КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ лекции для студентов направления «Документоведение»

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ лекции для студентов направления «Документоведение» 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 1

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ Модуль 4 Тема: «Частицы, атомы, молекулы» 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 2

Химическое вещество использовалось как материал для создания прекрасного 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 3

Химическое вещество - материал для создания долговечных и кратковременных произведений искусства 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 4

Из чего состоит вещество? «Начало Вселенной - атомы и пустота, все же остальное существует лишь во мнении. Атомы бесчисленны по величине и по множеству, носятся же они во вселенной, кружась в вихре, и таким образом рождается все сложное: огонь, вода, воздух, земля. Атомы неизменяемы вследствие свой твёрдости» Демокрит ( 300 г. до н. э. ) книга «Малый диакосмос» : 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 5

«Атомы» Ньютона «Мне кажется, что Бог вначале создал материю в виде сплошных, массивных, твердых, непроницаемых, движущихся частиц таких размеров и форм и с такими другими свойствами и в таких пропорциях к пространству, которые наилучшим образом служат той цели, для которой Он их создал, и что эти простейшие частицы, будучи твердыми, несравненно прочнее, чем любые другие тела, составленные из них; даже настолько прочны, что никогда не изнашиваются и не разбиваются на куски; никакие обычные силы не в состоянии разделить то, что Бог создал сам в первый день творенья!. . » 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 6

Наука о веществах, их свойствах - Химия Вещество в физике - форма материи, которая в отличие от поля обладает массой покоя. Вещество в химии - физическая субстанция со специфическим химическим составом. Вещество в биологии - материя определённого химического состава и строения, образующая ткани организмов, входящая в состав постоянных клеточных структур (органелл клеток). 7 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак

Из чего состоит вещество? Вещество состоит из частиц, среди которых чаще всего встречаются электроны, протоны и нейтроны. Последние два образуют атомные ядра (их называют нуклонами). Нуклоны и электроны составляют атомы (атомное вещество), из образованы молекулы, кристаллы и т. д. 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 8

Размер имеет значение Объекты изучения ФИЗИКИ представляют собой мегамир - галактики, звёзды, планеты. В то же время микромир – элементарные частицы (кварки, лептоны, адроны, …) 06. 09. 2011 http: //quantt. ru/page 2. html Предметы исследования ХИМИИ – атомы, молекулы, их строение и участие в превращении одних химических веществ в другие Е. Б. Цупак 9

Частицы микромира Ква рк — элементарная частица в квантовой хромодинамике, рассматриваемая как составная часть адронов. Адро ны (от др. -греч. ἁδρός «крупный» , «массивный» ) протоны, нейтроны Фермио н (от фамилии физика Энрико Ферми) — по современным научным представлениям: элементарные частицы, из которых складывается вещество http: //www. wikiznanie. ru/ru-wz/index. php/%D 0%9 A%D 0%B 2%D 0%B 0%D 1%80%D 0%BA 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 10

Как чего возникло вещество? 1 -3 минуты Большой Взрыв 1 Н 75% водород Рождение ядер атомов http: //thenews. kz/2011/01/29/707051. html Т = 109 К http: //planetarium-kharkov. org/? q=node/567 06. 09. 2011 25% гелий http: //tesla 2. ru/izmeren-zaryadovyj-radiusgeliya-8. html Е. Б. Цупак 11

Протон, нейтрон http: //www. nebulacast. com/2010_03_01_archive. html 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 12

Звёзды горят Жизнь звёзд - превращение ядер водорода в ядра гелия в ходе ядерной реакции. Для того, чтобы два ядра водорода (протона) столкнулись друг с другом и вступили в реакцию, их кинетическая энергия должна быть достаточной для преодоления электрических сил отталкивания (~15 000 0 С) Звезда – термоядерный реактор 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 13

Звёзда – ядерная «печка» + + + 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 14

+ + + 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак + 15

+ + + + http: //www. tesis. lebedev. ru/sun_vocabulary. html? topic=3&news_id=525 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 16

Рождение атомов Proton Electron Нейтральные атомы водорода (90%) и гелия (10%) образуются через миллион лет, когда Вселенная остывает до 1000 К. Фотоны (кванты света) перестают взаимодействовать с веществом и остаются как фоновое 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак http: //www. tatar-inform. ru/news/2010/11/05/244287/ http: //dopescienceonline. blogspot. com/ 17 (реликтовое) излучение.

