Înțelegerea materialistă a substanței a trecut de mai bine de două mii de ani de dezvoltare. A început cu o idee simplificată a strămoșii, adică. despre ceva care precede materia modernă și, prin urmare, este substanță.

Conceptul de materie este o categorie fundamentală în filosofie și științe naturale. În latină, materia înseamnă substanță. Ideile inițiale despre materie au apărut deja în antichitate, unde reprezentanții diferitelor școli filozofice au identificat-o cu substanța materială subiacentă fiind: apa (Thales), aerul (Anaximenes), focul (Heraclit), atomii (Democrit) etc.

În Evul Mediu, materia era înțeleasă în principal ca materialul din care sunt făcute lucrurile. Materia ca categorie filozofică nu s-a dezvoltat, deși găsim la Sfântul Augustin conceptul de „materie spirituală și trupească”.

În secolele XVII - XVIII. apare o nouă înțelegere a materiei, diferită de ideile vechilor. S-a ajuns la concluzia că materia nu este o substanță specifică (pământ, foc, apă, aer etc.), ci o realitate fizică ca atare. În această perioadă, ideile matematice, naturale, răsar din filozofie și se dezvoltă ca ramuri independente. Stiinte Sociale. Cele mai dezvoltate științe ale acelui timp erau mecanica și geometria, prin urmare mecanismul a prevalat în concepțiile despre materie. Materia este definită ca o colecție de corpuri percepute senzual. Materia se identifică cu materia, formată din atomi indivizibili, imutabili, având proprietăți universale: masă mecanică, greutate, impenetrabilitate, inerție. Orice material are aceste proprietăți, ceea ce înseamnă că este destul de logic să transferăm aceste proprietăți de la substanțe specifice la Substanța ca atare.

În același timp, a apărut și definiția materiei, dată de filosoful englez J. Berkeley, un clasic al idealismului subiectiv. În lucrarea sa „Dialog între filozoful Berkeley și materialist”, el pune în gura materialistului conceptul de materie ca realitate care ne afectează senzațiile, dar nu depinde de ele. Berkeley, fiind un idealist subiectiv, și-a îndreptat toată energia filozofică către lupta împotriva materialismului și a conceptului său de bază - materia, dar definiția materiei dată de el a fost cea folosită de materialiștii francezi, care înțelegeau prin materie tot ceea ce acționează asupra simțurile noastre. Sub aceasta tot ceea ce acționează asupra simțurilor noastre, ele însemnau o substanță, care este o colecție de particule-atomi specifice, identice între ele, având proprietăți universale. Baza materiei-substanță este legile fundamentale ale universului și, mai ales, legea conservării materiei.

Această înțelegere a materiei a fost istoric progresivă, dar și limitată. Filosoful german F. Engels a fost primul care a subliniat această limitare. El credea că materia nu poate fi redusă la un set de particule-atomi specifici, deoarece ei înșiși pot avea o structură complexă. El deține definiția materiei ca concept general acoperind tot felul de lucruri.

Limitările conceptului de identificare a materiei cu substanța au devenit deosebit de evidente pentru știința naturii la începutul secolelor XIX-XX. În acea perioadă a izbucnit o criză în fizică asociată cu descoperirile revoluționare.

Ca una dintre opțiunile pentru depășirea crizei și dezvoltarea ulterioară a fizicii și filosofiei, V.I. Lenin a propus o nouă bază metodologică - o nouă definiție a materiei: „Materia este o categorie filozofică pentru desemnarea unei realități obiective care este dată unei persoane în senzațiile sale, care este copiată, fotografiată, afișată de senzațiile noastre, existând independent de acestea. "

Lenin credea că este necesar să se facă distincția între înțelegerea filozofică a materiei și ideile fizice despre proprietățile și structura ei și a dat o definiție filozofică, concentrându-se pe faptul că materia ca categorie nu înseamnă altceva decât realitate obiectivă, ceea ce înseamnă că nu indiferent de starea nouă a materiei, este suficient să stabilim dacă această descoperire este o realitate obiectivă sau nu. Mai mult, cu definiția sa, el a subliniat că materia este realitatea primară în raport cu senzațiile noastre, deoarece există independent de ele.

Definiția lui Lenin este mai dialectică decât definițiile metafizice anterioare, deoarece este deschisă cunoașterii și dezvoltării ulterioare. Dar, ca orice definiție, este limitată din punct de vedere istoric. Este mai degrabă epistemologică decât ontologică, deoarece a spune că materia este o realitate obiectivă înseamnă a nu spune nimic în ceea ce privește conținutul. Această definiție lucrează împotriva idealismului subiectiv, dar nu lucrează deloc împotriva idealismului obiectiv. La urma urmei, Dumnezeu și mintea lumii și ideea absolută se potrivesc în definiția realității obiective pentru o persoană care crede în ele. Dumnezeu îi apare credinciosului într-o imagine anume, pe care o percepe cu ajutorul simțurilor.

Dar, în ciuda acestor neajunsuri, în materialismul de astăzi nu există o definiție mai nouă și mai perfectă a materiei. Alături de viziunea asupra lumii, trebuie remarcată și semnificația metodologică a acestei definiții pentru dezvoltarea științei naturii. Ideea inepuizabilității materiei, exprimată de V.I. Lenin, este acum unul dintre principiile metodologice directoare ale cercetării în științe naturale. Acest lucru se manifestă în mod clar în concepțiile moderne asupra structurii materiei care s-au dezvoltat în științele naturii.

Să caracterizăm pe scurt ideile moderne despre organizarea structurală a materiei. Nivelurile structurale ale materiei sunt formate dintr-un anumit set de obiecte din orice clasă și se caracterizează printr-un tip special de interacțiune între elementele lor constitutive. Criteriile de distincție a nivelurilor structurale sunt scările spațiu-timp, totalitatea celor mai importante proprietăți și legi ale schimbării, gradul de complexitate relativă care a apărut în procesul de dezvoltare istorică a materiei într-o anumită zonă a lumii.

natura anorganică este împărțit în trei 1) micro-, 2) macro- și 3) megalumi, având următoarea succesiune de niveluri structurale: 1) submicroelementar - microelementar (particule elementare și interacțiuni de câmp) - nuclear - atomic - molecular - 2) nivel macroscopic corpuri (un număr de subniveluri) - 3) planete - complexe stea-planetare - galaxii - metagalaxii.

Natură se subdivizeaza in urmatoarele niveluri: macromolecule biologice - nivel celular - microorganism - organe si tesuturi - organism in ansamblu - populatie - biocenoza - biosferic. Baza generală a vieții - metabolismul organic (schimbul de materie, energie și informații cu mediul) - este specificată în fiecare dintre nivelurile distinse.

realitatea socială reprezentate de niveluri: indivizi - familii - colectivităţi - grupuri sociale - clase - naţionalităţi şi naţiuni - state şi sisteme de state - societate în ansamblu.

De asemenea, remarcăm că nivelurile superioare ale organizării sistemice a materiei apar în cadrul unui set relativ restrâns de fenomene ale nivelului anterior. Așadar, din cele trei grupe principale de niveluri de natură anorganică (micro-, macro- și mega-lume), viața apare doar la nivelul unei părți mai mici a fenomenelor macro-lumii, în același mod, societatea. ia naștere printre reprezentanții singurului specii. Complicarea organizării sistemice a materiei este astfel însoțită de o restrângere a posibilităților de implementare a acesteia.

Academia Socială Deschisă din Moscova

Departamentul de Matematică și Științe Generale ale Naturii

Disciplina academica:

Concepte ale științelor naturale moderne.

Subiect abstract:

Niveluri structurale de organizare a materiei.

Facultatea de Educație prin corespondență

număr grup: FEB-3.6

supraveghetor:

Moscova 2009

INTRODUCERE

I. Niveluri structurale de organizare a materiei: micro-, macro-, mega-lumi

1.1 Viziune modernă asupra organizării structurale a materiei

II. Structura și rolul acesteia în organizarea sistemelor vii

2.1 Sistem și întreg

2.2 Piesa si elementul

2.3 Interacțiunea unei părți și a întregului

III. Atom, om, universul - un lanț lung de complicații

REFERINȚE DE CONCLUZIE

Introducere

Toate obiectele naturii (natura vie și neînsuflețită) pot fi reprezentate ca un sistem cu trăsături care le caracterizează nivelurile de organizare. Conceptul de niveluri structurale ale materiei vii include reprezentări ale sistemicității și organizarea integrității organismelor vii asociate cu aceasta. Materia vie este discretă, adică. este împărțit în părți constitutive ale unei organizații inferioare care au anumite funcții. Nivelurile structurale diferă nu numai în clasele de complexitate, ci și în modelele de funcționare. Structura ierarhică este de așa natură încât fiecare nivel superior nu îl controlează, ci îl include pe cel inferior. Diagrama reflectă cel mai precis o imagine holistică a naturii și nivelul de dezvoltare al științelor naturale în ansamblu. Luând în considerare nivelul de organizare, se poate lua în considerare ierarhia structurilor de organizare a obiectelor materiale de natură animată și neînsuflețită. Această ierarhie a structurilor începe cu particule elementareși se termină cu comunități vii. Conceptul de niveluri structurale a fost propus pentru prima dată în anii 1920. secolul nostru. În conformitate cu aceasta, nivelurile structurale diferă nu numai în clase de complexitate, ci și în modelele de funcționare. Conceptul include o ierarhie a nivelurilor structurale, în care fiecare nivel următor este inclus în cel anterior.

Scopul acestei lucrări este de a studia conceptul de organizare structurală a materiei.

I. Niveluri structurale de organizare a materiei: micro-, macro-, mega-lumi

ÎN stiinta modernaÎn centrul ideilor despre structura lumii materiale se află o abordare sistematică, conform căreia orice obiect al lumii materiale, fie el un atom, o planetă etc. poate fi considerat ca un sistem - o formațiune complexă, incluzând componente, elemente și conexiuni între ele. Elementul în acest caz înseamnă partea minimă, suplimentară indivizibilă a sistemului dat.

Setul de conexiuni dintre elemente formează structura sistemului, conexiunile stabile determină ordinea sistemului. Legături orizontale - coordonare, asigură corelarea (coerența) sistemului, nicio parte a sistemului nu se poate schimba fără a schimba alte părți. Legăturile verticale sunt legături de subordonare, unele elemente ale sistemului sunt subordonate altora. Sistemul are un semn de integritate - aceasta înseamnă că toate părțile sale constitutive, atunci când sunt combinate într-un întreg, formează o calitate care nu poate fi redusă la calitățile elementelor individuale. Conform concepțiilor științifice moderne, toate obiectele naturale sunt sisteme ordonate, structurate, organizate ierarhic.

În sensul cel mai general al cuvântului „sistem” înseamnă orice obiect sau orice fenomen al lumii din jurul nostru și reprezintă relația și interacțiunea părților (elementelor) în cadrul întregului. Structura este organizarea internă a sistemului, care contribuie la conectarea elementelor sale într-un singur întreg și îi conferă caracteristici unice. Structura determină ordonarea elementelor unui obiect. Elementele sunt orice fenomene, procese, precum și orice proprietăți și relații care sunt într-un fel de conexiune și relație reciprocă între ele.

În înțelegerea organizării structurale a materiei, conceptul de „dezvoltare” joacă un rol important. Conceptul de dezvoltare a naturii neînsuflețite și vii este considerată ca o schimbare direcționată ireversibilă a structurii obiectelor naturii, deoarece structura exprimă nivelul de organizare a materiei. Cea mai importantă proprietate a unei structuri este stabilitatea ei relativă. Structura este o ordine generală, definită calitativ și relativ stabilă a relațiilor interne între subsistemele unui anumit sistem. Conceptul de „nivel de organizare”, spre deosebire de conceptul de „structură”, include ideea unei schimbări în structuri și succesiunea acesteia în cursul dezvoltării istorice a sistemului din momentul înființării sale. În timp ce schimbarea structurii poate fi aleatorie și nu întotdeauna direcționată, schimbarea nivelului de organizare are loc într-un mod necesar.

Sistemele care au atins nivelul corespunzător de organizare și au o anumită structură dobândesc capacitatea de a utiliza informații pentru a-și menține neschimbat (sau crește) nivelul de organizare prin control și contribuie la constanța (sau scăderea) entropiei lor (entropia este o măsură a tulburării). Până de curând, știința naturii și alte științe se puteau lipsi de o abordare holistică, sistematică a obiectelor lor de studiu, fără a lua în considerare studiul proceselor de formare a structurilor stabile și de autoorganizare.

În prezent, problemele de autoorganizare studiate în sinergetică devin relevante în multe științe, de la fizică la ecologie.

Sarcina sinergeticii este de a clarifica legile construirii unei organizații, apariția ordinii. Spre deosebire de cibernetică, aici se pune accent nu pe procesele de management și schimb de informații, ci pe principiile construirii unei organizații, apariția, dezvoltarea și autocomplicarea acesteia (G. Haken). Problema ordonării și organizării optime este deosebit de acută în studiul problemelor globale - energie, mediu și multe altele care necesită implicarea unor resurse uriașe.

1.1 VIZIUNI MODERNE PRIVIND ORGANIZAREA STRUCTURALĂ A MATERIEI

În știința naturală clasică, doctrina principiilor organizării structurale a materiei a fost reprezentată de atomismul clasic. Ideile atomismului au servit drept fundament pentru sinteza tuturor cunoștințelor despre natură. În secolul XX, atomismul clasic a suferit o transformare radicală.

Principiile moderne ale organizării structurale a materiei sunt asociate cu dezvoltarea conceptelor de sistem și includ unele cunoștințe conceptuale despre sistem și trăsăturile sale care caracterizează starea sistemului, comportamentul, organizarea și auto-organizarea acestuia, interacțiunea cu mediul, scopul. și predictibilitatea comportamentului și alte proprietăți.

Cea mai simplă clasificare a sistemelor este împărțirea lor în statice și dinamice, care, în ciuda confortului său, este încă condiționată, deoarece. totul în lume este în continuă schimbare. Sistemele dinamice sunt împărțite în deterministe și stocastice (probabiliste). Această clasificare se bazează pe natura predicției dinamicii comportamentului sistemelor. Astfel de sisteme sunt studiate în mecanică și astronomie. În schimb, sistemele stocastice, care sunt de obicei numite probabilistice - statistice, se ocupă de evenimente și fenomene aleatoare masive sau repetitive. Prin urmare, predicțiile din ele nu sunt de încredere, ci doar probabilistice.

Prin natura interacțiunii cu mediul, sistemele deschise și închise (izolate) se disting și, uneori, sunt și parțial izolate. sisteme deschise. O astfel de clasificare este în mare parte condiționată, deoarece conceptul de sisteme închise a apărut în termodinamica clasică ca o anumită abstractizare. Marea majoritate, dacă nu toate, sistemele sunt open source.

Multe sisteme complexe găsite în lumea socială au un scop, de exemplu. concentrate pe atingerea unuia sau mai multor obiective, iar în diferite subsisteme și la diferite niveluri ale organizației, aceste obiective pot fi diferite și chiar pot intra în conflict unele cu altele.

Clasificarea și studiul sistemelor au făcut posibilă dezvoltarea unei noi metode de cunoaștere, care a fost numită abordare sistem. Aplicarea ideilor de sistem la analiza proceselor economice și sociale a contribuit la apariția teoriei jocurilor și a teoriei deciziei. Cel mai semnificativ pas în dezvoltarea metodei sistemelor a fost apariția ciberneticii ca teorie generală a controlului în sistemele tehnice, organismele vii și societate. Deși teorii separate ale controlului existau chiar înainte de cibernetică, crearea unei abordări interdisciplinare unificate a făcut posibilă dezvăluirea unor modele mai profunde și mai generale de control ca proces de acumulare, transmitere și transformare a informațiilor. Controlul în sine este efectuat cu ajutorul algoritmilor, pentru procesarea cărora sunt utilizate computere.

