Методические рекомендации по подготовке к семинарам 36
Скачать 2.34 Mb.
|
Вопросы для самоконтроля: 1. В чем суть идеи теории тяготения Эйнштейна? 2. Каковы основные положения теории электромагнетизма? 3. Какие элементарные частицы входят в состав ядра атома? 4. Как формулируются три закона термодинамики? 5. Почему невозможна тепловая смерть Вселенной? Тесты 1. Принцип корпускулярно-волнового дуализма утверждает, что: а) в квантовой механике нет принципа относительности; б) дуалитность СТО и ОТО; в) фотон движется со скоростью света; г) любой квантовый объект представляет собой одновременно и частицу и волну. 2. Корпускулярные представления о материи характеры для: а) механической картины мира; б) электромагнитной картины мира; в) современной картины мира; г) религиозной картины мира. 3. Сильное взаимодействие передается: а) фотонами; б) глюонами; в) гравитонами; г) вионами. 4. Электромагнитное излучение – это поток … а) фотонов; б) электронов; в) протонов; г) нейтронов. 5. Из фундаментальных взаимодействий наиболее сильным является а) гравитационной; б) сильное; в) слабое; г) электромагнитное. 6. Всеобщими свойствами пространства и времени являются: а) объективность; б) трехмерность; в) единство прерывности и непрерывности; г) ассиметрия. 7. Основу общей теории относительности составляют следующие положения: а) скорость света есть величина постоянная в любых системах отсчета; б) все физические процессы при одних и тех же условиях протекают одинаково в любых системах отсчета; в) скорость света постоянна в областях, где гравитационными силами можно пренебречь; г) масса не эквивалентна энергии в неинерциальных системах отсчета. 8. Мера неупорядоченности, или мер хаоса в термодинамике называется: а) изометрией; б) энтропией; в) негэнтропией; г) анизотропией. 9. Сингулярность— это: а) теория об одиночестве человечества во Вселенной; б) начальное состояние Вселенной; в) информация о состоянии объекта; г) разрушение пространственно-временного континуума. 10. Вселенная в модели Эйнштейна является. а) стационарной; б) неизменной; в) расширяющейся; г) развивающейся. Семинар №3 по теме: «Химические концепции описания мира» Время 2 часа Цели занятия: - объяснение структуры вещества и химических систем; - пояснение термохимических реакций; - раскрытие сущности химической эволюции. Вопросы для обсуждения: 1. Структура вещества и химические системы. 2. Энергетика химических реакций. 3. Химическая эволюция. Темы докладов и рефератов: 1. Эволюционная химия. 2. Химические свойства органических веществ. 3. Взаимодействие физики и химии. 4. Фундаментальные константы. 5. Экзотермические и эндотермические реакции. Рекомендуемая литература Основная: 1. Бабушкин А.Н. Современные концепции естествознания: Курс лекций. 4-е изд., стер. – СПб: Издательство «Лань», М.: ООО Издательство «Омега-Л», 2008. 2. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: учебник / С.Х. Карпенков. -11-е изд., перераб. и доп. – М.: КНОРУС, 2009. 3. Лавриненко В.Н.Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. 4. Лось В.А. Основы современного естествознания. Уч. пособие.- М., ИНФРА, 2007. 5. Найдыш В.М.Концепции современного естествознания. Учебное пособие. - М.: Гардарики, 2002. 6. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.:ЮНИТИ - ДАНА,2009. 7. Свиридов В.В. Концепции современного естествознания: Учебное пособие.- 2-изд. – СПб.: Питер, 2008. Дополнительная: 1. Азимов А. Краткая история химии. Развитие идей и представлений в химии.- М., 1983. 2. Аналитическая химия. Физические и физико-химические методы анализа./ Под ред. О.М.Петрухина. - М., 2005. 3. Артеменко А.И. Органическая химия.- М., 2006 4. Васильева Т.С., Орлов В.В. Химическая формула материи. М., 1983. 5. Возникновение и развитие химии с древних времен до XVII века. М., 1980. 6. Глинка Н.Л. Общая химия. - М., 2005. 7. Дорохова Е.Н., Прохорова К.В. Аналитическая химия. Физико-химические методы. - М., 2004 8. Данцев А.А. Философия и химия.- Ростов н/Д, 1991. 9. Ким А.М. Органическая химия. - Новосибирск, 2007 10. Кругляков П.М.,Лещенко Н.Ф. Физическая и коллоидная химия. - М., 2007 11. Кузнецов В.И. Общая химия. Тенденции развития.- М., 1989. 12. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В. Химия. Ответы на вопросы.- М., 1997. 13. Печенкин А.