена, ацетилена, бензола и других углеводородов из парафиновых углеводородов. Многие реакции органического синтеза на основе структурной химии давали очень низкие выходы необходимого продукта и большие отходы в виде побочных продуктов. Вследствие этого их нельзя было использовать в промышленном масштабе.

III. Учение о химических процессах

Третья концептуальная система - учение о химическом процессе - в 1950-е  гг. завершает свой этап становления. В ее рамках исследуются внутренние механизмы и условия протекания химических процессов (скорости протекания процессов, температура, давление и т.п., влияние катализаторов, ингибиторов и пр.).  Химические процессы представляют собой сложнейшее явление как в неживой, так и живой природе. Перед химической наукой стоит принципиальная задача − научиться управлять химическими процессами. Дело в том, что некоторые процессы не удается осуществить, хотя, в принципе, они осуществимы, другие трудно остановить − реакции горения, взрывы, а часть из них трудноуправляема, поскольку они самопроизвольно создают массу побочных продуктов. Для управления химическими процессами разработаны термодинамический и кинетический методы.

Все химические реакции имеют свойство обратимости, происходит перераспределение химических связей. Обратимость удерживает равновесие между прямой и обратной реакциями. В действительности равновесие зависит от условий прохождения процесса и чистоты реагентов. Смещение равновесия в ту или другую сторону требует специальных способов управления реакциями.

Все проблемы, связанные  с такими сложными процессами как, например, получение аммиака, решает химическая кинетика. Она устанавливает зависимость химических реакций от различных факторов − от строения и концентрации реагентов, наличия катализаторов, от материала и конструкции реакторов и т.д.

IV. Эволюционная химия

Идеи четвертой концептуальной системы − эволюционной химии,- были сформулированы в 1970-х гг. Эта система находится в стадии становления. В центре ее внимания − открытые высокоорганизованные химические системы, развитие которых приводит к возникновению биологической формы движения. Эволюционная химия включает в себя учение об эволюционном катализе (теории саморазвития химических систем), а также теории биоорганической и бионеорганической химии. Химики давно пытались понять, каким образом из неорганической безжизненной материи возникает органическая как основа жизни на Земле.

Современные химики считают, что на основе изучения химии  организмов можно разработать новое  управление химическими процессами, а это позволит более экономично использовать имеющиеся в природе материалы и извлекать из них большую пользу. Для решения проблемы биокатализа и использования его результатов в промышленных масштабах химическая наука разработала ряд методов − изучение и использование приемов живой природы, применение отдельных ферментов для моделирования биокатализаторов, освоение механизмов живой природы, развитие исследований с целью применения принципов биокатализа в химических процессах и химической технологии.

Не менее важно  и то обстоятельство, что все элементы, участвующие в построении живых  систем и их функционировании, распределены по всей поверхности Земли. Таким образом, жизнь возникала в любом месте на Земле, где для этого создавались благоприятные условия.

Развитие химических знаний позволяет надеяться на разрешение многих проблем, которые встали перед  человечеством в результате его наукоемкой и энергоемкой практической деятельности. Предполагается значительное ускорение химических превращений за счет освоения катализаторов будущего на принципиально новой основе, бережное и полное использование всех видов углеводородного сырья, а не только нефти, создание полностью безотходных производств[1]. 

II. Концепции происхождения жизни. Концепция панспермии и биохимической эволюции.

 

 

Загадка появления  жизни на Земле с незапамятных времен волнует людей. На протяжении веков менялись взгляды на эту проблему и было высказано большое количество самых разнообразных гипотез и концепций. Некоторые из них получили широкое распространение и доминировали в те или иные периоды развития естествознания. К такого рода концепциям происхождения жизни относят:

− креационизм, утверждающий, что жизнь создана  сверхъестественным существом в результате акта творения;

− концепцию  стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда;

− концепцию  самопроизвольного зарождения жизни, основывающуюся на идее многократного возникновения жизни из неживого вещества;

− концепцию  панспермии, утверждающую, что жизнь  занесена на Землю из космоса;

−   концепцию  случайного однократного происхождения  жизни;

− концепцию  закономерного происхождения жизни  путем биохимической эволюции.

Такое разнообразие взглядов вызвано тем обстоятельством, что точно воспроизвести или  экспериментально подтвердить процесс  зарождения жизни сегодня невозможно. Отмеченные теории преимущественно опираются на умозрительные представления как исследователей естественно-научного направления, так и исследователей, придерживающихся теологических взглядов.