Естествознание: основные понятия

Законы сохранения. Закон сохранения энергии, Закон  сохранения электрического заряда, Закон  сохранения количества движения, Закон  сохранения момента количества движения, Закон сохранения массы, Закон сохранения импульса и др.

2.23 Энтропия. Принцип  возрастания энтропии. Принцип Карно  выражает собой весьма интересную  особенность: он определяет общую  тенденцию в эволюции физического  мира. С течением времени в  замкнутой изолированной системе  энтропия должна постоянно возрастать. Функция состояния термодинамической  системы, изменения которой в  равновесном процессе равно отношению  количества теплоты, сообщенного  системе или отведенного от  нее, к термодинамической температуре  системы. Неравновесные процессы  в изолированной системе сопровождаются  ростом энтропии, они приближают  систему к состоянию равновесия, в котором энтропия максимальна.

Фундаментальные постоянные природы. - скорость света  в пустоте и постоянная Планка (квант действия).

Закон сохранения энергии. При любых взаимодействиях  тел энергия не исчезает бесследно  и не возникает из ничего. Энергия  только передается от одного тела к  другому или превращается из одной  формы в другую. Внутренняя энергия U системы, изолированной от любых  взаимодействий с внешней средой, не изменяется при любых взаимодействиях  внутри системы. Следовательно, для  изолированной системы справедливо  соотношение:

U = const, или

DU = 0

2.24 Связь между  энтропией и вероятностью процесса. Является правилом, что энтропия  непосредственно связана с вероятностями.  Эту связь можно представить  математическим соотношением. М.  Планк выразил соотношение в  виде следующей формулы: S0 = k ln P0 , где k = 1,38*1016 . в этом выражении  S0 - характеризует энтропию физической  системы, а P0 - число элементарных  микроскопических состояний - "комплексий", как их называет Планк.

Пространство  и время. Принцип относительности. Теория относительности рассматривает  пространственно-временные свойства физических процессов. Эти свойства зависят от полей тяготения в  данной области пространства и времени. Теория, описывающая пространственно-временные  свойства в приближении, когда полями тяготения можно пренебречь, называется теорией относительности. В основе теории лежат два положения: принцип  относительности, означающей равноправие  всех инерциальных систем отсчета, и  постоянство скорости света в  вакууме, ее независимость от скорости движения источника света.

Механизм генетического  кода. Двойная спираль ДНК - это  негатив + позитив. В механизмах наследственности во всей Вселенной главное не материальный субстат, а матричный принцип  его синтеза. В химическом коде ДНК - 64 "буквы", число сочетаний  из 4 оснований нуклеотидов в ДНК  по 3 кодона, 1 триплет (кодон) кодирует одно аминокислотное звено полипептидной (белковой) цепи, состоящей из 20 природных  аминокислот. В химическом коде некоторые  триплеты выполняют функцию стоп-сигнала, определяя конец и начало нового предложения.

3.1 Атом (определение). - от греческого -неделимый, мельчайшая  частица химического элемента, сохраняющая  его свойства. В центре атома  находится положительно заряженное  ядро, в котором сосредоточена  почти вся масса атома; вокруг  движутся электроны, образующие  электронные оболочки, размеры которых  определяют размеры атомов.

Принцип симметрии. - утверждает, что если пространство однородно, перенос системы как  целого в пространстве не изменяет свойств системы. Если все направления  в пространстве равнозначны, то принцип  симметрии разрешает поворот  системы как целого в пространстве. Принцип симметрии соблюдается, если изменить начало отсчета времени. В соответствии с принципом, можно  произвести переход в другую систему  отсчета, движущейся относительно данной системы с постоянной скоростью.

4.13 Наследственность. Законы Менделя. В кратком изложении:  Наследственные признаки передаются  по наследству как некие дискретные  единицы (гены). Гены кодируют  определенные функционально-значимые  белки. Гены могут объединяться  в индивидууме, возникающем в  результате оплодотворения, но затем  расходятся, так что в репродуктивную  клетку поступает для передачи  следующему поколению либо один, либо другой ген. Механизмы  деления и соединения хромосом  обеспечивают определенную статистическую  правильность распределения наследуемых  черт. Если контрастирующие гены  какого-либо признака присутствуют  у гибридных индивидуумов, то  один из них может проявляться  (доминировать) у данного индивидуума  и замаскировать (рецессировать)  присутствие своего партнера.

