Рождение квантовых представлений. Неклассическая физика.

– В 1880 г. Г. Герц экспериментально подтвердил гипотезу Д. Максвелла о том, что свет представляет собой электромагнитные волны. Однако в явлениях фотоэффекта световой поток имеет свойства частиц.

– Фотоэффект – это явление выбивания электронов с поверхности проводника под действием света. В этом случае свет ведёт себя как поток частиц. Для объяснения этого эффекта А. Эйнштейн предположил, что свет состоит из квантов, которые впоследствии назвали фотонами.

– Принцип дополнительности Бора: корпускулярные и волновые свойства субатомных объектов следует рассматривать не как противоречащие друг другу, а как взаимно дополняющие друг друга.

– Принцип Паули: « при движении вокруг ядра Z-электроны располагаются в соответствии с квантово-механическим закона м»… 1. В любом атоме не может быть двух одинаковых электронов, определяемых набором четырех квантовых чисел: главного, орбитального, магнитного и магнитно-силового; 2. В состояниях с определенным значением могут находиться в атоме не более двух электронов. Значит, на первой оболочке («орбите») могут находиться только 2 электрона, на второй – 8, на третьей – 18… Т.о. совокупность электронов в многоэлектронном атоме, имеющих одно и то же главное квантовое число n, называют электронной оболочкой. В каждой из оболочек электроны располагаются по подоболочкам, которые соответствуют определенному значению L. Принцип Паули дает объяснение периодической системе Менделеева.

– В 1895 г. В. К. Рентген, исследуя катодные лучи, обнаружил лучи, способные проникнуть сквозь непрозрачные для обычного света тела. Эти лучи были названы Х-лучами или рентгеновскими лучами.

– В 1896 г. А. Беккерель обнаружил, что атомы одних элементов могут самопроизвольно превращаться в атомы других в результате ядерных излучений. Это явление получило название «радиоактивность» (от лат. «испускать лучи» + «деятельный».

– В конце 19 в. Д. Томсон пришел к выводу, что эти лучи – поток отрицательно заряженных частиц. Так он доказал существование в атоме отрицательно заряженных частиц, которые получили название «электроны». Электрон был первой открытой элементарной частицей. Поскольку атом в целом электрически нейтрален, то было сделано предположение, что помимо электронов в нем существуют также положительно заряженные частицы.

– Макс Планк выдвинул гипотезу: испускание и поглощение электромагнитного излучения может происходить только дискретно, конечными порциями – квантами.

– Нильс Бор (1885-1962)разработал квантовую теорию строения атома (1913 г.): в любом атоме существуют дискретные (стационарные) состояния, находясь в которых атом энергию не излучает; при переходе атома из одного стационарного состояния в другое он излучает или поглощает порцию энергию.» В атоме электроны могут двигаться только по определенным, так называемым разрешенным, или стационарным, круговым орбитам, на которых они несмотря на наличие у них ускорения, не излучают электромагнитных волн (поэтому эти орбиты названы стационарными)» – это постулат стационарного состояния.

«Электрон на каждой стационарной орбите обладает определенной энергией.

– Резерфорд и английский химик Ф. Содди дали трактовку радиоактивного распада как процесса превращения химических элементов из одних в другие.

– Гипотеза Луи де Бройля (1924 г.) об универсальности корпускулярно-волнового дуализма, согласно которой не только фотоны, но и любые другие частицы материи, наряду с корпускулярными, обладают и волновыми свойствами

– Эйнштейн (1905 г.) создал квантовую теорию света: не излучение света, но и его распространение происходит в виде потока световых квантов – фотонов. Фотоэффект имеет следующее объяснение: поглощая квант света, электрон приобретает энергию.

– Красной границей фотоэффекта называется определенная длина волны излучения, начиная с которой наблюдается ток Максимальная кинетическая энергия линейно возрастает с частотой света и зависит от его интенсивности. Если частота излучения меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной величины, то фотоэффект не происходит.

Корпускулярно-волновой дуализм – это постулат, что всем микрочастицам одновременно присущи и корпускулярные, и волновые свойства. Любой микрообъект, в том числе и обладающий массой покоя, имеет корпускулярные (энергия, импульс) и волновые свойства (частота и длина волны). Для них существуют возможности проявить себя либо в виде волны, либо в виде частицы.

– Волновое уравнение Шредингера является уравнением движения микрочастицы в различных силовых полях. Шредингер создал теорию, в которой дискретные стационарные состояния уподоблялись стоячим волнам какой-либо системы.

