Контрольная работа по "Концепциям современного естествознания"

     Гипотеза Авогадро

В 1808 г. французский  ученый Ж. Л. Гей-Люссак (1778-1850) на основе изучения химических реакций газов открыл еще один фундаментальный закон химии - закон простых объемных отношений.

Гей-Люссак изучал реакции между различными газами, но всегда отношения между  объемами реагирующих газов и объемами полученных газообразных продуктов реакции выражались простыми целыми числами. Например,  / л хлора соединяется с 1л водорода, образуя 2 л хлорводорода;  2 л водорода соединяются с 1л кислорода, образуя 2 л водяного пара; при электролитическом разложении воды образуются один объем кислорода и два объема водорода и т.д.

Обобщением этих результатов и  явился закон простых объемных отношений, согласно которому объемы вступающих в реакцию газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) относятся друг к другу как простые целые числа.

Открытие закона простых объемных отношений вызвало споры среди  ученых, т.к. многие из них приняли  атомистическую гипотезу Дальтона и считали, что в равных объемах различных газов содержится одинаковое число атомов, что никак не могло объяснить новый закон. Подлинный смысл закона объемных отношений выяснился после открытия великого итальянского химика А. Авогадро (1776-1856), который в 1811 г. предположил, что в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. Эта гипотеза Авогадро, впоследствии названная законом, основывалась на молекулярных представлениях и означала, что все газы ведут себя в некотором смысле одинаково и что объем газа при заданных условиях не зависит от химической природы газа, а определяется только числом частиц. Измеряя объем, мы можем определить число частиц в газовой фазе. Большая заслуга Авогадро состоит в том, что он смог установить простую связь между наблюдаемой макроскопической величиной (объемом) и микроскопическими свойствами газообразных веществ (числом частиц).Закон Авогадро ввел в науку представление о молекулах как о мельчайших частицах вещества, причем, представление об атомах как о мельчайших частицах элемента сохранялось. Авогадро особенно подчеркивал, что молекулы простых веществ отнюдь не должны быть тождественны с атомами, а, напротив, они обычно состоят из нескольких атомов данного элемента.Закон Авогадро позволил сделать вывод о числе атомов в молекулах газов. Анализируя объемные отношения Гей-Люссака и используя свою гипотезу, Авогадро установил, что молекулы простых веществ (водорода, хлора, кислорода, азота) состоят из двух атомов. Это предположение объяснило закон простых объемных отношений Гей-Люссака. Например, при соединении водорода с хлором их молекулы распадаются на атомы, которые образуют молекулы хлорводорода. Но поскольку из одной молекулы водорода и одной молекулы хлора образуются две молекулы хлорводорода, то его объем должен быть равен сумме объемов исходных газов: H₂+Cl=2HCl Из закона Авогадро вытекает важное следствие: при одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает один и тот же объем, в частности, при нормальных условиях этот объем равен 22,4 л.

 

Задание 7. В чем заключается явления  катализа?

Ответ:

Одно из наиболее сильных средств влияния на скорость реакции - присутствие в реагирующей системе катализатора. Катализатором называется вещество, изменяющее скорость химической реакции, но остающееся неизменным после того, как химическая реакция заканчивается.

Катализ - явление, заключающееся в изменении скорости химической реакции под действием катализаторов. Согласно современным воззрениям, катализ обусловлен уменьшением энергии активации молекул (Еаl) при их контакте с катализатором (Ea2).

Действие катализаторов является избирательным. Применяя разные катализаторы, можно получить из одного и того же вещества разные продукты, например:

Определенный катализатор, изменяя  скорость одной реакции, совершенно не оказывает влияния на скорость другой химической реакции. Поэтому должно быть понятным, что поиски, подбор, исследование и дальнейшее внедрение в практику все новых и новых катализаторов является одной из сложнейших и важнейших задач современной химии, так как роль катализаторов в химическом производстве очень велика. Перечислим лишь несколько химических производств, где используют катализаторы.

• В нефтяной промышленности для крекинга углеводородов (с помощью которого увеличивается  выход бензина из керосина) и для  реформинга (который приводит к перестройке структуры углеводородов и повышению октанового числа бензина).

• При переработке природного газа.

• При получении  полимеров, искусственного каучука.

• При получении  серной кислоты, аммиака, синтетического метилового и этилового спиртов  и т.д.