Teoria universală a sistemelor, care a determinat rolul fundamental al metodei sistemului, exprimă, pe de o parte, unitatea lumii materiale, iar, pe de altă parte, unitatea cunoașterii științifice. O consecință importantă a acestei considerații a proceselor materiale a fost limitarea rolului reducerii în cunoașterea sistemelor. A devenit clar că, cu cât unele procese diferă mai mult de altele, cu atât sunt mai eterogene din punct de vedere calitativ, cu atât este mai dificil de redus. Prin urmare, legile sistemelor mai complexe nu pot fi complet reduse la legile formelor inferioare sau ale sistemelor mai simple. Ca antipod al abordării reducționiste, ia naștere o abordare holistică (din grecescul holos - întregul), conform căreia întregul precede întotdeauna părțile și este întotdeauna mai important decât părțile.

Fiecare sistem este un întreg, format din părțile sale interconectate și care interacționează. Prin urmare, procesul de cunoaștere a sistemelor naturale și sociale poate avea succes numai atunci când părțile și întregul din ele sunt studiate nu în opoziție, ci în interacțiune între ele.

Știința modernă consideră sistemele ca fiind complexe, deschise, cu multe posibilități pentru noi moduri de dezvoltare. Procesele de dezvoltare si functionare a unui sistem complex au natura de autoorganizare, i.e. apariţia funcţionării coordonate intern datorită conexiunilor interne şi conexiunilor cu mediul extern. Autoorganizarea este o expresie științifică naturală a procesului de auto-mișcare a materiei. Capacitatea de auto-organizare este deținută de sisteme de natură animată și neînsuflețită, precum și de sisteme artificiale.

În conceptul modern bazat științific al organizării sistemice a materiei, se disting de obicei trei niveluri structurale ale materiei:

microcosmos - lumea atomilor și a particulelor elementare - obiecte extrem de mici direct neobservabile, dimensiunea este de la 10-8 cm la 10-16 cm, iar durata de viață este de la infinit la 10-24 s.

macrocosmosul este lumea formelor stabile și a valorilor de mărime umană: distanțe și viteze pământești, mase și volume; dimensiunea macroobiectelor este comparabilă cu scara experienței umane - dimensiuni spațiale de la fracțiuni de milimetru la kilometri și măsurători temporale de la fracțiuni de secundă la ani.

megaworld - lumea spațiului (planete, complexe de stele, galaxii, metagalaxii); lumea de scări și viteze cosmice uriașe, distanța este măsurată în ani lumină, iar timpul în milioane și miliarde de ani;

Studiul ierarhiei nivelurilor structurale ale naturii este legat de soluționarea celei mai dificile probleme de determinare a granițelor acestei ierarhii atât în ​​mega-lume, cât și în micro-lume. Obiectele fiecărei etape ulterioare apar și se dezvoltă ca urmare a unirii și diferențierii anumitor seturi de obiecte ale etapei precedente. Sistemele devin din ce în ce mai nivelate. Complexitatea sistemului crește nu numai pentru că crește numărul de niveluri. De o importanță esențială este dezvoltarea de noi relații între niveluri și cu mediul comun unor astfel de obiecte și asocierilor acestora.

Microlumea, fiind un subnivel al macrolumilor și megalumilor, are caracteristici complet unice și, prin urmare, nu poate fi descrisă de teorii legate de alte niveluri ale naturii. În special, această lume este în mod inerent paradoxală. Pentru el, principiul „constă din” nu se aplică. Deci, atunci când două particule elementare se ciocnesc, nu se formează particule mai mici. După ciocnirea a doi protoni, apar multe alte particule elementare - inclusiv protoni, mezoni, hiperoni. Fenomenul „producției multiple” de particule a fost explicat de Heisenberg: în timpul coliziunii, o energie cinetică mare este convertită în materie și observăm nașterea multiplă a particulelor. Microlumea este studiată activ. Dacă în urmă cu 50 de ani erau cunoscute doar 3 tipuri de particule elementare (electronul și protonul ca fiind cele mai mici particule de materie și fotonul ca porțiune minimă de energie), acum au fost descoperite aproximativ 400 de particule. A doua proprietate paradoxală a microcosmosului este asociată cu natura duală a unei microparticule, care este atât o undă, cât și un corpuscul. Prin urmare, nu poate fi localizat strict fără ambiguitate în spațiu și timp. Această caracteristică este reflectată în principiul relației de incertitudine Heisenberg.

Nivelurile de organizare a materiei observate de om sunt stăpânite ținând cont de condițiile naturale ale locuirii umane, i.e. ţinând cont de legile noastre pământeşti. Totuși, acest lucru nu exclude presupunerea că forme și stări ale materiei, caracterizate prin proprietăți complet diferite, pot exista la niveluri suficient de departe de noi. În acest sens, oamenii de știință au început să distingă sistemele materiale geocentrice și negeocentrice.

Lumea geocentrică - lumea de referință și de bază a timpului newtonian și a spațiului euclidian, este descrisă de un set de teorii legate de obiectele la scara pământului. Sistemele non-geocentrice sunt un tip special de realitate obiectivă, caracterizată prin alte tipuri de atribute, alte spații, timp, mișcare decât cele pământești. Există o presupunere că microlumea și megalumea sunt ferestre către lumi non-geocentrice, ceea ce înseamnă că legile lor, cel puțin într-o măsură îndepărtată, permit să ne imaginăm un alt tip de interacțiune decât în ​​macrocosmos sau tipul geocentric de realitate. .

Nu există o graniță strictă între lumea mega și lumea macro. De obicei se presupune că el

incepe cu distante de aproximativ 107 si mase de 1020 kg. Punctul de referință pentru începutul mega-lumii poate fi Pământul (diametru 1,28×10+7 m, greutate 6×1021 kg). Deoarece megalumea se ocupă de distanțe mari, pentru măsurarea acestora sunt introduse unități speciale: o unitate astronomică, un an lumină și un parsec.

unitate astronomică (a.u.) – distanța medie de la Pământ la Soare, egală cu 1,5 × 1011 m.

An lumină – distanța pe care o parcurge lumina într-un an și anume 9,46 × 1015 m.

Parsec (paralaxa secundă) – distanța la care paralaxa anuală a orbitei pământului (adică unghiul la care este vizibilă semiaxa majoră a orbitei pământului, situată perpendicular pe linia de vedere) este egală cu o secundă. Această distanță este de 206265 AU. \u003d 3,08 × 1016 m \u003d 3,26 sv. G.

Corpurile cerești din Univers formează sisteme de complexitate diferită. Așa că se formează Soarele și 9 planete care se mișcă în jurul lui sistem solar. Partea principală a stelelor galaxiei noastre este concentrată în disc, vizibil de pe Pământ „din lateral” sub forma unei benzi de ceață care traversează sfera cerească - Calea Lactee.

Toate corpurile cerești au propria lor istorie de dezvoltare. Vârsta Universului este de 14 miliarde de ani. Vârsta sistemului solar este estimată la 5 miliarde de ani, Pământul - 4,5 miliarde de ani.

O altă tipologie a sistemelor materiale este destul de răspândită astăzi. Aceasta este împărțirea naturii în anorganică și organică, în care forma socială a materiei ocupă un loc aparte. Materia anorganică este particule și câmpuri elementare, nuclee atomice, atomi, molecule, corpuri macroscopice, formațiuni geologice. Materia organică are și o structură pe mai multe niveluri: nivel precelular - ADN, ARN, acizi nucleici; nivel celular - organisme unicelulare existente în mod independent; nivel multicelular - țesuturi, organe, sisteme funcționale (nervos, circulator etc.), organisme (plante, animale); structuri supraorganisme - populatii, biocenoze, biosfera. Materia socială există doar datorită activităților oamenilor și include substructuri speciale: un individ, o familie, un grup, un colectiv, un stat, o națiune etc.

II. STRUCTURA ȘI ROLUL EI ÎN ORGANIZAREA SISTEMELOR DE VIE

2.1 SISTEM ȘI ÎNTREG

Un sistem este un set de elemente care interacționează. Tradus din greacă, acesta este un întreg, alcătuit din părți, o legătură.

A suferit o evoluție istorică îndelungată, conceptul de sistem de la mijlocul secolului al XX-lea. devine una dintre cheie concepte științifice.

Ideile primare despre sistem au apărut în filosofia antică ca ordine și valoarea ființei. Conceptul de sistem are acum un domeniu de aplicare extrem de larg: aproape fiecare obiect poate fi considerat ca un sistem.

Fiecare sistem se caracterizează nu numai prin prezența unor conexiuni și relații între elementele sale constitutive, ci și prin unitatea sa inseparabilă cu mediul.

Există diferite tipuri de sisteme:

Prin natura conexiunii dintre părți și întreg - anorganic și organic;

După formele de mișcare ale materiei - mecanică, fizică, chimică, fizico-chimică;

În raport cu mișcarea – statistică și dinamică;

Pe tipuri de modificari - nefunctionale, functionale, in curs de dezvoltare;

După natura schimbului cu mediul - deschis și închis;

Dupa gradul de organizare - simplu si complex;

După nivelul de dezvoltare - din ce în ce mai scăzut;

După natura originii - natural, artificial, mixt;

În direcția dezvoltării – progresivă și regresivă.

Conform uneia dintre definiții, întregul este acela căruia nu îi lipsește niciuna dintre părți, constând din care, se numește întreg. Întregul presupune în mod necesar organizarea sistemică a componentelor sale.

Conceptul de întreg reflectă unitatea armonică și interacțiunea părților conform unui anumit sistem ordonat.

Afinitatea conceptelor de ansamblu și de sistem a servit drept bază pentru identificarea lor completă nu în întregime corectă. În cazul unui sistem, nu avem de-a face cu un singur obiect, ci cu un grup de obiecte care interacționează care se influențează reciproc. Odată cu îmbunătățirea în continuare a sistemului în ceea ce privește ordinea componentelor sale, acesta poate trece la integritate. Conceptul de întreg caracterizează nu numai multiplicitatea componentelor constitutive, ci și faptul că legătura și interacțiunea părților sunt naturale, decurgând din nevoile interne ale dezvoltării părților și a întregului.

Prin urmare, întregul este un tip special de sistem. Conceptul de întreg este o reflectare a naturii interne necesare, organice, a interconexiunii componentelor sistemului și, uneori, o schimbare a uneia dintre componente determină inevitabil una sau alta schimbare în cealaltă și, adesea, în întregul sistem. .

Proprietățile și mecanismul întregului ca nivel superior de organizare în comparație cu părțile care îl organizează nu pot fi explicate doar prin însumarea proprietăților și momentelor de acțiune ale acestor părți, considerate izolat unele de altele. Noi proprietăți ale întregului apar ca urmare a interacțiunii părților sale; legea asocierii părților.

Întrucât întregul ca certitudine calitativă este rezultatul interacțiunii componentelor sale, este necesar să ne oprim asupra caracteristicilor acestora. Fiind componente ale unui sistem sau ale unui întreg, componentele intră în diverse relații între ele. Relațiile dintre elemente pot fi împărțite în „element – ​​structură” și „parte – întreg”. În sistemul întregului se observă subordonarea părților față de întreg. Sistemul întregului se caracterizează prin faptul că poate crea organele care îi lipsesc.

2.2 PARTEA ȘI ELEMENTUL

Un element este o astfel de componentă a unui obiect care poate fi indiferentă față de specificul obiectului. În categoria structurii, se poate găsi o relație de legătură și o relație între elemente care sunt indiferente față de specificul acesteia.

O parte este, de asemenea, o componentă integrală a unui obiect, dar, spre deosebire de un element, o parte este o componentă care nu este indiferentă față de specificul obiectului în ansamblu (de exemplu, o masă este formată din părți - un capac și picioare, precum și elemente care fixează părți ale șuruburilor, șuruburilor, care pot fi folosite pentru a fixa alte articole: dulapuri, dulapuri etc.)

Un organism viu în ansamblu este format din mai multe componente. Unele dintre ele vor fi doar elemente, altele în același timp și părți. Părțile sunt doar astfel de componente care sunt inerente funcțiilor vieții (metabolism etc.): extracelular materie vie; celulă; carpa; organ; sistem de organe.

Toate au funcțiile unui lucru viu, toate își îndeplinesc funcțiile specifice în sistemul de organizare al întregului. Prin urmare, o parte este o astfel de componentă a întregului, a cărui funcționare este determinată de natură, de esența întregului însuși.

Pe lângă părți, există și alte componente ale corpului care nu posedă funcțiile vieții de la sine, adică. sunt componente nevii. Acestea sunt elementele. Elementele nevii sunt prezente la toate nivelurile organizării sistemice a materiei vii:

În protoplasma celulei - boabe de amidon, picături de grăsime, cristale;

Într-un organism multicelular, componentele nevii care nu au propriul metabolism și capacitatea de a se reproduce includ părul, ghearele, coarnele, copitele, pene.

Astfel, partea și elementul constituie componentele necesare organizării vieții ca sistem integral. Fără elemente (componente nevii), funcționarea pieselor (componente vii) este imposibilă. Prin urmare, numai unitatea cumulativă a ambelor elemente și părți, i.e. componente neînsuflețite și vii, constituie organizarea sistemică a vieții, integritatea acesteia.

2.2.1 RELAȚIA CATEGORIILOR PARTEA ȘI ELEMENTUL

Corelația dintre categoriile parte și element este extrem de contradictorie. Conținutul categoriei de părți diferă de categoria de elemente: elementele sunt toate componentele constitutive ale întregului, indiferent dacă specificitatea întregului este exprimată sau nu în ele, iar părțile sunt doar acele elemente în care specificul obiectului. ca întreg este direct exprimat, prin urmare categoria piesei este mai restrânsă decât categoria elementului. Pe de altă parte, conținutul categoriei unei piese este mai larg decât categoria unui element, întrucât doar un anumit set de elemente constituie o parte. Și acest lucru poate fi arătat pentru orice întreg.

Aceasta înseamnă că există anumite niveluri sau limite în organizarea structurală a întregului, care separă elementele de părți. În același timp, diferența dintre categoriile parte și element este foarte relativă, deoarece acestea pot interconverti, de exemplu, organele sau celulele, în timp ce funcționează, suferă distrugeri, ceea ce înseamnă că se transformă din părți în elemente și invers, sunt din nou construit din neînsuflețit, adică . elemente și devin părți. Elementele care nu sunt îndepărtate din corp se pot transforma în depozite de sare, care fac deja parte din corp și destul de nedorite.

2.3 INTERACȚIUNEA PĂRȚII ȘI A TOTULUI

Interacțiunea părții și a întregului constă în faptul că una o presupune pe cealaltă, ele sunt una și nu pot exista unul fără celălalt. Nu există întreg fără o parte și invers: nu există părți în afara întregului. O parte devine o parte numai în sistemul întregului. Partea își dobândește sensul numai prin întreg, la fel cum întregul este interacțiunea părților.

În interacțiunea părții și a întregului, rolul conducător, determinant, aparține întregului. Părțile corpului nu pot exista singure. Reprezentând structuri adaptative individuale ale organismului, părțile apar în cursul evoluției de dragul întregului organism.

Rolul determinant al întregului în raport cu părțile din natura organică este cel mai bine confirmat de fenomenele de autotomie și regenerare. Șopârla, prinsă de coadă, fuge, lăsând vârful cozii. Același lucru se întâmplă și cu ghearele de raci, raci. Autotomie, adică autotaierea cozii la soparla, ghearele la crabi si raci, este o functie protectoare care contribuie la adaptarea organismului, dezvoltata in procesul evolutiv. Organismul își sacrifică partea în interesul salvării și conservării întregului.

Fenomenul de autotomie se observă în cazurile în care organismul este capabil să restaureze partea pierdută. Partea lipsă a cozii șopârlei crește din nou (dar o singură dată). Racii și racii cresc adesea gheare rupte. Aceasta înseamnă că organismul este capabil să piardă mai întâi o parte de dragul salvării întregului, pentru a restabili această parte mai târziu.

Fenomenul regenerării mărturisește și mai mult subordonarea părților față de întreg: întregul necesită în mod necesar împlinirea într-o oarecare măsură a părților pierdute. Biologia modernă a stabilit că nu numai creaturile slab organizate (plantele și protozoarele) au o capacitate de regenerare, ci și mamiferele.

Există mai multe tipuri de regenerare: nu numai organele individuale sunt restaurate, ci și organisme întregi din secțiunile sale individuale (hidra dintr-un inel tăiat din mijlocul corpului, protozoare, polipi de corali, anelide, stele de mare etc.). În folclorul rus, îl cunoaștem pe Șarpele-Gorynych, ale cărui capete au fost tăiate de oameni buni, care au crescut imediat înapoi ... În termeni biologici generali, regenerarea poate fi considerată ca fiind capacitatea unui organism adult de a se dezvolta.