А. Взаимодействие физики и химии (философский анализ).- М., 1986. 14. Пиментел Дж., Кунрод Дж. Возможности химии сегодня и завтра.- М., 1992. 15. Семенов И.Н., Перфилова Н.Л. Химия. - СПб., 2005 16. Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения. - М., 2005 17. Семчиков Ю.Д., Жильцов С.В., Кашаева В.Н. Введение в химию полимеров. - М., 1988; 18. Соловьев Ю.И., Курашов В.И. Химия на перекрестке наук.- М., 1989. 19. Тунце У.Я.,Шведт Г.Р. Основы качественного и количественного анализа. - М., 2007 20. Филиппович Ю.В. Основы биохимии. - М., 2007 21. Фугоровский Н.А. История химии.- М., 1979. По первому вопросу Прежде всего необходимо сказать что, характер любой системы, как известно, зависит не только от ее строения и состава ее элементов, но и от их взаимодействия. Именно такое взаимодействие определяет специфические, целостные свойства самой системы. Поэтому при исследовании разнообразных веществ и их реакционной способности ученым приходится заниматься и изучением их структур. Соответственно уровню достигнутых знаний менялись и представления о химической структуре веществ. Хотя разные ученые по-разному истолковывали характер взаимодействия элементов химических систем, тем не менее, все они подчеркивали, что целостные свойства этих систем определяются именно специфическими особенностями взаимодействий их элементов. В качестве первичной химической системы рассматривалась при этом молекула и поэтому, когда речь заходила о структуре веществ, то имелась в виду именно структура молекулы как наименьшей единицы вещества. Сами представления о структуре молекулы постепенно совершенствовались, уточнялись и конкретизировались, начиная от весьма общих предположений отвлеченного характера и кончая гипотезами, обоснованными с помощью систематических химических экспериментов. Если, например, по мнению известного шведского химика Йенса Берцелиуса (1779-1848) структура молекулы возникает благодаря взаимодействию разноименно заряженных атомов или атомных групп, то французский химик Шарль Жерар (1816-1856) справедливо указывал на весьма ограниченный характер такого представления. В противовес этому он подчеркивал, что при образовании структур различные атомы не просто взаимодействуют, но известным образом преобразуют друг друга, так что в результате возникает определенная целостность или, как мы сказали бы теперь, система. Однако эти общие и в целом правильные представления не содержали практических указаний, как применить их для синтеза новых химических соединений и получения веществ с заранее заданными свойствами. Такую попытку раскрытия структуры молекул и синтезирования новых веществ предпринял известный немецкий химик Фридрих Кекуле (1829-1896). Он стал связывать структуру с понятием валентности элемента или числа единиц его сродства. На этой основе и возникли те структурные формулы, которыми с определенными модификациями пользуются при изучении органической химии в школе. В этих формулах элементы связывались друг с другом по числу единиц их сродства или валентности. Комбинируя атомы различных химических элементов по их валентности, можно прогнозировать получение различных химических соединений в зависимости от исходных реагентов. Таким путем можно было управлять процессом синтеза различных веществ с заданными свойствами, а именно это составляет важнейшую задачу химической науки. Дальнейший шаг эволюции понятия химической структуры связан с теорией химического строения Александра Михайловича Бутлерова (1828-1886), который, хотя и признавал, что образование новых молекул из атомов происходит за счет их химического сродства, но обращал особое внимание на степень напряжения или энергии, с которой они связываются друг с другом. Именно поэтому новые идеи А.