Химические системы

– Химия – наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и строения. (научный этап развития химии начинается примерно с 60-х гг. 17 века). Главная задача химии – получение веществ с необходимыми свойствами.

– Последовательность, в которой исторически развивалось химическое знание с учетом 4-х концептуальных этапов… 1. концепция о химических элементах вещества (началась с трудов Р. Бойля и завершилась созданием периодической системы Д. И. Менделеева)…2.

Концепция структурной химии (с конца 18 до сер. 20 в.) 3) концепция химических технологий…4) концепция эволюционной химии.

– Представление о химических элементах возникает при попытках установить состав вещества. Простейшая процедура для этого анализа химическое разложение, или химический анализ, в результате которого получаются вещества, не подвергающиеся дальнейшему разложению. Эти вещества и есть химические элементы, ранее называвшиеся «простыми телами».

– химический элемент – это определенный вид атомов, характеризующийся одинаковым зарядом ядра.

– Открытие кислорода опровергло гипотезу о «флогистоне» – некотором «невесомом теле», благодаря чему вещества способны гореть. Постепенно были открыты водород, азот, сера, фосфор, углерод. Менделееву в 1969 г. было известно уже 62 элемента.

– Ж. Пруст в 1801-1808 гг. установил закон постоянства вещества:»всякое вещество независимо от его происхождения и способа получения имеет один и тот же состав».

– Создатель химического атомизма Дж. Дальтон сформулировал закон кратных отношений. Он ввел в химии понятие атомного веса.

– В квантовой механике было показано, что индивидуальные свойства и положение каждого из элементов периодической таблицы определяются электрическим зарядом атомного ядра.

– Большинство природных химических элементов представляют собой смесь … изотопов.

Атомов одного и того же элемента может быть два, различающихся по атомному весу, но имеющих один и тот же ядерный заряд. Такие различающиеся по массе элементы стали называть изотопами.

– Атом – электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц. Составные части атома – ядро и протоны.

– Принцип Паули дает объяснение Периодической системе Менделеева. Атом водорода имеет 1 электрон и 1 протон. Каждый последующий атом будет получать, увеличивая заряд ядра предыдущего атома на единицу (один протон) и добавляя один электрон. У атома гелия на оболочке 2 электрона, оба они располагаются на первой оболочке. На атоме гелия заканчивается заполнение первой оболочки, что соответствует завершению первого периода периодической системы Менделеева. У атома лития Z=3 на оболочке 3 электрона, 2 – на первой и 1 – на второй. Завершается второй период таблицы.

– Конепция Й. Берцелиуса: атомы химических элементов обладают различной электроотрицательностью и, объединяясь между собой в молекулы, не компенсируют полностью свои заряды, оставаясь электрозаряженными.

– Ф. Кекуле сформулировал основные положения теории валентности, обосновалналичие для углерода четырех единиц сродства, а для азота, кислорода и водорода соответственно, трех, двух и одной. Число единиц сродства, присущее атому того или иного элемента, получило название «валентность».

– Структура молекул – это пространственная и энергетическая упорядоченность системы, состоящей из атомных ядер и электронов.

– Если продукты реакции образуют более прочные связи, чем исходные вещества, то имеет место выделение энергии (экзотермическая реакция – внутренняя энергия системы уменьшается), и наоборот (эндотермическая реакция).

– Внутренняя энергия – это общий запас энергии системы, складывающийся из энергии движения и взаимодействия молекул, ядер и электронов в атомах, нуклонов в ядрах, кварков в адронах.

– Химическая связь представляет собой одно из фундаментальных физических взаимодействий – электромагнитных.

– Закон постоянства химических соединений – любое индивидуальное химическое соединение обладает строго определенным неизменным составом, прочным притяжением составных частей и тем самым отличается от смесей.

– Свойства молекулы воды полностью определяются суммой свойств атомов кислорода и двух атомов водорода.

– Невозможность протекания многих химических реакций при невысоких температурах объясняется… низким энергетическим барьером.

– способность атомов углерода образовывать связи с атомами азота, кислорода, серы представляет… химическую активность органических соединений.

– В химических превращениях молекулы … не сохраняются.

– Химическая кинетика изучает скорости и механизмы реакций, а также их зависимость от различных факторов (концентрация, температура, давление, облучение и т.д.)

– Отбор химических элементов во Вселенной проявляется таким оброазом, что борльшая частье

– Скорость химической реакции измеряется количеством вещества, вступающего в реакцию и образующегося в результате неё в единицу времени.

– Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры и от присутствия в системе катализаторов.

