ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

3.1. Термодинамика

Роль термических явлений в природе (движение, излучение, расширение). ô Вещественная теория теплоты: теплород. ô Корпускулярная теория теплоты: теплота – вид внутреннего движения частиц тела. ô Теплота есть форма и метод передачи энергии (Р. Клаузиус, Л. Больцман). ô Термодинамика – наука о термических явлениях в макросистемах. ô Законы термодинамики.

Современные представления об универсальности термодинамических параметров макросистем* определяются фундаментальностью наших представлений ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ об энергии. Хотя, говоря об энергии, мы в состоянии только констатировать её присутствие во всех процессах, как чего-то постоянного, составляющего конечное основание, все же, нам доступно осознание обилия форм существования и передачи энергии, связанной с многообразием форм движения. Одним из более универсальных форм передачи энергии ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ является термическая форма, которая, в конечном счете, связывает через законы термодинамики в единую сеть всё обилие поведения самых разных макросистем, выводя их на один общий уровень, характеризуемый термодинамическими качествами макросистем.

3.1.1. Роль термических явлений в природе

Теплота не вещество, а средство либо метод. Сейчас мы знаем, что никакого вещественного объекта, именуемого теплотой ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ, вообщем не существует. Мы не можем «перелить» теплоту в сосуд либо «перелить» её из 1-го кусочка металла в другой. Термин «теплота» охарактеризовывает метод передачи энергии. Теплота есть количество энергии, получаемой либо отдаваемой системой при термообмене (при постоянных наружных параметрах системы). Вместе с работой количество теплоты является мерой конфигурации ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ внутренней энергии системы. При термообмене внутренняя энергия системы изменяется в итоге прямых взаимодействий молекул системы с молекулами окружающих тел. Сказать какому-то телу количество теплоты, другими словами подогреть его, значит передать ему энергию строго определённым образом (используя разность температур меж более и наименее нагретыми телами). Охладить объект - это означает произвести ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ действие оборотное нагреванию, другими словами отвести от него энергию, используя разность температур меж охлаждаемым и поболее прохладными телами. Теплота не одна из форм энергии, а заглавие 1-го из методов передачи энергии[29].

Термические процессы в природе универсальны и проявляют себя через движение, излучение, расширение.

Термическое движение представляет собой хаотичное движение наночастиц ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ, из которых состоят все тела. Это особенная форма движения, отменно хорошая от обыденного механического движения, при котором все части тела движутся упорядоченно. Более убедительным экспериментальным подтверждением термического движения служит броуновское движение. Кинетическая* энергия термического движения прямо пропорциональна абсолютной температуре[30].

Термическое излучение является электрическим излучением, испускаемым веществом и ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ возникающим за счёт его внутренней энергии. Термическое излучение имеет сплошной диапазон*, положение максимума которого находится в зависимости от степени нагретости вещества, другими словами от температуры. С её увеличением - максимум диапазона излучения перемещается в область маленьких длин волн. Термическое излучение появляется в критериях детализированного равновесия в веществе для всех безызлучательных ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ процессов. Это значит, что хоть какой микроскопичный процесс в сбалансированной системе протекает с той же скоростью, что и оборотный ему. В сбалансированной системе наночастицы меняют своё состояние (столкновение частиц, хим реакции). Чтоб равновесие сохранялось, вместе с таким микропроцессом должен осуществляться и оборотный ему (обратимый процесс).

Обратимый процесс в термодинамике ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ, - это процесс, который может быть выполнить в оборотном направлении, поочередно повторяя в оборотном порядке все промежные состояния прямого процесса. Обратимым процессом может быть только сбалансированный процесс. Реальные процессы, строго говоря, являются необратимыми. Принцип детализированного равновесия связывает свойства прямого и оборотного процессов. В общем случае системы тел разные точки которой имеют разные температуры ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ термическое излучение не находится в равновесии с веществом. Жаркие тела испускают больше чем поглощают, а прохладные - напротив. Происходит перенос излучения от более жарких тел к более прохладным.