М. Бутлерова нашли не только широкое применение в практике химического синтеза, но и получили свое обоснование в квантовой механике. Этот краткий экскурс в историю химии показывает, что эволюция понятия химической структуры осуществлялась в направлении, с одной стороны, анализа ее составных частей или элементов, а с другой - установления характера физико-химического взаимодействия между ними. Последнее особенно важно для ясного понимания структуры с точки зрения системного подхода, где под структурой подразумевают упорядоченную связь и взаимодействие между элементами системы, благодаря которой и возникают новые целостные ее свойства. В такой химической системе, как молекула, именно специфический характер взаимодействия составляющих ее атомов определяет свойства молекулы. Далее скажите, что способность к взаимодействию различных химических реагентов определяется не только их атомно-молекулярной структурой, но и условиями протекания химических реакций. К этим условиям относятся, прежде всего, термодинамические условия, характеризующие зависимость реакций от температуры, давления и некоторых других факторов. В еще большей степени характер и особенно скорость реакций зависят от кинетических условий, которые определяются наличием катализаторов и других добавок к реагентам, а также влиянием растворителей и иных условий. Обратите внимание на то, что при реакции в гомогенной системе, состоящей из одной фазы, протекают, как правило, быстрее, чем в гетерогенной системе, состоящей из нескольких фаз. Говоря о чрезвычайно высокой эффективности катализаторов в ускорении химических реакций, следует обратить особое внимание на то, что возникновение и эволюция жизни на Земле была бы невозможна без существования ферментов, служащих, по сути дела, живыми катализаторами. По второму вопросу Следует сказать, что химическая реакция – это процесс, при котором одни соединения разлагаются, другие образуются, в результате одни химические связи заменяются другими. Как следствие химические реакции сопровождаются выделением или поглощением теплоты. Реакции, протекающие с выделением теплоты в окружающую среду, называются экзотермическими, а с поглощением теплоты – эндотермическими. Количество теплоты, которое выделяется или поглощается при химической реакции, называется тепловым эффектом реакции. Далее, обратите внимание на энтальпию и скажите, что тепловой эффект реакции, протекающей в условиях р=const, T=const, равен изменению энтальпии системы ∆Н и измеряется в кДж. При экзотермической реакции энтальпия системы уменьшается и ∆Н < 0, а при эндотермической – энтальпия системы увеличивается и ∆Н > 0. Если исходные вещества и продукты реакции находятся в стандартном состоянии, то энтальпию реакции называют стандартной и обозначают ∆Н0 или ∆. Верхний индекс отвечает стандартному давлению (101кПа), нижний индекс соответствует стандартной температуре, принятой по международному соглашению, равной 298 К. Уравнения химических реакций, в которых указаны изменения энтальпии (тепловые эффекты реакций), называются термохимическими. Например, термохимическое уравнение N2(г) + 3Н2 (г) = 2NH3 (г), ∆ = –92, 4 кДж. показывает, что при взаимодействии 1 моль N2 и 3 моль Н2 образуется 2 моль NH3 и выделяется количество теплоты, равное 92,4 кДж. Термохимические уравнения подчиняются закону Лавуазье-Лапласа: тепловой эффект прямой реакции равен по абсолютному значению и противоположен по знаку тепловому эффекту обратной реакции. Укажите на то, что закон Лавуазье-Лапласа носит частный характер, а в основе термохимических расчетов лежит фундаментальный закон термохимии – закон Гесса: тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояний веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса. Из закона Гесса следует два важных следствия. Первое следствие: тепловой эффект получения любого вещества не зависит от способа его получения. Так как энтальпия образования вещества зависит от его состояния и от условий, все энтальпии образования отнесены к одинаковым состояниям и условиям, которые называют стандартными. Стандартная энтальпия реакции образования 1 моля сложного вещества из простых веществ, устойчивых при 298 К и давлении 101 кПа называется стандартной энтальпией образования. Обозначается ∆ или ∆Н0 (температуру 298 К можно опустить), измеряется в кДж/моль. Следует отметить, ∆Н0 простых веществ равна нулю. В термохимических расчетах более часто применяют второе следствие из закона Гесса: энтальпия химической реакции равна сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов реакции. Направление протекания химической реакции определяет энергия Гиббса (∆G), в которой вводится понятие энтропии. Изменение стандартной энергии Гиббса химической реакции может быть также вычислено по уравнению: ∆ = ∆ – Т∆, где Т – абсолютная температура, ∆ – изменение энтропии. Здесь важно сказать что, энтропия – это мера неупорядоченности состояния системы; стремление частиц (молекул, ионов, атомов) к хаотическому движению, а системы – к переходу от более упорядоченного состояния к менее упорядоченному. Энтропия возрастает с увеличением движения частиц при нагревании, испарении, плавлении, расширении газа, при ослаблении или разрыве связей между атомами и т.