Антропный принцип и эволюция

 

Несколько десятилетий назад Б. Картер выдвинул так называемый антропный принцип (АП), декларирующий наличие взаимосвязи между параметрами Вселенной и существованием в ней разума. Формальный толчок началу дискуссии о месте человека во Вселенной дало обсуждение проблемы совпадения больших чисел - странной численной взаимосвязи параметров микромира (постоянной Планка, заряда электрона, размера нуклона) и глобальных характеристик Метагалактики (ее массы, размера, времени существования). Эта проблема поставила вопрос: а на сколько случайны параметры нашего мира, насколько они взаимосвязаны между собой, и что произойдет при их незначительном изменении? Анализ возможного варьирования основных физических параметров показал, что даже незначительное их изменение приводит к невозможности существования нашей Метагалактики в наблюдаемой форме и не совместимо с появлением в ней жизни и, соответственно разума.

Взаимосвязь между параметрами Вселенной и появлением в ней разума была выражена Картером в двух формулировках - сильной и слабой. Слабый АП лишь констатирует, что имеющееся во Вселенной условия не противоречат существованию человека: «Наше положение во Вселенной с необходимостью является привилегированным в том смысле, что оно должно быть совместимо с нашим существованием как наблюдателей». Сильный АП выдвигает более жесткую взаимосвязь параметров Вселенной с возможностью и необходимостью появления в ней разума: «Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит), должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей».

Можно сформулировать два крайних предположения обосновывающих АП:

1) разум в нашей Метагалактике явление абсолютно случайное, которое стало возможным лишь благодаря маловероятному, но реализованному совпадению многих независимых физических параметров;

2) наличие биологической и социальной форм движения закономерное следствие развития Вселенной, а все ее физические характеристики взаимосвязаны и взаимообусловлены таким образом, что с необходимостью вызывают появление разума.

Вероятностная гипотеза объяснения АП, низводит его с позиции глобальной эвристической идеи взаимосвязи появления разумной жизни и строения Вселенной к абсолютно случайному совпадению, чем, по сути, выводит его за рамки научного рассмотрения. Но вероятностную гипотезу можно рассматривать лишь как терминологическую - вместо вопроса о возможности появления наблюдателя во Вселенной ставится вопрос оего возможном появлении в совокупности Вселенных. Исходя из понятия категории «Вселенная» мы должны признать, что оно тождественно термину «совокупность Вселенных». Можно лишь различать варианты единично - или множественно-определенной Вселенной, что естественно, не существенно с точки решения проблемы о возможности и необходимости появления разума во Вселенной.

Гипотеза осциллирующей Вселенной, в качестве возможного объяснения АП, не отличается от предположения множественности Вселенных. Численная бесконечность заменяется временной, опять же сводя объяснение АП к абсолютно случайному моменту.

Другая соломинка, предлагаемая теорией осциллирующей Вселенной для формальной поддержки АП - это констатация возможности передачи информации о параметрах Вселенной через момент сингулярности. То есть предполагается, что физические характеристики Метагалактики не случайны и их значения обусловлены предыдущим циклом ее развития (до сингулярности). Вполне логично и возможно. Но опять же эта гипотеза, отодвигая решение проблемы к гипотетическим предыдущим этапам истории Вселенной, неприближает нас к научной интерпретации АП.

В общих чертах эволюционный подход к проблеме АП можно сформулировать так: Вселенная находится в непрерывном процессе эволюции, и появление жизни и разума закономерный результат этого процесса. При достаточно убедительном построении теории глобального эволюционизма АП должен свестись к ее частному моменту — констатации факта, что разум есть необходимый этап эволюции Вселенной.