Для поддержания стационарного состояния, при котором сохраняется рассредотачивание температуры в системе, нужен подвод теплоты к более жарким телам и отвод от ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ более прохладных. При полном термодинамическом равновесии все части системы тел имеют одну температуру и энергия термического излучения, испускаемого каждым телом, компенсируется энергией поглощаемого этим телом излучения других тел. В данном случае термическое излучение находится в термодинамическом равновесии с веществом и именуется сбалансированным излучением.

Термическое расширение связано с конфигурацией размеров тела ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ в процессе его нагревания. У газов оно обосновано повышением кинетической энергии частиц газа при его нагреве и совершением за счёт этой энергии работы против наружного давления. У твёрдых тел и жидкостей термическое расширение связано с несимметричностью термических колебаний атомов, по этому межатомные расстояния с ростом температуры ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ увеличиваются[31].

3.1.2. Вещественная теория теплоты.

В XVIII веке Д. Блейк провёл четкую грань меж количеством тепла и температурой. Он обусловил то, что мы сейчас называем «удельной теплоёмкостью», и выстроил теорию теплоты как некоторой воды, которая без утрат может перетекать из жарких тел в прохладные. Эта «жидкость» скоро была названа флогистоном либо ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ «теплородом».

Д. Блейк, изучая природу теплоты, установил, что разные виды вещества одним и этим же количеством теплоты греются в разной степени. Это позволило ему выявить теплоемкость разных веществ, другими словами найти количество теплоты, которое нужно подвести к телу, чтоб повысить его температуру на один градус по Цельсию либо Кельвину. Он установил ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ, что при таянии льда и снега в течение определенного времени они поглощают тепло, не становясь при всем этом теплее. Это позволило ему найти скрытое (латентное) состояние теплоты. Блейк осознавал теплоту как некоторую вещественную субстанцию («субстанцию теплоты»).

А. Лавуазье именовал ее теплородом. Пробы взвесить ее оказались плохими, потому теплоту стали ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ рассматривать как особенного рода невесомую неуничтожаемую жидкость, способную перетекать от нагретых тел к прохладным. Лавуазье считал, что схожая концепция была в полном согласовании с его мыслью получения теплоты при помощи хим соединений. Увлечение этой концепцией оказалось настолько велико, что кинетическая теория теплоты, в рамках которой теплота ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ представлялась как определенный вид движения частиц, отступила на 2-ой план, невзирая на то, что ее делили Ньютон, Гук, Бойль, Бернулли, Ломоносов.

Почему же концепция теплорода все-же утвердилась? Для физического мышления XVIII века было типично оперирование разными веществами - электронными, магнитными, световыми, термическими. Свет, электричество, магнетизм, теплоту научились определять. Это позволило ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ уподобить невесомые феномены обыденным массам и жидкостям, что содействовало развитию опыта и скоплению нужных фактов. По другому говоря, концепция невесомых жидкостей оказалась нужным шагом в развитии физических концепций.

Нагревание тел означало заполнение места меж атомами теплородом и повышение его давления. К примеру, числилось, что меж атомами воды, обладающей большой теплоёмкостью имеется ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ много свободного места, а в свинце с его малой теплоёмкостью места для теплорода не много. Чтоб подогреть свинец необходимо не много теплорода. Числилось, что теплород невесом, обладает большей по сопоставлению с другими субстанциями упругостью, способностью просачиваться в мелкие поры тел и расширять их.

К 1800 г. теория теплорода ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ казалась отлично экспериментально обоснованной. Она позволяла просто разбираться в нагревании, охлаждении, плавлении, испарении. Но в XIX веке был открыт закон сохранения энергии. Была подтверждена эквивалентность количества теплоты и работы. Потому стало понятно, что теплота не вещество, именуемое теплородом, а форма энергии.

3.1.3. Корпускулярная теория теплоты

С 1840 г. теория теплорода подверглась ожесточённым нападкам ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ. Появилось убеждение, что теплоту можно создавать за счёт механической энергии, хотя само понятие энергии было очень неопределённым. В 40 годах Ю. Р. Майер, Д. Джоуль, Г. Гельмгольц независимо открыли закон сохранения и перевоплощения энергии - основной закон теории термических явлений, узнаваемый как 1-ое начало термодинамики. Исследования С. Карно, Р. Клаузиуса ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ, У. Томсона привели к формированию представления о необратимости термических процессов в природе, так именуемому второму началу термодинамики (закону энтропии).

