УМК КСЕ СПО. Учебнометодический комплекс по дисциплине концепции современного естествознания для студентов всех специальностей

• Название: Учебнометодический комплекс по дисциплине концепции современного естествознания для студентов всех специальностей
• Анкор: УМК КСЕ СПО.doc
• Дата: 25.04.2017
• Размер: 3.72 Mb.
• Имя файла: УМК КСЕ СПО.doc
• Тип: Учебно-методический комплекс; #4821
• страница: 7 из 20

Спирты (алкоголи) – производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильную группу ОН. Важнейшие представители: CH₃OH – метиловый спирт или метанол (в промышленных масштабах используется для получения фенолформальдегидных смол, в качестве растворителя органических веществ; яд! – токсичен в любых дозах), С₂Н₅ОН – этиловый спирт или этанол (исходное вещество для получения многих органически соединений, используется в качестве растворителя, как дезинфицирующее средство, для изготовления лекарств и др.), глицерин (широко применяется в пищевой промышленности, фармации, производстве лекарств и взрывчатых веществ).

Карбонильные соединения (оксосоединения) – органические соединения, в молекуле которых имеется карбо­нильная группа С=О, их делятся на две родственные группы – аль­дегиды и кетоны:СН₂О – формальдегид (применяется в качестве дезинфицирующего средства для обработки зерно- и овощехранилищ, для протравли­вания семян, для консервации анатомических препара­тов; получают фенолформальдегидные смолы и формалин); ацетон (используют как растворитель лаков, красок, в производстве ацетатного волокна, бездымного пороха).

Карбоновые кислоты – соединения, содержащие карбоксильную группу –СООН. Важнейшие кислоты. НСООН – муравьиная кислота (применяется в фармацевтической и пищевой промышлен­ности); СН₃СООН – уксусная кислота (используют для производства искусственных волокон на основе целлюлозы и в пищевой промышленности); С₆Н₅СООН – бензойная кислота (применяют в фармацевтической промышленности для синтеза душистых веществ и красителей, а также в качестве консерванта для пищевых продуктов), С₁₇Н₃₅СООН – стеариновая кислота (основа твердых животных жиров).

Углеводы (сахара) – это природные органические соединения, имеющие общую формулу С_m(Н₂О)_n. Моносахариды: С₆Н₁₂О₆ – глюкоза и фруктоза (энергетическая функция в живых организмах); олигосахариды: С₁₂Н₂₂О₁₁ – сахароза (главный источник углеводов в пище человека), мальтоза, лактоза; полисахариды: (С₆Н₁₀О₅)_n– крахмал (запасной сахар растений), целлюлоза (основное вещество растительных кле­ток), хитин (основа наружного скелета членистоногих), гликоген (запасной сахар животных).

Белки – природные полипептиды с высокими значениями молекулярной массы, состоящие из аминокислот. В составе белков 20 аминокислот. Белки входят в состав всех живых организмов и выполняют разнообразные биоло­гические функции (строительную, ферментативную, транспортную, защитную, рецепторную и др.).

Нуклеиновые кислоты – природные высокомолекулярные соединения (полинуклеотиды), которые играют огромную роль в хранении и передаче наследственной информации в живых организ­мах: ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота (главная молекула в живом организме, хранит гене­тическую информацию и передает от одного поколения к другому), РНК – рибонуклеиновая кислота (посредника между ДНК и местом синтеза белка).

Полимеры – соединения с большой молекулярной массой, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся фрагментов. Пластмассы (полиэтилен, полипропилен, полистирол, фенолформальдегидные смолы и др.), волокна (лавсан, найлон и др.), каучуки и соединения на их основе (резина).
5.6. Каталитическая и эволюционная химия
Большинство химических эле­ментов принимают участие в жизнедеятель­ности организмов. Однако основу живых систем составляют 4 элемента (98%) – углерод, водород, кислород, азот – макроэлементы.

