Презентация на тему "Структурные уровни и системная организация материи"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Раздел «Структурные уровни и системная организация материи»

  Мальцев Алексей Владимирович, Доцент кафедры общей психологии и психологии личностиAlexeyMaltsev@urfu.ru

• 
  Слайд 2

  Тема «Микро-, макро-, мегамиры»

  Изучается самостоятельно на семинарских занятиях в виде деловой игры

• 
  Слайд 3

  Тема «Системные уровни организации материи»

• 
  Слайд 4

  Свойства материи (природы)

  • Целостность
  • Системность
  • Аддитивность
  • Интегративность
• 
  Слайд 5

  Целостность природы

  • Природное тело (объект) сочетает в себе много свойств (физических, химических, биологических) т.е. обладает целостностью
  • Рассмотрение природы как системы, представляет единое целое и в то же время как подсистему для вышестоящих уровней, поэтому целость относительна.
• 
  Слайд 6
  
• 
  Слайд 7

  Системность природы

  • Природа рассматривается как совокупность взаимосвязанных элементов, которая образует целостный объект, имеющий новые качества, не свойственные элементам составляющим эту систему.
  • Природным системам присуще следующие качества:
  • Множественность элементов (сложные системы)
  • Связь элементов с окружающей средой
  • Согласованная организация элементов в системе как в пространстве так и во времени, направленное на осуществление функций системы
• 
  Слайд 8

  Примеры систем

  • совокупность звезд нашей Галактики
  • буквы, составляющие текст
  • звезды, входящие в состав шарового скопления
  • двойные звезды

  Примеры антисистем

  • звезды, составляющие созвездие
  • атомы, составляющие химический элемент
  • буквы, составляющие алфавит
  • совокупность всех звезд спектрального класса G
• 
  Слайд 9

  Системность природы

• 
  Слайд 10

  Аддитивные свойства систем

  • Свойство системы, состоящее в том, что значение, соответствующее целому объекту, равно сумме значений, соответствующих его частям. Наблюдаются для отдельных элементов системы
  • Распространены в физических явлениях когда величина объекта в целом равна сумме величин составных частей.
• 
  Слайд 11

  Примеры аддитивных величин:

  • Энергия;
  • Импульс;
  • Энтропия;
  • Мощность;
  • Давление, плотность (в случае смеси идеальных газов);
  • Электрический заряд;

  Свойство аддитивности для физических величин называется принципом суперпозиции

• 
  Слайд 12

  Аддитивные свойства систем

  • Мало распространены при химических явлениях. Например количество вещества (в случае смеси не взаимодействующих химически ингредиентов);
  • Отсутствуют в живой природе
• 
  Слайд 13

  Интегративные свойства систем

  • Такие свойства, которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности.
  • Наличие интегративных свойств показывает, что свойства системы хотя и зависят от свойств элементов, но не определяются ими полностью.
  • Таким образом, во-первых – система не сводится к простой совокупности элементов; во-вторых – расчленяя систему на части, изучая каждую из них в отдельности, нельзя познать все свойства системы в целом.
• 
  Слайд 14

  Примеры интегративности

  • Экологические системы (биогеоценозы)
  • Живой организм – особенно организм человека не сводится к сумме составляющих его органов, тканей и клеток
  • Взаимодействие химических веществ (химические реакции): перераспределение атомов химических элементов в составе молекул продуктов реакции.
  • Взаимодействие элементарных частиц с образованием новых частиц (ядерные реакции)
• 
  Слайд 15

  Интегративность живых систем

• 
  Слайд 16

  Иерархичность природных систем

  порядок подчинённости низших звеньев высшим, организация их в структуру типа «дерево»;

• 
  Слайд 17

  Иерархичность физических систем

  • Фундаментальные частицы (кварки)
  • Составные элементарные частицы (протон)
  • Атомные ядра
  • Атомы
  • Молекулы
  • Макроскопические тела
• 
  Слайд 18

  Иерархичность астрономических систем

  • звёзды с их планетными системами
  • галактики
  • скопления галактик
  • сверхскопления галактик
  • метагалактика
• 
  Слайд 19