В конечном итоге в 1-й пол. XIX в. в связи с развитием теории термических машин (С. Карно) и установлением закона сохранения энергии появилась термодинамика: раздел физики, изучающий более общие ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ характеристики макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода меж этими состояниями. (Неравновесные процессы изучает термодинамика неравновесных процессов.). Главные этапы развития термодинамики связаны с именами Р. Клаузиуса и У. Томсона (формулировка второго начала термодинамики), Дж. Гиббса (способ термодинамических потенциалов), В. Нернста (третье начало термодинамики). Различают хим термодинамику ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ, техно термодинамику и термодинамику разных физических явлений.

Термодинамика рассматривает явления, обусловленные совокупным действием большущего числа безпрерывно передвигающихся молекул* и других частиц, из которых состоят окружающие нас тела. Благодаря множеству этих частиц хаотичное их движение приводит к независимости макроскопических параметров от исходного положения этих частиц. Термодинамика изучает термическую форму движения материи ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ, закономерности которого появляются не только лишь в атомно-молекулярных совокупностях, да и в таких системах, как электрическое излучение. Термодинамика изучает характеристики сбалансированных физических систем, исходя из 3-х главных законов, именуемых законами (началами) термодинамики, и не употребляет очевидно инфы о молекулярном строении вещества.

Необходимость иметь дело с очень большенными совокупностями частиц ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ ставит вопрос об их количественной оценке. Оценить число частиц в их можно при помощи числа Авогадро, равного 6·1023,конкретно такое число атомов содержится в 12 г. углерода. Кажется странноватым, что наука научилась обрисовывать характеристики настолько больших систем, до того как смогла разъяснить поведение отдельных атомов. Причина этого кроется в самой базе ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ термодинамики: термодинамические характеристики системы - это средние значения, надлежащие очень огромным совокупностям частиц. С такими усреднёнными качествами огромных совокупностей частиц проще иметь дело, чем с отдельными частичками.

Энергия термодинамической системы равна сумме кинетических и возможных* энергий всех частиц. Отсюда ясно, что полная энергия сохраняется. Существует два вида движений частиц в сложных ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ системах: движение может быть упорядоченным как, к примеру, в парящем мяче, когда все частички движутся «в ногу», либо неупорядоченным, когда все частички движутся хаотически. В термодинамике мы имеем дело с такими переменами состояния, которые вызываются очень «мягкими» термическими воздействиями. Обычно, энергия, сообщаемая системе при нагревании, недостаточна для ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ расщепления атома. Конкретно по этой причине термодинамика стала одной из первых областей научного исследования.

3.1.4. Законы термодинамики

1-ое начало обычно коротко формулируется так: «Энергия сохраняется». Сохранение энергии, а не теплоты стало главным открытием 50 годов XIX века, совершённым почти во всем благодаря Кельвину (У Томсону) и Р. Клаузиусу. Оно пришло на замену понятию «силы ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ». Можно принять, что энергия - это способность совершать работу.

2-ое начало термодинамики устанавливает наличие в природе базовой асимметрии*, другими словами однонаправленности всех происходящих в ней самопроизвольных процессов. Это значит, что, хотя общее количество энергии должно сохраняться в любом процессе, рассредотачивание имеющейся энергии меняется необратимым образом.

Раскроем смысл второго начала термодинамики ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ, либо так именуемого закона энтропии. Хоть какой пример, связанный с перевоплощением энергии упорядоченного движения (электронных зарядов, кинетической энергии движения молота либо автомобиля и т. д.) в тепло, другими словами в энергию хаотичного движения частиц вещества будет во всех случаях иметь дело с необратимыми процессами. Никто еще не ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ лицезрел, чтоб электронная печь вдруг начала передавать в электросеть свою энергию, охлаждаясь при всем этом; охлаждая тормоза автомобиля, мы не приведем его в движение и т. д. Все это подтверждает, что совсем не сложно сделать кавардак и очень тяжело (либо, во всяком случае, просит определенных издержек) сделать порядок.

