Современная «синтетическая теория эволюции»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по курсу «Концепции современного естествознания»
тема:
Основные законы химии.
Современная «синтетическая теория эволюции»
2012
План работы:
1. Основные
законы химии..................
Введение......................
Закон Авогадро......................
Закон Бойля-Мариотта................
Закон Гей-Люссака...................
Закон объемных отношений.....................
Закон действующих масс..........................
Зависимость скорости
реакции.......................
Закон Кюри..........................
Закон постоянства состава
вещества......................
Закон сохранения массы
вещества......................
Заключение....................
2. Синтетическая
теория эволюции: первый синтез
дарвинизма и генетики.........
Создание синтетической теории эволюции......................
Принципы и понятия
синтетической теории эволюции.
Микроэволюция и макроэволюция.................
Список используемой
литературы....................
Основные законы химии.
Введение
Когда впервые обнаруживается, что некоторая идея объясняет или коррелирует многие факты, то такую идею называют гипотезой. Гипотезу можно подвергнуть дальнейшей проверке и экспериментально подтвердить выводы, которые из нее следуют. Если гипотеза при этом согласуется с результатами эксперимента, то ее называют теорией или законом.
Теория, например атомная теория, обычно включает некоторые представления о строении той или иной части Вселенной, тогда как закон может быть просто обобщением положений, относящихся к экспериментально выявленным фактам. Так, существует закон постоянства углов между гранями в кристаллах. Этот закон утверждает, что при изменении углов между соответствующими гранями нескольких кристаллов одного и того же чистого вещества оказывается, что величины этих углов одинаковы. Закон просто выражает тот факт, что углы между соответствующими гранями кристалла чистого вещества одинаково независимо от того, большой это кристалл или маленький; какого либо объяснения самому этому факту закон не дает. Объяснение дает атомная теория кристаллов теория, которая исходит из того, что атомы кристаллов расположены в определенном порядке.
Закон Авогадро
Амадео Авогадро в 1811г. выдвинул гипотезу, которая в дальнейшем была подтверждена опытными данными и потому стала называться законом Авогадро:4
Одинаковые объемы различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержат одинаковое число молекул. |
Таким образом, Авогадро указал, что
противоречие между законом объемных
отношений Гей-Люссака и
Авогадро предположил, что молекулы простых газов состоят из двух одинаковых атомов. Таким образом, при соединени водорода с хлором их молекулы хлористого водорода. Из одной молекулы водорода и одной молекулы хлора образуются две молекулы хлористого водорода.
H2+Cl2=2HCl
Из закона Авогадро вытекает важное следствие: при одинаковых условиях 1 моль газа занимает одинаковый объем. Этот объем легко вычислить, если известна масса 1л газа.
Экспериментально установлено, что масса 1л кислорода при нормальных условиях (при температуре 273ºК (0ºС) и давлении 1 атм.) равна 1,429г. Следовательно, объем, занимаемый 1 молем при этих условиях, равен:
|
При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем, равный 22.4л. Этот объем называется молярным объемом газа. |
Молярный объем газа – это отношение объема вещества к количеству этого вещества:
, где
Vm – молярный объем газа (м³/моль или л/моль);
V – объем вещества,
n – количество вещества системы.
Точное значение молярного объема газа 22.4135±0.0006 л/моль.
На основе закона Авогадро определяют молекулярные массы газообразных веществ по их плотности.
По закону Авогадро массы m1 и m2 л каждого из двух разных газов равняются произведению молярной массы М1 и М2 на число - постоянная (число) Авогадро: число частиц (атомов, молекул или ионов) в моле вещества.
= моль ˜¹
или , где
D-относительная плотность газа.
Отношение массы определенного объема одного газа к массе такого же другого газа, взятого при тех же условиях (объем, температура, давление), называется плотностью первого газа по второму. |
Обычно плотности газов определяют по отношению к самому легкому газу – водороду (обозначают Dh2). Молярная масса водорода равна 2.016 г/моль или приближенно 2 г/моль, следовательно:
Молекулярная масса вещества в газообразном состоянии равна удвоенной плотности по водороду.