Фотка атома профессор Юити Икухара (Токийский университет) Фотография атома водорода 5 ноября 2010 года 06. 09. 2011 http: //www. tatarinform. ru/news/2010/11/05/244287/ Е. Б. Цупак 18

Корпускулярно-волновой дуализм в поведении микрообъектов (электронов, фотонов, протонов…) проявляются как корпускулярные, так и волновые черты. электрон – частица масса me = 9, 10938215(45)× 10− 31 кг заряд e 0− 1, 602176487(40)× 10− 19 Кл 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 19

Интерференция волн Когерентный свет из двух источников интерферирует Электрон - волна Два электрона равной энергии также интерферируют. 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 20

волна-частица Электрон – частица-волна Стоячая волна на прямой оси Стоячая волна в замкнутом пространстве http: //fizika 97. narod. ru/volni. htm 06. 09. 2011 http: //fiz. 1 september. ru/article. php? ID=200601106 http: //www. membrana. ru/particle/15643 Е. Б. Цупак 21

Принцип неопределенности Для микрообъектов нельзя говорить об одновременном определении координат и импульса: понятие «длина волны в точке» лишено физического смысла. Вернер Гейзенберг (1901 – 1976) 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 22

Вещество. Главное - свойства Химический состав Структура Способ получения Эволюционная химия Свойства 06. 09. 2011 Свойства Е. Б. Цупак 23

Химический состав Вещество состоит из атомов HF химических элементов CO 2 Fe 2 O 3 H 2 SO 4 C 2 H 5 OH Химический элемент – вид атомов с одинаковым зарядом ядра В разных соединениях атом элемента ведет себя поразному: H 2 – газ, нерастворимый в воде HCl – газ, растворим в воде, при этом образует соляную кислоту 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 24

Информация об атоме 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 25

Система элементов Периодический закон Д. И. Менделеева (1871) «свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса» 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 26

06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 27

Периодический закон Свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома Согласно принципу Паули в атоме не может быть двух электронов, которые имеют все четыре одинаковых параметра*) Параметры называются квантовыми числами электрона: главное, орбитальное, магнитное и спиновое *) 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 28

Открытие новых элементов 1930 -е годы - известно 92 элемента (до урана) Середина 1990 годов - открыто 109 элементов (были открыты тяжелые трансурановые элементы, которые живут очень короткое время. Названия этим элементам даются в честь великих ученых: 101 элемент – менделеевий, 102 - нобелий, 103 лоуренсий, 104 - курчатовий, 105 - жолиотий, 106 резерфордий, 107 - борий, 108 - ганий, 109 мейтнерий). В 1999 г. - открытие 114 элемента. На сегодня известно 118 элементов 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 29

Химическое соединение индивидуальное вещество, в котором атомы одного или различных элементов соединены между собой химической связью. Химическая связь обусловлена обменным взаимодействием электронов (обобщение валентных электронов). Различают четыре вида химической связи: 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 30

Типы химической связи Ковалентная связь – каждый отдаёт в общее пользование по электрону, в результате чего возникает электронная пара Образование молекулы хлора из атомов 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 31

Ковалентная неполярная связь http: //wwwlb. aub. edu. lb/~hyaghi/Lesson. Samples/Atom/pages/explanations/cmpds. htm 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 32

Ковалентная полярная связь http: //wwwlb. aub. edu. lb/~hyaghi/Lesson. Samples/Atom/pages/explanations/cmpds. htm 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 33

Ионная связь это химическая связь, образованная за счет электростатического притяжения между катионами и анионами. Катион имеет положительный заряд, образуется в результате утраты электрона 06. 09. 2011 Анион имеет отрицательный заряд, образуется в результате приобретения электрона Е. Б. Цупак 34

Образование ионной связи http: //wwwlb. aub. edu. lb/~hyaghi/Lesson. Samples/Atom/pages/explanations/cmpds. htm 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 35

Водородная связь образуется между электроотрицательными атомами, из которых хотя бы один имеет свободную электронную пару Вода, благодаря водородным связям, кипит при 1000 С, а не при более низкой температуре 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 36

Металлическая связь имеет место в металлах за счёт того, что часть электронов отрываются от атомов и «путешествуют» в толще металла. Эти свободные электроны удерживают металл как монолит http: //www. revisioncentre. co. uk/gcse/ chemistry/bonding. html http: //vbanke. livejournal. com/tag/%D 0%B 7%D 0%BE%D 0%BB%D 0%BE%D 1% 82%D 0%BE 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 37

Структура вещества Это всё углерод Аллотропия углерода 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 38

Химия в центре наук 06. 09. 2011 http: //www. csc. edu/images/sci/Chemistry_home_page. jpg Е. Б. Цупак 39

Ссылки Video Атом гелия http: //www. youtube. com/watch? v=XHq. MZb. MPso. Q Интерференция волн http: //www. youtube. com/watch? v=6 Fftoo. SR_F 0&feature=related HCl фонтан http: //www. youtube. com/watch? v=_p. PDa-1 b. KBY 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 40

Химическое оружие http: //www. popmech. ru/article/4926 -himicheskie-voyskaimperii/ 06. 09. 2011 Е. Б. Цупак 41