Энтропия, по ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ существу, представляет собой меру этого кавардака, и, как следует, при необратимых процессах она всегда вырастает. При смешивании жаркой воды и прохладной ее температура усредняется. Вся энергия распределяется умеренно меж молекулами воды. При всем этом энтропия возрастает, и мы получаем энергию, более умеренно распределенную и в форме, наименее комфортной для ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ использования. Другими словами недостаточно иметь энергию, необходимо, чтоб она была в форме, комфортной для использования, и, как следует, не «беспорядочная». Вода в море обладает большущими припасами энергии, которая, но, соответствует хаотичному движению и которую потому очень тяжело использовать.

Существует метод обойти это непрерывное повышение энтропии, и на нем базирована практически ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ вся наша современная техника. 2-ое начало термодинамики устанавливает общее возрастание энтропии, но совсем не исключает ее локального уменьшения при еще большем увеличении в другом месте. В термический электростанции сжигается горючее и делается теплота, которая преобразуется потом в электронную энергию, в высшей степени упорядоченную. По сути только 3-я ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ либо 4-ая часть энергии горения преобразуется в электричество, в то время как остальная энергия по обыкновению идет на разогрев воды какой-либо реки.

Таким же образом в авто бензиновом двигателе часть энергии бензина преобразуется в энергию движения, но еще больше ее рассеивается в окружающую среду через радиатор. Итак, общий ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ кавардак всегда усиливается. Довольно осмотреться, чтоб осознать, как интенсивно человек занимается повышением энтропии. Практически вся наша деятельность приводит к превращению энергии в формы, все наименее адаптированные для использования, и к рассредотачиванию все более низкой температуры посреди растущего количества атомов.

Третье начало термодинамики охарактеризовывает характеристики вещества при очень низких ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ температурах. Оно утверждает невозможность остывания вещества до температуры абсолютного нуля. Это начало естественным образом подразумевает атомное строение вещества.

3.2. Молекулярно-кинетическая теория

(статистическая механика)

Главные положения молекулярно-кинетических представлений: беспорядочное движение молекул, эмпирически подтверждаемое диффузией, броуновским движением, явлениями упругости и агрегатных состояний вещества. ô. Дискретность вещества. ô. Роль химии в исследовании вещества. Повторяющийся закон ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ хим частей Д. И. Менделеева ô Закон сохранения энергии: полная энергия тела, закон сохранения массы вещества, закон сохранения полной массы системы.

Динамические законы (к примеру, законы термодинамики) представляют собой 1-ый, низший шаг в процессе зания окружающего нас мира; статистические законы обеспечивают более совершенное отображение беспристрастных связей в природе: они выражают ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ последующий, более высочайший шаг зания.

Статистическая механика исходит из микроскопичной заданности систем тел, заданности, которая складывается из 2-ух моментов:

1. Фиксация термодинамических характеристик системы, определяющих её макросостояние.

2. Задание параметров системы на атомистическом уровне.

Считается, что на атомистическом уровне известны все микроскопичные свойства системы, другими словами массы и строение молекул, заряды и ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ спины частиц, потенциалы взаимодействия их с наружным миром и вместе.

Статистическая механика при рассмотрении параметров термодинамических систем с самого начала опирается на молекулярное представление о строении физических систем, обширно применяя способы теории вероятностей*.

3.2.1. Главные положения молекулярно-кинетических представлений

1-ый шаг развития молекулярно-кинетической теории связан с исследованием более ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ обычный среды - газа. Д. Джоуль, Р. Клаузиус и др. вычислили средние значения скорости молекул, числа их столкновений за секунду, длины свободного пробега. Была получена зависимость давления газа от числа молекул в единице объёма. Температура стала рассматриваться как мера средней кинетической энергии молекул.

2-ой шаг связан с работами Дж. К. Максвелла. В ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 1859 г. он в первый раз ввёл понятие вероятности и определил закон рассредотачивания молекул по скоростям, что привело к созданию статистической механики. Очень велика роль Максвелла в разработке и становлении молекулярно-кинетической теории (современное заглавие - статистическая механика). Максвелл первым высказал утверждение о статистическом нраве законов природы. В 1866 им был открыт 1-ый ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ статистический закон рассредотачивания молекул по скоростям (Максвелла рассредотачивание). Не считая того, он высчитал значения вязкости газов зависимо от скоростей и длины свободного пробега молекул, вывел ряд соотношений термодинамики.