Если плотность определяют по воздуху, то исходят из средней молярной массы, равной 29 г/моль).
Молярную массу газа можно определить, исходя из его молярного объема при нормальных условиях в соответствии с формулами n=m/M, n=V/Vm. Если в этих формулах n для одного и того же газа имеет одинаковое значение, то , и .
При нормальных условиях л/моль, тогда
В условиях, отличных от нормальных, для приведения объема газа к нормальным условиям пользуются газовыми законами.
Закон Бойля-Мариотта
При постоянной температуре объем данного количества газа обратно пропорционально давлению, под которым он находится. |
, где
p-давление;
V-объем газа
Закон Бойля-Мариотта выполняется при очень малых давлениях
Закон Гей-Люссака
При постоянном давлении изменение объема газа прямо пропорционально температуре. |
, где
T – абсолютная температура (К)
Закон объемных отношений
Первые количественные исследования реакций между газами принадлежат французскому ученому Ж. Г. Гей-Люссаку (1778-1850). Гей-Люссак, изучая взаимодействие газообразных веществ, вывел закон простых объемных отношений:
При одинаковых условиях (при неизменной температуре и давлении) объемы газов, вступающих, в реакцию, относятся друг к другу, а так же к объемам газообразных продуктов, как небольшие целые числа. |
Так, 1 объем водорода и 1 объем хлора дают 2 объема хлористого водорода. 2 объема водорода и 1 объем кислорода – 2 объема водяного пара, 3 объема водорода и 1 объем азота – 2 объема аммиака.
Одним из первых признал закон кратных отношений Гей-Люссака шведский химик Й. Я. Берцелиус (1779-1848), предположивший, что основное свойство газов заключается в том, что равные объемы газов при одинаковых условиях содержат одинаковое число атомов.
Закономерность, установленную Гей-Люссаком, невозможно было объяснить, руководствуясь учением Дальтона о том, что простые вещества состоят из атомов. В самом деле, если в равных объемах газов, например водорода и хлора, содержится одинаковое число атомов, то при их взаимодействии должен получиться один объем хлористого водорода, а не два, как показывал опыт.
Закон Гей-Люссака был объяснен итальянским физиком А. Авогадро (1776-1856).
Закон действующих масс
Скорость химической реакции пропорциональна концентрации регулирующих веществ. |
Для реакции
A+B=C+D
Закон действующих масс запишется следующим образом:
, где CA и CB - концентрации вещества А и В (моль/л),
k-коэффициент пропорциональности, константа скорости реакции, зависящая от природы реагирующих веществ и от температуры.
k=v, когда концентрации каждого их реагирующих равны 1 моль/л или их произведение равно единице.
Данное уравнение носит название кинетического уравнения реакции.
Концентрация твердого вещества в процессе химического превращения не меняется), процесс идет на поверхности), поэтому скорость в реакциях с участием твердого тела определяется только концентрацией газов или растворенных веществ.
В сложных (многостадийных реакциях) скорость всего процесса зависит от скорости наиболее медленной реакции.
Зависимость скорости реакции
Согласно правилу Фант-Гоффа, при повышении температуры на каждые 10°С скорость большинства реакций увеличивается в 2-4 раза. Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость данной реакции при повышении температуры на 10°С, называется температурным коэффициентом реакции. Это правило является приближенным.
В 1889г. шведский ученый С. Аррениус предложил
уравнение зависимости
, где
k- константа скорости
A- постоянный коэффициент, характерный для каждой реакции,
R- универсальная газовая постоянная,
T- абсолютная температура,
Ea- энергия, названная Аррениусом энергией активации. Энергия активации измеряется в кДж/моль.
Реакционно-способными являются не все молекулы, а только активные, энергия которых в момент контакта составляет величину не меньшую Ea. В результате сообщения неактивным частицам вещества необходимой дополнительной энергии они превращаются в активные. Такой процесс носит название активации.
Энергия активации - это энергия, которую необходимо сообщить частицам реагентов для того, чтобы превратить их в активные. Энергия активации – это энергетический барьер реакции.
