Контрольная работа по "Концепциям современного естествознания"

Химические свойства атомов определяются конфигурацией электронной оболочки и описываются квантовой механикой. Положение атома в таблице  Менделеева определяется электрическим  зарядом его ядра (т.е. количеством  протонов), в то время как количество нейтронов принципиально не влияет на химические свойства; при этом нейтронов в ядре, как правило, больше, чем протонов. Если атом находится в нейтральном состоянии, то количество электронов в нём равно количеству протонов. Основная масса атома сосредоточена в ядре, а массовая доля электронов в общей массе атома незначительна (несколько сотых процента массы ядра).

Большинство свойств А. определяется строением и характеристиками его  внешних электронных оболочек, в  которых электроны связаны сравнительно слабо (энергии связи от нескольких эв до нескольких десятков эв). Строение внутренних оболочек А., электроны к-рых связаны гораздо прочнее (энергии связи в сотни, тысячи и десятки тысяч эв),< проявляется лишь при взаимодействиях А. с быстрыми частицами и фотонами больших энергий (более сотен эв). Такие взаимодействия определяют рентгеновские спектры А. и рассеяние атомом быстрых частиц. Рассеяние микрочастиц, Дифракция частиц). От массы А., определяемой массой его ядра, зависят его механические свойства при движении А. как целого - количество движения, кинетическая энергия. От механических и связанных с ними магнитных и электрические моментов А. зависят некоторые тонкие эффекты, проявляющиеся при изучении физ. свойств А.

Моменты атомных ядер, Ядерный магнитный  резонанс, Ядерный квадрупольный резонанс.

2.2 Металлические и  неметаллические свойства атомов.

 

Металлические свойства наиболее характерны для элементов, в атомах которых на внешнем энергетическом уровне находится небольшое количество электронов: от одного до трех. Неметаллические  свойства в первую очередь проявляют  элементы, в атомах которых внешний энергетический уровень содержит от четырех до семи электронов. Элементам, в атомах которых на внешнем уровне находятся восемь электронов (благородным газам), не свойственна ни та, ни другая тенденция, поскольку восьми электронная оболочка обладает повышенной стабильностью. Однако для некоторых из них известны химические соединения, в частности оксиды, фториды, состав которых отвечает максимальной степени окисления этих элементов.

В периодах периодической  системы Д.И. Менделеева металлические  свойства элементов убывают с ростом порядкового номера (слева направо), неметаллические свойства, напротив, возрастают в том же направлении. Это связано с закономерным ростом числа валентных электронов.

В группах металлические  свойства возрастают с ростом порядкового  номера (сверху вниз), а неметаллические убывают, что связано с увеличением радиуса атома и большей удаленностью внешних электронов от ядра. Большинство элементов периодической системы проявляют как металлические, так и неметаллические свойства. Соотношение тех и других свойств определяется спецификой электронной структуры атома. Количественно этот вклад можно охарактеризовать с помощью величины электроотрицательности атома.

Электроотрицательность  увеличивается в периоде слева  направо и убывает в группе сверху вниз.

2.3 Энергия ионизации,  энергия сродства к электрону,  электроотрицательность

 

Энергия ионизации. Энергия (потенциал) ионизации атома Ei - минимальная  энергия, необходимая для удаления электрона из атома на бесконечность  в соответствии с уравнением :

 

Х = Х+ + е−

 

Ее значения известны для атомов всех элементов Периодической  системы. Например, энергия ионизации  атома водорода соответствует переходу электрона с 1s-подуровня энергии (−1312,1 кДж/моль) на подуровень с нулевой  энергией и равна +1312,1 кДж/моль.

В изменении первых потенциалов  ионизации, соответствующих удалению одного электрона, атомов явно выражена периодичность при увеличении порядкового  номера атома.

При движении слева направо  по периоду энергия ионизации, вообще говоря, постепенно увеличивается, при увеличении порядкового номера в пределах группы - уменьшается. Минимальные первые потенциалы ионизации имеют щелочные металлы, максимальные - благородные газы.

