Химия (1 курс)

1. ХИМИЯ Васина Янина Александровна, к.х.н., доцент кафедры ВВЭХ ННГАСУ

2.

Естествознание – это совокупность
наук о природе, которые изучают мир
в его естественном состоянии.
Цель естествознания: познание
законов природы и поиск путей их
разумного
практического
использования.
Знание основной результат науки.

3.

По мере изучения природы мы выстраиваем модели
изучаемых объектов, изменяем их в соответствии с
расширением и уточнением наших знаний.
Природа, все явления в ней независимы от нашего
сознания.
Наше сознание представляет все знания о природе в
моделях.
Модель, как способ существования знаний,
сохраняет лишь некоторые свойства изучаемого
объекта.

4.

Идеи о Вселенной – как о едином целом
волновало
немалое
число
ученых.
Физические процессы, происходящие в
отдаленных друг от друга областях
Космоса, идентичны. Взаимодействия и
законы, их описывающие, оказываются
универсальными.
Законы материального мира обладают
единством на фундаментальном уровне.
Фундаментальное единство мира, постепенное
познание многообразия природы служило
первоначально истоком единой культуры.
«Культура»
(лат.)
–
«возделывание,
воспитание, образование, развитие».

5.

Мистика
(древний мир)
Мифология (античность)
Религия (средние века)
Идеология
Мировоззрение
Мораль
Философия
КУЛЬТУРА
Право
Наука (соврем. мир)
Искусство
Техника

6.

Материя – это объективная реальность,
данная
нам
в
ощущениях
и
существующая независимо от нашего
сознания.
Объектом и предметом изучения
естествознания являются различные
виды
материи
(механическая,
физическая,
химическая,
биологическая,
космологическая,
термодинамическая,
геофизическая,
кибернетическая и т.д.

7.

Основные виды материи
Вещество и Поле
Способ существования материи
Движение
Основные формы существования материи
Пространство и Время
Основные свойства материи
Объективность, всеобщность,
неуничтожимость, неисчерпаемость

8.

Наш мир–это мир систем.
Система – это совокупность взаимосвязанных
частей, выделенных из окружающей среды и
выступающих по отношению к ней как целое.
Системность – всеобщее свойство материи.
Системные принципы:
• иерархичности,
• целостности,
• структурности,
• взаимозависимости
• множественности моделей для отражения
свойств систем.

9.

Принцип иерархичности: система состоит из частей, но
сама является частью большей системы.
Принцип целостности: свойства целого не сводятся к сумме
свойств его частей и не выводятся из них.
Принцип структурности: свойства системы обусловлены
связанностью частей в определенную структуру.
Принцип взаимозависимости системы и среды: свойства
системы – это отношение системы и среды. Система
проявляет такие свойства и столько свойств, сколько
установлено новых отношений между системой и средой.
Принцип множественности: для отражения свойств
сложных систем требуется построение различных моделей,
каждая из которых сохраняет лишь некоторые характеристики
оригинала.

10.

Современная наука – это около 15 тыс. дисциплин.
Наука – способ познания мира
Основные формы познания:
ЧУВСТВЕННОЕ (ощущение, восприятие,
представление)
РАЦИОНАЛЬНОЕ (понятие, суждение,
умозаключение)
ИРРАЦИОНАЛЬНЫЕ ФОРМЫ
ПОЗНАНИЯ (интуиция).

11.

Научные методы исследования
1.Наблюдение, описание, измерение, сравнение,
эксперимент,
моделирование
(предметное,
физическое).
2.Формализация, аксиматизация, анализ, синтез,
индукция, дедукция, обобщение, аналогия,
математизация, абстрагирование.
Общенаучные методы
Гипотетико-дедуктивный
(формальновероятный),
логический,
исторический,
статистический.

12.

