Контрольная работа: Интересные концепции современного естествознания
Величина энергии, выделяющейся при образовании данного ядра из протонов и нейтронов, называется энергией связи и характеризует его устойчивость: чем больше величина выделившейся энергии, тем устойчивее ядро. Эта разница составляет величину:
и равна работе, которую нужно совершить для того, чтобы разделить нуклоны в ядре и разнести их на расстояния, где они бы не взаимодействовали. Энергия связи, приходящаяся на один нуклон,
называется удельной энергией связи в ядре, величина
— дефектом массы ядра. Дефект массы связан с энергией соотношением А = Есв /с2 .
3.Структура и химический состав Земли
Земля как планета Солнечной системы имеет важнейшее значение для естествознания не столько потому, что она – наиболее доступное для исследования космическое тело, а потому, что на ней существует жизнь, причем достигшая наивысшей формы – разумной.
Земля – это планета Солнечной системы, третья по удаленности от звезды Солнце в среднем на 149,6 млн. км, пятая по массе - 5, 97 • 10 24 кг, имеет естественный спутник – Луну, вращающуюся вокруг Земли на расстоянии 384400 км. Возраст Земли около 4,5 — 4,6 млрд. лет.
Земля одновременно участвует в ряде движений: вращается вокруг своей оси (суточное вращение); движение вокруг Солнца (орбитальное движение); движется вместе с Солнечной системой вокруг центра Галактики, вокруг общего с Луной центра масс. Для жизни на Земле главными процессами являются орбитальное и осевое движения планеты.
Земля движется по эллиптической, близкой к круговой орбите со средней скоростью 29,765 км/с вокруг Солнца с запада на восток то немного приближаясь к нему в январе – до 147 млн. км (в перигелии), то немного удаляясь – до 152 млн. км (в афелии) и с периодом 365,24 солнечных суток.
Площадь земной поверхности - 510,2 млн. км², в том числе суши – 149,1 млн. км², 29,2%, морей и океанов – 361,1 млн. км² или 70%, объем – 1,083* 10 12 км³.
Известно, что рельеф поверхности очень неровный: наибольшую высоту поверхности имеет гора Эверест в Гималаях, а наибольшая глубина под уровнем океана — 11,022 км (Марианский желоб в Тихом океане). Перепад — 20 км.
Форма Земли близка к шарообразной, но при детальном исследовании оказывается более сложной, даже если ее обрисовать поверхностью океана и мысленно продолжать эту поверхность под континентами. Неровности поверхности поддерживаются неравномерным распределением массы внутри земного тела. Эту форму назвали геоидом.
Средний радиус Земли – 6371 км, полярный (короткий) - 6356,8 км, экваториальный (длинный) – 6378,2 км, длина экватора – 40075,7 км.
Внутренняя структура Земли еще окончательно не установлена. Объясняется это тем, что опытному исследованию доступна лишь самая верхняя часть земной коры. Как следует из рис.1, Земля имеет слоистое внутреннее строение. По химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам выделяются оболочки земли – геосферы: литосфера (твердая оболочка), гидросфера (жидкая), атмосфера (газообразная), биосфера (табл. 1).
Таблица 1. Состояние и состав оболочек Земли
| Оболочка | Важнейшие черты химического состава | Физическое состояние |
| Атмосфера | N 2, O2, CO2, (H2O). Инертные газы | Газ |
| Гидросфера | Соленые и пресные воды, снег и лед. Растворенные Na, Mg, Ca, Cl, SO 4, HCO 3 | Жидкое, частично твердое |
| Биосфера | Органические вещества: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты, скелетный материал. N,H,C,O. | Твердое и жидкое, частично коллоидальное |
|
Литосфера: кора | Нормальные магматические, осадочные и метаморфические породы. O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. | Твердое, локальное появление очагов магмы |
| мантия | Силикатные минералы оливин – пироксенового состава и их фазовые эквиваленты высоких давлений. O, Si, Mg, (Fe). | Твердое |
| ядро | Железо – никелевый сплав Fe – FeS – Ni/ | Верхняя часть жидкая, нижняя вероятно твердая |
В составе атмосферы сейчас преобладают азот и кислород (98,6 % массы всей атмосферы), это соотношение практически неизменно до высот 150 км. Водорода почти в миллион раз меньше, чем кислорода. На высоте 160 км и выше состав атмосферы меняется и, как показали данные, полученные со спутников, водород становится преобладающим на высотах 1500 км. В морской воде на долю кислорода, водорода, хлора и натрия приходится 99,5 %.
