Шпаргалка по "естествознанию"

 

Любой из электронов обладает механическим моментом, равным 0,50272 ? 10-34Дж|с. Эта величина точности равна ?h(h = 6,626 ? 10-31Дж/с – постоянная Планка). Величина h принята за единицу спина.

 

Существует четыре типа взаимодействия между элементарными частицами  – гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Гравитационные силы действуют между любыми частицами, электромагнитные – между заряженными. Примером сильного взаимодействия могут  служить ядерные силы, связывающие  в атомных ядрах протоны и  нейтроны. Слабое взаимодействие обнаруживается в процессах, связанных с испусканием  или поглощением нейтрино. В природе  существует частица с массой, равной массе электрона, но заряженная положительно – позитрон. Электрон и позитрон, способные к совместному «рождению» в паре и к аннигиляции при  встрече, назвали античастицами. Рождение электронно<позитронных пар и аннигиляция при встрече наглядно показывают, что две формы материи – вещество и поле – не являются резко разграниченными, возможны превращения материи из одной формы в другую. Античастица имеется у каждой элементарной частицы. Масса любой античастицы в точности равна массе соответствующей частицы, а электрический заряд равен по абсолютному значению заряду частицы и противоположен ему по знаку. Изучение свойств света показало, что он обладает сложной природой, сочетающей в себе волновые и корпускулярные свойства.

 

Полная энергия фотона (кванта света) может быть выражена через постоянную Планка и частоту  электромагнитных колебаний: E = hv. С другой стороны, по закону взаимосвязи массы и энергии полная энергия фотона может быть выражена через его массу и скорость света: E = mc2. Из этих двух соотношений получаем:

 

v = mc2/h, ? = c/v = h/mc т. е. длина световой волны равна постоянной Планка, деленной на импульс фотона. Длина волны любого тела массой m, движущегося со скоростью v, определяется соотношением:

 

?= h/mv

 

51. СОХРАНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ  ЭНЕРГИ 

 

Пусть на тело массой действует  постоянная сила и векторы силы и  перемещения направлены вдоль одной  прямой в одну сторону. Работа силы в этом случае определяется как: A = Fs. Модуль силы по второму закону движения равен F = ma, а модуль перемещения при равноускоренном прямолинейном движении связан с модулями начальной и конечной скорости и ускорения выражением

 

 

 

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела.

 

Выражение для работы можно  записать в виде:

 

A = Ek2 – Ek1. Работа равнодействующих  сил, приложенных к телу, равна  изменению кинетической энергии  тела. Если начальная скорость  движения тела равна нулю и  тело увеличивает свою скорость  до значения v, то работа силы  равна конечному значению кинетической  энергии тела:

 

Ek = mv2/2

 

При перемещении тела массой m вертикально вниз с высоты над  поверхностью Земли до высоты под  действием силы тяжести Fm = mg совершается работа A = Fs = mg(h1 – h2) При перемещении тела массой m вниз по наклонной плоскости сила тяжести совершает работу

 

A = mgs cos? = mgh

 

где h – высота наклонной  плоскости, s – модуль перемещения, равный длине наклонной плоскости. Работа силы тяжести не зависит от траектории движения тела и всегда равна произведению модуля силы тяжести  на разность высот в начальном  и конечном положениях A = – (mgh 2 – mgh1). Физическую величину, равную произведению массы тела на модуль ускорения свободного падения и на высоту, на которую поднято тело над поверхностью Земли, называют потенциальной энергией тела Ep = mgh. Тело массой m, находящееся на глубине h от поверхности Земли, обладает отрицательной потенциальной энергией: Ep = – mgh. Работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии тела, взятого с противоположным знаком: A = – (Ep2 – Ep1). Работа силы тяжести на замкнутой траектории равна нулю.

 

 

Потенциальная энергия характеризует  взаимодействующие тела, а кинетическая – движущиеся тела.

 

И потенциальная, и кинетическая энергии изменяются в результате такого взаимодействия тел, при котором  действующие на тела силы совершают  работу, отличную от нуля. Если несколько  тел взаимодействуют между собой  силами тяготения и упругости  и никакие внешние силы на них  не действую, то работа сил упругости  или сил тяготения равна изменению  потенциальной энергии тел, взятому  с противоположным знаком: A = – (Ep2 – Ep1). Вместе с тем работа тех  же сил равна изменению кинетической энергии: A = Ek2 – Ek1. Из сравнения равенств находим: Ek1 + Ep2 = Ek2 + Ep2.