На данный момент термин «эволюция» используется либо в узком смысле - для описания процессов формирования и развития биологических систем, либо в самом широком смысле, когда речь идет вообще о появление новых свойств, определений, структурных образований. Естественно, что при использовании далее термина «эволюция» в обсуждении проблемы глобального эволюционизма, я не буду иметь в виду лишь его частное биологическое значение. И конечно, чтобы избежать терминологических проблем, следует серьезно обратить внимание на расширенную трактовку термина «эволюция», например, при описании астрономических или геологических процессов. Часто мы сталкиваемся с терминологической проблемой использования категории «эволюция», вместо категорий «развитие» и «изменение», хотя различение этих трех категории вполне вписывается в естественное понимание значения этих слов.

Так, говоря об эволюции, мы имеем в виду появление принципиально новых, уникальных определений (параметров, категорий, систем, и т.д.), не имеющихся ранее. Причем, для того чтобы однозначно различить категорию «эволюция» от категории «развитие», новизна определений должна быть принципиальной не только для рассматриваемой частной системы, но для Мира в целом.

Развитие констатирует появление новых, ранее не присущих некой системе признаков, но не являющихся уникальными для Мира в целом. Так появление разума является эволюционным явлением, но изменения происходящие при рождении и росте отдельного человека, конечно, должно описываться термином «развитие».

Категория изменение описывает процессы, происходящие без появления новых определений. Так процессы, происходящие в современных астрономических объектах корректнее описывать в терминах «изменение» и «развитие», но ни как не «эволюция». Эволюционное формирование наблюдаемых сегодня космологических образований произошло на ранних этапах истории Вселенной, и сейчас мы наблюдаем лишь изменение их параметров. То же можно сказать и о геологических системах - их эволюционное становление происходило на ранних стадиях формирования нашей планеты, а сейчас мы наблюдаем лишь изменения геологических объектов, но ни как не их эволюцию.

Приведенные терминологические уточнения снимают многие проблемы, стоящие на пути распространения теории эволюции на не биологические объекты. И следуют простые выводы.

Первый: различные системы (виды движения) можно рассматривать, как эволюционные лишь на этапе их становления, сопровождающегося появлением принципиально новых качеств и структур, и новых не только для этой системы, а и для Мира в целом. После завершения этого этапа системы продолжают изменяться, но это не носит эволюционный характер. И второй вывод: абсолютно эволюционным объектом является только Мир.

Думаю, что в данном месте рассуждений разумно рассмотреть еще один терминологический вопрос - говорить ли об эволюции Метагалактики или Вселенной? На мой взгляд, более уместно было бы использовать термин Вселенная, отодвигающий на второй план проблему множественности Метагалактик. Хотя, наверное, корректнее использовать вообще термин Мир, не носящий космологическую окраску, но по сути совпадающий с категорией Вселенная и более однозначно включающий в себя и биологическую, и социальную формы движения. Что я и делал выше, но и, не избегая терминов Метагалактика и Вселенная, рассматривая все их как синонимы, опуская имеющиеся различия, как несущественные в контексте данных заметок.

 

Сильный АП с точки зрения глобального эволюционизма (ГЭ) лишь констатирует, постулирует эволюцию Вселенной. То есть сильный АП, выдвинутый Картером в формулировке: «Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит), должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей» равносилен утверждению, высказанному с позиции ГЭ: «Вселенная находится в непрерывном процессе эволюции, необходимо приводящем на определенном этапе к возникновению социальной формы движения».

АП высказанный в терминах ГЭ лишен существенного проблемного момента - в нем ничегоне говорится о параметрах Вселенной. Во-первых, распространение процесса эволюции Вселенной в прошлое до ее начала снимает вообще вопрос о начальных параметрах — в начальный момент отсутствуют какие-либо определения Мира, а все виды движения и, следовательно, их параметры появляются в процессе эволюции. Во-вторых, ГЭ, констатируя появление социального движения, как необходимого этапа развития Мира, совершенно не регламентирует форму воплощения разума, чем абсолютно снимает проблему соответствия физических параметров Вселенной некой конкретной форме реализации «наблюдателя». То есть при постулировании принципа ГЭ разум во Вселенной возникает необходимо и независимо от конкретных физических параметров «предыдущих» видов движения, при любых их отклонениях (если таковы возможны). И более того с точки зрения обусловленности реализации конкретной формы социальное движение ничем не отличается от других «предыдущих» видов движения (биологического, химического и т.д.).