Cu toate acestea, rolul definitoriu al întregului în raport cu părțile nu înseamnă că părțile sunt lipsite de specificul lor. Rolul determinant al întregului presupune nu un rol pasiv, ci unul activ al părților, menit să asigure viața normală a organismului în ansamblu. Subordonate sistemului general al întregului, părțile își păstrează o relativă independență și autonomie. Pe de o parte, părțile acționează ca componente ale întregului, iar pe de altă parte, ele însele sunt un fel de structuri integrale, sisteme cu propriile lor functii specifice si structuri. Într-un organism multicelular, dintre toate părțile, celulele reprezintă cel mai înalt nivel de integritate și individualitate.

Faptul că părțile își păstrează independența și autonomia relativă permite independența relativă a studiului sistemelor individuale de organe: măduva spinării, sistemul nervos autonom, sistemele digestive etc., ceea ce are o mare importanță pentru practică. Un exemplu în acest sens este studiul și dezvăluirea cauzelor și mecanismelor interne ale independenței relative a tumorilor maligne.

Independența relativă a părților, într-o măsură mai mare decât a animalelor, este inerentă plantelor. Ele se caracterizează prin formarea unor părți din altele - reproducerea vegetativă. Toată lumea, probabil, în viața lui a trebuit să vadă butași din alte plante altoite, de exemplu, pe un măr.

3..ATOM, OM, UNIVERS - UN LAN LUNG DE COMPLICATII

În știința modernă, este utilizată pe scară largă metoda analizei structurale, care ține cont de natura sistematică a obiectului studiat. Până la urmă, structura este dezmembrarea internă a existenței materiale, un mod de existență a materiei. Nivelele structurale ale materiei se formează dintr-un anumit set de obiecte de orice fel și se caracterizează printr-un mod special de interacțiune între elementele lor constitutive, în raport cu cele trei sfere principale ale realității obiective, aceste niveluri arată astfel.

NIVELURI STRUCTURALE ALE MATERIEI
	anorganic		Societate
1	Submicroelementare	Biologic macromoleculară	Individual
2	Microelementare	Celular	Familie
3	Nuclear	microorganice	Colectivele
4	Atomic	Organe și țesuturi	Grupuri sociale mari (clase, națiuni)
5	Molecular	Tot corpul	Stat (societate civilă)
6	nivel macro	populatie	Sistemele de stat
7	Mega nivel (planete, sisteme stea-planete, galaxii)	Biocenoza	umanitate
8	Nivelul meta (metagalaxii)	Biosferă	Noosfera

Fiecare dintre sferele realității obiective include o serie de niveluri structurale interdependente. În cadrul acestor niveluri, relaţiile de coordonare sunt dominante, iar între nivele, cele subordonate.

Un studiu sistematic al obiectelor materiale implică nu numai stabilirea modalităților de a descrie relațiile, conexiunile și structura multor elemente, ci și selectarea celor dintre ele care formează sistemul, adică asigură funcționarea și dezvoltarea separată a sistemului. O abordare sistematică a formațiunilor materiale implică posibilitatea de a înțelege sistemul în cauză la un nivel superior. Sistemul este de obicei caracterizat de o structură ierarhică, adică includerea secvenţială a unui sistem de nivel inferior într-un sistem de nivel superior. Astfel, structura materiei la nivelul naturii neînsuflețite (anorganice) include particule elementare, atomi, molecule (obiecte ale microlumii, macrocorpi și obiecte ale megalumii: planete, galaxii, sisteme de metagalaxii etc.). Metagalaxia este adesea identificată cu întregul Univers, dar Universul este înțeles în cel mai larg sens al cuvântului, este identic cu întreaga lume materială și cu materia în mișcare, care poate include multe metagalaxii și alte sisteme spațiale.

Fauna sălbatică este, de asemenea, structurată. Evidențiază nivelul biologic și cel social. Nivelul biologic include subniveluri:

Macromolecule (acizi nucleici, ADN, ARN, proteine);

Nivel celular;

Microorganice (organisme unicelulare);

Organe și țesuturi ale corpului în ansamblu;

populația;

Biocenoza;

Biosferic.

Principalele concepte ale acestui nivel la ultimele trei subnivele sunt conceptele de biotop, biocenoză, biosferă, care necesită explicație.

Biotop - o colecție (comunitate) din aceeași specie (de exemplu, o haită de lupi) care se pot încrucișa și produce propriul lor fel (populații).

Biocenoza - ansamblu de populatii de organisme in care deseurile unora sunt conditiile de existenta a altor organisme care locuiesc intr-o zona de uscat sau de apa.

Biosfera este un sistem global de viață, acea parte a mediului geografic (partea inferioară a atmosferei, partea superioară a litosferei și hidrosferei), care este habitatul organismelor vii, oferind condițiile necesare supraviețuirii acestora (temperatură, sol, etc.), formate ca urmare a interacțiunii biocenozelor.

Baza generală a vieții la nivel biologic - metabolismul organic (schimbul de materie, energie și informații cu mediul) se manifestă la oricare dintre subnivelurile distinse:

La nivelul organismelor, metabolismul înseamnă asimilare și disimilare prin transformări intracelulare;

La nivelul ecosistemelor (biocenoza), ea constă într-un lanț de transformare a unei substanțe asimilate inițial de organismele producătoare prin organismele consumatoare și organismele distrugătoare aparținând unor specii diferite;

La nivelul biosferei, există o circulație globală a materiei și energiei cu participarea directă a factorilor la scară cosmică.

Într-un anumit stadiu al dezvoltării biosferei, apar populații speciale de ființe vii, care, datorită capacității lor de a lucra, au format un fel de nivel - cel social. Activitatea socială sub aspect structural este împărțită pe subniveluri: indivizi, familii, diverse echipe (producție), grupuri sociale etc.

Nivelul structural al activității sociale se află în relații liniare ambigue unul cu celălalt (de exemplu, nivelul națiunilor și nivelul statelor). Împătrunderea diferitelor niveluri în cadrul societății dă naștere ideii de dominație a hazardului și a haosului în activitatea socială. Dar o analiză atentă relevă prezența structurilor fundamentale în ea - principalele sfere ale vieții publice, care sunt sferele material și de producție, social, politic, spiritual, care au propriile legi și structuri. Toate, într-un anumit sens, sunt subordonate ca parte a formării socio-economice, profund structurate și determină unitatea genetică a dezvoltării sociale în ansamblu. Astfel, oricare dintre cele trei zone ale realității materiale este formată dintr-un număr de niveluri structurale specifice care sunt în ordine strictă într-o anumită zonă a realității. Trecerea de la o zonă la alta este asociată cu complicarea și creșterea setului de factori formați care asigură integritatea sistemelor. În cadrul fiecăruia dintre nivelurile structurale există relații de subordonare (nivelul molecular include nivelul atomic, și nu invers). Tiparele noilor niveluri sunt ireductibile la tiparele nivelurilor pe baza cărora au apărut și conduc la un anumit nivel de organizare a materiei. Organizarea structurală, adică sistem, este un mod de existență a materiei.

Concluzie

În știința modernă este utilizată pe scară largă metoda analizei structurale, care ține cont de natura sistematică a obiectelor studiate. Până la urmă, structura este o dezmembrare internă a existenței materiale, un mod de existență a materiei.

Nivelurile structurale ale organizării materiei sunt construite pe principiul unei piramide: cele mai înalte niveluri constau dintr-un număr mare de niveluri inferioare. Nivelurile inferioare stau la baza existentei materiei. Fără aceste niveluri, construcția ulterioară a „piramidei materiei” este imposibilă. Nivelurile superioare (complexe) se formează prin evoluție - trecând treptat de la simplu la complex. Nivelurile structurale ale materiei se formează dintr-un anumit set de obiecte de orice fel și se caracterizează printr-un mod special de interacțiune între elementele lor constitutive.

Toate obiectele de natură animată și neînsuflețită pot fi reprezentate ca anumite sisteme care au trăsături și proprietăți specifice care le caracterizează nivelul de organizare. Luând în considerare nivelul de organizare, se poate lua în considerare ierarhia structurilor de organizare a obiectelor materiale de natură animată și neînsuflețită. O astfel de ierarhie a structurilor începe cu particulele elementare, care sunt nivelul inițial de organizare a materiei și se termină cu organizațiile și comunitățile vii - cele mai înalte niveluri de organizare.

Conceptul de niveluri structurale ale materiei vii include reprezentări ale sistemicității și integrității organice a organismelor vii asociate cu aceasta. Cu toate acestea, istoria teoriei sistemelor a început cu o înțelegere mecanicistă a organizării materiei vii, conform căreia tot ceea ce este mai sus a fost redus la inferior: procesele vieții - la un set de reacții fizico-chimice și organizarea unui organism - la interacțiune. de molecule, celule, țesuturi, organe etc.

Bibliografie

1. Danilova V.S. Concepte de bază ale științei naturii moderne: Proc. indemnizație pentru universități. - M., 2000. - 256 p.

2. Naidysh V.M. Concepte de ştiinţă naturală modernă: Manual.. Ed. al 2-lea, revizuit. si suplimentare – M.; Alfa-M; INFRA-M, 2004. - 622 p.

3. Ruzavin G.I. Concepte de științe naturale moderne: un manual pentru universități. - M., 2003. - 287 p.

4. Conceptul de știință naturală modernă: Ed. Profesorul S. I. Samygin, Seria „Manuale și materiale didactice” – ed. a IV-a, revizuită. si suplimentare - Rostov n/a: „Phoenix”.2003 -448c.

5. Dubnishcheva T.Ya. Conceptul de științe naturale moderne.: tutorial pentru stud. universități / ed. a VI-a, corectată. si adauga. –M; Centrul de Editură „Academia”, -20006.-608c.

Sistemul de organizare a materiei

Materia are o structură diversă, granulară, discontinuă. Se compune din părți de diferite dimensiuni, certitudine calitativă: particule elementare, atomi, molecule, radicali, ioni, complexe, macromolecule, particule coloidale, planete, stele și sistemele lor, galaxii. Au fost descoperite acum peste 30 de particule elementare diferite, iar împreună cu rezonanțe (particule care trăiesc un timp foarte scurt), există aproximativ 100 dintre ele.

Cu formele „discontinue” ale materiei, formele „continue” sunt inseparabil legate. Acestea sunt diferite tipuri de câmpuri - gravitaționale, electromagnetice, nucleare. Ele leagă particule de materie, le permit să interacționeze și astfel să existe.

Toate particulele, indiferent de natură, au proprietăți de undă. În schimb, orice câmp continuu este, de asemenea, o colecție de particule. Aceasta este adevărata contradicție în structura materiei. Lumea și totul în lume nu este haos, ci un sistem organizat regulat, o ierarhie de sisteme. Structura materiei înseamnă o integritate disecată intern, o ordine regulată de conectare a elementelor în compoziția întregului. Bazele filozofia modernă: Manual / Ed. M.N. Rosenko. - SPb.: Editura „Lan”, 1999. S. 84. Existenţa şi mişcarea materiei sunt imposibile în afara organizării sale structurale.

Nivelurile structurale de bază ale materiei.

Ordinea materiei are propriile sale niveluri, fiecare dintre acestea fiind caracterizat de un sistem special de regularități și purtătorul său. Principalele niveluri structurale ale mamei sunt următoarele. Nivel submicroelementar- o formă ipotetică de existență a materiei de natură câmp, din care se nasc particulele elementare ( nivelul microelementelor), apoi se formează nucleele ( nivel nuclear), atomii provin din nuclee și electroni ( nivel atomic), iar dintre ele - molecule ( nivel molecular), agregatele se formează din molecule - corpuri gazoase, lichide, solide ( nivel macroscopic). Corpurile formate îmbrățișează stelele cu sateliții lor, planetele cu sateliții lor, sistemele stelare, metagalaxiile care le înconjoară. Și așa mai departe până la infinit nivelul spațiului).

Pe lângă condensat corpuri cerești materie în univers există materie difuză. Există sub formă de atomi și molecule separați, precum și sub formă de nori giganți de gaz și praf de diferite densități. Toate acestea, împreună cu radiațiile, constituie oceanul mondial nemărginit de materie lichefiată, în care, parcă, plutesc corpuri cerești. Corpurile și sistemele cosmice se formează ca rezultat al condensării nebuloaselor care au umplut anterior spații vaste. În consecință, corpurile cosmice apar din mediul material ca urmare a legilor interne ale mișcării materiei în sine. Spirkin A.G. Filosofie: manual. - M.: Gardariki, 2002. S.245.

După ce formațiunile materiale au crescut de la nivelul atomic la un nivel superior, molecular, complicația a continuat timp de câteva miliarde de ani. substanțe chimice. Complicarea treptată a moleculelor de compuși de carbon a dus la formarea de compuși organici ( nivel organic). Treptat, s-au format compuși organici din ce în ce mai complecși. În sfârșit, a existat viață nivel biologic).

Viața a fost un rezultat necesar al dezvoltării totalității proceselor chimice și geologice de pe suprafața Pământului. În urmă cu aproximativ două miliarde de ani, a început o „răspândire” treptată a viețuitoarelor pe suprafața Pământului. Evoluția viețuitoarelor a trecut de la formele primitive, precelulare de existență a proteinelor, la organizarea celulară, la formarea mai întâi unicelulare, apoi multicelulare, cu o structură din ce în ce mai complexă - nevertebrate, vertebrate, mamifere, primate. În cele din urmă, ne vedem stând pe ultima treaptă a scării maiestuoase a dezvoltării progresive ( nivel social). Este rezonabil să presupunem că în afara civilizației pământești există civilizații spațiale uriașe create de ființe inteligente ( nivel metasocial).

Conceptul de structură este aplicabil nu numai diferitelor niveluri de materie, ci și materiei în ansamblu. Stabilitatea principalelor forme structurale ale materiei se datorează existenței unei singure organizări structurale a materiei, care rezultă din interconectarea strânsă a tuturor nivelurilor de organizare structurală cunoscute în prezent.

Diversele formațiuni structurale ale materiei nu sunt o acumulare aleatorie de particule neînrudite, acestea sunt formațiuni structurale de diferite niveluri și grade de complexitate. Unele dintre ele, mai simple și mai mici, sunt componente ale altora, mai mari și mai complexe, și preced formarea lor. Diferite tipuri de particule nu sunt doar „elemente” ale organizării discrete a materiei, ci și „etape”, „puncte nodale” ale dezvoltării acesteia.

Toate nivelurile de organizare a materiei sunt caracterizate, în primul rând, de unele modele generale și, în al doilea rând, de conexiunea, interacțiunea diferitelor niveluri. Această legătură se manifestă, în primul rând, prin faptul că formele simple de organizare le însoțesc mereu pe cele complexe. De exemplu, mișcarea mecanică are loc în fenomene termice, electromagnetice, chimice, biologice și sociale. La rândul său, mișcarea termică, electromagnetică, chimică are loc în organismele vii.

1. Conceptul de materie.

2. Proprietăţile materiei.

3. Organizarea structurală a materiei.

4. Niveluri de organizare a cunoștințelor naturale.

materie. Conceptul de „Materie” este ambiguu. Este folosit pentru a se referi la o anumită țesătură. Uneori i se dă o semnificație ironică, vorbind de „treburi înalte”. Toate obiectele și fenomenele care înconjoară o persoană, în ciuda diversității lor, au o trăsătură comună: toate există în afara conștiinței unei persoane și independent de aceasta, adică. sunt materiale. Oamenii descoperă în mod constant din ce în ce mai multe proprietăți noi ale corpurilor naturale, producând multe lucruri care nu există în natură, prin urmare, materia este inepuizabilă.

Materia este necreată și indestructibilă, există pentru totdeauna și este infinit diversă în forma manifestărilor sale. Lumea materială este una. Toate părțile sale - de la obiecte neînsuflețite la ființe vii, de la corpurile cerești la om ca membru al societății - sunt legate într-un fel sau altul. Acestea. toate fenomenele din lume se datorează conexiunilor și interacțiunilor materiale naturale, relațiilor cauzale și legilor naturii. În acest sens, nu există nimic supranatural și materie opusă în lume. Psihicul și conștiința umană sunt, de asemenea, determinate de procesele materiale care au loc în creierul uman și sunt cea mai înaltă formă de reflectare a lumii exterioare.