Распределение элементов в земной коре и в живом организме:

Элементы земной коры, %		Элементы организма человека, %
О	47	Н	63
Si	28	О	5,5
Аl	7,9	С	9,5
Fe	4,5	N	1,4

Химическая эволюция среди огромного количества соединений для построения живых организмов отобрала лишь несколько сотен. Так, в состав белков входит только 20 аминокислот, всего четыре нуклеотида участвуют в построении ДНК и РНК, ответственных за наследственность и регуляцию белково­го синтеза в любых живых организмах. В ходе эволюции отбирались те структуры, которые способствовали резкому повышению активности и селек­тивности действия каталитических групп.

В основе химических процессов клетки лежит биокатализ, основанный на способности различных природных ве­ществ, участвующих в химических реакциях, управлять ими, замедляя или ускоряя их протекание.

Ферменты (энзимы) – белки, обладающие ка­талитической активностью.

В 1964 г. проф. А.П. Руденко представил теорию самоорганизации элементарных открытых каталитических систем, в последствии ставшая основой общей теории химической эво­люции и биогенеза, раскрывающая многие важные эволюционные вопросы. Химичес­кая эволюция представляет собой саморазвитие катали­тических систем. Теория саморазвития открытых каталитических сис­тем дает возможность определить рубеж перехода неживого в живое.
Литература: 1–3, 5–9.

Лекция 6. ВСЕЛЕННАЯ. ЗВЕЗДЫ. ЗЕМЛЯ
6.1. Масштабы и строение Вселенной
Астрономия – наука о строении и развитии космических тел, образуемых ими систем и Вселенной в целом.

Свойства, строение и динамику Вселенной изучает космология. Происхождение, развитие космических тел и их систем – космогония.

Вселенная – весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и беско­нечно разнообразный по формам.

Метагалактика – часть Вселенной, охваченная астрономическими наблюдениями.

В состав Ме­тагалактики входят наша Галактика, которую мы видим в виде Млечного Пути, и другие галактики, например, ближайшие к нам Туманность Андромеды и Магеллановые Облака. Размеры Мета­галактики очень велики: радиус космологического гори­зонта составляет 15–20 млрд. световых лет.

Вселенная включает в себя множество галактик, которые располагаются группами. Вселенная напоми­нает паутину: галактики в ней распределены не равно­мерно, а сосредоточены вблизи границ ячеек, внутри которых галактик почти нет.

Бо­лее 70 % галактик, в том числе и наша Галактика, имеют спиральную структуру, совершая вихревое движение со скоростями порядка 100–300 км/с. Солнце вместе со своей планетной системой является малой частью нашей Галактики, условный радиус кото­рой 4•10¹⁷км. Наша Галактика состоит почти из 200 млрд. звезд и име­ет сложное строение.

Самый распространенный элемент Вселенной – водород – он составляет до половины массы большинства звезд, в т.ч. и Солнца. Гелий – второй наиболее распространенный элемент космоса. Накопление ядер 4Не во Вселенной обусловлено термоядерной реакцией, служащей источником звездной энергии: 4 ¹Н = ⁴Не + 2β⁺ + 2v(нейтрино). В настоящее время в космосе обнаружено большое разнообразие хими­ческих элементов и их соединений, вплоть до амино­кислот.
6.2. Развитие космологических и

космологических представлений
В начале XX в. Эйнштейн создал статистическую модель Вселенной, основанную на общей теории относительности, в уравнениях которой были описаны фундаментальные свойства материи, пространства и времени.

А. Фридман установил, что Вселенная не может быть стационарной: следствием сил тяготения звездные систе­мы не могут находиться на неизменном расстоянии друг от друга, они должны либо удаляться, либо сближаться.

Э. Хаббл подтвердил расширение видимой части Вселенной; он использовал эффект Доплера, исходя из которого можно вычислить скорость галактик по изменению положения ее спектраль­ных линий.

Закон Хаб­бла: Галактики уда­ляются друг от друга, и чем дальше находятся Галакти­ки, тем с большей скоростью они удаляются.

Хаббл доказал, что Все­ленная нестационарна и расширяется. Происходит взаимное удаление всех галактик. Это удаление часто сравнивают с удалением друг от друга на­рисованных картинок на надуваемом шарике.