Следовательно, АП должен быть сформулирован не как принцип соответствия физических и прочих условий возможности появления наблюдателя, а наоборот, как соответствие конкретной формы реализации разума имеющимся условиям. И в этом АП сводится лишь к самой общей форме высказывания принципа глобального эволюционизма.

Для лучшего понимания трактовки АП в рамках ГЭ рассмотрим, к примеру, соответствие окраски некоего вида животного цвету геологических пород в некоторой местности. Можно обсуждать проблему реализации конкретного цветапороды, без которого не возможно было бы существование данного животного - и с какой вероятностью мог бы появиться именно такой цвет, и выдвинуть гипотезу множественности местностей и, что только одна из них совершенно случайно такова, что соответствует окраске животного... Или просто констатировать, что это соответствие есть результат развития вида в условиях данной местности.

Развивая Слабый и Сильный АП, провозглашающие обусловленность существования разума физическими параметрами Вселенной Ф.Типлер дополнительно выдвинул Финалистический АП в следующей формулировке: «Во Вселенной должна возникнуть разумная обработка информации, и, раз возникнув, она никогда не прекратится». То есть финалистический АП утверждает не только взаимосвязь появления разума с историей Вселенной, но и безусловное влияние его на дальнейшую ее эволюцию.

Как и в случаях слабого и сильного АП, Финалистический АП, рассматриваемый с позиции ГЭ, является лишь констатацией последовательной эволюции отдельных видов движения. Он только обращает внимание не на обусловленность появления конкретной эволюционной системы (в частном случае социальной) предыдущими видами движения, а на необходимое влияние этой системы на последующий процесс эволюции Мира. И с этой позиции финалистический принцип естественно применим ко всем видам движения в равной степени.

Но можно выдвинуть и Сильный Финалистический АП: с появлением разума, с развитием социального движения Мир вступил в новый этап эволюции, характеризуемый активным влиянием одной из форм движения на всю систему (в рамках этих заметок я не буду давать определения этапов эволюции мира). Конец Мира с позиции ГЭ можно понимать как некий акт синкретического единства всех видов движения и он должен осуществиться именно в результате развития разума, как акт абсолютного самопознания Мира. (Это утверждение не несет ни теологического, ни катастрофического оттенка, более подробно оно будет раскрыто в последующих работах).

И так, подводя итоги, различные АП с позиции ГЭ можно выразить

следующим образом:

Слабый АП: Разум (социальная система) один из видов движения Мира;

Сильный АП: Разум (социальная система) обязательный этап эволюции Мира, обусловленный всем предыдущими видами движения;

Финалистический АП: Разумная форма движения Мира неотъемлемый этап развития Мира, определяющий его дальнейшую эволюцию;

Сильный Финалистический АП: Конец Мира необходимо связан с развитием разума и может трактоваться как момент абсолютного самопознания Миром самого себя.

 

Проблема поиска жизни во Вселенной

Эта проблема получила развитие еще в древности. В пользу того, что мы не одни, приводились такие аргументы - поскольку мир состоит из одних и тех же субстанций (у одних философов это вода, у других атомы) соответственно, должна быть и внеземная жизнь.