п. Процессы, связанные с упорядоченностью системы (конденсация, кристаллизация, сжатие, упрочнение связей, полимеризация), сопровождаются уменьшением энтропии. Измеряется энтропия в Дж/моль×К. Энтропия также является критерием возможности самопроизвольного протекания процесса: в изолированной системе самопроизвольно могут протекать только такие процессы, которые ведут к увеличению неупорядоченности системы, т.е. к росту энтропии. По третьему вопросу Прежде всего, скажите о том что, химическая эволюция - процесс необратимых изменений, приводящий к появлению новых химических соединений - продуктов, более сложных и высокоорганизованных по сравнению с исходными веществами. Эти процессы стали активно и целенаправленно исследовать в 1970-е гг. в связи с изучением проблемы постоянно усложняющихся химических процессов до уровня, способствовавшего возникновению живого вещества на Земле. Интерес к этим процессам восходит к давним попыткам понять, как из неорганической материи возникает органическая, а далее и жизнь. Первым осознал высокую упорядоченность и эффективность химических процессов в живых организмах основатель органической химии Й.Я. Берцелиус (конец XVIII - начало XIX в.). Он установил, что основой лабораторий живого организма является биокатализ. Укажите на то, что внимание каталитическому опыту живой природы придавалось и в XX в. Так, академик Н.Н. Семенов рассматривал химические процессы, протекающие в тканях растений и животных, как своеобразное <химическое производство> живой природы. Затем кратко рассмотрите этапы химической эволюции. Вероятно, следует признать, что она началась с появлением простейшего носителя - атома. Согласно теории Большого взрыва, существующие сейчас химические элементы, возникли в процессе эволюции Вселенной от сверхплотного и сверхгорячего состояния до современного мира звезд и галактик. Предполагается, что первыми образовались простейшие атомы (вернее, их ядра) водорода. Приблизительно через 1 с после Большого взрыва плотность материи уменьшилась до 1 т/см3, температура - до 100 млрд. К, а диаметр вырос до 1500 млрд. км. Вещество находилось в состоянии полностью ионизированной плазмы, состоящей из нуклонов (протонов и нейтронов) и электронов. Еще через 10 с, когда температура понизилась до 10 млрд. К, появились условия для протекания ядерной реакции образования дейтронов - ядер дейтерия (тяжелого водорода). Однако при этой температуре равновесие данной реакции сильно сдвинуто влево (оно сдвигается вправо только при температуре 1млрд К - примерно через 100 с после Большого взрыва), и дейтроны не могли накапливаться, так как они при этих условиях превращаются в ядра гелия (эта схема вполне удовлетворительно объясняет количество гелия в нашей Вселенной). На дозвездной стадии развития материи ядра других химических элементов не образуются, поскольку плотность и температура расширяющейся Вселенной быстро падают. При этом процесс образования 4Не (цифра слева вверху - относительная атомная масса, т.е. масса атома, выраженная в атомных единицах массы, которая составляет 1/12 массы изотопа углерода с массовым числом 12- 1,6605655(86)10"27 кг), начавшись приблизительно через 2 мин после Большого взрыва, прекращается уже к концу 4-й минуты. При остывании Вселенной до температуры 3500 К (приблизительно через 1 млн. лет) происходит рекомбинация ядер гелия и оставшихся ядер водорода с электронами: образуются атомы гелия и водорода - исходный материал для межзвездного газа и звездных систем. Дальнейший синтез химических элементов продолжается в недрах звезд при повышении температуры. В процессе конденсации в протозвезду межзвездного газа, состоящего из водорода и гелия, в результате гравитационного сжатия температура повышается и снова становится возможной реакция образования гелия из водорода. Этот этап характеризуется температурами, не превышающими 20 106 К. После ядер гелия Не наиболее устойчивыми являются ядра 12С и 1бО. Термоядерная эпоха образования таких ядер (Т < 100 млн. К) наступает после того, как на первом этапе истощается, <выгорает> водород. В эту эпоху в плотных выгоревших ядрах звезд-гигантов возможно непосредственное образование углерода и кислорода (не атомов, а ядер). Дальнейшее слияние ядер гелия приводит к образованию 20Ne, 24Mg и т.