Наиболее об­щепринятой в космологии является модель однородной, изотропной, нестационарной, горячей, расширяющейся Вселенной, у нее нет пространствен­ного центра.
6.3. Экспериментальные обоснования концепции Большого Взрыва. Темная материя и темная энергия

Теория Большого Взрыва: Вселенная образовалась в результате гигантского взрыва примерно 15 млрд. лет назад. В начале расширения радиус вселенной был равен около 10^–33 см³, а плотность 10⁹³ г/см³.

Вселенная представляла со­бой одну гигантскую «ядерную каплю». Это начальное состояние называют сингулярностью. Большой взрыв сопровождался сначала быстрым, потом умеренным расширением при очень высокой температуре и далее постепенным охлаждением Вселенной.

Причи­ну Большого взрыва и переход к расширению Вселенной объясняют с позиций инфляцион­ной теории: роль базовой материи в фор­мировании Вселенной играл вакуум.

Вакуум – одна из форм материи, пространство в котором миниму­м плотности энергии в данном объеме.
6.4. Разнообразие звезд, их строение и устойчивость. Рождение и термоядерная жизнь звезд. Смерть звезд
Возраст Все­ленной, как нашей Галактики около 15 млрд. лет. Рождение звезд происходит непрерывно. Звезды различаются по температу­ре, плотности, яркости, размеру и массе. Самые многочисленные – карлики с массами 1–0,1 солнечной массы (Солнце – типичная звезда-карлик). Есть красные и жел­тые гиганты и сверхгиганты, во много раз превосходящие по размеру и массе наше Солнце. Многие звезды имеют своих спутников. Звезды могут образовывать звездные скопления. В состав Галактики входят так называемые туманности, которые состоят из космического газа и пыли. В центре некоторых туманностей, например, Крабовидной туманности, обнаружены источники импульсного электромагнитного излучения, так называемые пульса­ры. Некоторые Галактики обладают очень мощным радиоизлучением; одной из причин существования радиогалактик является деятель­ность квазаров – звездоподобных источников радиоиз­лучения. Пространство Вселенной заполнено очень разряженным межзвездным газом и кос­мической пылью.

Все космические объекты пре­терпевают эволюционные превращения. Звез­ды со временем превращаются в «белые карлики», «ней­тронные звезды» и «черные дыры». Конечные судьбы звезд определяются их массами.

«Белый карлик» – звездоподобные остатки эволюции маломассивных звезд; имеют очень высокую плотность (10 т/см³, что в сотни раз больше земной плотности), массу меньшую 1,2 сол­нечной массы, диаметр, сравнимый с диаметром Земли, температура ее достигает миллиарда градусов. «Белый карлик» медленно остывает, превращаясь в не излучающий свет «черный карлик».

«Нейтронные звезды» – заключительной стадии эволюции звезд, обладающих массой от 1,2 до 2 солнечных масс. Происходит очень быстрое сжатие звезды, в ходе которого активно начинается процесс ядер­ных реакций. При этом выделяется так много энер­гии, что происходит взрыв с разбросом наружного слоя звезды, внутренние же области резко сжимаются. Оста­ток звезды уменьшается до размеров 20–30 км, а средняя плотность возрастает до 100 млн. т/см³. «Нейтронная звез­да» состоит из элементарных частиц – протонов и нейт­ронов.

Если масса постзвезды превысит 2 солнечные массы, она превращается в «черную дыру» – области пространства, в которых гравитационное притяжение настолько велико, что ни вещество, ни излучение не могут их покинуть. «Черные дыры» обла­дая гигантской массой 10¹⁵ тонн, имеют микроскопи­ческий размер 10³ см. Вещество и излучение как бы про­валиваются в «черную дыру» и не могут выйти обратно. Если сжатие продол­жается дальше, тогда на каком-то этапе начинаются неза­тухающие ядерные реакции. Сжатие прекращается, а за­тем происходит антиколлапсионный взрыв, и «черная дыра» превращается в «белую дыру».
6.5. Солнце и солнечная система
После Большого взрыва формирование Солнечной сис­темы началось 5 млрд. лет тому назад с бесформенной массы газового облака туманности, состоящего преимущественно из водорода. В зависимо­сти от расстояния до Солнца разные части туманности остывали с разной скоростью. Хими­ческая эволюция протекала тоже по-разному: сначала конденсировались наиболее тугоплавкие элементы и их соединения, потом – летучие. Первыми, вероятно, появились конденсаты железа и никеля, они явились основой ядер планет.