Циолковский обосновывал возможность межпланетных сообщений, эта идея получила свое развитие, но на первый план в середине 50 гг 20 в. выдвинулась проблема связанная с поиском других цивилизаций путем обнаружения радиосигналов. Это стало возможным благодаря созданию радиотелескопов. Именно они давали возможность регистрировать сигналы, посланные с межзвездных расстояний. В 60-х мировым сообществом было создано несколько международных проектов направленных на поиск внеземных цивилизаций, причем за свои бабки. Фактически эти программы закрепили право работ в этой области и присвоили фактически статус научных дисциплин (предположим, что уфология), это вышло из сферы философии и проникло во многие области знаний. Надо сказать, что в основном такие работы выполнялись в США и России. Если говорить о проблеме поиска и обнаружения внеземных цивилизаций, проблема состоит в принципиальном допущении существования жизни на иных планетах. Существует проблемы качественного перехода неживого в живое (вспомним академика Опарина). Эволюция веществ при переходе от неживой к живой материи: атомные ядра -> атомы -> низкомолекулярные соединения -> высокомолекулярные соединения -> прокариоты (организмы лишенные оформленного ядра, т.е. вирусы, бактерии) -> одноклеточные -> многоклеточные. В туманностях нашли органические соединения, которые являются основой белков живых организмов. В этих областях ученые обнаружили процессы интенсивного звездообразования, из этого следует, что возможно интенсивное образование новых планет. Но возникает вопрос: на сколько условия образования новых планет и влияние интенсивности их звезд оказывают влияние на возможность сохранения этих низкомолекулярных соединений.

Изучаемая проблема имеет три составляющих:

· проблема поиска жизни во Вселенной;

· проблема поиска внесолнечных планетных систем;

· проблема поиска внеземных цивилизаций.

Эти три составляющих тесно между собой взаимосвязаны.

Наука, которая дает нам определенные знания и обобщения	Факты
Физика, химия, астрономия.	Тождественность материи, физических и химических законов во Вселенной.
Астрономия.	Позволила установить ординарность солнца и галактики; большое число солнцеподобных звезд в галактике и подобных галактик во Вселенной.
Радиоастрономия.	Дала информацию об обилии низкомолекулярных соединений в нашей галактике.
Ядерная физика, химия, астрономия.	Именно эти науки, взаимно дополняя друг друга, позволили сделать открытия о химической эволюции Вселенной.
Биология.	Биологическая эволюция, эволюционное возникновение земной цивилизации. Обилие двойных звезд, что свидетельствует о наличии планетных систем у других звезд.

 

С одной стороны у нас на земле прослежена биологическая эволюция, но это все-таки прежде всего конституируется как эмпирический факт. Но с другой стороны, эволюция применима лишь к нашим условиям, на планете Земля, но это не является достаточным фактом, позволяющим твёрдо утверждать, что подобная эволюция не может происходить и на других планетах Вселенной. Имеются факты, которые выходят за рамки строгих объяснений в указанной теории. Сложен вопрос и о переходе живых организмов к живым системам. Безусловно, в этом вопросе имеется определенный прогресс (работы Опарина, Руденко), но со временем скепсис ученых становится все большим. В этой связи ученые вводят понятие прогресса, здесь под прогрессом подразумевается начало процесса, который привел к возникновению цивилизации. Процесс идет в сторону усложнения веществ (высокомолекулярные), а переход к разумной жизни, цивилизации вызывает вопрос. Согласно, первой точке зрения, понятие прогресса приложимо лишь к биологической эволюции и лишено смысла в отношении других форм материи. Вторая точка зрения, биологическая эволюция является лишь этапом эволюции определенной части вещества во Вселенной. Ученые сейчас озадачены глобальными методологическими вопросами: правильно ли мы рассматриваем процессы эволюции, перехода от биологической к живым системам, является ли зарождение жизни уникальным или ординарным на нашей планете. Нужно решить эти проблемы. Если решим что мы уникальны, значит нечего искать иные цивилизации. Самым радикальным решением этой проблемы было бы обследование окрестностей ближайших звезд. Здесь имеется в виду обследование с помощью автоматических или пилотируемых установок. Возникает другая проблема, скорость этих кораблей должна быть соизмерима со световой скоростью, даже если это так, то это осуществимо не раньше чем через 250-300 лет. Здесь кроме непосредственного обследования, изучения окрестностей, применяются те методы, которые используются учеными:

· астрономический (который состоит в фиксации небольших изменений положений звезды);