Затраченная на активацию молекул энергия выделяется полностью или частично при образовании продуктов реакции. Если при образовании продуктов реакции выделяется больше энергии, чем было необходимо для активации выделяется больше энергии, чем было необходимо для активации молекул, то такая реакция называется экзотермической, если меньше – то эндотермической. Для протекания эндотермических реакций необходимо подводить энергию из вне.
Закон Кюри
Пьер Кюри в 1895г. показал, что парамагнитная восприимчивость сильно зависит от температуры и для многих веществ обратно пропорциональна абсолютной температуре. Уравнение, выражающее эту зависимость,
,
называют законом Кюри, а входящую в него величину называют мольной константой Кюри; D выражает диамагнитный вклад (он обычно отрицателен).
Первый член этого уравнения можно рассчитать на основе принципа Больцмана при допущении, что данное вещество содержит постоянные магнитные дипольные моменты, способные ориентироваться в магнитном поле. Такой теоретический расчет был выполнен французским ученым Полем Ланжевеном в 1905г. Он вывел уравнение
, где
- величина дипольного магнитного момента в расчете на один атом или молекулу.
Это уравнение позволяет рассчитать значения магнитных моментов по экспериментальной магнитной восприимчивости парамагнитных веществ, измеренной в некотором интервале температур. На основании полученных значений можно определить число не спаренных электронов в молекулах веществ.
Закон постоянства состава вещества
Закон постоянства состава был
впервые сформулирован французс
Современная формулировка закона такова:
Всякое чистое вещество независимо от способа его получения имеет постоянный качественный и количественный состав. |
Закон постоянства состава вещества вытекает из атомно-молекулярного учения. Вещества с молекулярной структурой состоят из одинаковых молекул, потому и состав таких веществ постоянен. При образовании из двух элементов нескольких соединений атомы этих элементов соединяются друг с другом в молекулы различного, но определенного состава. Например, азот с кислородом образует шесть соединений.
В начале ХХ века выяснилось, что соединения переменного состава встречаются не только среди соединений металлов друг с другом, но и среди других твердых тел, например оксидов, сульфидов, нитридов, карбидов и других неорганических веществ, имеющих кристаллическую структуру.
Для многих соединений переменного состава установлены пределы, в которых может изменяться их состав. Например, оксид урана (IV) имеет состав UO2.5 до UO3, оксид ванадия (II) – от VO0.9 до VO1.3
Таким образом, в формулировку закона постоянства состава вносится уточнение:
Состав молекулярной структуры, т. е. состоящих из молекул является постоянным независимо от способа получения. Состав соединений с молекулярной структурой (с атомной, ионной и металлической решеткой) не является постоянным и зависит от условий получения. |
Закон сохранения массы вещества
М. В. Ломоносов впервые сформулировал закон сохранения массы вещества в 1748г., а экспериментально подтвердил его на примере обжига металлов в запаянных сосудах в 1756г. Современная формулировка закона такова:
Масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. |
Независимо от Ломоносова это закон был установлен в 1789г. французским химиком Лавуазье, который показал, что при химических реакциях сохраняется не только общая масса веществ, но и масса каждого из элементов, входящих в состав взаимодействующих веществ.
Закон сохранения массы веществ М. В. Ломоносов связывал с законом сохранения энергии (количества движения). Он рассматривал эти законы в единстве как все общий закон природы. Ломоносов писал:
«Все перемены в натуре случающиеся такого суть состояния, что, сколько чего у одного тела отнимается, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте. Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своей силою другое, столько же оные у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».
Взгляды Ломоносова были подтверждены современной наукой. В 1905г. А. Эйнштейн показал, что между массой тела (m) и его энергией (E) существует связь, выражаемая уравнением:
,где
с – скорость света в вакууме.
Закон сохранения массы дает материальную основу для составления уравнений химических реакций.
Заключение
... В далёком прошлом
философы Древней Греции
Синтетическая теория эволюции: первый синтез дарвинизма и генетики
Создание синтетической теории эволюции.
Хромосомная теория наследственности не снимала противоречий между дарвинизмом и генетикой. (Собственно говоря, такая задача перед ней и не стояла.) Важнейшим шагом на пути их преодоления явилось создание синтетической теории эволюции — первого глубокого синтеза классического дарвинизма, генетики, систематики, палеонтологии, экологии. Он привел к качественному скачку в развитии биологического знания, к переходу биологии с классического на неклассический уровень познания.