На базе этих исследовательских работ Людвиг Больцман выстроил кинетическую теорию газов и отдал статистическое обоснование законов термодинамики. Ему ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ удалось согласовать обратимое во времени движение отдельных молекул с необратимым нравом макроскопических процессов. Термодинамическому равновесию системы соответствует максимум вероятности данного состояния. Необратимость процессов связана со рвением систем к более возможному состоянию.

Обобщим, главные положения молекулярно-кинетической теории:

1. Все тела состоят из молекул.

2. Молекулы находятся в непрерывном термическом (хаотическом) движении ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ.

3. Меж молекулами есть силы притяжения и отталкивания.

Опытнейшеми доказательствами этих положений служат такие явления как:

· Диффузия, которая представляет собой процесс проникания молекул 1-го вещества в межмолекулярные промежутки другого вещества под действием термического движения.

· Броуновское движение, представляющее хаотическое движение макроскопических частиц, взвешенных в газе либо воды под действием термических ударов молекул воды либо ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ газа.

· Разные явления упругости и агрегатных состояний вещества.

3.2.2. Дискретность вещества

Вещество дискретно, другими словами состоит из множества мелких частиц. Таково принятое сейчас следствие атомистического учения, появившегося ещё в античности, одним из современных аналогов которого является молекулярная теория. Она даёт ответ на вопрос о том, что происходит снутри тел, когда они ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ плавятся, испаряются, изменяется их температура и т. д. Молекула - общее заглавие мелких частиц вещества, сохраняющих свои хим характеристики. Молекулы отличаются друг от друга. К примеру, у паров металла и инертных газов они представляют собой отдельные атомы, у водорода, кислорода состоят из 2-ух атомов и т. д. Молекулы ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ сложных веществ состоят из разных атомов частей, входящих в их состав.

Можно ли узреть молекулу? Мы реагируем на свет, который представляет собой волны с очень малой длиной: несколько тыщ ангстрем (1 ангстрем «1А» равен 10-8см). Они и делают видимое изображение. К примеру, при помощи сильного микроскопа можно узреть бактерии ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ размером от 10000 до 1000 ангстрем. Дальше конкретное зрительное восприятие обрывается - его ограничивает длина волны видимого света. Волны в состоянии сделать видимыми препятствия, которые по своим размерам больше либо порядка их длины. Длины световых волн, другими словами воспринимаемого нашим глазом электрического излучения, лежат в границах от 7000А для красноватого до 4000А - для фиолетового ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ. Пробы преодолеть это препятствие в области коротковолнового ультрафиолета при помощи фотоплёнки заместо глаза не привели к успеху, потому что волны поглощались. Рентгеновские лучи тоже оказались недостаточно маленькими, чтоб высветить структуру молекулы. Они проходят через вещество, но плохо фокусируются и дают размытую теневую картину. В наилучшем случае они выявляют размещение атомов ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ и расстояние меж слоями в кристаллах.

Но изобретение электрического микроскопа позволило получать на фотоплёнке очень увеличенное изображение молекул. В нём заместо света через исследуемый узкий эталон проходит пучок электронов, который потом фокусируется электронными и магнитными полями. Длины электрических волн так меньше световых, что позволяют различать даже форму ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ молекул. Естественно, нужно держать в голове, что, в конечном счете, мы можем созидать только их увеличенное изображение, но не сами молекулы. Молекулы оказались состоящими из ещё более маленьких частиц - атомов. В свою очередь атомы оказались сложными системами, состоящими из электронов и ядер, а сами ядра - состоящими из разных частиц.