· фотометрический (основан на регистрации отраженного планетами света);

· радиометрический (который в своей основе регистрирует тепловое излучение планеты);

Все они ограничены только своим назначением, это означает, что для полного наблюдения нужны принципиально новые методы науки. Прорыв может наступить в области науки либо когда будут созданы пилотируемые спутники, либо новые методы регистрации. Если говорить о больших реалиях в этом вопросе, есть другой подход к решению проблемы - использовать инициативу внеземных цивилизаций, которую они проявляют при налаживании контакта с нами. Эта идея не нова, многие исследователи считают, что внеземные цивилизации более развиты, а, следовательно, имеют большие возможности для установления контакта с нами. По поводу поиска внеземных цивилизаций, их проводили еще с начала 60-х. Предлагали использовать радиотехнические средства для передачи сигнала в космос. Кроме того, была гипотеза использовать вспышки сверхновых звезд для обнаружения цивилизаций. Речь идет не только о преднамеренных сигналах, которые могли послать мы, но также и непреднамеренных сигналах, которые приходят из космоса. В этом направлении поиск внеземных цивилизаций сводится к следующему:

· поиск преднамеренных и непреднамеренных сигналов внеземных цивилизаций;

· межзвездные перелеты с околосветовыми скоростями, организованные внеземными цивилизациями;

· следы посещения солнечной системы;

· астроинженерная деятельность самих внеземных цивилизаций.

Ученые провели расчеты, что возможность допуска межзвездных перелётов неправильная, это связано с энергоемкостью межзвездных ракет, такой движок должен превышать мощность солнечного света нашего Солнца. Когда стали оценивать возможности внеземных цивилизаций по производству энергии, оказалось, что они (внеземные цивилизации) должны обладать неограниченными возможностями. Поэтому межзвездное направление отошло на задний план в виду не перспективности. Кроме того, существуют определённые расчеты, показывающие, что для существования нормальной цивилизации производство энергии не должно превышать определенного предела на человека, если это предел перейдут, то начнутся проблемы с климатом и т.п. Таким образом, ученые на сегодняшний день сделали вывод, что космос молчит. В чем причина молчания:

· по причине того, что неверны наши теоретические представления о внеземных цивилизациях и их возможностях;

· недостаточны данные наблюдений; наши теоретические соображения, расчеты верны, но внеземных цивилизаций нет вообще. Это означает, что наша цивилизация уникальная и единственная, по крайней мере, в нашей галактике.

 

Содержание

 

 

Введение……………………………………………………………………….
1 Учение о составе вещества…………………………………………………
2 Химические процессы………………………………………………………
3 Структурная химия………………………………………………………….
4 Эволюционные проблемы в химии………………………………………..
5 Химическая экология……………………………………………………….
6 Контрольные вопросы……………………………………………………....
7 Тестовые задания……………………………………………………………
8 Список используемых источников………………………………………...

 

Введение

Химия – наука о веществах, их свойствах, строении и взаимных превращениях.

Исторически химия возникла для получения человеком веществ, необходимых для его жизнедеятельности. Для решения этой задачи необходимо было научиться производить из одних веществ другие, т.е. осуществить качественное их превращение. А поскольку качество - есть совокупность свойств веществ, то следовало узнать, от чего зависят эти свойства. Это послужило причиной появления теоретической химии.

Предмет химии – химические элементы и их соединения, а также закономерности, которым подчиняются различные химические реакции.

Химические реакции – это процессы образования из простых по составу веществ более сложных, переход одних сложных веществ в другие и разложение сложных веществ на более простые по составу веществ.

Современная химия занимается получением веществ с заданным свойством и выявлением способов управления свойствами вещества. В этом заключается основная проблема химии и системообразующее начало ее как науки.

Химию принято подразделять на пять разделов: неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, аналитическая химия и химия высокомолекулярных соединений. Важнейшие особенности современной химии:

1. Дифференциация главных разделов химии на самостоятельные научные дисциплины, основанная на различии объектов и методов исследования.