 

Закон сохранения энергии  в механических процессах: сумма  кинетической и потенциальной энергии  тел, составляющих замкнутую систему  и взаимодействующих между собой  силами тяготения и упругости, остается постоянной. Сумма кинетической и  потенциальной энергии тел называется полной механической энергией. Полная механическая энергия замкнутой  системы тел, взаимодействующих  между собой силами тяготения  и силами упругости, остается неизменной. При любых взаимодействиях энергия  не возникает и не исчезает, а  только превращается из одной формы  в другую

 

52. ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ 

 

Все многообразие окружающей природы состоит из сочетаний  сравнительно небольшого числа химических элементов.

 

Современное представление  об элементах сформировалось после  открытия Д. И. Менделеевым периодического закона.

 

Химический элемент –  это совокупность атомов с одинаковым положительным зарядом ядра (заряд  ядра равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева).

 

Разновидности одного и того же химического элемента, отличающиеся массой атомов, называются изотопами. Ядра атомов изотопов различаются числом нейтронов. Так, изотопами углерода являются 126C,136C,146C, водорода – 11H (протий), 21H= D (дейтерий) и 31H = T(тритий).

 

Дейтерий и тритий называются тяжелыми изотопами водорода. Если атом дейтерия или трития входит в  состав молекул воды, то масса такой  молекулы увеличивается и такая  вода называется тяжелой водой. Масса  ядра всегда меньше арифметической суммы  масс протонов и нейтронов, входящих в его состав. Разность между этими  величинами называется дефектом массы. Например, масса ядра гелия 24He (2p, 2п) равна 4,001506 а. с. м., а сумма масс протонов и нейтронов составляет 4,031882, т. е. дефект массы равен 0,030376 а. с. м.

 

Дефект массы – это  энергия, которая выделяется при  образовании ядра из свободных протонов и нейтронов. Ее можно вычислить  из соотношения Эйнштейна E= mc2. Образование  ядра из свободных частиц сопровождается выделением огромного количества энергии. Средняя энергия связи в ядре в миллионы раз превышает энергию  связи. Поэтому при химических реакциях веществ ядро не изменяется.

 

При рассмотрении атомных  масс элементов можно заметить, что  почти у всех элементов атомные  массы дробные. Это объясняется  тем, что каждый элемент встречается  в природе в виде разных изотопов. При подсчетах учитывается масса  того или иного изотопа в земной коре. Относительная атомная масса, приведенная в таблице Д. И. Менделеева, является средней между атомными массами изотопов.

 

При изучении изотопии стали  понятными некоторые отклонения последовательного возрастания  относительных атомных масс элементов  в Периодической системе. Например, уменьшение атомной массы от аргона (№ 18) к калию (№ 19) объясняется наличием у калия значительного процента легких изотопов, а у аргона –  тяжелых. При подсчете средних массовых чисел получается, что у калия  это число меньше, чем у аргона. Но величина зарядов ядер этих элементов  убедительно подтверждает правильность их расположения в таблице Д. И. Менделеева.

 

В настоящее время известны более 100 химических элементов. Около 90 из них существуют в природе. Остальные  получены искусственно с помощью  ядерных реакций.

 

Распределение элементов  в земной коре (средний химический состав земной коры по А. П. Виноградову) таково: кислород – 47,2 % массы земной коры, кремний – 27,6; алюминий – 8,80; железо – 5,1; кальций -3,6; натрий – 2,64; калий  – 2,6; магний – 2,10, водород – 0,15 %.

 

Элементы распространены в земной коре очень неравномерно. Перечисленные 9 элементов составляют 99,79 % массы земной коры, все остальные  – 0,21 %.

 

Распространенность элементов  зависит от многих факторов, но в  конечном счете определяется вероятностью ядерных реакций их образования  и относительной устойчивостью  отдельных изотопов.

 

53. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА  ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА 

 

В основе химии лежат периодический  закон и Периодическая система  Д. И. Менделеева. Периодическая система  элементов является графическим (табличным) изобретением периодического закона.

 

В современной формулировке периодический закон звучит так: свойства элементов, а также формы  и свойства их соединений находятся  в периодической зависимости  от зарядов их ядер.

 

Первый вариант таблицы  предложил сам Д. И. Менделеев. Это  так называемый вариант длинной  формы (периоды располагаются одной  строкой). В 1870 г. он опубликовал второй вариант периодической системы  – короткую форму (периоды разбиваются  на ряды, группы – на подгруппы).