Науки
Фундаментальные
Естественные
О природе:
Физика, Химия,
Биология,
Астрономия,
Механика
Геология
Прикладные
Теоретические и практические
Гуманитарные
Математические
Об обществе:
Философия, История
Религоведение
Литература
Экономика
Языкознание
Юриспруденция
Технические
Медицинские
С/Хозяйствен.
Космонавтика
О человеческом сознании: психология, логика.

13. История Естествознания

• I период -натурфилософия (с VI в. до н.э.)
• I этап: Ионийский. Учение о первоначалах
мира. Пифагоризм. Фалес, Анаксимен,
Анаксимандр, Пифагор.
• II этап: Афинский. Атомистика, учение
Аристотеля. Демокрит, Аристотель.
• Ш этап: Эллинстский. Развитие математики и
механики. Евклид, Архимед.
• IVэтап: Древнеримский. Атомистика,
астрономия.
• Тит Лукреций Кар, Клавдий Птолемей.

14.

• II период схоластика (до 2 половины ХV в.)
• 1.Ненаучные знания: астрология, алхимия,
магия, каббалистика и т.п.
• 2.Схоластика: 1)главный вопрос – отношение к
вере. 2) основной тезис – вера выше разума. 3)
основной философский вопрос – отношение
общего к единичному. П. Абеляр, Ф.
Аквинский, Д. Скот, У. Оккам, Н. Орем
• 3.Научные знания: астрономия, математика,
медицина. Абу Наср аль-Батани, Ибн Юнас,
Ибн Сина (Авиценна), Ибн Рушд (Аверроэс),
И. Неморарий, Т. Брадвардин.

15.

• III период – механистическое
представление (2 половина XV- XVIII в.)
• I этап: создание гелиоцентрической системы
мира и учения о множественности миров.
• Н. Коперник (гелиоцентрическая картина
мира),
• Д. Бруно (создал учение о множественности
миров; отрицал наличие центра Вселенной;
отстаивал тезис о бесконечности Вселенной).

16.

• II этап: создание классической механики,
экспериментального
естествознания
и
механической картины мира.
• Галилео
Галилей
(заложил
основы
механистического естествознания; доказал
справедливость гелиоцентрической системы);
Иоганн Кеплер (установил 3 закона движения
планет относительно Солнца);
• Исаак
Ньютон
(создал
классическую
механику: 3 закона движения, закон
всемирного тяготения; завершил построение
механистической картины мира).

17.

• ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ XIX – XXI ВВ.
• IV период (XIX в.): эволюционные идеи в
естествознании.
• Космогоническая гипотеза Канта – Лапласа.
Теория катастроф (Ж. Кювье).
• Теория геологического эволюционизма (Ч.
Лайель).
• Теория эволюции органического мира (Ж.
Ламарк, Ч. Дарвин).
• Клеточная теория (М. Шлейден, Т. Шванн).
Закон сохранения и превращения энергии (Ю.
Майер, Г. Гельмгольц).
• Периодическая
система
элементов
(Д.
Менделеев).

18.

• V период (конец XIX – XX в.): крушение
механистического естествознания.
Классическая электродинамика (М. Фарадей,
Д. Максвелл, Г.Р. Герц).
• Радиоактивность (А.А. Беккерель, П. Кюри).
Открытие электрона (Д.Д. Томсон).
• Открытие атомного ядра (Э. Резерфорд).
Квантовая гипотеза (М. Планк).
• Квантовая теория атома (Н. Бор). Специальная
теория относительности (А. Эйнштейн)

19.

• VI период (ХХ-XXI в.): современное развитие
естествознания. Общая теория относительности (А.
Эйнштейн).
• Модель расширяющейся Вселенной (А. Фридман).
• Квантовая механика (В. Гейзенберг, Э. Шредингер).
• Открытие расщепления ядра урана (О. Ган, Ф.
Штрасман).
• Создание кибернетики (Н. Винер).
• Создание модели строения молекула ДНК (Д. Уотсон,
Ф. Крик).
• Открытие структуры генетического кода (М.
Ниренберг, Х. Корана, Р. Холли ).
• Развитие нанотехнологий.