Proprietățile materiei.

Consecvență – caracteristică realitatea materială. Sistemul este ceva care este conectat într-un anumit fel unul cu celălalt și este supus legii corespunzătoare. Tradus din greaca un sistem este un întreg format din părți, conexiune.

Sistemele pot fi existente în mod obiectiv și teoretice sau conceptuale, de ex. existând doar în mintea umană. Un sistem este un set ordonat intern sau extern de elemente interconectate și care interacționează. Ea surprinde predominanța organizației în lume față de schimbările haotice. Toate obiectele materiale ale universului au o organizare sistemică, ordonată intern. Ordinea presupune prezența unor relații regulate între elementele sistemului, care se manifestă sub forma unor legi de organizare structurală. Organizarea structurală, adică sistem, este un mod de existență a materiei.

Structural -aceasta este dezmembrarea internă a existenței materiale. Ordinea interioară există în toate sistemele naturale care apar ca urmare a interacțiunii corpurilor și a autodezvoltării naturale a materiei, ordinea externă este caracteristică sistemelor artificiale create de om: tehnice, industriale, conceptuale, informaționale etc. Originile ideii de natură structurală a universului aparțin filosofiei antice (atomistica lui Democrit, Epicur, Lucretius Cara).

Conceptul de structură a materiei acoperă corpurile macroscopice, toate sistemele cosmice. Din acest punct de vedere, conceptul de „structură” se manifestă prin faptul că există sub forma unei varietăți infinite de sisteme integrale, strâns legate între ele, în ordinea structurii fiecărui sistem. O astfel de structură este infinită în termeni cantitativi și calitativi. Manifestările infinitului structural al materiei sunt:

1) inepuizabilitatea obiectelor și proceselor microlumii.

2) infinitate de spațiu și timp.

3) infinitate de schimbări și dezvoltare a proceselor.

Doar o zonă finită a lumii materiale este accesibilă empiric unei persoane: pe o scară de la 10 -15 la 10 28 cm, iar în timp - până la 2 * 10 9 ani.

Niveluri structurale de organizare a materiei. În știința naturală modernă, această structurare a materiei a prins contur într-un concept fundamentat științific al organizării sistemice a lumii. Nivelurile structurale ale materiei se formează dintr-un anumit tip și se caracterizează printr-un tip special de interacțiune între elementele lor constitutive. Criteriile pentru distingerea diferitelor niveluri structurale sunt următoarele caracteristici:

1) scale spatio-timp;

2) un set al celor mai importante proprietăți și legi ale schimbării

3) gradul de complexitate relativă care a apărut în procesul de dezvoltare istorică a materiei într-o anumită zonă a lumii.

Împărțirea materiei în niveluri structurale este relativă. La scările spațio-temporale accesibile, structura materiei se manifestă în organizarea sa sistemică, existența sub forma unei multitudini de sisteme care interacționează ierarhic de la particule elementare până la Metagalaxie.

Fiecare dintre sferele realității obiective include o serie de niveluri structurale interdependente. În cadrul acestor niveluri, relaţiile de coordonare sunt dominante, iar între nivele, cele subordonate.

Ierarhia elementelor structurale ale materiei. Fizica modernă, treptat, pas cu pas, a deschis o lume complet nouă a obiectelor fizice - microcosmos sau lumea particulelor microscopice, care se caracterizează prin proprietăți predominant cuantice. Comportamentul și proprietățile corpurilor fizice, constând din microparticule și constituind macrolumea, sunt descrise de fizica clasică. La două obiecte complet diferite - microcosmosul și macrocosmosul, se poate adăuga mega lume - lumea stelelor, a galaxiilor și a universului, situat în afara pământului.

Materia este distribuită în întregul univers în mod neomogen. Elementele structurale ale materiei sunt combinate în sisteme integrale, interacțiunile în cadrul cărora sunt mai puternice și mai importante decât interacțiunile elementelor sistemului cu mediul său. La rândul lor, sistemele materiale interacționează între ele, intrând în relații de subordonare și formând o ierarhie a sistemelor naturale. Principalii pași în această ierarhie sunt microlume, macrolumeȘi megalume.

Realitatea obiectivă este formată din trei domenii principale: natura anorganică, fauna sălbatică, societatea. De exemplu, la clasificarea tipului anorganic, se disting particulele și câmpurile elementare, nucleele atomice, atomii, moleculele, corpurile macroscopice și formațiunile geologice.

Se pot distinge trei niveluri structurale:

1. megalume – lumea spațiului (planete, complexe de stele, galaxii, metagalaxii și scale nelimitate de până la 10 28 cm);

2. macrolume - lumea formelor și dimensiunilor stabile proporționale cu o persoană (precum și complexe cristaline de molecule, organisme, comunități de organisme, adică corpuri macroscopice 10 -6 - 10 7 cm);

3. microlume - lumea atomilor și a particulelor elementare, unde principiul „constă din” nu este aplicabil (aria este de aproximativ 10 -15 cm).

Atunci când evaluăm măreția scarii universului, se pune întotdeauna întrebarea filozofică clasică: universul este finit sau infinit? Conceptul de infinit este folosit în principal de matematicieni și filozofi. fizicienii experimentali care metode experimentaleși tehnologia de măsurare, obțineți întotdeauna valorile finale ale mărimilor măsurate. Marea semnificație a științei și, în special, a fizicii moderne constă în faptul că, până acum, multe caracteristici cantitative ale obiectelor au fost deja obținute nu numai în lumea macro și micro, ci și în lumea mega.

Scalele spațiale ale Universului nostru și dimensiunile principalelor formațiuni materiale, inclusiv micro-obiectele, pot fi reprezentate din următorul tabel, unde dimensiunile sunt date în metri (pentru simplitate, sunt date numai ordine de numere, adică numere aproximative în o singură comandă):

Din aceste date se poate observa că raportul dintre cea mai mare și cea mai mică dimensiune disponibilă pentru experimentul de astăzi este de 44 de ordine de mărime. Odată cu dezvoltarea științei, această atitudine a crescut constant și va continua să crească pe măsură ce se acumulează noi cunoștințe despre lumea materială din jurul nostru. Microlume este Universul, considerat la o scară atât de mică încât este incomensurabilă cu dimensiunea corpului uman. Comportarea obiectelor microscopice este determinată în principal de cuantică și termică fluctuatii (ruperea simetriei).

Macroworld - acesta este Universul, considerat la o scară mai mult sau mai puțin proporțională cu dimensiunea corpului uman (de la o celulă vie la un munte). Comportarea obiectelor macroscopice este bine descrisă de legile mecanicii clasice și ale electrodinamicii.

Megaworld - acesta este Universul, considerat la o scară atât de mare încât este incomensurabilă cu dimensiunea corpului uman. Interacțiunea gravitațională predomină în megalume. Pe scara sa, legile teoriei generale a relativității devin esențiale. Principalele elemente structurale ale materiei din megalume sunt galaxiiși colecțiile lor. Galaxiile sunt sisteme stelare imense formate din miliarde de stele. Fiecare stea aparține unei galaxii; Nu există stele în spațiul intergalactic.

La diferite niveluri structurale ale materiei, întâlnim manifestări deosebite ale relațiilor spațio-temporale, cu diferite tipuri de mișcare. Microlumea este descrisă de legile mecanicii cuantice. Legile mecanicii clasice operează în macrocosmos. Megaworld este asociată cu legile teoriei relativității și cosmologiei relativiste.

Sunt caracterizate diferite niveluri de materie tipuri diferite conexiuni:

1) pe o scară de 10 -13 cm - interacțiuni puternice, integritatea nucleului este asigurată de forțele nucleare.

2) integritatea atomilor, moleculelor, macrocorpilor este asigurata de forte electromagnetice.

3) la scară cosmică - prin forțe gravitaționale.

Pe măsură ce dimensiunea crește, energia de interacțiune scade. Cu cât dimensiunile sistemelor de materiale sunt mai mici, cu atât elementele lor sunt mai puternic interconectate.

În cadrul fiecărui nivel structural există relații subordonare (nivelul molecular include nivelul atomic, nu invers). Orice formă superioară ia naștere pe baza celei inferioare, o include într-o formă subtradusă. Aceasta înseamnă în esență că specificitatea formelor superioare poate fi cunoscută numai pe baza conținutului formei superioare de materie în raport cu aceasta. Legile noilor niveluri nu sunt reductibile la legile nivelurilor pe baza cărora au apărut și conduc la un anumit nivel de organizare. În plus, transferul proprietăților nivelurilor superioare de materie către cele inferioare este ilegal. Fiecare nivel al materiei are propriile sale specificități calitative. În cel mai înalt nivel al materiei, formele sale inferioare sunt prezentate nu într-o formă pură, ci într-o formă sintetizată (înlăturată).

Nivelurile structurale ale materiei interacționează între ele ca parte și întreg. Interacțiunea părții și a întregului constă în faptul că una o presupune pe cealaltă, ele sunt una și nu pot exista unul fără celălalt. Nu există întreg fără o parte și nu există părți fără un întreg. Partea își dobândește sensul numai prin întreg, la fel cum întregul este interacțiunea părților. În interacțiunea părții și a întregului, rolul decisiv îi revine întregului. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că piesele sunt lipsite de specificul lor. Rolul determinant al întregului presupune nu un rol pasiv, ci unul activ al părților, menit să asigure viața normală a universului în ansamblu. Subordonate sistemului general al întregului, părțile își păstrează relativa independență și autonomia. Pe de o parte, acţionează ca componente ale întregului, iar pe de altă parte, ele însele sunt un fel de structuri, sisteme integrale.

Organica ca tip de sistem material are, de asemenea, mai multe niveluri de organizare:

1) nivelul precelular include ADN, ARN, acizi nucleici, proteine;

2) celulare - organisme unicelulare existente în mod independent;

3) multicelular - organe și țesuturi, sisteme funcționale (nervos, circulator), organisme (plante și animale);

4) organismul ca întreg;

5) populații (biotop) - comunități de indivizi din aceeași specie care sunt conectate printr-un bazin genetic comun (se pot încrucișa și produce propria lor specie) o haită de lupi într-o pădure, o haită de pești într-un lac, un furnicar , un tufiș; biocenoza - un ansamblu de populatii de organisme in care deseurile unora devin conditiile de viata si existenta altora care locuiesc intr-o zona de uscat sau de apa. De exemplu, într-o pădure, populațiile de plante care trăiesc în ea, precum și animalele, ciupercile, lichenii și microorganismele interacționează între ele, formând un sistem integral;

6) biosferă - un sistem global de viață, acea parte a mediului geografic (partea inferioară a atmosferei, partea superioară a litosferei și hidrosferei), care este habitatul organismelor vii, oferind condițiile necesare supraviețuirii lor (temperatura, sol etc.) s-au format ca urmare a interacțiunilor biocenozelor.

Baza generală a vieții la nivel biologic este metabolismul organic (schimb de materie, energie, informații cu mediul), care se manifestă la oricare dintre subnivelurile distinse:

1) la nivelul organismelor, metabolismul înseamnă asimilare și disimilare prin transformări intracelulare;

2) la nivelul biocenozei, constă într-un lanț de transformări ale unei substanțe asimilate inițial de organele producătoare prin organisme consumatoare și organisme distrugătoare aparținând unor specii diferite;

3) la nivelul biosferei, există o circulație globală a materiei și energiei cu participarea directă a factorilor de scară cosmică.

În cadrul biosferei, începe să se dezvolte un tip special de sistem material, care se formează datorită capacității populațiilor speciale de ființe vii de a lucra - comunitatea umană.

Realitatea socială include subniveluri: individ, familie, grup, colectiv, grup social, clase, națiuni, stat, sistem de state, societate în ansamblu. Societatea există doar datorită activității oamenilor. Nivelul structural al realității sociale se află în relații liniare ambigue unul cu celălalt (de exemplu, nivelul națiunii și nivelul statului). Împătrunderea diferitelor niveluri ale structurii societății nu înseamnă absența ordinii și structurii în societate. În societate, se pot evidenția structuri fundamentale - principalele sfere ale vieții publice: material și producție, social, politic, spiritual etc., care au propriile legi și structuri. Toate într-un anumit sens sunt subordonate, structurate și determină unitatea genetică a societății în ansamblu. Astfel, oricare dintre zonele realității obiective este formată dintr-un număr de niveluri structurale specifice care sunt în ordine strictă într-o anumită zonă a realității. Trecerea de la o zonă la alta este asociată cu complicarea și creșterea setului de factori formați care asigură integritatea sistemelor, adică. evoluţia sistemelor materiale se desfăşoară în direcţia de la simplu la complex, de la inferior la superior.

Nivelurile structurale ale materiei.

Niveluri de organizare a cunoștințelor naturale. Cunoștințele noastre despre natură se acumulează și se dezvoltă nu întâmplător, ci într-o secvență strictă, determinată de ierarhia nivelurilor de organizare a materiei. Natura este în mod inerent una și împărțirea cunoștințelor despre ea în discipline naturale separate, de exemplu, chimia sau fizica, este adesea destul de arbitrară: ideile fizice se reflectă în explicarea proceselor chimice și studiul transformărilor chimice ale substanțelor unele în altele. îi determină pe fizicieni să descopere noi legi și fenomene fizice, cum ar fi descoperirea supraconductivității la temperatură înaltă sau descoperirea solitonii .

Acest lucru se datorează, în primul rând, existenței unui obiect comun de studiu pentru chimiști și fizicieni - substanțele. Dar există diferențe semnificative între aceste două științe: în primul rând, gama obiectelor de studiu ale fizicii este mai largă decât cea a chimiei - de la microcosmos până la scara Universului; în al doilea rând, legile fizicii sunt mai universale și aplicabile unei întregi game de fenomene naturale. Acest lucru este dovedit de dezvoltarea unui număr mare de științe conexe - chimie fizică, geofizică, biofizică, astrofizică etc. În aceste științe, oamenii de știință încearcă să explice chimice, biologice și toate celelalte fenomene și procese naturale în termeni de legi fizice de bază.

Descrie fenomenele și procesele naturii științe fenomenologice . Scopul unei astfel de cunoștințe este de a descrie fenomenele naturale la nivel macroscopic, adică. la un nivel accesibil simţurilor umane. Cu toate acestea, știința experimentală modernă, care utilizează o varietate de metode de cercetare și echipamente de ultimă generație: microscoape electronice, tomografie RMN, echipamente spectroscopice de înaltă rezoluție, inclusiv metode spectrale de raze X și alte metode moderne de cercetare, vă permite să aprofundați subiectul sub studiul – a coborî de la nivelul macro la microniveluri .

Există o anumită ierarhie a cunoștințelor, când fenomenele și procesele complexe sunt descrise din punctul de vedere al celor mai simple și mai familiare. Amintiți-vă încă o dată schema de conexiuni ale științelor fizice, chimice și biologice deja cunoscute de dvs.:

FIZICA ---> CHIMIE ----> BIOLOGIE

Dar această legătură nu este o schemă pur mecanică inventată de cineva, ea reflectă ierarhia organizării materiei care există cu adevărat în natură:

PARTICELE ELEMENTARE ---> ATOM --> MOLECULĂ ->

MACROMOLECULA --> COMPLEXE SUPRAMOLECULARE -->

ORGANELE CELULARE -----> CELULA VIE

În prezent, se obișnuiește să se împartă natura unică pentru comoditate în trei niveluri structurale – micro-, macro- și mega-lume. Semnele naturale, deși parțial subiective, ale diviziunii sunt dimensiunile și masele obiectelor studiate.

Microlume– lumea microsistemelor extrem de mici, neobservabile direct, cu o dimensiune caracteristică de 10–8 cm sau mai puțin (atomi, nuclee atomice, particule elementare).

Macroworld- lumea macrocorpurilor, variind de la macromolecule (dimensiuni de la 10 -6 cm și mai sus) la obiecte ale căror dimensiuni sunt comparabile cu scara experienței umane directe - milimetri, centimetri, kilometri, până la dimensiunea Pământului (lungimea de ecuatorul Pământului este de ~ 10 9 cm).