Химия. Повторяющаяся ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ таблица хим

частей Д. И. Менделеева[32]

Вещества и их обоюдные перевоплощения являются предметом исследования химии. Химия – это наука о субстанциях и законах, которым подчиняются их перевоплощения. Слово «химия» получило обширное распространение с начала XVIII века. На многих языках оно имеет схожее звучание: chemistry ('кемистри) – на британском, сhemie (хе'ми ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ) – на германском. Корешки «хем» либо «хим» содержатся в соответственных определениях и на многих других языках. Но до сего времени не удалось установить, когда появилось слово «химия» и какой смысл в него сначало вкладывался. Многие исследователи склоняются к тому, что это слово происходит от «Кеми» – «Черная страна». Так в старой Греции ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ называли Египет, где зародилось «священное искусство химии». Это слово относилось к цвету земли в равнине Нила. Смысл такового наименования – «египетская наука». Но в древнегреческом языке были другие близкие по звучанию слова. «Химос» либо «хюмос» означало «сок»; это понятие встречается в рукописях, содержащих сведения по медицине и методам изготовления фармацевтических средств ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ. «Хима» либо «хюма» переводится как литье и относится к искусству выплавки металлов. «Хемевсис» значит «смешивание», являющееся важной операцией большинства хим процессов. Термин «химия» в смысле «настаивание», «наливание» первым употребил греческий философ и естествоиспытатель Зосима Панополитанский на рубеже IV и V веков.

Современная химия – это базовая система познаний ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ, основанная на богатом экспериментальном материале и теоретических положениях. Химия занимает особенное место посреди естественных наук. На сегодня понятно более 20 миллионов хим веществ. Часть из их встречается в природе. Но большая часть хим веществ ранее вообщем не было. Они были получены человеком в хим лабораториях. В этом состоит уникальность химии: она ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ не наслаждается тем, что дано природой, а повсевременно делает себе все новые и новые объекты исследовательских работ.

Каждое из хим веществ имеет свое внутреннее строение и может претерпевать различные перевоплощения, другими словами вступать в хим реакции. Эти два нюанса взаимосвязаны. Внутреннее строение определяет хим характеристики, а по хим свойствам можно ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ судить о строении вещества. В то же время нереально сразу изучить и строение и хим характеристики вещества, так как в процессе хим реакции структура вещества безизбежно меняется. Исследование строения и обскурантистской возможности хим веществ, создание веществ и материалов с заблаговременно данными качествами – главные задачки хим науки.

Уже в ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ XVIII веке начала формироваться так именуемая минеральная химия. На данный момент этот раздел химии мы называем неорганической химией – в отличие от органической химии, которая сначало изучила вещества, образующиеся в живых организмах. Позже были выделены в самостоятельные разделы еще две важные области химии – аналитическая и физическая химия.

Дать четкое ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ определение каждому из этих разделов очень трудно, хотя в целом разница меж ними полностью явна. Так, нереально коротко ответить на вопрос: что такое неорганическая химия. Одно из более успешных, хотя и не совершенно полных определений звучит так: неорганическая химия – это экспериментальное исследование и теоретическая интерпретация параметров и реакций всех ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ частей и всех их соединений, не считая большинства углеводородов и их соединений.

Главные задачки современной неорганической химии – исследование строения, параметров и хим реакций обычных веществ и соединений, связи строения со качествами и обскурантистской способностью веществ, разработка способов синтеза и глубочайшей чистки веществ, общих способов получения неорганических материалов.

Теоретическую базу ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ неорганической химии составляет учение о Повторяющемся законе, сделанное русским ученым - энциклопедистом Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834–1907). Невзирая на то, что этому закону уже более 100 лет, он как и раньше является важным инвентарем для разъяснения параметров и реакций хим частей и их соединений. Повторяющаяся система хим частей, получившая в бытовой речи заглавие – таблица Менделеева ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ, – изображена во всех учебниках химии и знакома фактически каждому. Предпринималось много попыток сделать новейшую, более совершенную форму таблицы. В научной литературе описано около 700 ее вариантов. Были найдены радиальные, треугольные и спиральные варианты, также трехмерные модификации в виде этажерки, цилиндра, платформы с 2-мя башнями, большой спирали, взаимопересекающихся плоскостей и ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ т. д. Но часто встречающийся на сей день вариант близок к тому, который в свое время предложил Д. И. Менделеев.