20.

Вещество – основной вид материи, масса
покоя которого не равна нулю.
Микромир: Вакуум Фундаментальные частицы
Ядра
Элементарные частицы Атомы
Молекулы
Макромир: Макротела (вещество) Индивид
(Клетки)
Сообщество
Вид
Популяция
Биосфера
Мегамир: Планета
Звезда
Галактики
Метагалактика
Вселенная

21.

Микромир: пространственные характеристики
исчисляются от 10-8 – 10-16 см. Время измеряется
от ~ до 10-24 сек.
Макромир: пространство измеряется в мм, см,
км. Время измеряется в сек., мин., часах, годах.
Мегамир:
пространство
измеряется
в
астрономических единицах, световых годах и
парсеках.
Парсек (ПС) = 3,26 световых лет = 3,09 ∙1016 м
Световой год = 0,31 ПС = 9,46 ∙1015м
Астрономическая единица = 1,5 ∙1011 м
Время измеряется в млн. и млрд. лет.

22.

Макросистемы – это твердые, жидкие,
газообразные
вещества,
состоящие
из
множества взаимосвязанных атомов, молекул
или ионов. Газ при высоких температурах
переходит в ионизированное состояние плазму.
Электромагнитные
взаимодействия
определяют
физико-химические
свойства
макросистем и их устойчивость. Твердые тела:
ковалентные (алмаз, кварц), ионные (хлорид
натрия), молекулярные (лед), металлические
(железо, золото, серебро, медь и т.д.).
Строение, свойства. Растворы. Газы.

23.

Энергия – это качественная и количественная
характеристика движения и взаимодействия.
Полная энергия системы включает в себя
кинетическую
энергию
движения
системы,
потенциальную
энергию,
обусловленную
положением системы во внешнем поле, и
внутреннюю энергию, обусловленную движением и
взаимодействием
микрочастиц,
составляющих
систему. Открытые, закрытые и изолированные
системы; законы термодинамики.

24.

Превращение вещества происходит на любом
уровне его организации. Вещества живой и неживой
природы проявляют фундаментальные свойства,
заложенные в микро- и макросистемах:
1.обмениваться энергией
2.обмениваться веществом
3.изменять геометрическую конфигурацию
4.превращаться, т.е. переходить в качественно и
количественно новое состояние в пространстве и во
времени.

25.

Ядерные называют реакции взаимодействия между собой и
элементарными частицами. Термоядерные – реакции синтеза
из легких более тяжелых ядер . Пример – реакции на Солнце.
В термоядерном синтезе энергии выделяется примерно в 5 раз
больше, чем в реакции деления тяжелых ядер.
Взаимодействие определяется уравнением Эйнштейна.
Химические реакции – это процессы разрыва и образования
связей, сопровождающееся изменением структуры и состава
атомов и молекул.
Метаболизм–это
совокупность
химических
реакций,
протекающих в живых клетках и обеспечивающих организм
веществами и энергией для его жизнедеятельности, роста и
размножения.
Метаболизм включает два типа химических превращений
вещества катаболизм и анаболизм.

26.

Физическое Поле – основной вид материи, масса покоя
которого равна нулю.
Различают 4 вида полей.
1.Гравитационное (кванты – гравитоны).
2.Электромагнитное (кванты –фотоны).
3.Электронно-позитронное, слабое (кванты – электроны,
позитроны).
4.Ядерное, сильное (кванты – мезоны).

27.

СТРОЕНИЕ АТОМА
Атом – устойчивая динамическая система, состоящая из
положительно заряженного ядра и определенного числа
электронов, находящихся в непрерывном движении в поле
ядра.
Внутриатомные взаимодействия – это взаимодействия между
электронами и ядром одного и того же атома, обеспечивающие
атому устойчивое состояние. Электроны в атоме притягиваются
к ядру и отталкиваются друг от друга. Они имеют
двойственную природу, проявляя свойства волны и частицы
одновременно (дуализм – «волна – частица»).
Энергия орбиталей возрастает в ряду:
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 5d » 4f < 6p < 7s

28.