Megaworld- lumea obiectelor la scara cosmica de la 10 9 cm la 10 28 cm.Acest interval include dimensiunile Pamantului, Sistemului Solar, Galaxiei, Metagalaxiei.

Deși micro-, macro- și mega-lumea sunt strâns interconectate și formează un singur întreg, cu toate acestea, la fiecare dintre aceste niveluri structurale, funcționează propriile legi specifice: în micro-lume - legile fizicii cuantice, în macro -lume - legile științelor naturale clasice, în primul rând fizicii clasice: mecanică, termodinamică, electrodinamică. Legile megalumilor se bazează în primul rând pe teoria generală a relativității.

Microlume

Fizica atomică.Chiar și grecii antici Leucip și Democrit au prezentat o presupunere strălucitoare că materia constă din cele mai mici particule - atomi.

Bazele științifice ale teoriei atomice și moleculare au fost puse mult mai târziu în lucrările omului de știință rus. M.V. Lomonosov, chimiști francezi L. LavoisierȘi J. Proust, chimist englez J. Dalton, fizician italian DAR. Avogadro și alți cercetători.

Dreptul periodic D.I. Mendeleev a arătat existența unei relații regulate între toate elementele chimice. A devenit clar că baza tuturor atomilor este ceva în comun. Până la sfârșitul secolului al XIX-lea. Chimia a fost dominată de credința că atomul este cea mai mică particulă indivizibilă o substanță simplă. Se credea că în timpul tuturor transformărilor chimice, numai moleculele sunt distruse și create, în timp ce atomii rămân neschimbați și nu pot fi împărțiți în părți. Și în sfârșit, la sfârșitul secolului al XIX-lea. s-au făcut descoperiri care au arătat complexitatea structurii atomului și posibilitatea transformării unor atomi în alții.

Oamenii de știință germani au fost primii care au subliniat structura complexă a atomului G.R. KirchhoffȘi R.V. Bunsen, studiind spectrele de emisie și absorbție ale diferitelor substanțe. Structura complexă a atomului a fost confirmată și prin experimente privind studiul ionizării, descoperirea și studiul așa-numitelor raze catodice și fenomenele de radioactivitate.

G.R. Kirchhoff și R.V. Bunsen a descoperit că fiecărui element chimic îi corespunde un set caracteristic de linii spectrale inerente doar acestuia în spectrele de emisie și absorbție. Aceasta însemna că lumina este emisă și absorbită de atomi individuali, iar atomul, la rândul său, este sistem complex capabil să interacționeze cu un câmp electromagnetic.

Acest lucru a fost evidențiat și de fenomenul de ionizare a atomilor, descoperit în studiile de electroliză și descărcări gazoase. Acest fenomen ar putea fi explicat doar presupunând că atomul în procesul de ionizare își pierde unele dintre sarcinile sale sau dobândește altele noi.

Dovada structurii complexe a atomului au fost experimentele privind studiul razelor catodice care decurg dintr-o descărcare electrică în gaze foarte rarefiate. Pentru a observa aceste raze, se pompează cât mai mult aer dintr-un tub de sticlă în care sunt lipiți doi electrozi metalici și apoi trece un curent de înaltă tensiune prin acesta. În astfel de condiții, razele catodice „invizibile” se propagă de pe catodul tubului perpendicular pe suprafața acestuia, provocând o strălucire verde strălucitoare în locul în care cad. Razele catodice au capacitatea de a pune în mișcare cu ușurință corpuri mobile și de a se abate de la calea lor originală în câmpuri magnetice și electrice.

Studiul proprietăților razelor catodice a condus la concluzia că acestea constau din particule minuscule care poartă o sarcină negativă. Mai târziu a fost posibil să se determine masa și mărimea sarcinii lor. S-a dovedit că masa particulelor și mărimea sarcinii lor nu depind nici de natura gazului rămas în tub, nici de substanța din care sunt fabricați electrozii, nici de alte condiții ale experimentului. Mai mult, particulele catodice sunt cunoscute doar în stare încărcată și nu pot exista fără sarcina lor, nu pot fi transformate în particule neutre din punct de vedere electric: sarcina electrică este însăși esența naturii lor. Aceste particule sunt numite electroni.

În tuburile catodice, electronii sunt separați de catod sub influența unui câmp electric. Dar ele pot apărea și fără nicio legătură cu câmpul electric. Deci, de exemplu, în timpul emisiei de electroni, metalele emit electroni; în timpul efectului fotoelectric, multe substanțe emit și electroni. Eliberarea de electroni de către o mare varietate de substanțe a indicat că aceste particule fac parte din toți atomii fără excepție. Acest lucru a condus la concluzia că atomii sunt formațiuni complexe construite din componente mai mici.

În 1896, în timp ce studia luminiscența diferitelor substanțe, A.A. becquerel a descoperit accidental că sărurile de uraniu radiază fără iluminare prealabilă. Această radiație, care are o mare putere de penetrare și afectează o placă fotografică învelită în hârtie neagră, a fost numită radiatii radioactive. Mai târziu s-a constatat că constă din particule α încărcate pozitiv grele, particule β negative ușoare (electroni) și radiații γ neutre din punct de vedere electric.

Descoperirea electronului poate fi considerată începutul nașterii fizicii atomice, care a dus la încercări de a construi modele atomice. Deoarece electronul are o sarcină negativă, iar atomul în ansamblu este stabil și neutru din punct de vedere electric, era firesc să presupunem prezența particulelor încărcate pozitiv în atom.

Primele modele ale atomului bazate pe conceptele de mecanică clasică și electrodinamică au apărut în 1904: fizicianul japonez a devenit autorul uneia dintre ele. Hantaro Nagaoka, celălalt a aparținut fizicianului englez J. Thomson- autorul descoperirii electronului.

X. Nagaoka a prezentat structura atomului similară cu structura sistemului solar: rolul Soarelui este jucat de partea centrală încărcată pozitiv a atomului, în jurul căreia „planete” - electroni - se mișcă de-a lungul orbitelor stabilite în formă de inel. . La deplasări mici, electronii se excită undele electromagnetice.

În modelul atomic al lui J. Thomson, electricitatea pozitivă este „distribuită” pe o sferă în care sunt intercalate electroni. În cel mai simplu atom de hidrogen, electronul se află în centrul unei sfere încărcate pozitiv. În atomii multi-electroni, electronii sunt aranjați în configurații stabile calculate de J. Thomson. Thomson credea că fiecare configurație determină anumite Proprietăți chimice atomi. El a încercat să explice teoretic sistemul periodic de elemente al lui D. I. Mendeleev.

Dar s-a dovedit curând că noi fapte experimentale infirmă modelul lui Thomson și, dimpotrivă, mărturisesc în favoarea modelului planetar. Aceste fapte au fost stabilite E. Rutherfordîn 1912. În primul rând, trebuie remarcată descoperirea sa a nucleului atomic. Pentru a dezvălui structura atomului, Rutherford a sondat atomul cu ajutorul particulelor α, care apar din dezintegrarea radiului și a altor elemente radioactive. Masa lor este de aproximativ 8000 de ori mai mare decât masa electronului, iar sarcina pozitivă este egală ca modul cu dublul sarcinii electronului.

În experimentele lui Rutherford, un fascicul de particule α a căzut pe o folie subțire a materialului studiat (aur, cupru etc.). După ce au trecut prin folie, particulele α lovesc un ecran acoperit cu sulfură de zinc. Ciocnirea fiecărei particule cu ecranul a fost însoțită de scintilaţie(fulger de lumină) care ar putea fi observat. În absența foliei, pe ecran a apărut un cerc luminos, constând din scintilații cauzate de fasciculul de particule. Dar când o folie a fost plasată pe calea fasciculului, atunci, contrar așteptărilor, particulele α au experimentat o împrăștiere foarte mică pe atomii foliei și au fost distribuite pe ecran în interiorul unui cerc cu o zonă puțin mai mare.

De asemenea, s-a dovedit a fi complet neașteptat faptul că un număr mic de particule α (aproximativ una din douăzeci de mii) au deviat prin unghiuri mai mari de 90°, adică. aproape revenit. Rutherford și-a dat seama că o particulă α încărcată pozitiv ar putea fi aruncată înapoi numai dacă în atomii țintă sarcina pozitivă a atomului și masa acestuia sunt concentrate într-o regiune foarte mică a spațiului. Așa că Rutherford a venit cu ideea nucleul atomic- un corp de dimensiuni mici, în care se concentrează aproape toată masa și toată sarcina pozitivă a atomului.

Numărând numărul de particule α împrăștiate la unghiuri mari, Rutherford a reușit să estimeze dimensiunea nucleului. S-a dovedit că nucleul are un diametru de ordin

10–12–10–13 cm (pentru diferite nuclee). Dimensiunea atomului în sine este de aproximativ 10–8 cm, adică De 10 - 100 de mii de ori dimensiunea nucleului. Ulterior, a fost posibil să se determine cu exactitate sarcina nucleului. Dacă luăm sarcina unui electron ca unitate, atunci sarcina nucleului s-a dovedit a fi exact egală cu numărul unui element chimic dat din sistem periodic elementele D.I. Mendeleev.

Modelul planetar al atomului cu un nucleu atomic încărcat pozitiv a rezultat direct din experimentele lui Rutherford. Având în vedere că atomul în ansamblu trebuie să fie neutru din punct de vedere electric, a fost necesar să se concluzioneze că numărul de electroni intraatomici, precum și sarcina nucleului, este egal cu numărul ordinal al elementului din sistemul periodic. De asemenea, este evident că electronii din interiorul atomului nu pot fi în repaus, deoarece ar cădea asupra lui datorită atracției de către nucleul pozitiv. Prin urmare, ele trebuie să se miște în jurul nucleului ca planetele din jurul Soarelui. Acest caracter al mișcării electronilor este determinat de acțiunea forțelor electrice Coulomb din nucleu.

Într-un atom de hidrogen, doar un electron se rotește în jurul nucleului. Nucleul unui atom de hidrogen are o sarcină pozitivă, egală în valoare absolută cu sarcina unui electron, și o masă de aproximativ 1836 de ori mai mare decât masa unui electron. Acest nucleu a fost numit de Rutherford protonși a început să fie privită ca o particulă elementară.

Mărimea unui atom este determinată de raza orbitei electronilor săi. Modelul planetar destul de ilustrativ al atomului, așa cum sa menționat deja, este o consecință directă a rezultatelor experimentale ale lui Rutherford asupra împrăștierii particulelor α de către atomii materiei.

Cu toate acestea, curând a devenit clar că acest lucru model simplu contrazice legile electrodinamicii, din care rezultă că modelul Rutherford al atomului este un sistem instabil și pentru o lungă perioadă de timp un atom de acest design nu poate exista. Cert este că mișcarea electronilor pe orbite circulare are loc cu accelerație, iar o sarcină accelerată, conform legilor electrodinamicii lui Maxwell, trebuie să radieze unde electromagnetice (ω - o frecvență egală cu frecvența circulației sale în jurul nucleului). Radiația este însoțită de o pierdere de energie. Pierzând energie, electronii trebuie să se apropie de nucleu, la fel cum un satelit se apropie de Pământ când frânează în atmosfera superioară.

În realitate, însă, acest lucru nu se întâmplă. Atomii sunt stabili, pot exista la infinit fără a radia unde electromagnetice deloc.

Ieșirea din această situație a fost găsită de omul de știință danez N. Bor. El a făcut o concluzie radicală că legile mecanicii clasice și ale electrodinamicii nu sunt în general aplicabile în microcosmos și, în special, în atom. Cu toate acestea, pentru a păstra modelul planetar al atomului al lui Rutherford, el a formulat două postulate (postulatele lui Bohr) care contravin atât mecanicii clasice, cât și electrodinamicii clasice. Aceste postulate au pus bazele unor teorii fundamental noi ale microlumii - mecanica cuantică și electrodinamica cuantică (teoria cuantică câmp electromagnetic). Justificându-și postulatele, Bohr s-a bazat pe ideea existenței cuantelor de câmp electromagnetic, prezentată în 1900 de M. Planck și dezvoltată apoi de A. Einstein (pentru a explica efectul fotoelectric).

Postulatele lui Bohr sunt următoarele: un electron se poate mișca în jurul nucleului nu în orice orbită, ci numai în acelea care îndeplinesc anumite condiții care decurg din teoria cuantică. Aceste orbite se numesc durabil, sau cuantic, orbite. Când un electron se mișcă de-a lungul uneia dintre orbitele stabile posibile pentru el, nu radiază. Tranziția unui electron de pe o orbită îndepărtată pe o orbită mai apropiată este însoțită de o pierdere de energie.

Energia pierdută de un atom în timpul fiecărei tranziții este convertită într-un cuantum de energie radiantă. Frecvența luminii emise în acest caz este determinată de razele celor două orbite între care are loc tranziția electronului. Cu cât distanța de la orbita în care se află electronul este mai mare până la orbita către care trece, cu atât frecvența radiației este mai mare.

Cel mai simplu dintre atomi este atomul de hidrogen: un singur electron se rotește în jurul nucleului. Pe baza postulatelor de mai sus, Bohr a calculat razele orbitelor posibile pentru acest electron și a descoperit că acestea sunt legate ca pătrate. numere naturale: 1:2: : 3: ... : P. Valoare P a fost numit număr cuantic principal. Raza orbitei cea mai apropiată de nucleul atomului de hidrogen este de 0,53 angstromi. Frecvențele radiațiilor calculate din aceasta, care însoțesc tranzițiile unui electron de pe o orbită pe alta, s-au dovedit a fi exact aceleași cu frecvențele găsite experimental pentru liniile spectrului hidrogenului. Astfel, a fost demonstrată corectitudinea calculului orbitelor stabile (staționare) pentru atomul de hidrogen, împreună cu aplicabilitatea postulatelor lui Bohr pentru astfel de calcule.

Ulterior, teoria lui Bohr a fost extinsă la structura atomică a altor elemente. Cu toate acestea, extinderea teoriei la atomi și molecule cu mulți electroni a întâmpinat dificultăți. Cu cât teoreticienii au încercat să descrie mai mult mișcarea electronilor într-un atom multielectron, pentru a le determina orbitele, cu atât mai mari erau discrepanțe între rezultate și datele experimentale. În cursul dezvoltării teoriei cuantice, a devenit clar că aceste discrepanțe sunt de natură fundamentală și sunt asociate cu așa-numitele proprietăți de undă ale electronului.

Cert este că, în 1924, Louis de Broglie a extins binecunoscutul dualism de unde corpusculare al câmpului electromagnetic la particulele reale ale microlumii (atomi, electroni, protoni etc.). Amintiți-vă că, conform ideii sale, particulele care au masă, sarcină etc. au și proprietăți de undă. În acest caz, lungimea de undă de Broglie (λ) este legată de impulsul particulei R si egal cu

λ = h/p, Unde h este constanta lui Planck.

Ideea lui De Broglie a găsit o confirmare strălucitoare în experimentele lui K. Davisson și L. Germer (1927), în care a fost observat fenomenul de difracție a electronilor. – un exemplu clasic de fenomen ondulatoriu.

Dezvoltarea ideilor de val ale particulelor din microlume, E. Schrödinger a creat un model matematic de undă al atomului sub forma celebrei ecuații diferențiale de undă Schrödinger:

O analiză a ecuației de undă Schrödinger a arătat că aceasta poate fi utilizată pentru a determina toate energiile discrete posibile E pîn atom. În plus, s-a constatat că funcția de undă nu permite să determine cu absolut exactitate poziția electronilor în atomi, aceștia se răspândesc într-un fel de „nor”; astfel, nu putem vorbi decât despre probabilitatea de a găsi electroni într-un loc sau altul al atomului, care se caracterizează prin pătratul amplitudinii undei.

Luând în considerare legile mecanicii undelor cuantice, devine clar de ce s-a dovedit a fi imposibil de descris cu exactitate structura unui atom pe baza ideilor despre orbitele Bohr ale electronilor dintr-un atom. Astfel de orbite localizate precis în atomi pur și simplu nu există, iar acordul bun între calculul orbitelor electronilor din atomul de hidrogen, în conformitate cu teoria Bohr și datele experimentale, se datorează faptului că numai pentru atomul de hidrogen, orbitele electronilor Bohr au coincis bine cu curbele densității medii de sarcină calculate în conformitate cu teoria cuantică a lui Schrödinger. O astfel de coincidență nu se observă pentru atomii cu mulți electroni.