В литосфере наибольшее распространение сейчас получил кислород — 50 % массы всей литосферы; 26 % составляет кремний, 7 —8% — алюминий, 4% — железо; суммарное содержание магния, калия, кальция и натрия — порядка 10 %, а на долю оставшихся (более 80) элементов приходится несколько процентов. Все земные геосферы связаны между собой кругооборотами вещества, глобальными потоками энергии и момента импульса. В результате образуется сложная система, состояние которой, во многом похожее на состояние динамического равновесия, создает условия для динамической эволюции планеты.
4.К каким явлениям в Природе приводит существование межмолекулярных взаимодействий? Какими силами оно обусловлено?
В веществах с молекулярной структурой имеет место межмолекулярное взаимодействие.
Силы межмолекулярного взаимодействия, называемые также силами Ван – дер – Ваальса, слабее ковалентных сил, но проявляются на больших расстояниях. В основе их лежит электростатическое взаимодействие диполей, но в различных веществах механизм возникновение диполей различен. Если вещество состоит из полярных молекул, например, молекул HО2 или HCl, то в конденсированном состоянии соседние молекулярные диполи ориентируются друг по отношению другу противоположно заряженными полюсами, вследствие чего наблюдается их взаимное притяжение. Такой вид межмолекулярного взаимодействия называется ориентационным взаимодействием. Тепловое движение молекул препятствует взаимной ориентации молекул, поэтому с ростом температуры, ориентационный эффект ослабевает. В случае веществ, состоящих из неполярных, но способных к поляризации молекул, например, СО2, наблюдается возникновение наведенных или индуцированных диполей. Причина их появления обычно состоит в том, что каждый атом создает вблизи себя электрическое поле, оказывающее поляризующее действие на ближайший атом соседней молекулы. Молекула поляризуется, и образовавшийся индуцированный диполь в свою очередь поляризует соседние молекулы. В результате происходит взаимное притяжение молекул друг к другу. Это индукционное взаимодействие наблюдается так же и у веществ с полярными молекулами, но при этом оно обычно значительно слабее ориентационного.
Наконец, движение электронов в атомах, а также колебание ядер и связанное с этим непрерывное изменение взаимного положения электронов и ядер вызывают появление мгновенных диполей. Как показывает квантовая механика, мгновенные диполи возникают в твердых телах и жидкостях согласованно, причем в ближайшие друг к другу участки соседних молекул оказываются заряженными электричеством противоположного знака, что приводит к их притяжению. Это явление, называемое дисперсионным взаимодействием, имеет место во всех веществах, находящихся в конденсированном состоянии. В частности оно обуславливает переход благородных газов при низких температурах в жидкое состояние.
Относительная величина рассмотренных видов межмолекулярных сил зависит от полярности и от поляризуемости молекул вещества. Чем больше полярность молекул, тем больше ориентационные силы. Чем больше деформируемость, тем слабее связаны электроны атома, т.е. чем эти атомы крупнее, тем значительнее дисперсионные силы.
Таким образом, межмолекулярные химические связи обычно заметно слабее внутримолекулярных, и группы молекул сравнительно неустойчивы и быстро распадаются. Типов межмолекулярных сил достаточно много; перечислим наиболее часто встречающиеся:
а) водородная связь – между атомами водорода и некоторыми другими атомами, входящими в группы молекул: кислорода, серы и т.д.; примеры - образование льда из молекул воды, связь азотистых оснований в ДНК;
б) силы Ван – дер – Ваальса – между полярными молекулами (диполями) или между ионами и дипольными молекулами; пример – растворение в воде окиси углерода;
в) гидрофобные взаимодействия – между неполярными группами молекул; пример – неполярные участки белковых молекул в воде.
5. В чем сущность установления химического равновесия? Графики изменения скорости прямой и обратной реакции
На рисунке 2 показано изменение скоростей прямой и обратной реакции с течением времени. В начале, при смещении исходных веществ, скорость прямой реакции велика, а скорость обратной реакции равно нулю. По мере протекания реакции исходные вещества расходуются и их концентрации падают. В результате этого уменьшается скорость прямой реакции. Одновременно появляются продукты реакции, и их концентрация возрастает. Вследствие этого начинает идти обратная реакция, причем ее скорость постепенно увеличивается. Когда скорости прямой и обратной реакций становятся одинаковыми, наступает химическое равновесие.
Рис. 2. Изменение скорости прямой (v1) и обратной (v2) реакций с течением времени (t).
v