Для одного и того же атома  вторая, третья и последующие энергии  ионизации всегда увеличиваются, так как электрон приходится отрывать от положительно заряженного иона. Например, для атома лития первая, вторая и третья энергии ионизации равны 520,3, 7298,1 и 11814,9 кДж/моль, соответственно.

Последовательность отрыва электронов - обычна обратная последовательности заселения орбиталей электронами в соответствии с принципом минимума энергии. Однако элементы, у которых заселяются d-орбитали, являются исключениями - в первую очередь они теряют не d-, а s-электроны.

Сродство к электрону. Сродство атома к электрону Ae - способность атомов присоединять добавочный электрон и превращаться в отрицательный ион. Мерой сродства к электрону служит энергия, выделяющая или поглощающаяся при этом. Сродство к электрону равно энергии ионизации отрицательного иона Х−:

 

Х− = Х + е−

 

 Наибольшим сродством  к электрону обладают атомы  галогенов. Например, для атома  фтора присоединение электрона  сопровождается выделением 327,9 кДж/моль  энергии. Для ряда элементов  сродство к электрону близко  к нулю или отрицательно, что значит отсутствие устойчивого аниона для данного элемента.

Обычно сродство к  электрону для атомов различных  элементов уменьшается параллельно  с ростом энергии их ионизации. Однако для некоторых пар элементов  имеются исключения:

Элемент Ei, кДж/моль Ae, кДж/моль

F  1681 −238

Cl  1251 −349

N  1402 7

P  1012 −71

O  1314 −141

S  1000 −200

Объяснение этому можно  дать, основываясь на меньших размерах первых атомов и большем электрон-электронном  отталкивании в них.

Электроотрицательность. Электротрицательность характеризует способность атома химического элемента смещать в свою сторону электронное облако при образовании химической связи (в сторону элемента с более высокой электроотрицательностью). Американский физик Малликен предложил определять электроотрицательность как среднеарифметическую величину между потенциалом ионизации и сродством к электрону: ч = 1/2 (Ei + Ae)

Трудность применения такого способа состоит в том, что  значения сродства к электрону известны не для всех элементов.

Л. Полинг рекомендовал другой способ определения электроотрицательности. Он принял электроотрицательность фтора равной 4 (наибольшее значение), для цезия ч принимает наименьшее значение.

Электроотрицательность  в количественном отношении представляет собой приближенную величину, поскольку она зависит от того, в состав какого конкретного соединения входит данный атом.

В настоящее время  предложено около 20 различных шкал электроотрицательности, среди которых  одна из самых распространенных - шкала  Олреда - Рохова.

 

3 Искусственная систематизация растительного и животного мира К. Линнея. Основа классификации. Таксоны. Естественная классификация. Эволюционная теория Ж.Б. Ламарка (её основа, предпосылки эволюции, направление эволюционного процесса и причина эволюции).

3.1 Искусственная систематизация растительного и животного мира К. Линнея. Основа классификации. Таксоны. Естественная классификация.

 

Основная ботаническая дисциплина - систематика растений - разделяет многообразие растительного мира на соподчинённые друг другу естественные группы - таксоны (классификация), устанавливает рациональную систему их наименований (номенклатура) и выясняет родственные (эволюционные) взаимоотношения между ними (филогения).

 В прошлом  систематика основывалась на  внешних морфологических признаках  растений и их географическом распространении, теперь же систематики широко используют также признаки внутреннего строения растений, особенности строения растительных клеток, их хромосомного аппарата, а также химический состав и экологические особенности растений.

Установление  видового состава растений (флоры) какой-либо определенной территории обычно называется флористикой, выявление областей распространения (ареалов) отдельных видов, родов  и семейств - хорологией (фитохорологией). Изучение древесных и кустарниковых растений выделяют в особую дисциплину - дендрологию.

Искусственность классификации состояла в том, что  она основывалась на небольшом количестве случайно взятых признаков. В результате, в одной группе могли оказаться  совершенно не родственные друг другу организмы. Наибольшего расцвета искусственная систематика достигла в середине 18 века (система Карла Линнея).