  Иерархичность химических систем

  • атом
  • простая молекула (молекула из одного вида химического элемента)
  • сложная молекула (молекула из разных видов химических элементов)
  • Макромолекула (полимер, состоящий из мономеров)
  • вещество (тела)
• 
  Слайд 20

  Иерархичность биологических систем

  • Рассмотреть самостоятельно в рамках темы
  • Особенности биологического уровня организации материи
• 
  Слайд 21

  Тема «Структуры микромира»

• 
  Слайд 22

  Элементарные частицы

  • Это частицы, входящие в состав атома.
  • Электрон был открыт Томсоном в 1867 году
  • Протон был открыт Резерфордом в 1919 году
  • Нейтрон был открыт Чедвиком в 1932 году
  • Нейтрино было открыто Паули в 1930 году
  • В настоящее время известно более 350 элементарных частиц
• 
  Слайд 23

  Фундаментальные частицы

  микрочастицы, внутреннюю структуру которой нельзя представить в виде объединения других свободных частиц.

• 
  Слайд 24

  Классификация элементарных частиц

• 
  Слайд 25

  Частицы, образующие вещество

  • Адроны – составные частицы, состоят из кварков, участвуют в сильных взаимодействиях (например протон и нейтрон). Имеют размер 10-15 м.
  • Лептоны не имеют составного строения, участвуют в слабых взаимодействиях (например электрон и нейтрино) Имеют размер 10-18 м.
• 
  Слайд 26

  Частицы, образующие поле

  • Фотон – переносчик электромагнитного взаимодействия
  • Глюон – переносчик сильного взаимодействия
  • Бозон – переносчик слабого взаимодействия
  • Гравитон – переносчик гравитационного взаимодействия
• 
  Слайд 27

  По продолжительности жизни

  • стабильные (протон, электрон, нейтрино, фотон), остальные не стабильные!
  • нестабильные (свободный нейтрон) и резонансы, самопроизвольно распадаются от 1000 секунд (для свободного нейтрона) до 10−22 сек. для резонансов.
• 
  Слайд 28

  Античасти́ца

  Частица-двойник некоторой другой элементарной частицы, обладающая той же массой, но отличающаяся от неё знаком заряда.

  • Электрон — античастица — позитрон — была открыта в 1932 году
  • Протон — античастица — антипротон — была открыта в 1955 году
  • В 1970 году открыт антигелий, а в 1998 году - антиводород, т.е. элементы антивещества или антиэлементы.

  Античастиц нет у фотона это истинно нейтральная частица

• 
  Слайд 29

  Взаимопревращения элементарных частиц

  1.Распад нейтрона (Бета распад ): (нейтрон) n = p+ (протон) + e- (электрон) + (антинейтрино электронное)

  2.При столкновении элементарных частиц с большой энергией рождаются другие частицы но всегда парами: Фотон + фотон = электрон e- + позитрон e+

  3. Аннигиляция (исчезновение вещества ): электрон e- + позитрон e+ = фотон (E=mc2)

  Частица+Античастица=Энергия

  Соотношение вещества и поля в материи: (вещество) : поле (фотоны) = 1 : 109

• 
  Слайд 30

  β − распад

  30

  превращение нейтрона в протон, при этом испускаются электрон и антинейтрино:

• 
  Слайд 31

  Вещество как совокупность корпускулярных структур

  • кварки
  • нуклоны (протоны и нейтроны)
  • атомные ядра
  • атомы с их электронными оболочками
• 
  Слайд 32

  Строение атома

  • Атом состоит из ядра атома и электронной оболочки
  • В ядре атома сосредоточена практически вся масса атома и весь его положительный заряд. Ядро состоит из нуклонов – протонов и нейтронов ( p и n). Протон несет элементарный положительный заряд, нейтрон – частица незаряженная.
  • Масса ядра не равна сумме масс протонов и нейтронов, входящих в него (т.н. «дефект масс»).
  • Удержание протонов в ядре происходит за счет сильного взаимодействия
• 
  Слайд 33

  Размеры атома

  33

  • Размер атома 10-10 м
  • Размер атомного ядра 10-15 м
• 
  Слайд 34

  Строение атома

  • Число электронов в атоме равно порядковому номеру Z элемента в таблице Менделеева
  • Число протонов равно числу электронов.
  • Число нейтронов в ядре определяется следующим образом: NP = A – Z, где А – массовое число, т.е. целое число, ближайшее к атомной массе элемента в таблице Менделеева, Z – зарядовое число (число протонов).
• 
  Слайд 35