2. Интеграция химии с другими науками. В результате этого процесса возникли биохимия, биоорганическая химия и молекулярная биология, изучающие химические процессы в живых организмах.

3. Появление новых, главным образом физико-химических и физических методов исследования.

Неотъемлемая черта теоретической и экспериментальной химии - применение новейшей быстродействующей вычислительной техники для квантово-химических расчетов, выявления кинетических закономерностей, расчета структуры и свойств сложных молекул.

Современную картину химических знаний объясняют с позиций четырех концептуальных систем, которые схематично можно представить следующим образом:

1. Учение о составе вещества

2. Структурная химия

3. Учение о химических процессах

4. Эволюционная химия.

 

Учение о составе вещества

Учение о составе вещества охватывает три основные направления:

· анализ состава химического элемента;

· определение состава химического соединения;

· применение все большего числа химических элементов для производства новых материалов.

Химический элемент

Понятие "химический элемент" является одним из основных понятий химии. Понятие "элемент " в качестве научного термина впервые использовано Р. Бойлем в 1661г. Со времен Бойля элементом считали всякое простое вещество, которое можно получить в результате разложения сложных веществ, но которое не способно к дальнейшему разложению на еще более простые вещества.

Начало XIX в. ознаменовалось открытием новых количествен­ных закономерностей. Разработка атомно-молекулярной теории позволила Дальтону высказать атомную гипотезу и ввести в хи­мию понятие об относительном атомном весе элементов и опреде­лить атомные веса некоторых элементов. Таким образом, качест­венное своеобразие химических элементов начинают связывать с количественными - относительной атомной массой.

Атомистическая гипотеза в том виде, как она была дана Дальтоном, не могла внести ничего нового в первое определение элемента. По Дальтону, элемент можно определить как вид ато­мов, характеризующихся определенным значением атомного веса. По представлению Дальтона, простые вещества всегда состоят из определенного вида атомов, следовательно, простые вещества суть элементы.

Путаница была устранена позже, когда было установлено, что многие простые вещества образованы из молекул, а не из атомов. Впервые Менделеев в связи с этим указал на необходимость ясно различать два понятия: элемент и простое вещество, или простое тело. «Простое тело - это вещество, металл или металлоид, с ря­дом физических признаков и химических реакций. Ему свойствен частичный вес, содержащий один (как Hg или Cd, а вероятно, и многие другие простые тела) или несколько (S6, S₂, О₂, Нг, С1₂ и т. д.) атомов. Оно способно являться в изомерных и полимерных формах (0₂ и 0₃, S₂ и S₈) и отличается от сложных тел толь­ко тем, что в простом теле все атомы однородны. Под именем эле­ментов должно подразумевать те материальные составные части простых и сложных тел, которые придают им известную совокуп­ность физических и химических свойств. Если простому телу соот­ветствует понятие о частице, то элементу отвечает понятие об ато­ме. Углерод есть элемент, а уголь, графит и алмаз суть тела про­стые».

Следовательно, по Менделееву, химический элемент есть вид атомов, входящих в состав простых и сложных тел, характеризую­щийся определенным значением атомной массы.

Наряду с качественными ха­рактеристиками свойств были накоплены сведения о свойствах, которые в отличие от первых подлежат точному измерению, и сре­ди них атомная масса элементов и их валентность, т. е. способ­ность образовывать различные формы соединений.

Итак, открытие новых элементов и изучение свойств элементов и их соединений, с одной стороны, позволили накопить большой фактический материал, с другой - выявили необходимость его си­стематизации. Прежде всего, нужно было решить основной вопрос: являются ли химические элементы разрозненными, независимыми или они закономерно связаны между собой в единую систему.

На языке диалектики естественная систематика должна озна­чать раскрытие взаимосвязи между единичным (элемент) и всеоб­щим (система) через особенное (группа). Решение этой задачи оказалось под силу только такому гению, каким был Менделеев. Оно состояло в открытии периодического закона и разработке пе­риодической системы элементов.