În prezent, bazată pe mecanica cuantică, precum și pe electrodinamica cuantică - teoria cuantică a câmpului electromagnetic, dezvoltată în 1927. P.A. Dirac, a reușit să explice multe caracteristici ale comportamentului sistemelor atomo-moleculare cu mulți electroni. În special, a fost posibil să se rezolve cea mai importantă întrebare despre structura atomilor diferitelor elemente și să se stabilească dependența proprietăților elementelor de structura învelișurilor de electroni ale atomilor lor. În prezent, au fost dezvoltate scheme ale structurii atomilor tuturor elementelor chimice, care fac posibilă explicarea multor proprietăți fizice și chimice ale elementelor.

Amintiți-vă că numărul de electroni care se rotesc în jurul nucleului unui atom corespunde numărului de serie al elementului din sistemul periodic al lui D.I. Mendeleev. Electronii sunt aranjați în straturi. Fiecare strat are un anumit număr de electroni care îl umple sau, parcă, îl saturează. Electronii aceluiași strat sunt caracterizați prin valori energetice apropiate, adică au aproximativ același nivel de energie. Întregul înveliș al unui atom se descompune în mai multe niveluri de energie ( n). Electronii fiecărui strat următor se află la un nivel de energie mai mare decât electronii stratului anterior. Numărul maxim de electroni ( N) care poate fi la un nivel de energie dat (n) este determinat de formula N = 2n 2 , i.e. la primul nivel (n=1) pot fi doi electroni, pe al doilea (n=2)- opt electroni, pe al treilea (n=3)- optsprezece.

Electronii stratului exterior, ca fiind cei mai îndepărtați de nucleu și, prin urmare, cei mai puțin legați de nucleu, se pot desprinde de atom și se pot alătura altor atomi, intrând în compoziția stratului exterior al acestuia din urmă. Atomii care au pierdut unul sau mai mulți electroni devin încărcați pozitiv, deoarece sarcina nucleului atomului depășește suma sarcinilor electronilor rămași. În schimb, atomii care au electroni atașați devin încărcați negativ. Particulele încărcate rezultate sunt numite ionii. Mulți ioni, la rândul lor, pot pierde sau câștiga electroni, transformându-se în atomi neutri din punct de vedere electric sau în ioni noi cu o sarcină diferită.

Rezumând luarea în considerare a principalelor rezultate ale abordărilor mecanice cuantice ale structurii și structurii atomilor, notăm următoarele: . Starea fiecărui electron dintr-un atom este caracterizată de patru numere cuantice - n, l, t, s:

1) n – lucrul principal numărul cuantic caracterizează energia unui electron pe orbita corespunzătoare ( n);

2)l – orbital numărul cuantic caracterizează forma orbitei (norul de electroni) și poate varia în atom de la 0 la n = 1;

3)T– magnetic numărul cuantic caracterizează orientarea orbitelor (norilor de electroni) în spațiu și poate lua valori de la +1 la -1;

4)s–a învârti numărul cuantic caracterizează rotația unui electron în jurul propriei axe și poate lua doar două valori: s= ±1/2.

Conform unuia dintre cele mai importante principii ale mecanicii cuantice, principiul Pauli, un atom nu poate avea electroni în care toate cele patru numere cuantice sunt la fel. În cadrul mecanicii cuantice, atât structura atomilor, cât și modificarea proprietăților elementelor chimice din sistemul periodic al D.I. Mendeleev.

Aplicarea mecanicii cuantice în câmpurile fizice s-a dovedit a fi, de asemenea, fructuoasă. A fost construită o teorie cuantică a câmpului electromagnetic - electrodinamica cuantică, care a dezvăluit o serie de legi fundamentale ale microlumii. Printre acestea se numără cele mai importante legi ale transformării reciproce a două tipuri de substanțe materiale - material și materie de câmp - una în alta.

Și-a luat locul în seria particulelor elementare foton- o particulă dintr-un câmp electromagnetic care nu are o masă în repaus. Sinteza mecanicii cuantice și relativitatea specială a condus la predicția existenței antiparticule. S-a dovedit că fiecare particulă ar trebui să aibă propriul „dublu” – o altă particulă cu aceeași masă, dar opusă electrică sau altă sarcină. Fizicianul englez P.A. Dirac – întemeietorul teoriei câmpului relativist la pant – a prezis existența pozitronului și posibilitatea conversiei unui foton într-o pereche electron-pozitron și invers. Pozitronul, antiparticula electronului, a fost descoperit experimental în 1934. K.D. Andersonîn raze cosmice.

Fizica nucleara.Conform conceptelor moderne, nucleele atomice ale elementelor constau din protoni si neutroni. Primele indicii că compoziția nucleelor ​​include și protoni (nucleele atomilor de hidrogen) au fost obținute de Rutherford în 1919 ca urmare a noii sale (după descoperirea structurii atomului) senzațională descoperire - scindarea nucleului atomic. sub acţiunea particulelor α şi producerea de noi elemente chimice în rezultatul primei reacţii nucleare artificiale.

Într-una dintre variantele experimentelor sale folosind o cameră cu nori umplută cu azot, în interiorul căreia se afla o sursă radioactivă de radiație, Rutherford a obținut fotografii cu urme de particule α, la capătul cărora se afla o ramificare caracteristică - o „furcă”. ". O parte a „furcii” a dat o pistă scurtă, iar cealaltă - una lungă. Traseul lung a avut aceleași caracteristici ca și urmele observate mai devreme de Rutherford în timpul bombardamentului atomilor de hidrogen cu particule α.

Astfel, pentru prima dată, a fost exprimată ideea că nucleele de hidrogen sunt parte integrantă a nucleelor ​​altor atomi. Ulterior, Rutherford a propus termenul de „proton” pentru această parte constitutivă a nucleului.

Schema de reacție Rutherford poate fi reprezentată astfel: particula α intră în nucleul atomic al azotului și este absorbită de acesta. Nucleul intermediar rezultat al izotopului de fluor este instabil: ejectează un proton din sine, transformându-se în nucleul izotopului de oxigen.

În 1932 D.D. Ivanenko a publicat o notă în care sugera că, alături de proton, neutronul este și un element structural al nucleului. În 1933, el a fundamentat modelul proton-neutron al nucleului și a formulat teza principală, care este că în nucleu există doar particule grele - protoni și neutroni. În acest caz, ambele particule se pot transforma una în alta. Mai departe protonȘi neutroni au început să fie considerate ca două stări ale unei particule - nucleon.

Și în același 1933 J. Chadwick a demonstrat experimental existenţa neutronilor în nucleele atomice. A iradiat o placă de beriliu cu particule α și a studiat reacția de transformare a beriliului (Be) în carbon (C) cu emisia unui neutron n).

Neutronii emiși de beriliu au fost trimiși într-o cameră cu nori umplută cu azot (N), iar când un neutron a lovit și un proton al unui atom de azot, s-au format un nucleu de bor (B) și particule α.

Neutronul în sine nu dă o urmă în camera de nori, dar din urmele nucleului de bor și ale particulei α, se poate calcula că această reacție este cauzată de o particulă neutră cu o masă de o unitate de masă atomică, de exemplu. neutroni. Rețineți că un neutron liber nu există pentru mult timp, este radioactiv, timpul său de înjumătățire este de aproximativ 8 minute, după care se transformă într-un proton, emițând o particulă β (electron) și un neutrin. După descoperirea neutronului, modelul proton-neutron al structurii nucleelor ​​atomice D.D. Ivanenko a devenit universal recunoscut.

Toate reacțiile nucleare sunt însoțite de emisia anumitor particule elementare. Produșii reacțiilor nucleare sunt radioactivi, se numesc izotopi radioactivi artificial. Fenomenul radioactivității artificiale a fost descoperit în 1934 de celebri fizicieni francezi FrederickȘi Irene Joliot-Curie.

Ca și substanțele radioactive în mod natural, izotopii radioactivi produși artificial emit radiații cunoscute α, β și γ. Dar, pe lângă radiațiile de mai sus, Frederic și Irene Joliot-Curie au descoperit un nou tip de radioactivitate - emisia de electroni-pozitroni pozitivi.

Pentru prima dată, acest lucru a fost stabilit folosind o cameră cu nori la bombardarea unor elemente ușoare (beriliu, bor, aluminiu) cu particule α, în urma cărora au fost creați artificial o serie de noi izotopi radioactivi care nu au fost observați anterior în natură. . Un exemplu de formare a unui izotop radioactiv de pozitroni este bombardarea aluminiului cu particule α. Și în acest caz, nucleul de aluminiu emite un neutron și se transformă în nucleul unui izotop radioactiv de fosfor, care, la rândul său, emite un pozitron. β + , se transformă într-un izotop stabil de siliciu.

La scară industrială, izotopii radioactivi artificiali se obțin de obicei prin iradierea (în principal neutroni) a elementelor chimice corespunzătoare din reactoarele nucleare.

După ce s-a stabilit că nucleele atomilor constau atât din protoni, cât și din neutroni, teoria nucleului atomic a fost dezvoltată în continuare în direcția studierii interacțiunilor particulelor din interiorul nucleului, precum și a structurii nucleelor ​​atomice ale diferitelor elemente. .

Mai jos sunt informații de bază despre proprietățile și structura nucleelor.

1. miez numită partea centrală a atomului, în care se concentrează aproape toată masa atomului și sarcina lui electrică pozitivă. Toate nucleele atomice sunt formate din protoni și neutroni, care sunt considerate a fi două stări de încărcare ale unei singure particule, nucleonul.

Proton are o sarcină electrică pozitivă egală în valoare absolută cu sarcina unui electron e\u003d 1,6 -19 C și masă de repaus t p ~ 1,6726 10 - 27 kg.

Neutroni nu are sarcină electrică, masa sa este puțin mai mare decât masa unui proton - t p= 1,6749 10 -27 kg.

Masa nucleelor ​​particulelor elementare este de obicei exprimată în unități de masă atomică (amu). Unitatea de masă atomică este 1/12 din masa izotopului de carbon: 1 a.m.u. = 1,66 10 -27 kg. Prin urmare, t r= 1,00728 amu și t p= 1,00866 amu

2. Sarcina nucleului se numeste cantitate Ze, Unde e este valoarea sarcinii protonilor; Z este numărul ordinal al unui element chimic din sistemul periodic al lui Mendeleev, egal cu numărul de protoni din nucleu.

În prezent, sunt cunoscute nucleele cu numere de serie Z = 1 până la Z = 114. Pentru nucleele ușoare, raportul dintre numărul de neutroni (N) la numărul de protoni (Z) aproape sau egal cu unu. Pentru nucleele elementelor chimice situate la capătul sistemului periodic, raportul N/Z = 1,6.

3. Numărul total de nucleoni din nucleu DAR= N+ Z numit numar de masa. Nucleonilor (protoni și neutroni) li se atribuie un număr de masă egal cu unu. nuclee cu aceleaşi Z, dar diferit DAR numit izotopi. Sâmburi, care, în același timp DAR au Z diferite sunt numite izobare. Nucleele elementelor chimice sunt de obicei notate prin simbol .X, A, Z unde X- simbolul unui element chimic; DAR- numar de masa; Z este numărul atomic.

În total, sunt cunoscuți aproximativ 300 de izotopi stabili ai elementelor chimice și peste 2000 de izotopi radioactivi naturali și obținuți artificial.

Toți izotopii unui element chimic au aceeași structură a învelișurilor de electroni. Prin urmare, toți izotopii unui element dat au aceleași proprietăți chimice. S-a stabilit acum că majoritatea elementelor chimice găsite în natură sunt un amestec de izotopi. Prin urmare, masele atomice ale elementelor indicate în tabelul periodic diferă adesea semnificativ de numerele întregi.

4. Mărimea nucleului este caracterizată de raza nucleului, care are un sens condiționat datorită estompării limitelor nucleului. Formula empirică pentru raza miezului R= R A, Unde R=(1,3/1,7)10 -15 m, poate fi interpretat ca proporționalitatea volumului nucleului cu numărul de nucleoni din acesta.

5. Particulele nucleare au propriile momente magnetice, care determină momentul magnetic al nucleului (R tt)în general. Unitatea de măsurare a momentelor magnetice ale nucleelor ​​este magneton nuclear μ eu = eh,/2m p, Unde e este valoarea absolută a sarcinii electronului; h este constanta lui Planck; t r este masa protonului. magneton nuclear μ otravă de 1836,5 ori mai puțin moment magnetic electron într-un atom, de unde rezultă că proprietățile magnetice ale atomilor sunt determinate de proprietățile magnetice ale electronilor săi.

6. Distribuția sarcinii electrice a protonilor peste nucleu este în general asimetrică. Măsura abaterii acestei distribuții simetrice sferic este Momentul electric patrupolar al nucleului Q. Dacă se presupune că densitatea miezului este aceeași peste tot, atunci Q determinat doar de forma nucleului.

Nucleonii care alcătuiesc nucleul sunt interconectați prin forțe speciale de atracție - forțe nucleare. Stabilitatea nucleelor ​​atomice ale majorității elementelor indică faptul că forțele nucleare sunt extrem de mari: ele trebuie să depășească forțele de respingere Coulomb semnificative care acționează între protoni aflați la distanțe de ordinul a 10–13 cm (de ordinul mărimii nucleului). ). Forțe nucleare - forțe de un tip special asociate cu existența în interiorul nucleului a unui tip special de materie - câmp nuclear.

În prezent, este acceptată teoria mezonică a forțelor nucleare, conform căreia nucleonii interacționează între ei prin schimbul de particule elementare speciale - π-mezoni - cuante ale câmpului nuclear.

Prezența particulelor de schimb în nucleu - mezoni - a fost pentru prima dată prezisă teoretic de un om de știință japonez Hidoki Yukavoyîn 1936, și apoi descoperit în raze cosmice în 1947.

Caracteristicile generale ale forțelor nucleare se rezumă la următoarele.

1. Forțele nucleare sunt forțe cu rază scurtă de acțiune. Apar doar la distanțe foarte mici între nucleonii nucleului de ordinul 10 - 15 m. Lungimea (1,5 ÷ 2,2) -10 - 15 m se numește gama de forţe nucleare.

2. Forțele nucleare prezintă independență de sarcină: atracția dintre doi nucleoni este aceeași indiferent de starea de încărcare a nucleonilor - proton sau nucleon. Independența de sarcină a forțelor nucleare poate fi văzută dintr-o comparație a energiilor din nucleele oglindă (așa-numitele nuclee în care numărul total de nucleoni este același, dar numărul de protoni dintr-unul este egal cu numărul de neutroni din celălalt).

3. Forțele nucleare au proprietatea de saturație, care se manifestă prin faptul că nucleonul din nucleu interacționează doar cu un număr limitat de nucleoni vecini cei mai apropiați de acesta. De aceea, există o dependență liniară a energiilor de legare ale nucleelor ​​de numărul lor de masă DAR. Saturația aproape completă a forțelor nucleare se realizează în particula α, care este o formațiune foarte stabilă.

Nucleonii sunt legați ferm în nucleu de forțele nucleare. Pentru a rupe această legătură, adică pentru separarea completă a nucleonilor, este necesar să se facă o cantitate semnificativă de muncă. Energia necesară pentru a separa nucleonii care alcătuiesc nucleul se numește energia de legare a nucleului. Valoarea energiei de legare poate fi determinată pe baza legii conservării energiei și a legii proporționalității masei și energiei în conformitate cu formula Einstein E \u003d ts 2.

Conform legii conservării energiei, energia nucleonilor legați în nucleu trebuie să fie mai mică decât energia nucleonilor separați cu valoarea energiei de legare ε 0 . Pe de altă parte, conform legii proporționalității masei și energiei, modificarea energiei sistemului ∆W trebuie să fie însoțită de o modificare proporțională a masei sistemului de ∆m, acestea. ∆W = ∆mc 2 , Unde din este viteza luminii în vid.