3.2 Молекула (определение). - от латинского - масса, наименьшая  частица вещества, обладающая всеми  его химическими свойствами. Состоит  из атомов, соединенных химическими  связями.

Вещество (определение). Веществом называют каждый отдельный  вид материи, обладающий при данных условиях определенными физическими  свойствами, например: вода, железо, кислород и др.

3.4 Простое и  сложное вещество (определение). Элемент  или элементарное вещество, состоит  из атомов только одного вида. Соединение или сложное вещество, состоит из двух или более  различных атомов.

3.5 Моль (определение). - единица количества вещества, обозначается - моль. 1 моль вещества содержит 6,02 * 1023 соответствующих атомов. Моль- это  число молекул кислорода, которое  содержится в 32,0 г этого элемента. Число равное 6,02 * 1023 - называется  числом Авогадро.

3.6 Закон Авогадро. Объем одного моля газообразного  вещества. - равные объемы газов  при одинаковых температуре и  давлении содержат одинаковое  число молекул. Объем одного  моля газообразного вещества  равен числу Авогадро - 6,022*1023 моль-1.

Уравнение химической реакции (примеры). 1) 2 H2O + 1 O2 = 2 H2O;

2) 4 H2 + 2 O2 = 4 H2O - образование  воды из элементов;

3) 2 H2O = 1 O2 + 2 H2 - разложение  воды; 3.17 Зависимость скорости химической  реакции от концентрации реагирующих  вещ-в. Во многих случаях, при  повыш. концентрации реагирующих  веществ, скорость реакции возрастает. Все вещ-ва построены из молекул,  поэтому для того чтобы вступить  в реакцию, две молекулы должны  достаточно сблизиться. Химич. реакция  зависит от столкновений между  реагирующими частицами - атомами,  молекулами. Концентрацию вещ-ва  можно как повышать, так и понижать. В газах концентрац. какого-либо  одного реагирующего вещ-ва может  быть увеличена введением дополнит. кол-ва этого вещ-ва в реакционную  смесь. Концентрация всех компонентов  можно увеличить одновременно, уменьшая  объем, занимаемый смесью.

Число Авогадро. - число молекул или атомов в 1моле вещества, Na = 6,022*1023 моль-1.

3.13 Экзо- и эндотермические  реакции. (определение, примеры). Реакция,  при которой выделяется тепло,  называется экзотермической. (если  реагируют 1моль чистого водорода  и 0,5моля чистого кислорода,  образуется 1моль воды, при этом  выделяется тепло, количество  которого равно 68000 кал.); Реакция,  при которой происходит поглощение  тепла, называется эндотермической. (при разложении в приборе 1моля  воды на электродах образуются 1моль водорода и 0,5моля кислорода.  Для того чтобы происходило  разложение воды, необходимо затратить  определенное количество энергии.)

3.18 Влияние температуры  на скорость реакции. Температурный  коэффициент реакции. при повышении  температуры увеличивается скорость  столкновения молекул, что приводит  к увеличению скорости реакций.  Однако это влияние температуры  на скорость реакции очень  невелико по сравнением с влиянием  повышения эффективности столкновений  за счет кинетической энергии.  Столкновение приводит к химической  реакции только в том случае, если сталкивающиеся молекулы  обладают энергией, превышающей  некоторую определенную величину.

Атомный вес  элемента (примеры). - это вес авогадрова числа его атомов, выраженный в  граммах.

Пример: атомный  вес H = 1,01 г; атомный вес O = 16,00 г 

3.14 Теплосодержание  вещества. Тепловой эффект реакции. 1моль каждого индивидуального  вещества обладает определенным  теплосодержанием, равно как и  массой. Это теплосодержание является  мерой энергии, накапливаемой  веществом при его образовании.  Тепловой эффект химической реакции  равен разности между теплосодержанием  продуктов реакции и теплосодержанием  реагирующих веществ. 