– Молекулярно-кинетическая энергия газов позволяет точно рассчитывать…1 отклонение скорости данной молекулы в данный момент времени от среднего значения;…2) средние значения величин, характеризующих коллектив молекул газа…

– Вещество, уменьшающее скорость протекания химического вещества, называется… ингибитор.

– Невозможность протекания многих химических реакций при невысоких температурах объясняется… низким энергетическим барьером.

Задание. Соотнесите свойства системы с проявлением этого свойства в природномобъекте: 1. интегративность; 2. целостность. 3. иерархичность.

А. Свойства молекулы воды полностью определяются суммой свойств всех атомов кислорода и 2-х атомов водорода.

В. В живом организме согласованно функционируют системы всех уровней организаций.

С.. Вода состоит: из молекул – из атомов – из элементарных частиц.

– Ответ: 1 А; 2 В; 3 С.

 

Ж И В Ы Е С И С Т Е М Ы

 

– Главное свойство живого вещества – способность к воспроизводству специфической структуры;

– Среди бесчисленного разнообразия химических веществ, из которых построены живые организмы, особое место занимают нуклеиновые кислоты.

Нуклеиновые кислоты, как и любые полимеры, кислоты построены из большого количества небольших органических молекул, – мономеров, называемых нуклеотидами.

В отличие от всех других полимеров, кроме белков, нуклеиновые кислоты построены из нескольких разнотипных мономеров, отличающихся друг от друга одним из компонентов;

– В ядрах всех клеток, а также в некоторых других органоидах (митохондрии животных, хлоропласты растений), содержится дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – носитель наследственной информации на молекулярном уровне;

– У всех видов, обитающих на планете Земля, макромолекулы ДНК построены по одному и тому же плану.

– Нуклеотиды содержат по одной молекуле фосфорной кислоты, дезоксирибозы (пятиуглеродный сахар, т.е. пентоза) и азотистого основания, причем различаются они по последнему компоненту (азотистому основанию): аденин – А, гуанин, тимин – Т, цитозин – Ц.

– Нуклеотиды соединены в длинные цепочки, составляющие молекулы нуклеиновых кислот. Их 2 вида - дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). РНК бывает трех типов: рибосомная, информационная и транспортная.

– Молекула ДНК построена из двух спиралевидных полинуклеотидных цепей, которые объединены в результате закручивания одной вокруг другой по общей оси (двойная спираль). Цепи в молекуле не идентичны, но комплементарны (соответственны) и удерживаются слабыми водородными связями между азотистыми основаниями, причем это спаривание имеет специфический характер. Аденин (А) одной цепи связывается с тимином (Т) другой двумя, гуанин (Г) одной соединяется с цитозином Ц) другой тремя водородными связями. В полном наборе молекул ДНК человека 3 млрд. нуклеотидов. Они несут информацию о программе развития организма. В этой «записи» можно различать «слова» – гены (от греч. – происхождение)

ГЕНЫ

– Ген – это участок ДНК, связанный с развитием того или иного признака (цвета глаз, группы крови, уровня развития некоторых способностей, предрасположенности к тем или иным заболеваниям).

– Концепция гена как основной биологической единицы наследственности постулировала: ген должен обладать тремя главными свойствами: а) специфичностью; б) способностью к точному воспроизведению; в) способностью к изменениям (мутациям).

– В генах человека записан общий план развития организма, определяющий особенности человека как биологического вида, а также информации о множестве индивидуальных различий.

– Каждый ген связан с формированием одного или нескольких признаков.

– Последовательность нуклеотидов в гене кодирует последовательность аминокислот в белке (это структурный ген).

– Перед кодирующей последовательностью ДНК (структурным геном) обычно находятся сигналы, указывающие, когда и с какой интенсивностью должен работать данный ген. Эти сигналы называются регуляторными участками (регуляторными генами). Они включают и выключают создание необходимых клетке в данный момент «рабочих копий» генетической информации, хранящейся в «ДНК-архиве».

– У примитивных организмов, таких как бактерии, гены занимают около 80-90% всей ДНК.

– У человека на участки, кодирующие белок (структурные гены), приходится не более 5% нуклеотидных последовательностей. Остальные участки ДНК (регуляторные гены) содержат информацию о том, как и в какой последовательности должны включаться гены.

ГЕНОМ

– Совокупность всех генов и межгенных последовательностей нуклеотидов в гаплоидном наборе называется геномом (от слов ген + хромосома). Геном характеризует вид, а не особь, в отличие от генотипа.

– Общее число генов в геноме человека – около 25 тысяч.

–