Тема 2.6. Химические процессы в макросистемах 91

Химия как наука 92

Основные химические концепции: учение о составе, структурная химия, химическая кинетика и термодинамика, эволюционная химия 92

Этапы развития химии 93

I. Донаучный этап 93

1. Натурфилософский период 93

2. Алхимический период 94

II. Научный этап 95

1. Становление учения о составе 95

2. Становление структурной химии 98

3. Изучение химических процессов 100

4. Эволюционная химия 102

Химический элемент. Вещество. Реакционная способность веществ 103

Химические процессы 107

Связь физических, химических и биологических форм движения материи 110

Тема 2.7. Развитие представлений о строении и эволюции мегамира 112

Структура мегамира 112

Развитие представлений об организации мегамира. Модели Вселенной 113

Геоцентрическая система мира 113

Гелиоцентрическая система мира 114

Космологические теории классической механики 115

Модели устройства Вселенной, созданные на основе общей теории относительности и релятивистской теории тяготения 116

Стадии развития Вселенной 118

Структура современной Вселенной 119

Солнечная система 123

Внутреннее строение и история геологического развития Земли 126

Тема 2.1. Развитие представлений о структуре материального мира

Все, что окружает человека, есть материя в разных формах ее проявления.

Согласно определению, материя (от лат. materia) – «…философская категория для обозначения объективной реальности, которая отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них» (Советский энциклопедический словарь / гл. ред. А. М. Прохоров. – 3-е изд. – М.: Сов. энциклопедия, 1984. – С. 56). Это субстрат (субстанция) всех реально существующих в мире свойств, связей и форм движения, бесконечного множества объектов и систем.

В рамках материалистических представлений рассматривают следующие проявления материи:

–несотворимость;

–неуничтожимость;

–бесконечность;

–вечность;

–саморазвитие (превращение из одного состояния в другое);

–движение: физическое (механическое, тепловое, электрическое, магнитное), химическое (все виды химических превращений), биологическое (многообразие проявлений живой материи), социальное (явления мира человека) и т. д.

Вся совокупность проявлений материи образует единую систему – Вселенную.

Различные явления материального мира, протекающие в ней, описываются едиными фундаментальными законами.

Структурные уровни организации материи

В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как сложное образование,включающее в себя составные части, организованные в целостность. Для обозначения целостностиобъектов в науке было выработано понятие системы.

Системапредставляет собой совокупность элементов и связей между ними.

Понятие элемент означает минимальный, далее уже неделимый компонент в рамкахсистемы. Элемент является таковым лишь по отношению к данной системе, в других же отношениях он сам может представлять сложную систему.

Совокупность связей между элементами образует структуру системы.

Устойчивые связи элементов определяют упорядоченность системы. Существуютдватипа связей между элементами системы:

1)     “по горизонтали” – это связи координации между однопорядковыми элементами. Они носят коррелирующий характер: ниодна часть системы не может измениться без того, чтобы не изменились другие части;

2)     “по вертикали” – это связи субординации, то есть соподчинения элементов. Онивыражают сложное внутреннее устройство системы, где одни части по своей значимостимогут уступать другим и подчиняться им. Вертикальная структура включает в себя уровни организации системы, а также их иерархию.

Исходным пунктом всякого системного исследования является представление о целостности изучаемой системы.

Целостность системы означает, что все ее составные части, соединяясь вместе, образуют уникальное целое, обладающее новыми интегративными свойствами.

Свойства системы – не просто сумма свойств ее элементов, а нечто новое, присущее только системе в целом. Например, молекула воды Н₂О. Сам по себе водород, два атомакоторого образуют данную систему, горит, а кислород (в нее входит один атом) поддерживаетгорение. Система же, образовавшаяся из этих элементов, вызвала к жизни совсем иное,именно интегративное свойство: вода гасит огонь. Наличие свойств, присущих системе вцелом, но не ее частям, определяется взаимодействием элементов.

Итак, согласно современным научным взглядам на природу, все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы.

В естественных науках выделяют два больших класса материальных систем:

1.       Система неживой природы, в которой в качестве структурных уровней организации материи выделяют элементарные частицы, атомы, молекулы, поля, физический вакуум, макроскопические тела, планеты и планетные системы, звезды и звездные системы – галактики, системы галактик – метагалактику.

2.       Система живой природы, в которой к структурным уровням организации материи относят системы доклеточного уровня – нуклеиновые кислоты и белки; клетки как особый уровень биологической организации, представленные в форме одноклеточных организмов иэлементарных единиц живого вещества; многоклеточные организмы растительного и животногомира; надорганизменные структуры, включающие в себя виды, популяции, биоценозы и, наконец, биосферу как всю массу живого вещества.

В природе все взаимосвязано, поэтому можно выделить такие системы, которые включают в себя элементы как живой, так и неживой природы – биогеоценозы.

Естественные науки, начав изучение материального мира с наиболее простых, непосредственно воспринимаемых человеком материальных объектов, переходят далее к изучениюсложнейших объектов глубинных структур материи, выходящих за пределы человеческого восприятия и несоизмеримых с объектами повседневного опыта.

Применяя системный подход, естествознание не просто выделяет типы материальных систем, а раскрывает их связь и соотношение.

В науке выделяются три уровня организации материи.

–Макромир– мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время – в секундах, минутах, часах, годах.

–Микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов,пространственная размерность которых исчисляется от 10^–8до 10^–16см, а время жизни – от бесконечности до 10^–24секунд.

–Мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет.

И хотя на этих уровнях действуют свои специфические закономерности, микро-, макро- и мегамиры теснейшим образом взаимосвязаны.

В этих областях существует следующая иерархия объектов: микромир – это вакуум, элементарные частицы, ядра, атомы, молекулы, клетки; макромир – это макротела (твердые тела, жидкости, газы, плазма), индивид, вид, популяция, сообщество, биосфера; мегамир – это планеты, звезды, галактики, Метагалактика, Вселенная.