  Тема «Химические системы» 

• 
  Слайд 36

  Химический элемент

  • Для обозначения химических элементов применяется запись - ZXA
  • где Х – символ химического элемента в таблице Менделеева, Zзарядовое число, A массовое число
  • Первый химический элемент водород 1Н1:
  • Зарядовое число Z =1, массовое число A=1
  • Второй химический элемент гелий 2Не4
• 
  Слайд 37
  
• 
  Слайд 38

  Изотопы химических элементов

  Ядра с одинаковыми Z, но разными А называются изотопами. изотопыкальция:

  • 20Са40(20p20n)
  • 20Са42(20p22n)
  • 20Са43(20p23n)
• 
  Слайд 39

  Организация электронных состояний атома в электронные оболочки

  • Электронная оболочка атома — область пространства вероятного местонахождения электронов, характеризующихся значением главного квантового числа n, определяющим энергетический уровень электронов:
  • Электронные уровни обозначаются буквами K, L, M, N, O, P, Q или цифрами от 1 до 7.
• 
  Слайд 40
  

  • n – главное квантовое число (энергетический уровень оболочки)
  • l– орбитальное квантовое число (форма оболочки)
  • m – магнитное квантовое число (направление движения)
  • ms – спиновое квантовое число (собственное вращение электрона)
  • Принцип Паули: в атоме может быть только один электрон с одинаковым набором значений квантовых чисел n, l, m, ms
• 
  Слайд 41

  Число электронов в оболочке на уровнях (n) и подуровнях (l )

• 
  Слайд 42

  Электронные конфигурации основного состояния элементов

• 
  Слайд 43

  Переходы электронов между электронными состояниями

  • Квантовое состояние с наименьшей энергией атома называют основным. Остальные квантовые состояния с более высоким уровнем энергии называют возбужденным.
  • Когда атом находится в возбужденном состоянии, связь электрона с ядром ослабевает вплоть до отрыва электрона от атома.
  • В основном состоянии атом может существовать неограниченно долго, а в возбужденном же состоянии – доли секунды.
• 
  Слайд 44
  

  Переходы электронов между электронными состояниями (для атома водорода)

• 
  Слайд 45

  Вещества простые и сложные

  • Простые – химические вещества, образованные атомами одного рода. О2
  • Вещества сложные (соединения) – химические вещества, образованные 2 или большим количеством атомов разного рода.
  • Н2О - сложная молекула
  • ДНК – сложная (полимерная) макромолекула
• 
  Слайд 46

  Полимеры и мономеры

  • Полимеры – молекулы сложного строения, образованные последовательно связанными повторяющимися мономерными звеньями.
  • Полимер – это высокомолекулярное соединение: количество мономерных звеньев в полимере (степень полимеризации) должно быть достаточно велико.
  • Большинство полимеров на основе атома углерода
  • Мономеры – мономерное звено входит в составе полимерной молекулы.
• 
  Слайд 47

  Поливинилхлорид

• 
  Слайд 48

  Катализаторы

  • Химические вещества, ускоряющие скорость химических реакций, но не входящие в состав продуктов реакции.
  • Биокатализаторы (ферменты или энзимы) обычно белковые молекулы, ускоряющие химические реакции в живых системах.
• 
  Слайд 49

  Протекание реакции с катализатором

• 
  Слайд 50

  Ферменты

  • Отличительной особенностью ферментов по сравнению с небелковыми катализаторами является их высокая специфичность.
  • При этом эффективность ферментов значительно выше эффективности небелковых катализаторов — ферменты ускоряют реакцию в миллионы и миллиарды раз, небелковые катализаторы — в сотни и тысячи раз.
  • Например, одна молекула фермента ренина, содержащегося в слизистой оболочке желудка телёнка, створаживает около 106 молекул казеиногена (белка) молока за 10 мин при температуре 37 °C.
• 
  Слайд 51
  
• 
  Слайд 52

  Тема «Особенности биологического уровня организации материи»

  Изучаются самостоятельно и рассматриваются на семинаре