11. Предмет химии как науки, закономерности. Химия вещества и структурная химия.

Химия -наука, изучающая превращение веществ, сопровождающиеся изменением их состава или строения. В современной химии отдельные ее области: неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, аналитическая химия, химия полимеров стали в значительной степени самостоятельными науками. На законах химии базируются такие технические науки, как химическая технология, металлургия.    Предмет химии - химические элементы и их соединения, закономерности, которым подчиняются химические реакции. Химические реакции - это процессы образования из простых по составу веществ более сложных, переход одних сложных веществ в другие и разложение сложных веществ на более простые по составу вещества.  Вещества - это различные виды движущейся материи, обладающей массой покоя.

Однородое вещество характеризуется плотностью - отношение массы вещества к его объему: P = m / V где p, m, V - соответственно плотность масса и объем вещества. Каждое вещество характеризуется набором специфических свойств — объективных характеристик, которые определяют индивидуальность конкретного вещества и тем самым позволяют отличить его от всех других веществ. К наиболее характерным физико-химическим свойствам относятся константы — плотность, температура плавления, температура кипения, термодинамические характеристики, параметры кристаллической структуры. К основным характеристикам вещества принадлежат его химические свойства. Все химические вещества в принципе могут существовать в трех агрегатных состояниях — твердом, жидком и газообразном. В физике рассматривается четвертое агрегатное состояние вещества — плазма - это частично или полностью ионизированное состояние, в котором плотность положительных и отрицательных зарядов одинакова.

Структурная химия — раздел, область химии, изучающая связь различных физических и физико-химических свойств различных веществ с их химическим строением и реакционной способностью. Структурная химия рассматривает не только геометрическое строение молекул; изучению подвергается следующее — длины химических связей, валентные углы, координационные числа, конформации и конфигурации молекул; эффекты их взаимного влияния, ароматичность.

12. Молекулярно-кинетическая теория. Газовые законы.

Молекулярно-кинетическая теория (сокращённо МКТ) — теория XIX века, рассматривавшая строение вещества, в основном газов, с точки зрения трёх основных приближенно верных положений:

- все тела состоят из частиц: атомов, молекул и ионов;

- частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом);

- частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений.

Основными доказательствами этих положений считались:

- Диффузия

- Броуновское движение

- Изменение агрегатных состояний вещества

В современной (теоретической) физике термин молекулярно-кинетическая теория уже не используется. В современной физике МКТ заменила кинетическая теория, в русскоязычной литературе — физическая кинетика, и статистическая механика. В этих разделах физики изучаются не только молекулярные (атомные или ионные) системы, находящиеся не только в «тепловом» движении, и взаимодействующие не только через абсолютно упругие столкновения.

Газовые законы были сформулированы для равновесного состояния:

– закон Гей-Люссака – изменение объема при температуре Т, постоянном давлении: V = V0 (1 + bDТ), т.е. описываемом изобарой, где b – коэффициент объемного расширения газа;

– закон Бойля-Мариотта, который выполняется при постоянной температуре Т, имеет для 1 моля идеального газа следующий вид: p1V1 = p2V2, т.е. описывается изотермой;

– закон Шарля – изменение давления и температуры Т при постоянном объеме p = p0 (1+ aDТ), где a – термический коэффициент давления, т.е. изохорный процесс.

Уравнение состояния, введенное Клайпероном, для заданной массы газа объединяет три газовых закона, связывая между собой параметры газа.

Газовые законы справедливы приблизительно и описывают поведение почти идеальных газов при невысоких давлениях и не слишком высоких температурах.

Свойства газов зависят от типа частиц, из которых они состоят, и силы взаимодействия между частицами в них меняются в широких пределах. В целом свойства идеальных газов близки к свойствам реального газа.

13. Происхождение жизни на земле. Теории происхождения жизни. Теория Опарина-Холдейна, теория биогенеза.

1) теория креационизма - жизнь была создана Богом в определенное время, этого взгляда придерживаются все последователи религиозных учений, однако и среди них нет единого мнения.

2) самопроизвольное зарождение жизни - жизнь возникала и возникает неоднократно из неживого вещества. Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Древнем Египте, опровергнута экспериментально в 1688 итальянским ученым Реди: "Живое происходит только от живого" - принцип Реди.

 3) теория панспермии - занесение жизни на Землю извне, например из космоса на метеорите. Не объясняет механизма зарождения жизни, а переносит проблему в другое место Вселенной.

4) теория биохимической эволюции - жизнь возникла в результате физич. и химич. процессов. Жизнь возникла в условиях, непригодных для современной биоты! (высокая t, большое количество SO, SO₂, высокая эл. активность атмосферы; УФ излучение, высокая концентрация водяных паров и СО₂, СН₃, NН₃).

5) теория Опарина—Холдейна - первые сложные углеводороды могли возникать в океане из более простых соединений.

6) концепция самозарождения - нуклеотиды (материальные носители информации) под влиянием протеинов (катализаторы) воспроизводят самих себя и передают информацию след. протеину, получается замкнутая автокаталитическая цепь - гиперцикл. Дальше возникают первые живые клетки.

В 1923 г. появилась знаменитая теория Опарина, сводившаяся к следующему: первые сложные углеводороды могли возникать в океане из более простых соединений, постепенно накапливаться и проводить к возникновению «первичного бульона». В 1953 г. Миллер, смоделировав предполагаемые условия древней Земли (высокая t, УФ радиация, эл. разряды) синтезировал в лабораторных условиях 15 аминокислот, входящих в состав живого, доказав правомерность этой теории.

Опарин предполагал, что решающая роль в превращении неживого в живое принадлежит белкам. Белки способны образовывать гидрофильные комплексы: молекулы воды образуют вокруг них оболочку. Эти комплексы могут обособляться от водной фазы и образовывать так называемые коацерваты с липидной оболочкой, из которой затем могли образоваться примитивные клетки. Существенный недостаток этой гипотезы — она не опирается на совр. молекулярную биологию. Это вполне объяснимо, поскольку механизм передачи наследственных признаков и роль ДНК стали известны сравнительно недавно.

Английский ученый Холдейн в 1929 г. опубликовал свою гипотезу, согласно которой, живое также появилось на Земле в результате химических процессов в богатой диоксидом углерода атмосфере Земли, и первые живые существа были, возможно, «огромными молекулами.

В последнее время разрабатывается идея возникновения жизни на основе РНК, т.е. первыми организмами могли быть РНК, которые, как показывают опыты, могут эволюционировать даже в пробирке. Условия для эволюции таких организмов наблюдаются при кристаллизации глины. Эти предположения основаны, в частности, на том, что при кристаллизации глин каждый новый слой кристаллов выстраивается в соответствии с особенностями предыдущего, как бы получая от него информацию о строении. Это напоминает механизм репликации РНК и ДНК. Таким образом, получается, что химич. эволюция началась с неорганич. соединений, и первые биополимеры могли быть результатом реакций малых молекул алюмосиликатов глины.