Исходя из убеждений теории строения атома, элементы в повторяющейся системе размещены в последовательности роста зарядов их ядер, Снутри каждого периода по мере возрастания зарядов ядер частей поочередно меняется структура ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ наружных электрических уровней. С этим связан переход частей от металлов к неметаллам. В периодах слева вправо, с повышением зарядов ядер частей, усиливается притяжение электронов к ядру и происходит сжатие атома, т. е. уменьшение атомного радиуса частей. Потому сначала каждого периода размещаются элементы, имеющие больший атомный радиус и наименьшее число ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ электронов на наружном электрическом слое. Чем больше атомный радиус, тем слабее притяжение электронов наружного слоя и тем легче элементу отдавать электроны. Такая структура свойственна для частей - металлов, которые сравнимо просто отдают валентные электроны, но не могут принимать их дополнительно для достройки электрических оболочек наружного уровня.

С повышением атомного номера ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ частей возрастает заряд ядра и число электронов во наружном слое и миниатюризируется легкость отдачи электронов с этого слоя. Таким макаром, снутри каждого периода с повышением атомных номеров частей наблюдается уменьшение железных параметров частей и возрастание неметаллических параметров (способность притягивать к для себя электроны). Каждый период завершается инертным элементом, имеющим ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ завершенную структуру наружного электрического слоя (полный октет).

Устойчивость такового октета разъясняет пассивность инертных частей, что не позволяет причислить их к металлам либо неметаллам. В группах размещены элементы, имеющие однообразное строение наружного электрического слоя, т. е. электрические аналоги. Номер группы показывает число электронов на наружной электрической оболочке атомов частей ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ данной группы. Элементы, находящиеся в одной группе проявляют близкие хим характеристики. Но и снутри группы характеристики частей меняются. Это связано с тем, что снутри каждой группы сверху вниз у частей возрастает число электрических слоев, т. е. атомный радиус. Чем больше атомный радиус, тем далее от ядра электроны наружного слоя и тем ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ слабее они удерживаются ядром.

Таким макаром, в группах сверху вниз усиливаются железные и уменьшаются неметаллические характеристики. В повторяющейся таблице группы делятся на два типа: 8 групп IA- VIIIA и 8 групп IB- VIIIB. Группа VIIIB состоит из триад. В группах IА и IIA находятся s-элементы, у их последним заполняется электронами ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ s-подуровень наружного уровня. Дальше, согласно правилам Клечковского, для частей с основным квантовым числом n= 2 и n= 3 (2-ой и 3-ий период) происходит наполнение р- подуровня. Это р- элементы, они размещаются в группах IIIA- VIIIA. Для частей IV и V периода после наполнения электронами s- подуровня энергетически более ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ прибыльно наполнение соответственно 3d- и 4d- поуровней, что и происходит у частей групп IB- VIIIB.

Группы типа В размещены в порядке, указывающем число валентных электронов атомов частей, потому что у d- частей валентными являются электроны не только лишь наружного уровня, да и заполняемого второго снаружи уровня. После полного ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ наполнения d- электронами второго снаружи уровня, происходит наполнение р- подуровня последнего электрического уровня (группы IIIA- VIIIA).

У актиноидов и лантаноидов происходит наполнение электронами f- подуровня третьего снаружи энергетического уровня, что и обуславливает схожесть их хим параметров.

Как видно, с учетом наполнения электронами энергетических уровней, в повторяющейся таблице с повышением атомных номеров ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ частей наблюдается периодическое повторение строения наружных электрических слоев, что и обусловливает периодичность параметров хим частей.

С электрической конфигурацией атома связаны такие его характеристики, как энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность, степень окисления.

v Энергия ионизации- это энергия, нужная для отрыва более слабосвязанного электрона от атома. Она выражается в ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ электронвольтах. При отрыве электрона от атома появляется заряженная частица- ион. В этом случае ион будет иметь положительный заряд. Такие ионы именуются катионами. Для частей 1-го периода энергия ионизации увеличивается слева вправо с повышением неметаллических параметров у частей. В группах энергия ионизации миниатюризируется сверху вниз с повышением железных параметров.

v Сродство ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ к электрону- это энергия, которая выделяется при присоединении к атому 1-го электрона Она также выражается в электронвольтах. При присоединении электрона к атому появляется негативно заряженный ион - анион. В периодах слева вправо сродство к электрону возрастает. Большим сродством к электрону владеют галогены.

v Электроотрицательность - это способность атома притягивать к для ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ себя электроны в соединении. Притягиваемые электроны являются валентными, т. е. это электроны, которые участвуют в хим связи. Инертные (великодушные) элементы не владеют электроотрицательностью. Более электроотрицательным из частей является фтор.

v Степень окисления- это формальный заряд атома в соединении, который появился бы, если б все атомы в этом соединении ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ могли быть в виде ионов, а электроны сдвинуты к более электроотрицательному элементу. Номер группы в повторяющейся системе численно равен положительной высшей степени окисления хоть какого элемента данной группы в соединениях с кислородом.