Принципиальные и
1 В 1935 г. А.Н. Колмогоров уточнил этот закон и показал, что самые большие изменения генотипического состава популяции наблюдаются не в случае малых или больших изолятов, а в случае полуизолированных популяций, между которыми периодически возникают потоки генов.
Идейные основы синтетической
теории эволюции сложились в научной
школе С.С. Четверикова, который еще
в 1905 г. обратил внимание на то, что
периодические колебания
Формирование синтетической теории эволюции ознаменовало переход к популяционной концепции, сменившей организмо-центрическую, начало преодоления противопоставления исторического и структурно-инвариантного «срезов» в исследовании живого, интеграцию биологии на базе дарвинизма (в России — Н.И. Вавилов, И.И. Шмальгаузен, А.Н. Северцов, разработавший учение о главных направлениях биологического процесса — аромофозе и идиоадаптации, и др.). Это открыло качественно новый этап в развитии биологии — переход к созданию единой системы биологического знания, воспроизводящей законы развития и функционирования органического мира как целого.
Принципы и понятия синтетической теории эволюции.
Рассмотрим детальнее принципы и понятия синтетической теории эволюции, доказательно моделирующей протекание эволюционного процесса, который представляет собой «векторизированный, направленный процесс изменения дискретных форм живых организмов на Земле. Он характеризуется адаптациями к абиотической и биотической среде, связанными с ними усложнением и дифференцировкой в онтогенезах живых организмов и как результат последних эволюционным прогрессом» [1].
1 Тимофеев-Ресовский Н.В., Воронцов Н.Н., Яблоков А.В. Краткий очерк теории эволюции. М., 1977. С. 58.
Синтетическая теория эволюции строится на следующих принципах и понятиях:
+ элементарной «клеточкой» биологической эволюции является не организм, не вид, а популяция. Именно популяция — та реальная целостная система взаимосвязи организмов, которая обладает всеми условиями для саморазвития, прежде всего способностью наследственного изменения в системе биологических поколений. Популяция — это элементарная эволюционная структура. Через изменение ее генотипического состава осуществляется эволюция вида;
+ элементарный эволюционный
материал — это мутации (
+ наследственное изменение популяции, в каком-либо определенном направлении, осуществляется под воздействием элементарных эволюционных факторов, таких как: мутационный процесс, поставляющий элементарный эволюционный материал; популя-ционные волны (колебания численности популяции в ту или иную строну от средней численности входящих в нее особей); изоляция (закрепляющая различия в наборе генотипов и способствующая делению исходной популяции на несколько новых, самостоятельных популяций); естественный отбор.
Естественный отбор — ведущий эволюционный фактор; именно он направляет эволюционный процесс. Отбор действует на всех стадиях онтогенеза особей данного вида. Существуют разные формы естественного отбора: движущий — благоприятствующий лишь одному направлению изменчивости, когда происходит дивергенции дочерних форм; дизруптивный — разрывающий, благоприятствующий двум или нескольким направлениям изменчивости; стабилизирующий — благоприятствующий сохранению в популяции оптимального фенотипа и действующий против проявлений изменчивости.
Таким образом, популяции являются подвижными динамическими системами, испытывающими непрерывное и неравновесное воздействие мутационного процесса, флуктуаций численности («волн жизни»), полной или частичной изоляции, естественного отбора. В разные периоды жизни в популяции может изменяться степень активности этих факторов, проявляться доминантное давление того или иного из них. Каждая популяция обладает «мобилизационным резервом внутривидовой изменчивости», который включается эволюционными факторами, выполняющими при этом роль пусковых механизмов эволюции. Реализации возможностей такого резерва приводят к появлению внутрипопуляционного полиморфизма, а затем и к возникновению нового вида.
Микроэволюция и макроэволюция.
Эволюционные процессы в биологии в зависимости от их масштаба принято разделять на два типа: микроэволюция и макроэволюция.
