Атомизм, периодический закон.
Начало современному представлению о химическом элементе как пределе химического разложения вещества, переходящего из состава одного сложного вещества в другое, было предложено Р. Бойлем, когда химики не знали еще ни одного элемента. Лишь несколько позже 1669 г. был открыт фосфор, в 1735 г. кобальт, в 1751 г. никель, в 1766 г. водород, в 1771 фтор, в 1772 г. азот, а в 1774 г. хлор и марганец.
Воспользовавшись механическими взглядами на природу материи и методом физического взвешивания, А. Лавуазье разработал кислородную теорию горения и сформулировал закон сохранения массы в химических реакциях, что позволило записывать реакции в виде алгебраических выражений. Это позволило Ж. Прусту установить постоянство состава элементов в химических соединениях. В конечном виде синтез знаний о качественном элементном составе и представлении о микроскопической структуре веществ позволили Дж. Дальтону установить закон кратных соотношений
2Н2 + О2 = 2Н2О
4 + 32 = 36
Н2/О2 = 1/8
С установлением закона Авогадро атомистическая теория строения вещества была полностью подтверждена. Вещества состоят из молекул, а их число при одинаковой температуре и давлении всегда одинаково, если объемы равны. Введение этой гипотезы позволило разграничить понятия атома и молекулы. В 1860 г. на Международном конгрессе химиков была окончательно утверждена атомно-молекулярная терминология, что послужило этапом завершенности атомно-молекулярного учения.
|
|
|
Во второй половине 19 века стали накапливаться знания по взаимосвязи электрических и химических явлений, появились гипотезы о сложной структуре атомов. Фарадей сформулировал основные законы электролиза и ввел в науку понятие о ионе. Кратность масс взаимодействующих элементов в химических реакциях привела Фарадея к мысли о существовании в природе элементарного заряда – кванта электричества. Однако еще до открытия электрона сложная структура атома была обоснована периодическим законом Д. И. Менделеева. Этот закон считают одним из важнейших достижений 19 века. Он позволил предсказывать открытия новых элементов с прогнозом их свойств. В это же время был установлен закон действующих масс, играющий основную роль в химической кинетике.
Периодический закон повлиял на спектральные исследования свойств атомов, создание Н. Бором модели атома водорода. Спектральный анализ, созданный Г. Р. Кирхгофом и Р. В. Бунзеном, стал основным методом познания в различных областях естествознания. Обнаруженные спектральные закономерности требовали объяснений. Лишь в конце 19 века были сделаны открытия, послужившие базой очередной научной революции в естествознании. В 1897 г. Дж. Томсон открыл электрон – первую элементарную частицу. В 1896 г. А. Беккерель обнаружил испускание солями урана неизвестного излучения. Изучая его, Пьер и Мария Кюри открыли новый химический элемент – радий, а само излучение стало называться радиоактивным, явление – радиоактивностью. Вскоре было установлено, что излучение состоит из ядер гелия, и назвали его 
излучением частиц. Открытый процесс был тесно связан со строением атомов и их ядер и не вписывался в механистическое воззрение. Кроме того, возникли трудности с объяснением излучения абсолютно черного тела, что послужило толчком к появлению квантовой теории.
|
|
|
В 1896 г. В. Вин установил закон снижения спектральной плотности излучения с увеличением его частоты, что противоречило используемой в науке формуле Рэлея-Джинса, выведенной из механических представлений.
В конце 19 века одним из направлений развития естествознания стал пересмотр таких понятий, как пространство и время, была сделана попытка создания новой теории тяготения. Понятие эфира было важной составляющей классической теории электромагнетизма 19 века. Уравнения Максвелла были инвариантны в любой системе отсчета, покоящейся относительно эфира. Уравнения Ньютона были инвариантны в любой инерциальной системе отсчета. Следовательно, скорость движения Земли должна была оказывать влияние на скорость света, если эфир увлекался бы Землей. Если же эфир набегает на Землю со скоростью 30 км/с, то скорость света изменилась бы при различных направлениях его распространения, однако опыта Майкельсона и Морли 1881-1887 г.г. не подтвердили зависимость скорости света от движения Земли и эфира.