п. Более поздняя ядерная эпоха, когда обеспечивается температура до 1 млрд. К, характеризуется <горением> углерода. При этом образуются ядра вплоть до 27А1 и 28Si. Выше 30 млрд. К в реакцию вступают более тяжелые ядра, начиная с кремния 32Si В условиях складывающегося при этом термодинамического равновесия синтезируются элементы вплоть до железа и атомы близких ему элементов, ядра которых являются самыми стабильными ядрами. При этом достигается минимум энергии всей системы, и более тяжелые ядра не синтезируются. Получение элементов с большими атомными номерами осуществляется по другому механизму - последовательный захват ядрами нейтронов и последующий (3-распад). В подобных процессах в качестве самого тяжелого может получиться нуклид l81Bi. Ядра, более тяжелые, чем 18lBi, синтезируются во время взрывов новых и сверхновых звезд в условиях огромной плотности нейтронных потоков, когда возможен захват ядрами нейтронов не по одному, а группами. Обратите внимание на то, что можно с большой долей вероятности предположить, что в Солнечной системе сменилось несколько этапов ядерного синтеза. Сравнение химического состава Солнца и химического состава звездного вещества позволяет заключить, что все описанные выше процессы синтеза ядер имели место в Солнечной системе, причем первоначальная масса образовавшейся в нашем участке Галактики звезды превышала критическую (равную 1,44 массы Солнца), и она оказалась неустойчивой. Под действием гравитационного притяжения протозвезда сжималась, ее температура повышалась, обеспечивая первые этапы ядерного синтеза. Выделяющаяся при этом энергия оказалась слишком велика, вследствие чего через некоторое время происходил взрыв и образовывались ядра самых тяжелых элементов. Масса звезды уменьшалась за счет выброса вещества. Этот процесс повторялся неоднократно до тех пор, пока масса центральной массивной звезды не стала ниже критического предела. Такой механизм обеспечивает интервал времени, достаточный для химической, геолого-географической и биологической эволюции. В настоящее время многие исследователи полагают, что планеты Солнечной системы образовались из солнечной материи, выброшенной из Солнца, когда оно становилось сверхновой звездой. Охлаждение образовавшейся вокруг Солнца доскообразной газовой туманности дало возможность для соединения атомов в молекулы, т.е. началась собственно химическая эволюция. Молекулы не могли образоваться при звездных температурах, когда большинство атомов существует в виде многозарядных ионов (например, в солнечной короне при 1 млн. К. атомы железа являются ионами Fe13+). Двухатомные молекулы обнаружены в спектрах лишь наиболее холодных звезд с температурой поверхности 2000-3000 К. (оксиды Al, Mg, Ti, Zr, С, Si и некоторые другие двухатомные молекулы с наиболее прочной химической связью). При этом в межзвездном пространстве присутствует большое количество молекул, в том числе достаточно сложных (табл. 7.1). Предполагается, что состав указанных молекул соответствует составу первых молекул, образовавшихся в результате охлаждения звездного вещества. Найдены и другие молекулы, но в значительно меньших количествах. Когда температура протопланетной туманности понизилась до 1000-1800 К, начали конденсироваться, т.е. становиться жидкими и твердыми, самые тугоплавкие вещества, в частности образовались капельки железа, а впоследствии и силикатов (солей кремниевых кислот). При температурах 400-1000 К конденсировались другие металлы и их соединения с серой и кислородом. Застывшие капли силикатного материала в виде хондр (маленьких сферических тел) образовали, по-видимому, при последующем сгущении множество астероидов - первичных тел хондритовых метеоритов. Можно предположить, что в результате дифференциации первичного газа под действием солнечного ветра (истечения плазмы солнечной короны в межпланетное пространство) и градиента температур атомы наиболее