Солнечная система расположена на периферии на­шей Галактики. Солнце и ближайшие к нему звезды движутся вокруг центра Галактики со скоростью 250 км/с, совершая полный оборот за 290 млн. лет.



Рис. 6.1. Строение Солнечной системы
Солнечная система включает 9 планет со спутниками, астероиды, кометы и метеориты (рис. 6.1.). Солнце – звезда-карлик с радиусом 700 тыс. км и температурой на поверхности – около 6000 С. Активность Солнца циклична и составляет 11 лет.

Все планеты Солнечной системы делят на планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Плутон) и юпитерианской груп­пы (планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун).

Некоторые планеты имеют собственные спутники: Земля и Плутон – по 1, Марс и Нептун – по 2, Уран – 5, Сатурн – 32, Юпитер – 63.

Полагают, что приблизительно че­рез 5 млрд. лет структура Солнца изменится, поскольку запас водородного горючего начнет истощаться. Тогда Солнце начнет расширяться и наступит момент, когда оно будет излучать в 100 раз боль­ше энергии, чем сейчас. На планеты это действие будет катастрофическим, они потеряют ат­мосферу и распадутся. Затем Солнце сожмется и превра­тится в очень слабый белый карлик.
6.6. Предмет и методы наук и Земле. Возникновение Земли и основные периоды геологической эволюции
Геология – комплекс наук о составе, строении, истории развития земной коры и размещения в ней полезных ископаемых.

Планета Земля образовалась около 4,7–5 млрд. лет назад. Ее масса 5,98•10²⁴ кг, диаметр 12756 км, плот­ность 5510 кг/м³. Средняя скорость ее движения по орби­те 29,765 км/с. Период обращения вокруг Солнца состав­ляет 365,24 суток. Период вращения вокруг своей оси 23 часа 56 мин 4,1 секунды. Земля имеет форму близкую к эл­липсоиду, называемую геоид, она сплющена у полюсов и растянута в эквато­риальной зоне.

В Солнечной системе нет другой планеты, на которой мог бы выжить человек. Положение Земли в Солнечной сис­теме, ее размер, плотная масса явились причиной образо­вания у нее атмосферы особого типа, единственной в сво­ем роде, поэтому Земле такая радиация не угрожает, по­скольку она поглощается в верхнем слое атмосферы озо­ном.

На Марсе температура в среднем –53 °С, атмосфера разреженная, гидросфера в прошлом существовала, сейчас имеется вода в виде инея и льда: считают, что на Марсе может существовать жизнь, по крайней мере, в простейшей форме. На Венере температура в среднем +477 °С, атмосфера очень плотная из углекислого газа СО₂, нет гидросферы.

На Земле активно протекают тектонические процес­сы, что считают признаком жизнедеятельности плане­ты. Современный рельеф планеты продолжает меняться (рис. 6.2, 6.3).

В истории развития Земли выделяют две зоны: криптозой (длительность 4 млрд. лет, период скрытой жизни, т.к. не сохранились ископаемые останки живых организмов) и фанерозой (последние 600 млн. лет).

В настоящее время придерживаются идеи горячего об­разования Земли, в соответствии с которой в зоне, близкой к Солнцу, вначале оформилось протоядро Земли из наиболее тугоплавких металлов железа и никеля. При дальнейшем остывании облака начали кон­денсироваться силикаты металлов и соединения серы, которые очень быстро присоединились к ядру и стали впос­ледствии мантией. В результате остывания поверхности Земли стали формироваться верхние оболочки Земли.

Рис. 6.2. Внутренне строение Земли
	Рис. 6.3.Геохронологическая шкала развития Земли

6.7. Внутренние и внешние оболочки Земли
В настоящее время выделяют ряд геосфер, из которых состоит Земля: ядро, мантия, литосфера, гидросфера, атмосфера и магнитосфера.