3.19 Энергия активации  (определение). - это энергия необходимая  для превращения реагирующих  веществ в состояние активированного  комплекса.

3.9 Молекулярный  вес (примеры). - вес авогадрова  числа его молекул, выраженный  в граммах. 

Пример: Молекулярный вес H2O = 2 (атомный вес H) + 1 (атомный  вес O) = 2* (1,01) + 16,00 г = 18,02 г.

Адиттивность  теплот реакций (закон Гесса). Если реакцию  можно представить в виде алгебраической суммы двух или нескольких последовательных реакций, то теплота реакции равна  алгебраической сумме этих реакций. Это обобщение, применимое ко всем реакциям, называется законом аддитивности теплот реакций.

3.20 Катализаторы (определение, примеры). Многие реакции  протекают очень медленно, если  просто смешать реагирующие вещества, но скорость их протекания  можно значительно ускорить путем  введения некоторых других веществ.  Эти вещества, называемые катализаторами  не расходуются при реакции.  примером может служить каталитическое  действие кислоты H2SO4 при разложении  муравьиной кислоты HCOOH.

3.10 Химическая  формула вещества (примеры). Число  и вид атомов могут быть  охарактеризованы с помощью молекулярной  формулы- например, молекула воды  может быть обозначена H2O. Число и расположение атомов в молекуле можно видеть из структурной формулы. Так H2O имеет структурную формулу: H-O-H.

Скорости химических реакций. Факторы, влияющие на скорость реакции. CO + NO2 = CO2 + NO - отношение числа  молей проеагировавшей NO2 к промежутку времени называется скоростью реакции.

кол-во прореагир. вещ.

Скорость = -------------------------------- =

промежуток времени

= количество  вещества, прореагировавшего в единицу  времени.

Скорость реакции  зависит от природы реагирующих  веществ, также от концентрации реагирующих  веществ и от температуры.

3.21 Состояние  химического равновесия. Динамический  характер равновесия. Равновесие  характеризуется постоянством микроскопических  свойств. Равновесие может существовать  только в замкнутой системе  - системе, содержащей постоянное  количество вещества при постоянной  температуре. Динамический характер  равновесия характеризуется растворимостью  и давлением пара. При равновесии  микроскопические процессы продолжаются, но они взаимно уравновешиваются, поэтому никаких макроскопических  изменений не наблюдается. 

3.11 Химические  реакции (определение). Основные  типы химических реакций. - это  химическое превращение вещества  в результате его взаимодействия  с другим веществом, либо к  примеру в результате горения.  Виды: экзотермическая, эндотермическая

.

3.25 Сдвиг химического  равновесия. Принцип Ле Шателье.  Качественно предсказать влияние  изменения внешних условий можно  с помощью правила, впервые  сформулированного французским  химиком Ле Шателье. Это правило  называется принципом Ле Шателье  или принципом подвижного равновесия. Если на систему, находящуюся  в устойчивом равновесии воздействовать  извне, изменяя какое-нибудь из  условий, определяющих состояние  равновесия, то равновесие смещается  в том направлении, в котором  эффект воздействия уменьшается. 

4.5 Проблема симметрии  и ассиметрии в живой и неживой  природе. Неживой мир очень  симметричен. Нередко нарушения  симметрии в квантовой физике  элементарных частиц - это проявление  еще более глубокой симметрии.  Ассиметрия является структурообразующим  и созидающим принципом жизни.  В живых клетках функционально-значимые  биомолекулы ассиметричны.: белки  состоят из левовращающих аминокислот  (L-форма), а нуклеиновые кислоты  содержат в своем составе, помимо  гетероциклических оснований, правовращающие  углеводы - сахара (Д-форма), кроме того  сама ДНК - основа наследственности - является правой двойной спиралью.

Факторы, влияющие на состояние химического равновесия. 1) влияние концентрации; 2) влияние  температуры; 3) влияние катализаторов.