легких элементов были отброшены на периферию Солнечной системы и расположенные ближе к Солнцу планеты земного типа возникли путем сгущения наиболее высокотемпературной фракции с повышенным содержанием железа. Содержание летучих компонентов, которые, вероятно, попали в планетное вещество главным образом в результате адсорбции на пылевых частицах или химических реакций с ними, оказалось очень малым. Поэтому масса гидросферы Земли составляет лишь 0,024%, а атмосферы - 0,00009% общей массы Земли. Далее скажите что, с формированием Земли как планеты на химическую эволюцию стала оказывать действие эволюция Земли. Это влияние выражалось (и выражается в настоящее время) в изменении концентрационного распределения химических элементов в теле Земли и по ее оболочкам (в атмосфере, гидросфере, коре, мантии, ядре), а также в создании условий (температура, давление) для образования новых веществ. Конечно, при этом имело место и обратное воздействие. Образование новых веществ и появление возможностей для новых химических процессов вызывали формирование новых геологических образований, например осадочных пород. В заключение скажите, что, таким образом, геологическая и химическая эволюции протекают в значительной степени совместно, взаимно влияя друг на друга. Химическая эволюция привела к появлению жизни. Это произошло благодаря развитию не веществ, а химических систем и процессов, в них происходящих. |
Похожие:
 | Методические рекомендации по подготовке к практическим занятиям,... «Юриспруденция» магистерской программы 521408 «Уголовный процесс, криминалистика и судебная экспертиза, теория |  | Методические рекомендации по подготовке к практическим занятиям,... ... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Планы семинарских занятий1 и методические рекомендации по подготовке к семинарам, а также экзамену по дисциплине «Римское право» | | Методические рекомендации по проведению научно-практических исследований... Методические рекомендации по выполнению самостоятельных работ на индивидуальные темы |
| Методические рекомендации по подготовке к практическим занятиям и... «Юриспруденция» магистерской программы 521408 «Уголовный процесс, криминалистика и судебная экспертиза, теория | | Методические рекомендации по подготовке к практическим занятиям и... «Юриспруденция» магистерской программы 521408 «Уголовный процесс, криминалистика и судебная экспертиза, теория оперативно-розыскной... |
| Методические рекомендации по подготовке к экзаменам Методические рекомендации по подготовке экзаменационных материалов для проведения государственной итоговой аттестации по выбору обучающихся,... | | Методические рекомендации по подготовке контрольных работ для студентов заочного факультета Борчук А. В., Мосягина С. Ю., Овчинникова Н. П., Пушкина И. М., СмирноваЕ. В. Психология и педагогика: Методические рекомендации... |
| Методические рекомендации по подготовке реферата с. 3 -13 Методические... Государственное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Костромской областной институт развития... | | Методические рекомендации по подготовке и проведению мероприятий.... Азбука интересных дел методические рекомендации по подготовке и проведению мероприятий. 22 |
| Методические рекомендации по подготовке и проведению дискуссии Методические... Приложение Рейтинг популярных профессий за последние 5-ть лет | | Методические рекомендации по выполнению реферата Методические рекомендации... Областное государственное автономное образовательное учреждение среднего профессионального образования |
| Методические рекомендации для магистрантов 27 Методические рекомендации... Программа учебной дисциплины «Публичная служба: проблемы правового регулирования» | | Литература по мдк содержание самостоятельной работы Мдк 04. 02. «Основы анализа бухгалтерской отчетности». Методические рекомендации содержат список литературы по программе, практические... |
| Методические рекомендации по подготовке и проведению занятий и уроков... Методические рекомендации предназначены для педагогических работников учреждений дошкольного и общего образования | | «центр экспертизы, мониторинга и информационно-методического сопровождения»... Методические рекомендации по подготовке и проведению государственной (итоговой) аттестации выпускников |