Предмет исследования органической химии некогда ограничивался соединениями углерода, имеющими растительное и животное происхождение. В наше время органическая химия ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ – это наука, изучающая природные и синтетические соединения углерода с другими элементами.

Раз в год число синтезированных органических соединений растет на 250–300 тыщ. Оно превосходит число узнаваемых неорганических соединений в 10-ки раз. Обилие органических соединений определяется уникальной способностью атомов углерода соединяться вместе ординарными и кратными связями, создавать соединения с фактически неограниченным ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ числом атомов, связанных в цепи, циклы, каркасы, создавать крепкие связи практически со всеми хим элементами.

Главным способом органической химии является синтез. Теория хим строения органических веществ базируется на положениях, в первый раз сформулированных русским химиком Александром Михайловичем Бутлеровым (1828–1886). В органической химии можно выделить области исследовательских работ соединений ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ, относящихся к разным классам и имеющих различное происхождение: химия ароматичных соединений, химия природных соединений, нефтехимия.

До сего времени ведутся споры, можно считать самостоятельным разделом химии аналитическую химию. Навряд ли они безбедны. Анализ – важный способ химии. До первой половины XIX века конкретно аналитическая химия была главным разделом химии. Аналитическая химия – это наука об ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ определении хим состава веществ и, в некой степени, хим строения соединений.

Родоначальником научной аналитической химии считают британского физика и химика Роберта Бойля (1627–1691), который первым ввел понятие «химический анализ». Без кропотливого, четкого анализа развитие химии нереально. Хоть какой синтез непременно сопровождается анализом. Для современных технологий нужны особо незапятнанные вещества, а ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ содержание жалких толикой примесей в их можно найти только аналитическими способами.

Основная цель аналитической химии – обеспечить точность, высшую чувствительность, быстроту, избирательность анализа. Развитие аналитической химии привело к появлению хим диагностики, позволяющей безпрерывно определять разные свойства протекающих процессов и образующихся веществ.

В аналитической химии обширно стали употребляться физико ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ-химические и физические способы. Физические способы исследования веществ и воздействия на их получили применение и в других областях химии. Это привело к формированию новых принципиальных направлений химии, к примеру, радиационной химии, плазмохимии. Химия экстремальных воздействий играет огромную роль в получении новых материалов, к примеру для электроники, либо издавна узнаваемых ценных материалов ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ, к примеру алмазов, сравнимо дешевеньким синтетическим методом.

На грани исследовательских работ физических и хим явлений появилась физическая химия. Исследование термических эффектов хим реакций породило термохимию. Хим процессы, протекающие под действием электронного тока, стали основой электрохимии. В базу современной физической химии легли также учения о смесях, о скоростях и механизмах ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ хим реакций, о строении молекул и многие другие. Физическая химия – это наука об общих законах, определяющих строение и хим перевоплощения веществ в разных критериях. Термин «физическая химия» принадлежит М. В. Ломоносову (1711–1765), который в 1752 году в первый раз прочел студентам Петербургского института курс этой науки.

Она изучит хим явления при ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ помощи теоретических и экспериментальных способов физики. Физическая химия является главным теоретическим фундаментом современной химии. В последние годы все большее внимание уделяется углубленному анализу общих закономерностей хим перевоплощений на молекулярном уровне; широкому использованию математического моделирования; исследованию воздействия на хим процессы сверхвысоких и сверхнизких температур и давлений, радиации и ГЛАВА 3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ Концепции ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ магнитного поля.


glava-3-annotaciya.html
glava-3-antimonopolnoe-regulirovanie-normativnij-analiz-reglamentaciya-estestvennih-monopolij-16.html
glava-3-arhitekturnie-osobennosti-nikolaevskogo-monastirya.html