Периодический закон был открыт при поисках классификации химических элементов. Менделеев избирает за основу систематики элементов двойной критерий: атомная масса и химические свойства. Атомнаямасса - основной решающий признак элемента, средство систематизации, давшее ему возможность превратить хаос накопленных химией фактов и понятий в стройную систему - фундамент современной химии.

Д. И. Менделеев раскрывает содержание периодического зако­на следующим образом:

1. «Элементы, расположенные по величине их атомного веса, представляют явственную периодичность свойств».

2. «Величина атомного веса определяет характер элемента, как величина частицы определяет свойства сложного тела». «Оттого, например, соединения S и Те, С1 и Вг и т. п. при сходстве пред­ставляют и различия весьма ясные».

3. «Должно ожидать открытия еще многих неизвестных про­стых тел».

4. «Величина атомного веса элемента иногда может быть исправлена, зная его аналоги».

5. «Некоторые аналоги элементов открываются по величине веса их атома».

6. «Распространенные в природе простые тела имеют малый атомный вес, а все элементы с малым атомным весом характеризуются разностью свойств. Они поэтому суть типические элементы».

Эти шесть пунктов не только характеризуют содержание за­кона, но раскрывают его методологическое значение как метода познания и предвидения.

Периодический закон и периодическая система получили свое полное подтверждение и дальнейшее развитие при установлении строения атомов элементов.

Мозли в результате исследования рентгеновских спектров эле­ментов показал, что положительный заряд атома элемента чис­ленно равен порядковому номеру в периодической системе. Сле­довательно, химическая природа элемента определяется не мас­сой (атомным весом), а новой величиной - зарядом ядра или по­рядковым номерам.

Периодически изменяющиеся свойства элементов стали связы­вать не с величиной атомного веса, а с величиной заряда ядра или порядкового номера.

Периодический закон претерпел некоторую эволюцию. Теперь его формулируют так: свойства элементов являются периодиче­ской функцией положительного заряда ядра атомов элементов. В связи с этим претерпели эволюцию и некоторые основные понятия химии, например понятие элемента.

Элемент - это вид атомов с положительным одинаковым зарядом ядра (или зани­мающих одно и то же место в таблице Менделеева).

К настоящему времени сложилось определенное представление о структуре атома и ядра и о квантовомеханических свойствах составляющих их частиц. Раскрыт физический смысл периодического закона и дано квантовомеханическое объяснение строения атомов химических элементов периодической системы Менделеева.

Все известные химические в периодической системе образуют 8 вертикальных столбцов- групп, которые состоят из двух подгрупп. Горизонтальные ряды называются периодами, внутри каждого периода наблюдается более или менее равномерный переход от активных металлов через менее активные металлы и слабоактивные неметаллы к очень активным неметаллам, и, наконец, инертным. В некоторых периодах имеются ряды переходных элементов-металлов со сходными химическими свойствами. Структура периодической системы элементов отвечает порядку заполнения электронных оболочек и слоев в атомах, свойствах атомов элементов определяются числом электронов во внешней электронной оболочке.

Химическое соединение

До недавнего времени химики считали ясным, что следует относить к химическим соединениям, а что - к смесям. Еще в 1800-1808 гг. французский ученый Ж. Пруст (1754-1826) уста­новил закон постоянства состава: любое индивидуальное химическое соединение обладает строго определенным, неизменным составом, прочным притяжением составных частей (атомов) и тем отлича­ется от смесей. На основе идеи об атомическом строении веще­ства этот закон теоретически обосновал в 1800-1810 гг. англий­ский ученый Дж. Дальтон. Он показал, что соединения состоят из атомов двух или нескольких элементов, образующих определенные сочетания друг с другом (закон кратных отношений). В смесях отсутствуют тесные взаимодействия между атомами, которые характерны для соединений.