29.

30.

31.

В 1869 г Д. И. Менделеев сформулировал закон, объединяющий всё многообразие
химических элементов в стройную систему, в основу которой были положены
атомные массы элементов и химическое сходство.
Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов
находятся в периодической зависимости от атомных весов элементов.

32.

33.

СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ И ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
Молекула - устойчивая динамическая система, состоящая из двух
или большего числа ядер, в поле которых движутся электроны.
В отличие от атома в молекуле существует три типа
взаимодействий: ядро-электрон, электрон-электрон, ядро-ядро.
Качественно новым свойством становится согласованное
движение электронов в поле двух или более ядер в многоатомной
системе.
Радиус действия внутримолекулярных сил не превышает
0,1 – 0,3 нм.
Химическая связь – результат действия всех сил, удерживающих
атомы в молекуле: сил притяжения ядра одного атома – электронов
другого атома и сил отталкивания между электронами и ядрами
различных атомов.

34.

Метод Валентных Связей (ВС) – это способ описания
ковалентной связи и построения моделей молекул. Метод ВС
имеет следующие положения:
•1. Ковалентная химическая связь образуется двумя электронами
с противоположно направленными спинами, причем эта
электронная пара принадлежит двум атомам.
•2. Ковалентная связь тем прочнее, чем в большей степени
перекрываются взаимодействующие электронные облака.
•3. Химическая связь образуется в том направлении, где
возможность перекрывания наибольшая. Ковалентная связь
двухэлектронная, двухцентровая (двухядерная), локализованная
между двумя атомами.

35.

36.

Электроотрицательность атома (ЭО) по Полингу – это полусумма энергии
ионизации и энергии сродства к электрону атома. ЭО является качественной
характеристикой полярности связи.
Правило Полинга: если разность ЭО атомов меньше 0,4 связь можно считать
ковалентной неполярной; если в пределах 0,4 – 1,7 образуется ковалентная
полярная связь; если более 1,7, то связь ионная. ЭО атомов находятся в
таблице Полинга.

37.

38.

39.

МАКРОСИСТЕМЫ
а)
в)
б)
г)
Термодинамические
системы
по
фазовому
состоянию
делятся
на
гомогенные, физические и химические
свойства которых одинаковы во всех
точках системы и гетерогенные,
составленные из разных по своим
свойствам
частей,
разделенных
поверхностями раздела.
Такие свойства, как температура Т,
давление Р, объем V и концентрация С
называют
термодинамическими
свойствами или параметрами.
К термодинамическим свойствам относят также внутреннюю энергию U,
энтальпию Н, теплоту Q, работу А и ряд других свойств. Термодинамические
свойства делятся на интенсивные – свойства, которые не зависят от массы
системы (температура, плотность и др.) и экстенсивные – свойства,
зависящие от массы системы (энергия, объем, энтропия и др.).

40.

41.

42.

Необратимость - самопроизвольно протекают процессы в
сторону рассеивания энергии. Критерий самопроизвольного
процесса устанавливается 2 законом термодинамики. Для
характеристики
степени
беспорядка
используется
термодинамическая функция состояния системы – энтропия S.
∆ S = ∆ Q/ Т
Критерием самопроизвольного процесса, протекающего в
неизолированной системе, является убыль функции Гиббса
( G 0). Функция Гиббса – это термодинамическая функция
состояния системы, связана с энтальпией и энтропией
соотношением:
G = Н – T S
Если G 0, реакция термодинамически разрешена.
Если G 0, реакция термодинамически неразрешена.
Если G = 0, то система находится
термодинамического равновесия.
в
состоянии

43.

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

44.

45.

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА

46.

47.

ВЕЩЕСТВА