 

Рассмотрим короткий вариант  периодической системы. По горизонтали  имеется 7 периодов, из которых первые три называются малыми, а остальные  – большими. В 1-ом ряду находится 2 элемента, во 2-ом и 3-ем – по 8, в 4-ом и 5-ом –  по 18, в 6-ом – 32, в незавершенном 7-ом – 21 элемент. Кроме 1-го, каждый период начинается с щелочного металла  и заканчивается благородным  газом.

 

Каждый элемент Периодической  системы имеет свой порядковый номер. Номера элементов называются порядковыми, или атомными, номерами.

 

Свойства 2-го и 3-го периодов закономерно изменяются от типичного  металла до благородного газа. Поэтому  Д. И. Менделеев назвал их типическими. Закономерно изменяются в периодах и формы соединений элементов.

 

В системе 10 рядов. Малый период состоит из одного ряда, а большой  период – из двух рядов: четного  и нечетного. В четных рядах больших  периодов (4-ом, 6-ом, 8-ом, 10-ом) находятся  только металлы. В нечетных рядах  больших периодов (5-ом, 7-ом, 9-ом)свойства элементов в ряду слева направо  изменяются, как у типических элементов.

 

Степень окисления является основным признаком, по которому элементы больших периодов разделены на два  ряда. Их одинаковые значения дважды повторяются  в периоде с ростом атомных  масс элементов. Формы соединений элементов  также повторяются дважды.

 

В 6-ом периоде за лантаном располагаются по порядку 14 элементов  с порядковыми номерами 58–71, называемых лантаноидами. Они помещаются отдельно внизу таблицы, а в клетке указан порядок их расположения La – Lu.

 

В 7-ом периоде 14 элементов  с порядковыми номерами 90-103 составляют семейство актиноидов. Но горизонтальная аналогия у них выражена слабо. В  Периодической системе по вертикали  расположены 8 групп. Номер группы указывает  на степень окисления элементов, которую они проявляют в соединениях. Как правило, номер группы показывает высшую положительную степень окисления. Группа в свою очередь делится  на две подгруппы – главную  и побочную. Главную подгруппу  составляют типические элементы (2-ом и 3-ом периоды) и сходные с ними по химическим свойствам элементы больших  периодов. Побочную подгруппу составляют только металлы (элементы больших периодов).

 

Периодическая система –  это система элементов, а из элементов  состоит вся живая и неживая  природа. Поэтому периодический  закон – основной закон природы. Открытие периодического закона оказало  огромное влияние на развитие химии  и не утратило значения по сей день. Основываясь на Периодической системе, Д. И. Менделеев впервые в истории  химии успешно предсказал открытие новых элементов.

 

54. ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 

 

Химический процесс –  это совокупность процессов, обеспечивающих условия протекания химической реакции. Включают процессы транспортировки  реагентов к зоне реакции, продуктов  реакции из зоны реакции и др.

 

Явления, в результате которых  не происходит изменения состава  ядер атомов, но одни вещества превращаются в другие, отличающиеся от исходных составом и свойствами, называются химическими. Существуют различия между  физическими и химическими явлениями. При физических явлениях изменяются физическое состояние или форма  веществ или образуются новые  вещества за счет изменения состава  ядер-атомов (ядерные реакции).

 

Все химические реакции классифицируют по различным признакам.

 

1. По признаку изменения  числа реагентов и продуктов  реакции делят на следующие  типы: соединения, разложения, замещения  и обмена. Реакции, в результате  которых образуется одно новое  вещество из двух или нескольких, называют реакциями соединения.

 

Реакцией разложения называется реакция, в результате которой из одного вещества образуется несколько  новых веществ.

 

Реакцией замещения называется реакция между простыми и сложными веществами, в результате которой  атомы простого вещества замещают атомы  одного из элементов сложного вещества.

 

Реакцией обмена называется реакция, в результате которой вещества обмениваются своими составными частями, образуя новые вещества.

 

2. По признаку выделения  или поглощения теплоты. Те  реакции, которые протекают с  поглощением теплоты, называют  экзотермическими:

 

N2(,)+O2(,)= 2NO(,), H0=180,8 кДж.

 

Реакции, протекающие с  выделением теплоты, называют экзотермическими:

 

2H2 + O2 = 2H2O, H0 = – 571,6 кДж.

 

3. По признаку обратимости.

 

Обратимыми называют реакции, которые протекают во взаимно  противоположных направлениях. Эти  реакции характеризуются тем, что  продукты прямой реакции могут взаимодействовать  между собой, образуя исходные вещества (обратная реакция).

 

Необратимыми называют реакции, которые протекают только в одном  направлении.

 

4. По признаку изменения  степени окисления атомов, входящих  в состав реагирующих веществ.