Тема 3-03-02. Структуры микромира

Элементарные частицы

Фундаментальные частицы – по современным представлениям, не имеющие внутренней структуры и конечных размеров (например, кварки, лептоны)

Частицы и античастицы

Принцип Паули (частицы с полуцелым спином не могут одновременно находиться в одном и том же состоянии, например, в атоме не может быть электронов, у которых все квантовые числа одинаковы)

Классификация элементарных частиц:

- по массе: с нулевой массой (фотон); лёгкие (лептоны); тяжёлые (адроны)

(к лептонам относятся электрон и нейтрино, к адронам – протоны и нейтроны, протоны и нейтроны состоят их 3х кварков)

- по времени жизни: стабильные (протон, электрон, нейтрино), нестабильные (свободный нейтрон (живет не более 10 минут, затем распадается на протон, электрон и антинейтрино)) и резонансы (нестабильные короткоживущие)

- по зарядам (электрическому, цветовому, гравитационному – масса)

- по спину: бозоны – кванты полей (с целочисленным спином — фотон, мезоны) и фермионы - частицы вещества (с полуцелым спином — все лептоны, кварки, барионы), подчиняющиеся принципу Паули

Бозонная природа частиц-переносчиков фундаментальных взаимодействий (частицы-переносчики являются бозонами, т.е. у них целочисленные спины)

Вещество как совокупность устойчивых фермионных структур (кварки — нуклоны — атомные ядра — атомы с их электронными оболочками)

Размеры и масса ядра в сравнении с атомом (масса ядра составляет большую часть массы атома, размеры ядра малы по сравнению с размерами атома)

Виртуальные частицы (это частицы, существующие очень короткое время, поэтому их нельзя зарегистрировать)

Физическое поле как совокупность реальных и виртуальных частиц;

Физический вакуум как наинизшее энергетическое состояние физических полей, в котором отсутствуют реальные частицы

13. Тема 2-03-03. Химические системы Атом (наименьшая химическая частица, состоит из ядра и электронной оболочки) Изотопы (атомы одного и того же химического элемента, ядра которых содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов) Невозможность классического описания поведения электронов в атоме (возможно только вероятностное описание) Дискретность электронных состояний в атоме (энергия электронов в атоме имеет дискретные значения) Организация электронных состояний атома в электронные оболочки Переходы электронов между электронными состояниями как основные атомные процессы (возбуждение и ионизация) Химический элемент (разновидность атома с определенным зарядом ядра) Молекула (наименьшая частица вещества, определяющая его свойства) Вещества: простые и сложные (соединения) (молекулы простых веществ состоят из атомов одного и того же химического элемента) Понятие о качественном и количественном составе вещества (качественный состав: из каких химических элементов состоит вещество) Катализаторы (вещества, которые ускоряют химические реакции); Биокатализаторы (ферменты) Полимеры (вещества, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев (групп атомов), называемых мономерами) Мономеры Периодический закон Д. И. Менделеева (свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра) ;Периодическая система как графическое отображение периодического закона: периоды (физический смысл номера периода), группы (физический смысл номера группы) (номер периода совпадает с количеством электронных оболочек, номер группы совпадает с количеством электронов на внешней оболочке)

14. Тема 2-03-04. Особенности биологического уровня организации материи Системность живого (живая природа представляет собой иерархически организованную систему) Иерархическая организация живого: клетка – единица живого Иерархическая организация природных биологических систем: биополимеры – органеллы – клетки – ткани – органы – организмы – популяции – виды Иерархическая организация природных экологических систем: особь – популяция – биоценоз – биогеоценоз – экосистемы более высокого ранга (саванна, тайга, океан) – биосфера) Химический состав живого: элементы-органогены, микроэлементы, макроэлементы, их основная роль в живом Химический состав живого: атом углерода – главный элемент живого, его уникальные особенности: - способность атомов связываться друг с другом с образованием разнообразных структур, являющихся несущей основой органических молекул (многообразие органических молекул) - способность связываться с другими атомами близких радиусов (кислородом, азотом, серой) с образованием менее прочных связей (возникновение функциональных групп), которые обусловливают химическую активность органических соединений - способность к образованию двойных, тройных связей – другая причина химической активности - функциональные группы (если их не менее двух в молекуле) и кратные связи обусловливают способность к образованию высокомолекулярных соединений - возможность существования в виде асимметричного (хирального) центра – одна из причин хиральности молекул живого Химический состав живого: вода, ее роль для живых организмов: - высокая полярность молекул воды и как следствие – ее химическая активность и высокая растворяющая способность - высокие теплоемкость, теплота испарения и теплота плавления – основа поддержания температурного гомеостаза живых организмов и регулирования климата планеты - аномальная плотность в твердом состоянии – причина существования жизни в замерзающих водоемах - высокое поверхностное натяжение – жизнь на поверхности гидросферы, передвижение растворов по сосудам растений Химический состав живого: особенности органических биополимеров как высокомолекулярных соединений – высокая молекулярная масса, способность образовывать пространственные и надмолекулярные структуры, разнообразие строения и свойств Симметрия и асимметрия живого Хиральность молекул живого (способность отклонять поляризованные лучи света) Открытость живых систем (они обмениваются с окружающей средой веществом и энергией) Открытость живых систем Обмен веществ и энергии Самовоспроизведение Гомеостаз как относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды живой системы Каталитический характер химии живого Специфические свойства ферментативного катализа: чрезвычайно высокие избирательность и скорость ферментативных реакций, главные причины чего – комплементарность фермента и реагента, высокомолекулярный характер фермента