Întrucât în ​​acest caz ∆W este energia de legare a nucleului, atunci masa nucleului atomic trebuie să fie mai mică decât suma maselor nucleonilor care alcătuiesc nucleul cu valoarea ∆m, Care e numit defect de masă nucleară. Din relatie ∆W = ∆mc 2 este posibil să se calculeze energia de legare a unui nucleu dacă se cunoaște defectul de masă al acestui nucleu Δm.

Ca exemplu, să calculăm energia de legare a nucleului unui atom de heliu. Este format din doi protoni și doi neutroni. masa de protoni t r= 1,0073 amu, masa neutronilor - t p= 1,0087 amu Prin urmare, masa nucleonilor care formează un nucleu este egală cu 2t p + 2t p = 4,0320 amu Masa nucleului unui atom de heliu t i = 4,0016 amu Astfel, defectul de masă al nucleului atomic de heliu este egal cu ∆m= 4,0320 - 4,0016 = 0,03 amu, sau ∆m = 0,03 1,66 10~ 27 = 5 10~ 29 kg. Apoi energia de legare a nucleului de heliu

∆W = ∆mc 2\u003d 510-29 9-10 16 J \u003d 28 MeV.

Formula generală pentru calcularea energiei de legare a oricărui nucleu (în jouli) va fi:

ΔW \u003d c 2 (- t i),

unde Z este numărul atomic; DAR - numar de masa.

Energia de legare a unui nucleu pe nucleon se numește energie de legare specifică (ε ). Prin urmare, ε= ΔW/A(energia de legare specifică) caracterizează stabilitatea nucleelor ​​atomice. Cu cât s-ul este mai mare, cu atât miezul este mai stabil.

Pe fig. 1 arată rezultatele calculelor energiilor de legare specifice pentru diferiți atomi (în funcție de numerele de masă DAR).

Din graficul din Fig. 2.2 rezultă că energia specifică de legare este maximă (8,65 MeV) pentru nucleele cu numere de masă de ordinul a 100. Pentru nucleele grele și ușoare, este puțin mai mică (de exemplu, 7,5 MeV pentru uraniu și 7 MeV pentru heliu), pentru nucleul atomic de hidrogen energia specifică de legare este zero, ceea ce este destul de înțeles, deoarece nu există nimic de disociat în acest nucleu: este format dintr-un singur nucleon (proton).

a.u.m.

Orez. 1. Dependența energiilor specifice de legare de numerele de masă

Orice reacție nucleară este însoțită de eliberarea sau absorbția de energie. În fisiunea nucleelor ​​grele cu numere de masă DAR se eliberează aproximativ 100 (sau mai mult) energie nucleară.

Eliberarea energiei nucleare are loc și în timpul reacțiilor nucleare de tipul - atunci când mai multe nuclee ușoare sunt combinate (sinteză) într-un singur nucleu. Astfel, eliberarea energiei nucleare are loc atât în ​​reacțiile de fisiune ale nucleelor ​​grele, cât și în reacțiile de fuziune a nucleelor ​​ușoare. Cantitatea de energie nucleară Δ ε eliberat de fiecare nucleu reacţionat este egal cu diferenţa dintre energia de legare ε a produsului de reacţie şi energia de legare a materialului nuclear original.

Raport ∆E∆t>ħ/2înseamnă că conversia energiei cu acuratețe ∆E ar trebui să dureze un interval de timp egal cu cel puțin ∆t~ ħ/∆E. Această relație este responsabilă pentru lățimea naturală a liniilor spectrale ale atomilor și ionilor. Durata de viață a stării excitate a atomilor este de ordin t~10 -8 ÷10 -9 s. Prin urmare, incertitudinea energetică a unor astfel de stări este ∆E~ ħ/t, care corespunde lățimii naturale a liniilor spectrale. Dacă incertitudinea energetică ∆Е ~ ħ/∆t corespunde energiei unei particule ( mс 2 , hv), această particulă, care a apărut din „nimic”, poate fi într-o stare virtuală de timp ∆t fără a încălca legea conservării energiei. În teoria modernă a câmpului cuantic, interacțiunea particulelor și transformările lor reciproce sunt considerate ca nașterea sau absorbția fiecăruia. particulă reală particule virtuale. Orice particulă emite sau absoarbe continuu particule virtuale de diferite tipuri. Deci, de exemplu, interacțiunea electromagnetică este rezultatul schimbului fotoni virtuali, gravitațional - gravitonii. Câmpul forțelor nucleare este determinat virtual π–mezonii. Se creează interacțiunea slabă bozoni vectoriali(descoperit în 1983 la CERN, Elveția-Franța). Și purtătorul interacțiunii puternice este gluoni(din cuvântul englezesc care înseamnă „clei”). Relația de incertitudine limitează aplicabilitatea mecanicii clasice la micro-obiecte. A provocat numeroase discuții filozofice. Coordonatele particulei și impulsul acesteia, modificarea energiei și timpul în care a avut loc această schimbare se numesc cantități complementare reciproc. Obținerea de informații experimentale despre unele cantități fizice care descriu o microparticulă este inevitabil asociată cu pierderea de informații despre alte cantități care sunt suplimentare față de primele. Această afirmație, formulată pentru prima dată de fizicianul danez N. Bohr, se numește principiul complementaritatii. Bohr a explicat principiul complementarității prin influența unui instrument de măsură, care este întotdeauna un instrument macroscopic, asupra stării unui microobiect. Cu toate acestea, din punctul de vedere al teoriei cuantice moderne, stările în care cantitățile complementare reciproc ar avea simultan valori precis definite sunt fundamental imposibile. Principiul complementarității reflectă proprietățile obiective ale sistemelor cuantice care nu sunt legate de existența unui observator, iar rolul instrumentului de măsură este de a „pregăti” o anumită stare a sistemului. Orice teorie nouă care pretinde a fi o descriere mai profundă a realității fizice și o sferă mai largă decât cea veche trebuie să o includă pe cea anterioară ca caz limitativ. Deci mecanica relativistă (relativitatea specială) în limita vitezelor mici trece în newtoniană. În mecanica cuantică principiul conformității impune coincidența consecințelor sale fizice în cazul limitativ cu rezultatele teoriei clasice. Principiul corespondenţei relevă faptul că efecte cuantice sunt semnificative doar atunci când se consideră micro-obiecte, când valorile dimensiunii de acțiune sunt comparabile cu constanta lui Planck. Din punct de vedere formal, principiul corespondenței înseamnă că, în limită ħ → 0 descrierea mecanică cuantică a obiectelor fizice ar trebui să fie echivalentă cu cea clasică. Semnificația principiului corespondenței depășește mecanica cuantică– va deveni parte integrantă a oricărei noi scheme teoretice.În fizica modernă, termenul „particule elementare” este de obicei folosit nu în sensul său exact, ci mai puțin strict - pentru a numi un grup mare de particule cele mai mici de materie care nu sunt atomi sau nuclee atomice (protonul este o excepție). Cea mai importantă proprietate a tuturor particulelor elementare este capacitatea de a fi născut și distrus (emis și absorbit) atunci când interacționează cu alte particule. Acum numărul total de particule elementare cunoscute de știință (împreună cu antiparticule) se apropie de 400. Unele dintre ele sunt stabile și există în natură într-o stare liberă sau slab legată. Aceștia sunt electroni, protoni, neutroni, fotoni și diferite tipuri de neutrini.

Toate celelalte particule elementare sunt extrem de instabile și se formează în raze cosmice secundare sau se obțin în laborator.Metoda principală de generare a acestora este ciocnirea particulelor rapide stabile, timp în care o parte din energia cinetică inițială este transformată în energia de repaus a particulele formate (de obicei nu coincid cu cele care se ciocnesc).

Caracteristicile generale ale tuturor particulelor elementare sunt masa m, durata de viață t, a învârti J si sarcina electrica Q.

În funcție de durata de viață, particulele elementare sunt împărțite în stabile, cvasistabile și instabile (rezonanțe). Electronul (t > 5 10 21 ani), protonul (t > 5 10 31 ani), fotonul și neutrino sunt stabili în precizia măsurătorilor moderne. Particulele cvasi-stabile includ particule care se degradează din cauza interacțiunilor electromagnetice și slabe, durata lor de viață t > 5 10 -20 s. Un exemplu de particulă cvasi-stabilă este neutronul.

Se degradează din cauza interacțiunii slabe, durata medie de viață este de 15,3 minute: .

Rezonanțe sunt numite particule elementare care se degradează datorită interacțiunii puternice; duratele lor de viaţă caracteristice sunt t~ 10 -22 - 10 -24 s.

Sarcinile electrice ale particulelor elementare sunt multipli întregi ai e≈1,6-10 -19 C, numită sarcină electrică elementară (sarcină electronică). Particulele elementare cunoscute au Q= 0, ±1, ±2.

Spinul particulelor elementare este un multiplu întreg sau jumătate întreg al constantei lui Planck ħ.

Se numesc particule cu spin semiîntreg fermioni. Fermionii sunt leptoni (de exemplu, electroni și neutrini) și barioni, constând din quarcuri (de exemplu, protoni și neutroni). Sunt descrise sistemele Fermion Statistica cuantică Fermi-Dirac. Fermionii se supun principiului de excludere Pauli și într-o stare cuantică dată a unui sistem de fermioni nu poate, există mai mult de o particulă. Fermionii formează structuri materiale.

Se numesc particule cu spin întreg sau zero bozoni. Bosonii includ particule cu masă de repaus zero (fotoni, graviton), precum și mezonii, constând din quarci (de exemplu, mezoni π). Sunt descrise sisteme de astfel de particule Statistica Bose-Einstein. Bosonii nu se supun principiului de excludere Pauli și nu există nicio restricție asupra numărului de particule care pot fi într-o anumită stare cuantică. Ele formează un câmp de interacțiune (conform teoriei câmpurilor cuantice) între fermioni.

Deci, de exemplu, structurile materiale sunt formate din electroni și nucleoni (protoni și neutroni care formează nucleele atomilor), iar câmpul electromagnetic de interacțiune dintre ele este format din fotoni (mai precis, fotoni virtuali) (Fig. 2).

Fig.2.Clasificarea particulelor elementare

Mezonii și barionii sunt formați din quarci și, prin urmare, au un nume comun - hadronii. Toți hadronii cunoscuți constau fie dintr-o pereche quark-antiquarc (mezoni), fie trei quarci (barioni). Quarcii și antiquarcii sunt păstrați în interiorul hadronilor de câmpul de gluoni. Quarcii diferă în „aromă” și „culoare”. Fiecare quarc poate fi într-una din cele trei stări de culoare: „roșu”, „albastru” și „galben”. Cât despre „arome”, sunt cunoscute 5 și se presupune prezența celui de-al șaselea. Aromele de quarc sunt notate cu litere u, d, s, c, b, t, care se potrivesc cu cuvintele engleze sus, jos, ciudat, fermecat, beatȘi adevăr. Mai mult, fiecărui quarc îi corespunde antiquarcul său. Niciun quark nu a fost înregistrat vreodată în formă gratuită, în ciuda anilor de căutări. Quarcii pot fi observați doar în interiorul hadronilor.

Fizica particulelor elementare se bazează pe conceptul de interacțiuni fundamentale - gravitaționale, electromagnetice, puternice și slabe.

Interacțiunea electromagnetică se datorează schimbului de fotoni, care sunt mai bine studiati decât alți bosoni. Sursa fotonilor este o sarcină electrică. Interacțiunea gravitațională este asociată până acum cu particule ipotetice - gravitonii. Bosonii neutri (Z 0) și încărcați (W + ,W –) sunt purtători ai interacțiunii slabe dintre electroni, protoni, neutroni și neutrini. Purtătorii interacțiunii puternice sunt gluoni . Ei cam lipesc quarcii în hadroni. Sursele de gluoni sunt așa-numitele încărcături „de culoare”. Nu au nimic de-a face cu culorile obișnuite și sunt numite astfel pentru comoditatea descrierii. Fiecare dintre cele șase arome de quarci vine în trei varietăți de culori: galben, albastru sau roșu. (w, s, k respectiv). Antiquarcii poartă și antiîncărcături de culoare. Este important de subliniat faptul că trei încărcări și trei antiîncărcări sunt complet independente de aromele de quarc. Astfel, în prezent, numărul total de quarci și antiquarci (ținând cont de trei culori și șase arome a ajuns la 36. În plus, mai sunt nouă gluoni. Gluonii, ca și quarcurile, nu se observă în stare liberă.

Existența quarcilor și gluonilor duce la apariția unei noi stări a materiei, care se numește plasmă cuarc-gluon.

Aceasta este o plasmă formată nu din electroni și ioni, ca plasma obișnuită, ci din quarci și gluoni, care interacționează slab între ei sau nu interacționează deloc.

Una dintre principalele sarcini ale microfizicii, pe care A. Einstein a visat să o rezolve, este crearea unei teorii unificate a câmpului care să unească toate interacțiunile fundamentale cunoscute. Crearea unei astfel de teorii ar însemna o descoperire fundamentală în toate domeniile științei.

Până în prezent, a fost creată și recunoscută o teorie care combină două interacțiuni fundamentale - slabă și electromagnetică. Se numeste teoria unificată a interacțiunii slabe și electromagnetice (electroslab).și susține că există particule speciale - purtători de interacțiune între electroni, protoni, neutroni, neutrini. Aceste particule, numite bosoni W+, W–și Z°, au fost prezise teoretic în anii 70. secolul trecut și descoperit experimental în 1983.

Teoria interacțiunii puternice se numește cromodinamica cuantică. Această teorie, care descrie interacțiunea quarcilor și gluonilor, este modelată pe electrodinamica cuantică, care, la rândul său, descrie interacțiunile electromagnetice datorate schimbului de fotoni. Spre deosebire de fotonii neutri din punct de vedere electric, gluonii poartă sarcini „culoare”. Acest lucru duce la faptul că atunci când încercați să le separați în spațiu, energia de interacțiune crește. Drept urmare, gluonii și quarcii nu există în stare liberă: se „se blochează” în interiorul hadronilor.

Teoria modernă a particulelor elementare, constând din teoriile interacțiunii electroslabe și ale cromodinamicii cuantice, este de obicei numită model standard. Această teorie fenomenologică complexă, dar aproape completă, este principalul instrument teoretic cu care se rezolvă problemele microfizicii.

„Marea Unificare” este numele dat modelelor teoretice bazate pe conceptul naturii unificate a interacțiunilor puternice, slabe și electromagnetice. Este conceput pentru a uni toate particulele existente: fermioni, bosoni și particule scalare. În cadrul teoriei Grand Unified, multe fenomene foarte importante sunt bine explicate, în special, cum ar fi asimetria gluonilor observată a Universului, masa mică de repaus diferită de zero a neutrinului, cuantificarea sarcinii electrice și existența. de soluţii precum monopolurile magnetice Dirac. Conform celor mai recente date, durata medie de viață a protonilor este mai mare de 1,6 10 33 de ani. Dovada instabilității protonului ar fi o descoperire de importanță fundamentală. Cu toate acestea, această degradare nu a fost încă înregistrată. Oamenii de știință speră că dezvoltarea în continuare a modelelor „Marea Unificare” va duce la unificarea tuturor interacțiunilor, inclusiv gravitaționale (super unificare). Dar aceasta este o chestiune pentru viitor.

În microfizică, o anumită lungime fundamentală este cunoscută și joacă un rol important, numită lungimea Planck sau gravitațională - lg\u003d 1,6 -33 cm. Se crede că o lungime mai mică decât lungimea Planck nu există în natură. Împreună cu timpul Planck t g ~ 1.6 10 -43 s ele constituie cuante spațiu-timp, care sunt chemate să formeze baza viitoarei teorii cuantice a gravitației. Potrivit academicianului V.L. Ginzburg, sensul fizic al lungimii lg constă în faptul că la scară mai mică nu mai este posibilă utilizarea teoriei relativiste clasice a gravitației și, în special, teorie generală relativitatea (GR), a cărei construcție a fost finalizată de Einstein în 1915.

În prezent, cel mai mic „parametru de impact” realizat pe acceleratoarele moderne este dacă ~ 10–17 cm.Astfel, putem concluziona că până la distanțe dacă ~ 10 -17 cm și ori lf/c ~ 10–27 s, coordonatele spațiu-timp existente sunt valide. Sens dacă diferit de valoarea lg cu până la 16 ordine de mărime, astfel încât întrebarea lungimii fundamentale este încă relevantă pentru știință.