|
|
|
Это противоречие было преодолено в релятивистской механике (специальной теории относительности), созданной трудами Г. Лоренца, А. Пуанкаре и А. Эйнштейна. Затем А. Эйнштейн на основе экспериментального факта равенства инертной и гравитационной массы создал теорию тяготения – общую теорию относительности. Тяготение стало трактоваться как искривление пространственно-временного континуума, что позволило распространить эквивалентность между ускорением и однородным полем тяготения на любые, в том числе и оптические, физические явления. Для этого потребовалось открытие новой геометрии, созданной трудами Лобачевского, Гаусса и Римана. Классическая механика И. Ньютона стала частным случаем теории относительности применительно к «большим» телам, движущимся с относительно малыми скоростями.
|
|
|
В это же время появляется статистическая физика, разрешившая часть противоречий классической теории. Введение вероятностного толкования энтропии в статистической физике было революционным. Энтропия рассматривается как мера вероятности какого-либо состояния термодинамической системы, а не мера необратимого рассеяния энергии, как трактовалось в классическом подходе. Равновесное состояние оказалось наиболее вероятным в природе вещей. Второе начало термодинамики теперь трактуется как закон природы, регламентирующий переход системы из неравновесного в равновесное состояние. Используя вероятностный подход Дж. У. Гиббс завершил построение классического этапа статистической физики, создание статистической механики.
Дальнейшее развитие термодинамика получила во второй половине XX века в процессе развития нового этапа при исследовании необратимых явлений, что требовало создания и развития теории самоорганизации на базе нового синергетического подхода.
Революция в естествознании привела к радикальному изменению технологического уровня производства: химического, авиакосмического, атомного. Химия, пожалуй, раньше других отраслей стал создавать и развивать производства, основанные на научных знаниях, обеспечивая тем самым прогресс развития: синтез анилиновых красителей, минеральных удобрений, аммиака, серной кислоты др. Научной основой быстрого развития химических технологий стали концептуальные моменты химической науки: учение о составе, теория химических процессов, эволюционная химия. Химическое производство и в настоящее время является новатором в материаловедении. Этот процесс развития химических производств резко повысил продуктивность сельского хозяйства, что стало условием урбанизации и быстрых темпов развития индустрии. Состояние и развитие машиностроения, строительства все в большей степени определяется разработкой и производством синтетических материалов.
Атомная техническая революция начала развиваться вместе с космической в середине 20 века. Атомная физика стала самостоятельным разделом физического естествознания. Взрыв первого атомного устройства осуществлен в 1945 году на полигоне Аламогордо (США). В том же году ядерное оружие было взорвано над японскими городами Хиросима и Нагасаки. В 1949 году плутониевая бомба испытана в СССР, США утратила ядерную монополию. Официально признанными державами, владеющими ядерным оружием являются США, Россия, КНР, Великобритания и Франция. К странам, неофициально владеющим атомным оружием, относят Израиль, Индию, Пакистан, ЮАР (до разоружения). Много споров в мировой политике идет о ядерных программах Северной Кореи и Иране.
Широкомасштабное мирное использование атомной энергии (АЭС) впервые осуществлено в Обнинске (СССР) в 1954 году. В 1994 году АЭС уже в 30 странах мира. Еще 18 стран завершают строительство ядерных энергоблоков. Проблема – захоронение отходов ядерного топлива.
Лучевая терапия, метод лечебных атомов в диагностике, рентгеновское излучение, гамм - дефектоскопы – далеко не полный перечень мирных профессий атома. Атомные ледоколы и атомные подводные лодки бороздят просторы мирового океана.
В последние десятилетия XX века быстрыми темпами развивалась микроэлектроника. Микрочипы позволили развить информационные системы и создать суперкомпьютеры. Появилась глобальная информационная сеть – Интернет.
Однако все эти достижения привели к безжалостной эксплуатации недр планеты. Продолжается рост потребления невозобновляемых источников энергии и ресурсов планеты.
Возникло и много других проблем. Электронные средства массовой информации создают благоприятную основу для манипуляции сознанием общества, человек зачастую теряет способность рационально осмысливать бытие. Мы становимся заложниками массовой нравственно художественной составляющей культуры. Особую опасность представляет растущая зависимость боевых средств массового уничтожения и атомных электростанций от управляющих ими компьютерных систем и информационных технологий.
Дата добавления: 2015-12-16; просмотров: 23; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!