С конца XIX в. возобновились исследования, подвергавшие сомнению абсолютизацию закона постоянства состава. Результаты исследований показали, что суть проблемы химических соединений состоит не столько в постоянстве или непостоянстве химического состава, сколько в физической природе химических связей, объединяющих атомы в единую квантовомеханическую систему - молекулу. Химические связи - это обменное взаимодействие электронов, обобщение валентных электронов, "перекрывание электронных шелков". Молекулой по-прежнему можно называть наименьшую частицу вещества, способную определять его свойства и сосуществовать самостоятельно. Но в число молекул вошли и та­кие необычные квантовомеханические системы, как ионные, атомные и металлические монокристаллы, а также полимеры, образованные за счет водородных связей. Это, конечно, макро­молекулы.

Число химических соединений огромно. Они отличаются как составом, так и химическими и физическими свойствами. Но все же химическое соединение - качественно определенное вещество то, состоящее из одного или нескольких химических элементов, атомы которых за счет обменного взаимодействия (химической связи) объединены в частицы-молекулы, комплек­сы, монокристаллы или иные системы. Химические соединения могут состоять как из многих, так и из одного элемента.

Итак, химические соединения образуются за счет химических связей.

 

Химические связи

Некоторые взаимодействия атомов друг с другом приводят к образованию молекул или молекулярных соединений (химическая связь). Способность атомов соединяться с другими атомами в определенных соотношениях называется валентностью.

Валентность — это способность атомов образовывать химические связи.

Валентность можно рассматривать, как способность атома отдавать или присоединять определенное число электронов. Но­мер группы в периодической системе элементов соответствует положительной высшей валентности элемента.

Химическая связь осуществляется путем перехода одного или нескольких электронов одного атома к другому, либо обобществ­лением электронов группой атомов. Химическая связь обусловле­на электромагнитным взаимодействием атомов и подчиняется за­конам квантовой механики. Устойчивость связи объясняется тем, что энергия образующейся системы (молекулы) становится мень­ше суммарной энергии свободных атомов. Разность этих энергий представляет собой энергию химической связи. Основы теории химического строения были заложены A.M. Бутлеровым, из кото­рых следовало, что свойства веществ зависят не только от состава, но и от порядка соединения атомов в молекулы.

Существует три основных вида химической связи: ионная, ковалентная и металлическая.

Ковалентная химическая связь возникает при соединении в молекулу нейтральных атомов, валентные электроны которых обобществляются атомами, участвующими во взаимодействии.
Этот тип связи получил объяснение только на основе закона квантовой механики. Ковалентная связь является причиной существования молекул простых газов — водорода, хлора, кислорода, азота, а также многих соединений — воды, аммиака и пр. При объединении одинаковых атомов в молекулу электронное облако, осуществляющее ковалентную связь, будет симметрично распределено в пространстве. Такая ковалентная связь называется непо­лярной. Если же двухатомная молекула состоит из различных ато­мов, то общее электронное облако будет смещено в сторону одного из атомов. Эта ковалентная связь называется полярной. Способ­ность атома оттягивать к себе общую пару электронов называется электроотрицательностью. Наибольшая электроотрицательность характерна для фтора, далее идут кислород, азот, хлор и др.

Итак, ковалентная связь - это связь, возникающая за счет образования общих электронных пар, возникающих при объединении валентных электронов разных атомов. Количество электронов, которое атом может использовать для образования химических связей, определяет валентность элемента. Элементы, имеющие одинаковое максимальное число валентных электронов, образуют группу элементов в периодической системе. При этом номер группы совпадает с максимальным количеством валентных электронов (исключение - азот, кислород, фтор, гелий, неон).

Элементы, имеющие все валентные электроны на внешнем энергетическом уровне, как элементы II и III периода, составляют главную подгруппу. Элементы, у которых валентные электроны расположены на внешнем и частично на предвнешнем энергетическом уровнях, образуют побочную подгруппу.