Микроэволюция — это совокупность эволюционных процессов, протекающих в популяциях и приводящих к образованию нового вида. Описание микроэволюции дается синтетической теорией эволюции. Объектом теории выступают прежде всего закономерности эволюции вида как генетически целостной и замкнутой системы, состоящей из популяций. (Целостность вида обеспечивается возможностью скрещивания и потоком генов между разными популяциями.)
Макроэволюция — эволюционные процессы, ведущие к образованию таксонов более высокого ранга, чем вид (род, семейство, отряд, класс и др.).
Понимание отношений
между микро- и макроэволюцией предполагает
наличие четкого ответа на вопрос:
можно ли свести закономерности макроэволюции
к закономерностям
На этот вопрос пытаются ответить со времени создания синтетической теории эволюции. Одна группа биологов (а их большинство) исходила (и исходит) из того, что макроэволюция не имеет специфических закономерностей и механизмов и реализуется посредством процессов микроэволюции, их накопления, являясь лишь их результирующим выражением. Просто более высокие таксоны образовываются на основе отношений межвидовой конкуренции, которые изменяют направление действия элементарных эволюционных факторов. Это значит, что синтетическая теория эволюции является и теорией макроэволюции. И если некоторым явлениям макроэволюции (паралеллизм, конвергенция, аналогия и гомология и др.) она не дает удовлетворительных объяснений, то со временем они будут получены.
Другая группа биологов (во главе с Р. Гольдшмидтом) исходила (и исходит) из того, что закономерности и механизмы макроэволюции не сводимы к механизмам и закономерностям микроэволюции. Макроэволюция должна осуществляться через макромутации — такие мутации, которые дают организму данного вида признак, свойственный таксонам более высокого ранга, т.е. мутации, как бы порождающие «монстров». Это значит, что синтетическая теория эволюции имеет не всеобъемлющий характер, является лишь теорией микроэволюции, а теория макроэволюции еще должна быть создана. Иначе говоря, на смену первому синтезу эволюционной теории и генетики, который завершился созданием синтетической теории эволюции, должен прийти второй, более широкий их синтез, снимающий противоречия между микро- и макроэволюцией.
Необходимость в этом определяется еще рядом обстоятельств.
Во-первых, синтетическая теория эволюции описывает эволюционный процесс лишь для высших животных и растительных организмов, характеризующихся половым размножением (или, как говорят биологи, для высших бисексуальных диплоидных организмов). За пределами синтетической теории эволюции осталось громадное количество видов (например, партеногенетические формы, при которых половые клетки развиваются без оплодотворения). А если рассматривать всю историю жизни на Земле, то среди вымерших видов таких, которые не охватываются синтетической теорией эволюции, даже больше, чем ныне живущих (поэтому в области палеонтологии эффективность синтетической теории эволюции оказывается недостаточной).
Во-вторых, синтетическая теория эволюции сформировалась еще до возникновения молекулярной генетики, до революции в молекулярной биологии, которая позволила непосредственно раскрыть структуру гена и освоить способы прямого воздействия на него. В настоящее время специалисты бурно обсуждают вопрос о том, требуют ли эти новые открытия пересмотра синтетической теории эволюции, ее принципов и понятий; а если требуют, то в какой степени такой пересмотр должен быть осуществлен.
В-третьих, эволюция — безусловно, многофакторный и многокомпонентный процесс, охватывающий множество связей и отношений органических форм. Познание такого множества связей — задача длительного исторического периода развития биологии, в том числе и задача биологии XXI в. Таким образом, можно утверждать, что современная биология движется к новому (и, наверное, не последнему) синтезу теории эволюции и (уже молекулярной) генетики.
Список используемой литературы:
Найдыш В. Концепции современного естествознания (учебник).
http://www.gumer.info/
Концепции современного естествознания. Садохин А.П.
http://www.alleng.ru/d/natur/
Библиотека Гумер – Наука
http://www.gumer.info/
Закон сохранения массы вещества
http://двойкам-нет.рф/тема-3-
Лекции по химии
http://lech-ximiya.blogspot.
Основные законы химии. В 2 т. Дикерсон Р., Грей Г., Хейт Дж.
http://www.alleng.ru/d/chem/
[DOC]
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ
www.msuie.ru/study/umu/