К. Линней создал самую совершенную для того времени  систему органического мира, включив  в неё всех известных тогда  животных и растений. Он во многих случаях правильно объединил виды организмов по сходству строения. Однако выбор для классификации одного признака привёл К.Линнея к ряду ошибок. Например, по сходству в строении клюва курица и страус попали в один отряд, тогда как по совокупности признаков они принадлежат к разным подклассам птиц (килегрудных и бескилевых). Система К. Линнея была искусственной, так как не отражала родства и сходства растений и животных по совокупности существенных черт строения, не указывала на единство происхождения живых организмов. К. Линней сознавал искусственность своей системы и указывал на необходимость разработки естественной системы природы. Он писал: «Искусственная система служит только до тех пор, пока не найдена естественная».

Таксон - таксономическая группа любого ранга, при этом подразумевается, что каждое растение рассматривается как принадлежащее к неопределённому числу таксонов последовательно соподчинённого ранга, среди которых ранг вида считается основным. Аналогично определяется таксон и в зоологии.

В современных биологических классификациях таксоны формируют иерархическую систему: каждый таксон, с одной стороны, состоит из одного или большего числа таксонов более низкого уровня общности, в то же время каждый таксон является частью другого таксона — группы более высокого уровня общности. Такая иерархическая система именуется таксономической иерархией, а различные её уровни - таксономическими рангами.

В некоторых группах  организмов филогенетические отношения  окончательно не установлены.

Теперь общепринято, что таксоны должны включать потомков и всех или нескольких предков, хотя аргументированность последнего требования всё более подвергается полемике. Естественный таксон — одна из таких групп, которые порождены в процессе эволюции. Такие группы монофилетичны. Искусственный таксон является результатом старого способа классификации (например, по кажущейся схожести, появившейся в результате эволюции несхожих организмов), то есть такие таксоны полифилетичны или парафилетичны.

3.2 Эволюционная теория  Ж.Б. Ламарка

 

Жан Батист Ламарк по праву  считается основоположником эволюционной теории, которую он высказал в своей  книге «Философия зоологии», опубликованной в начале XIX века, он настаивал на изменяемости видов. Ламарк впервые  обосновал целостную теорию эволюции органического мира, поступательного исторического развития растений и животных. Ученый считал, что естествоиспытатель должен изучать явления природы в их взаимосвязи, раскрывать причины, пути и закономерности прогрессивного развития органического мира, усовершенствования живых существ.

Обосновывая своё учение, Ламарк опирался на следующие факты: наличие разновидностей, занимающих промежуточное положение между  двумя видами; трудности диагностики  близких видов и наличие в  природе множества «сомнительных  видов»; изменение видовых форм при переходе в иные экологические и географические условия; случаи гибридизации, особенно межвидовой.

В основе теории Ламарка  лежит представление о градации - внутреннем «стремлении к совершенствованию», присущем всему живому; действием этого фактора эволюции определяется развитие живой природы, постепенное, но неуклонное повышение организации живых существ - от простейших до самых совершенных. Результат градации - одновременное существование в природе организмов разной степени сложности, как бы образующих иерархическую лестницу существ. Градация легко прослеживается при сравнении представителей крупных систематических категорий организмов (например, классов) и на органах, имеющих первостепенное значение. Считая градацию отображением основной тенденции развития природы, насажденной «верховным творцом всего сущего», Ламарк пытался, однако, дать этому процессу и материалистическую трактовку: в ряде случаев он связывал усложнение организации с действием флюидов (например, теплорода, электричества), проникающих в организм из внешней среды.

Главным фактором изменчивости видов он считал влияние внешней  среды, которое нарушают правильность градации: «Нарастающее усложнение организации  подвергается то здесь, то там на протяжении общего ряда животных отклонениям, вызываемым влиянием условий места обитания и усвоенных привычек». Градация, так сказать, «в чистом виде» проявляется при неизменности, стабильности внешней среды; всякое изменение условий существования понуждает организмы приспосабливаться к новой обстановке, чтобы не погибнуть. Этим нарушается равномерное и неуклонное изменение организмов на пути прогресса, и различные эволюционные линии уклоняются в сторону, задерживаются на примитивных уровнях организации. Так Ламарк объяснял одновременное существование на Земле высокоорганизованных и простых групп, а также разнообразие форм животных и растений.