 Катализ  играет большую роль не только  в химии, но и в биологии, так как практически все биохимические превращения, происходящие в живых организмах, являются каталитическими. В роли катализаторов в этом случае выступают ферменты - вещества биологического происхождения. Теория биохимических катализаторов - ферментов намного сложнее, чем теория химических катализаторов.

 

Задание 8. Перечислите основные свойства живого организма.

Ответ:

Живой организм - это открытая, самообновляемая, саморегулируемая, самовоспроизводящаяся система, построенная из биополимеров и проходящая путь необратимого развития. Рассмотрим общие, характерные для всех живых организмов свойства и их отличия от похожих процессов, протекающих в неживой природе.

Самообновление - свойство живых организмов осуществлять непрерывный обмен с окружающей средой энергией и веществом, благодаря которому происходит восстановление разрушенных компонентов и замена их новыми, подобными им. Живой организм использует внешние источники энергии (свет, пищу). Через живые системы проходят потоки веществ и энергии, поэтому они называются открытыми. Обмен веществ состоит из двух взаимосвязанных процессов - ассимиляции и диссимиляции. Ассимиляция - это процесс синтеза органических веществ в организме, а диссимиляция - процесс распада сложных органических веществ с выделением энергии. Отметим, что в неживой природе также существует обмен веществами. Однако в небиологическом круговороте вещества просто переносятся с одного места на другое или изменяют агрегатное состояние.

Саморегуляция - способность живых организмов, обитающих в непрерывно изменяющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов. Саморегуляцией в организмах поддерживается постоянство структурной организации - гомеостаз. Для всех живых существ характерно наличие механизмов, поддерживающих постоянство внутренней среды. Продукты жизнедеятельности могут оказывать сильное и строго специфическое тормозящее воздействие на те ферменты, которые составляют начальное звено в длинной цепи реакций. По принципу обратной связи регулируются процессы обмена веществ, репродукции, считывания наследственной информации.

Самовоспроизведение - свойство живых организмов воспроизводить себе подобных, основанное на способности молекул ДНК передавать из поколения в поколение наследственную информацию о признаках, свойствах и функциях организмов. Благодаря этой способности не прекращается существование вида. В основе самовоспроизведения лежат реакции матричного синтеза, т.е. образования новых молекул и структур на основе информации, заложенной в структуре молекул ДНК.

Наследственность - свойство живого организма, тесно связанное с самовоспризведением и заключающееся в способности живого организма передавать свои признаки и свойства а также особенности развития из поколения в поколения.

Изменчивость - способность организма приобретать новые признаки и свойства.

Развитие - необратимое направленное закономерное изменение живых организмов, в результате которого возникает новое качественное состояние, изменяется его состав и структура. Развитие живых организмов представлено индивидуальным развитием или онтогенезом, и историческим развитием или филогенезом. Онтогенез - это вся совокупность преобразований организма от момента его зарождения до прекращения существования. На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальный свойства организмов. Развитие их сопровождается ростом. Филогенез, или эволюция, - это необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни. Результатом эволюции является все многообразие живых организмов на Земле.

Раздражимость - неотъемлемая черта, свойственная всему живому, являющаяся выражением одного из общих свойств всех тел природы - свойства отражения. Раздражимость связана с передачей информации из внешней среды любой биологической системе (организм, орган, клетка) и проявляется реакциями этих систем на внешнее воздействие. Благодаря этому свойству организмы избирательно реагируют на условия окружающей среды, способны извлекать из нее все необходимое для своего существования, а следовательно, с ними связан столь характерный для живых организмов обмен веществ, энергии и информации.

Все живые  организмы построены из биополимеров - высокомолекулярных природных соединений (белков, нуклеиновых кислот и т.д.), участвующих во всех процессах жизнедеятельности организма. В живом организме белки играют, в основном, роль структурных компонентов и катализаторов (ферментов), а нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение и передачу наследственной информации.

 

 

Задание 9. Охарактеризуйте различные  типы изменчивости.

Ответ:

Совокупность  различий потому или иному признаку между живыми организмами, принадлежащими к одной и той же природной  популяции или виду, называется изменчивостью.

По механизмам возникновения и характеру изменений  признаков генетика различает основные формы изменчивости: наследственную (генотипическую), и - ненаследственную (модификационную, или фенотипическую).