În prima jumătate a secolului XX, când obiectele de studiu ale microfizicii erau atomul și apoi nucleul atomic, pentru a înțelege comportamentul electronilor în atomi, a fost necesar să se facă o adevărată revoluție în știință - să se creeze cuantică. mecanica. Microfizica a ocupat atunci un loc cu totul special în știința naturii. Datorită succeselor ei, am putut înțelege structura materiei. Microfizica este fundamentul științei fizice moderne.

Macroworld

De la microcosmos la macrocosmos. Teoria structurii atomului a oferit chimiei cheia înțelegerii esenței reacțiilor chimice și a mecanismului de formare a compușilor chimici - un nivel molecular mai complex de organizare a materiei materiale în comparație cu forma atomică elementară.

Mecanica cuantică a făcut posibilă rezolvarea unei întrebări foarte importante despre aranjarea electronilor într-un atom și stabilirea dependenței proprietăților elementelor de structura învelișurilor de electroni. În prezent, s-au dezvoltat scheme ale structurii atomilor tuturor elementelor chimice. Când le-au construit, oamenii de știință au pornit de la considerații generale despre stabilitatea diferitelor combinații de electroni. Și este firesc ca legea periodică a D.I. Mendeleev.

La elaborarea schemelor pentru structura atomilor elementelor, s-au luat în considerare următoarele:

1) s-a presupus că numărul de electroni dintr-un atom este egal cu sarcina nucleului atomic, i.e. numărul ordinal al elementului din sistemul periodic;

2) întregul înveliș de electroni se rupe în mai multe straturi corespunzătoare anumitor niveluri de energie (n = 1, 2,3,4,...);

3) la fiecare nivel P nu mai poate fi N electroni, unde N \u003d 2p 2;

4) starea fiecărui electron dintr-un atom este determinată de un set de patru numere cuantice n, l, TȘi s.

Conform principiului Pauli, toți electronii dintr-un atom diferă unul de celălalt prin cel puțin un număr cuantic. Nu există doi electroni într-un atom, în care toate numerele cuantice sunt aceleași, în conformitate cu ipotezele indicate, se construiesc scheme simplificate ale structurii atomilor pentru primele trei perioade ale tabelului periodic.

În ciuda convenționalității și simplității acestor scheme, ele sunt totuși suficiente pentru a explica cele mai importante proprietăți ale elementelor și compușilor.

Deci, de exemplu, la primul nivel de energie ( n=1, l=0, t= 0) pot exista doar doi electroni care diferă în ceea ce privește numerele lor cuantice de spin (s= ±1/2). Alți electroni la n = 1 nu pot fi. Acest lucru corespunde faptului că, dacă există un electron la primul nivel, atunci acesta este un atom de hidrogen; dacă există doi electroni, atunci este un atom de heliu. Ambele elemente umplu primul rând al tabelului periodic.

Al doilea rând al tabelului periodic este ocupat de elemente ai căror electroni se află la al doilea nivel de energie ( P= 2). Pot exista opt electroni în al doilea nivel de energie. (N=2· 2 2).

Într-adevăr, la P= 2 pot avea loc următoarele stări ale electronilor: dacă l = 0 și T= 0, atunci pot exista doi electroni cu spini opuși; dacă l = 1, atunci T poate lua trei valori (T= –1; 0; +1) și fiecare valoare T corespunde de asemenea la doi electroni cu spini diferiți. Astfel, vor fi opt electroni în total.

Al doilea rând de elemente din tabelul periodic, în care un electron este adăugat secvențial la al doilea nivel de energie, este litiu, beriliu, bor, carbon, azot, oxigen, fluor, neon.

Cu numărul cuantic principal P= 3 l poate lua trei valori ( l=0; unu; 2), și fiecare l se potrivește cu mai multe valori T. la l= 0 T= 0; la l~ 1 T= –1; 0; +1; la l=2 t=–2; -unu; 0; I 1; +2 (Fig. 2.4).

Deoarece pot fi nouă valori în total T, si fiecare stat T corespunde la doi electroni cu valori diferite s=±1/2, dar numai la al treilea nivel energetic (n = 3) poate avea 18 electroni (n = 2· Z 2).

Al treilea rând din tabelul periodic corespunde umplerii secvenţiale a nivelului de energie exterior cu electroni în elemente de la sodiu la argon (sodiu, magneziu, aluminiu, siliciu, fosfor, sulf, clor, argon).

Nivelurile de energie și stările posibile ale electronilor dintr-un atom: posibilele orbite în care un electron dintr-un atom se mișcă în jurul nucleului pot fi descrise ca cercuri (A), fiecare dintre acestea se potrivește exact cu un număr întreg de lungimi de undă de lumină egală cu cea principală. număr cuantic P. Un analog bidimensional al unui atom poate fi descris prin două numere cuantice, în timp ce un atom real este caracterizat prin trei numere cuantice.

Următoarele rânduri ale sistemului periodic corespund regulilor mai complexe de umplere a nivelurilor exterioare ale atomilor cu electroni, deoarece odată cu creșterea numărului total de electroni, în atomi încep să apară interacțiuni colective între diferite grupuri de electroni situate la diferite niveluri de energie. . Acest lucru duce la necesitatea de a lua în considerare o serie de efecte mai subtile.

Elucidarea structurii învelișurilor de electroni ale atomilor a avut un impact asupra însăși structura sistemului periodic, modificând oarecum împărțirea elementelor în perioade care existau până atunci. În tabelele vechi, fiecare perioadă începea cu un gaz inert, hidrogenul rămânând în afara perioadelor. Dar acum a devenit clar că noua perioadă trebuie să înceapă cu elementul în atomul căruia apare pentru prima dată un nou strat de electroni sub forma unui electron de valență (hidrogen și metale alcaline) și să se termine cu elementul în atomul căruia acest strat are opt electroni, formând o structură electronică foarte puternică caracteristică gazelor inerte.

Teoria structurii atomilor a rezolvat, de asemenea, problema poziției în sistemul periodic a elementelor pământurilor rare, care, datorită similitudinii lor mari între ele, nu puteau fi distribuite în grupuri diferite. Atomii acestor elemente diferă unul de celălalt în structura unuia dintre straturile de electroni interioare, în timp ce numărul de electroni din stratul exterior, de care depind în principal proprietățile chimice ale elementului, este același pentru ei. Din acest motiv, toate elementele pământurilor rare (lantanide) sunt acum plasate în afara tabelului general.

Cu toate acestea, principala semnificație a teoriei structurii atomilor a fost de a dezvălui semnificația fizică a legii periodice, care, dar pe vremea lui Mendeleev, era încă neclară. Este suficient să te uiți la tabelul aranjamentului electronilor în atomii elementelor chimice pentru a te asigura că odată cu creșterea sarcinilor nuclee atomice aceleași combinații de electroni se repetă în mod constant în stratul exterior al atomului. Astfel, o modificare periodică a proprietăților elementelor chimice are loc datorită unei reveniri periodice la aceleași configurații electronice.

Să încercăm să stabilim mai precis dependența de structura învelișurilor de electroni a proprietăților chimice ale atomilor.

Luați în considerare mai întâi schimbarea proprietăților în perioade. În fiecare perioadă (cu excepția primei), proprietățile metalice, cele mai pronunțate în primul membru al perioadei, slăbesc treptat și lasă loc proprietăților metaloide în tranziția către membrii ulterioare: la începutul perioadei există un metal tipic, la sfârșit - un metaloid tipic (nemetal) și în spate - gaz inert.

Schimbarea regulată a proprietăților elementelor în perioade poate fi explicată după cum urmează. Cea mai caracteristică proprietate a metalelor din punct de vedere chimic este capacitatea atomilor lor de a renunța cu ușurință la electroni externi și de a se transforma în ioni încărcați pozitiv, în timp ce metaloizii, dimpotrivă, se caracterizează prin capacitatea de a atașa electroni pentru a forma ioni negativi. .

Pentru a desprinde un electron dintr-un atom cu transformarea acestuia din urmă într-un ion pozitiv, trebuie să cheltuiți ceva energie, care se numește potenţial de ionizare.

Potențialul de ionizare are cea mai mică valoare pentru elementele care încep o perioadă, adică. pentru hidrogen și metale alcaline, iar cel mai mare - pentru elementele care se încheie perioada, adică. pentru gaze inerte. Valoarea sa poate servi ca măsură a „metalicității” mai mare sau mai mică a unui element: cu cât potențialul de ionizare este mai mic, cu atât este mai ușor să se desprindă un electron dintr-un atom, cu atât mai puternice proprietățile metalice ale elementului trebuie exprimate.

Valoarea potențialului de ionizare depinde de trei motive: de valoarea sarcinii nucleului, de raza atomului și de un tip special de interacțiune între electroni în câmpul electric al nucleului, cauzată de proprietățile lor undei. Evident, cu cât sarcina nucleului este mai mare și cu cât raza atomului este mai mică, cu atât electronul este mai puternic atras de nucleu, cu atât potențialul de ionizare este mai mare.

Pentru elemente din aceeași perioadă, la mutarea din metal alcalin la un gaz inert, sarcina nucleului crește treptat, iar raza atomului scade. Consecința acestui lucru este o creștere treptată a potențialului de ionizare și o slăbire proprietăți metalice. Gazele inerte, deși razele atomilor lor sunt mai mari decât razele atomilor de halogen în aceeași perioadă, au potențiale de ionizare mai mari decât cele ale halogenilor. În acest caz, efectul celui de-al treilea dintre factorii de mai sus, interacțiunea dintre electroni, este puternic afectat, drept urmare învelișul electron exterior al unui atom de gaz inert are o stabilitate energetică specială și îndepărtarea unui electron din necesită o cheltuială mult mai mare de energie.

Atașarea unui electron la un atom metaloid, care își transformă învelișul de electroni într-o înveliș stabilă a unui atom de gaz inert, este însoțită de eliberarea de energie. Valoarea acestei energii, atunci când este calculată pentru 1 gram-atom al unui element, servește ca măsură a așa-numitului afinitate electronică. Cu cât este mai mare afinitatea pentru un electron, cu atât este mai ușor pentru un atom să atașeze un electron. Afinitatea atomilor de metal pentru un electron este zero, - atomii de metal nu sunt capabili să atașeze electroni. Pentru atomii de metaloizi, afinitatea pentru un electron este cu atât mai mare, cu cât metaloidul este mai aproape de un gaz inert în sistemul periodic. Prin urmare, într-o perioadă, proprietățile metaloidului cresc pe măsură ce se apropie sfârșitul perioadei.

ÎN Viata de zi cu zi nu trebuie să avem de-a face cu atomi. Lumea din jurul nostru este construită din obiecte formate dintr-un număr gigantic de atomi sub formă de solide, lichide și gaze. Prin urmare, următorul nostru pas ar trebui să fie să studiem modul în care atomii interacționează între ei, formând molecule și apoi materie macroscopică. Chiar și individualitatea umană (și, în general, comportamentul tuturor organismelor vii) este rezultatul diferențelor în structurile moleculelor gigantice care poartă informații genetice.

Moleculele sunt formate din atomi identici sau diferiți legați între ele prin legături chimice interatomice. Stabilitatea moleculelor indică faptul că legăturile chimice se datorează forțelor de interacțiune care leagă atomii într-o moleculă.

Forțele interacțiunii interatomice apar între electronii exteriori ai atomilor. Potențialele de ionizare ale acestor electroni sunt mult mai mici decât cele ale electronilor aflați la niveluri de energie internă.

Găsirea unor formule specifice ale compușilor chimici este mult simplificată dacă utilizați conceptul de valență a elementelor, adică. proprietatea atomilor săi de a se atașa de sine sau de a înlocui un anumit număr de atomi ai altui element.

Conceptul de valență se extinde nu numai la atomi individuali, dar și pe grupuri întregi de atomi care alcătuiesc compușii chimici și participă în totalitate la reacții chimice. Astfel de grupuri de atomi sunt numite radicali.

Bazele fizice ale legăturilor chimice în moleculele de substanță. Cu toate acestea, natura forțelor care determină legătura dintre atomi din molecule a rămas necunoscută mult timp. Abia odată cu dezvoltarea teoriei structurii atomului au apărut teorii care explicau motivul valenței diferite a elementelor și mecanismul de formare a compușilor chimici pe baza reprezentărilor electronice. Toate aceste teorii se bazează pe existența unei legături între fenomenele chimice și cele electrice.

Să ne oprim, în primul rând, asupra relației substanțelor cu curentul electric.

Unele substanțe sunt conductoare de curent electric, atât în ​​stare solidă, cât și în stare lichidă: cum ar fi, de exemplu, toate metalele. Alte substanțe în stare solidă nu conduc curentul, dar sunt conductoare electric atunci când sunt topite. Acestea includ marea majoritate a sărurilor, precum și mulți oxizi și hidrați de oxizi. În cele din urmă, al treilea grup este format din substanțe care nu conduc curentul nici în stare solidă, nici în stare lichidă. Aceasta include aproape toți metaloizii.

Experiența a stabilit că conductivitatea electrică a metalelor se datorează mișcării electronilor, iar conductivitatea electrică a sărurilor topite și a compușilor similari se datorează mișcării ionilor cu sarcini opuse. De exemplu, atunci când un curent trece prin sare topită, ionii de sodiu Na + încărcați pozitiv se deplasează spre catod, iar ionii de clorură încărcați negativ Cl - se deplasează spre anod. Evident, în săruri, ionii există deja în materia solidă, topirea nu va face decât să creeze condiții pentru libera lor circulație. Prin urmare, acești compuși sunt numiți compuși ionici. Substanțele care practic nu conduc curentul nu conțin ioni: sunt construite din molecule sau atomi neutri din punct de vedere electric. Astfel, raportul diferit dintre substanțe și curentul electric este o consecință a stării electrice diferite a particulelor care formează aceste substanțe.

Tipurile de substanțe de mai sus corespund două tipuri diferite de legături chimice:

a) legătură ionică, denumită altfel electrovalentă (între ionii încărcați opus din compușii ionici);

b) legătură atomică sau covalentă (între atomii neutri din punct de vedere electric din moleculele tuturor celorlalte substanțe).

Legătură ionică Acest tip de legătură există între ionii încărcați opus și se formează ca urmare a unei simple atracții electrostatice a ionilor unul față de celălalt.

Ionii pozitivi se formează prin separarea electronilor din atomi, negativi - prin atașarea electronilor la atomi.

Deci, de exemplu, un ion Na + pozitiv se formează atunci când un electron este separat de un atom de sodiu. Deoarece există un singur electron în stratul exterior al atomului de sodiu, este firesc să presupunem că acest electron, ca fiind cel mai îndepărtat de nucleu, este separat de atomul de sodiu atunci când este transformat într-un ion. În mod similar, ionii de magneziu Mg 2+ și aluminiu A1 3+ sunt obținuți ca urmare a eliminării a doi și trei electroni exteriori din atomii de magneziu și, respectiv, de aluminiu.

Dimpotrivă, ionii negativi de sulf și clor se formează prin atașarea electronilor la acești atomi. Întrucât straturile interne de electroni din atomii de clor și sulf sunt umplute, electronii suplimentari din ionii S 2 și Cl - ar fi trebuit, evident, să se plaseze în stratul exterior.

Comparând compoziția și structura învelișurilor de electroni ale ionilor Na +, Mg 2+, A1 3+, vedem că aceștia sunt aceleași pentru toți acești ioni - la fel ca și pentru atomii gazului inert de neon (Ne).

În același timp, ionii S 2 și Cl - , formate ca urmare a adăugării de electroni la atomii de sulf și clor, au aceleași învelișuri de electroni ca și atomii de argon (Ar).

Astfel, în cazurile luate în considerare în timpul transformării atomilor în ioni învelișuri de electroni ionii sunt asemănați cu învelișurile atomilor de gaze inerte, situate cel mai aproape de ei în sistemul periodic.

Teoria modernă a legăturii chimice explică

V. RECOMANDĂRI GENERALE PENTRU STUDENTI PRIVIND ORGANIZAREA MUNCII INDEPENDENTE

V. Caracteristici ale organizării controlului cunoștințelor pentru anumite tipuri de muncă educațională a elevilor