Под генотипом понимают наследственную структуру организма. Понятие же фенотипа обозначает совокупность доступных наблюдений индивидуальных признаков особи.

Изменчивость, связанная с изменением фенотипа в результате воздействия окружающей среды, без изменения генотипа, называется ненаследственной, или модификационной изменчивостью. Дарвин назвал модификационную изменчивость определенной, т.к. все особи данного вида, попав в сходные условия, изменяются одинаково, т.е. такая изменчивость предсказуема. Например, все овцы, выращиваемые в более холодных условиях, будут иметь более густую шерсть.

Изменчивость, связанная с изменением генотипа, называется генотипической изменчивостью. Генотипическая изменчивость передается по наследству и подразделяется на комбинативную и мутационную.

Комбинативная изменчивость связана с получением новых комбинаций генов, имеющихся в генотипе. Сами гены при этом не изменяются, но возникают их новые сочетания, что приводит к появлению организмов с другим генотипом и, следовательно, фенотипом.

Опыты Менделя по дигибридному скрещиванию, связанные с открытием закона независимого комбинирования признаков, являются примером проявления изменчивости, обусловленной перекомбинацией генов, т.е. комбинативной изменчивости.

Наиболее ярко наследственная изменчивость проявляется в мутациях - перестройках наследственного основания, генотипа организма.

Мутационная изменчивость - это скачкообразное и устойчивое изменение генетического материала, передающееся по наследству. Термин "мутация" предложен голландским генетиком Г. де Фризом в 1901 г.

Мутации - это вновь возникшие изменения генетического материала.

Мутации обладают следующими свойствами:

_ возникают  внезапно, скачкообразно;

_ передаются  из поколения в поколение (т.е.  наследуются);   

_ ненаправленны (т. е. под действием одного фактора может мутировать любой участок хромосомы);

_ одни  и те же мутации могут возникать  повторно.

Факторы, способные  вызывать мутации, называются мутагенными. Их подразделяют на физические , химические  и биологические.

По исходу для организма все мутации  подразделяются на отрицательные - летальные , полулетальные , нейтральные и положительные. Положительные мутации встречаются относительно редко, но именно они, как это будет показано дальше, являются элементарным материалом, лежащим в основе прогрессивной эволюции.

По изменению  генетического материала мутации  подразделяются на геномные, хромосомные и генные.

Геномные  мутации обусловлены изменениями количества хромосом. Например, у человека лишняя хромосома в 21 -и паре приводит к развитию болезни Дауна (полулетальные мутации).

Хромосомные мутации связаны с изменением структуры хромосом. Это может быть потеря участка или удвоение фрагмента хромосомы и т.д. Многие хромосомные мутации снижают жизнеспособность организма, т.е. являются полулетальными.

Генные мутации связаны с изменением молекулярной структуры генов, т.е. структуры молекулы ДНК. Важно понять, что мутации сами по себе не являются приспособительными изменениями, непосредственно направленными на выживание организмов в данных определенных условиях. Они возникают случайно, хотя и под воздействием внутренней и внешней среды, т.е. не беспричинно. Они зависят от условий среды и могут быть получены специальным воздействием мутагенных факторов.

 

Задание 10. Дайте классификацию  вещества биосферы на основе учения Вернадского  о биосфере.

Ответ:

Учение Вернадского  о биосфере представляет собой систему  взглядов на планетарное и космическое  значение жизни, на взаимосвязь и  взаимодействие живой и неживой  природы. Основы этого учения изложены Вернадским в книге "Биосфера" (1926), однако над развитием этого учения Вернадский работал вплоть до конца своей жизни.

В учении Вернадского  о биосфере проведено подразделение  вещества биосферы на несколько разных, но геологически взаимосвязанных, типов : живое вещество, образованное совокупностью организмов; биогенное вещество, которое создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, нефть, каменный уголь, известняки и др.); косное вещество, которое образуется без участия живых организмов (продукты тектонической деятельности, метеориты); биокосное вещество, образующееся в результате совместной деятельности организмов и абиогенных процессов (почва, водная среда).

Живое вещество представляет собой  совокупность всех живых организмов, существующих на Земле в данный момент и образующих ее биомассу, которая равна примерно 2423,2 млрд. т сухого вещества. Биомасса растений суши составляет около 97%, животных и микроорганизмов - около 3 %.