01.09.21 г. 406,403,408,206 

2021-2022 учебный год

ГРУППЫ 406 и 403 ХИМИЯ

ТЕМА 1: Научные методы познания веществ и химических явлений. Роль эксперимента и теории в химии. Моделирование химических процессов.

Прежде чем приступить к любой работе и получить определённый результат, человек выбирает наиболее эффективные и доступные способы и приёмы выполнения её, инструмент и приспособления, которые можно использовать для этого, операции, которые необходимо совершить.

Совокупность приёмов и операций практического и теоретического освоения действительности и определяет понятие «метод».

Рассмотрим научные методы познания химии, т.е. методы познания, которые используются для изучения веществ и химических явлений.

Различают 2 уровня научного познания: эмпирический и теоретический.

Методы эмпирического уровня познания

Эмпирический уровень - характеризуется исследованием реально существующих объектов. На этом уровне происходит процесс накопления информации об этих объектах с помощью следующих методов: наблюдение, измерение, постановка экспериментов.

В это же время осуществляется первичная систематизация получаемых фактических данных в виде описания, таблиц, схем, графиков и т.д.

Познакомимся с каждым из этих методов отдельно.

Наблюдение – это первоначальный метод эмпирического познания, позволяющий получить первичную информацию об объекте изучения.

Наблюдение является целенаправленным, планомерным, активным методом научного познания: оно ведётся для решения заранее поставленных задач, строго по составленному исследователем плану, согласованному с поставленными задачами и сопровождается активными действиями исследователя. Результаты научных наблюдений фиксируются в виде описания признаков наблюдаемого объекта, таблиц, схем и т.д. Всё это является базисом науки, опираясь на который учёные создают эмпирические обобщения, сравнивают изучаемые объекты по тем или иным признакам, проводят классификацию, выявляют закономерности.

Наблюдения могут быть непосредственными, воспринимаемыми органами чувств человека, и опосредованными, которые проводятся с использованием технических средств наблюдения: микроскопов, телескопов и др.

В процессе наблюдения могут совершаться открытия новых явлений, позволяющих обосновать какую-либо научную гипотезу или подтвердить какое-либо положение известной теории.

Из всего сказанного следует, что наблюдение является важнейшим методом научного познания, позволяющим собрать обширную информацию об окружающем мире.

Эксперимент – более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением. Он отличается от метода наблюдения тем, что в ходе эксперимента исследователь может изменять условия (давление, температуру, напряжение и т.д.), устранять побочные факторы, затрудняющие процесс исследования. Эксперимент может повторяться несколько раз для получения наиболее достоверных результатов.

Условия научного эксперимента: целенаправленность, наличие базы в виде исходных теоретических положений, наличие плана проведения эксперимента, наличие технических средств, наличие специалистов необходимого уровня квалификации.

В зависимости от характера поставленных задач, решаемых в ходе эксперимента, последние подразделяются на исследовательские и проверочные.

Исследовательские эксперименты направлены на обнаружение новых, неизвестных науке свойств изучаемого объекта. Результатом такого эксперимента могут быть выводы, изменяющие представления об этом объекте.

Проверочные эксперименты служат для проверки или подтверждения тех или иных теоретических положений.

Следующий эмпирический метод познания – измерение.

Измерение – это процесс определения количественных значений свойств изучаемого объекта с помощью специальных технических устройств.

Измерения бывают прямые и косвенные.

Прямые измерения – это такие измерения, при которых значение измеряемой величины выдаётся непосредственно измерительным прибором.

При косвенном измерении искомое значение величины определяют по известной математической зависимости (по формуле), используя для этого данные, полученные при прямых измерениях.

В процессе измерения не всегда требуется участие человека. Измерение может быть включено в работу автоматической информационно-измерительной системы, которая строится на базе электронно-вычислительной техники.

Методы теоретического уровня познания

Идеализация – представляет собой мысленное внесение определенных изменений в изучаемый объект в соответствии с целями исследований. В результате таких изменений могут быть исключены из рассмотрения какие-то свойства, признаки, стороны объектов. Например, в механике идеализация материальной точки как тела, лишенного размеров и массы. Такой прием удобен при описании движения, в том числе атомов и молекул.

Идеализация используется тогда, когда реальные объекты достаточно сложны для имеющихся средств математического анализа, когда некоторые свойства затемняют существо протекающих в объекте процессов.

Роль идеализации как метода научного познания заключается в том, что получаемые на его основе теоретические положения, можно использовать для исследования реальных объектов или явлений.

Формализация - заключается в использовании специальной символики, позволяет отвлечься от изучения реальных объектов и оперировать вместо этого символами (знаками). Достоинством формализации является возможность проведения исследований без обращения к какому-либо объекту, кроме этого обеспечивается краткость и четкость записи научной информации.

Методы, применяемые на эмпирическом и теоретическом уровнях познания

Анализ и синтез.

Под анализом понимают разделение объекта (мысленно или реально) на составные части с целью изучения их по отдельности.

Под синтезом понимают соединение составных частей объекта (мысленно или реально) с целью изучения его как единого целого. Для изучения объекта как единого целого необходимо рассматривать его составные части в совокупности, в единстве. В процессе синтеза производится соединение воедино составных частей изучаемого объекта. Анализ и синтез успешно используются в сфере мыслительной деятельности человека, т.е. в теоретическом познании.

Моделирование – основано на изучении моделированного объекта. Модель строится по подобию оригинала, на ней воспроизводят, свойственные оригиналу процессы и полученные сведения переносятся на моделируемый объект – оригинал.

Различают несколько видов моделирования:

Мысленное. К нему относятся самые различные мыслительные представления в форме тех или иных воображаемых моделей.

Физическое. Оно характеризуется физическим подобием между моделью и оригиналом.

Символическое – связано с построением графиков, схем.

Численное моделирование на ЭВМ.

Моделирование как метод познания бывает единственно необходимым для исследования некоторых явлений.

Таким образом, все названные методы научного познания являются важными и необходимыми для познания окружающего мира.

    ТЕМА 2:    Основные понятия химии. Вещество. Атом. Молекула. Химический элемент. Аллотропия. Простые и сложные вещества. Качественный и количественный состав веществ.

 

1.Вещество. Атом. Молекула. Химический элемент. Аллотропия.

Химия– это наука о веществах и процессах их превращения, при которых происходит изменение состава и структуры.

Вещество - это каждый отдельный вид материи, обладающий при данных условиях определенными физическими свойствами (вода, железо, сера, известь, кислород). Природные вещества представляют собой смеси, состоящие иногда из большого числа различных веществ.

Основой всей химической науки являются атомно-молекулярное учение, закон сохранения материи, периодический закон Д.И.Менделеева и теория химического строения.

Создание атомно-молекулярного учения относится к концу 18 - началу 19 вв., когда в химию были введены количественные методы исследования.

Огромный вклад  в создание этой теории  внес русский ученый М.В.Ломоносов.

Основные положения  заключаются в следующем:

1. Вещества состоят из молекул; молекулы различных веществ отличаются между собой химическим составом, размерами, физическими и химическими свойствами.

2. Молекулы находятся в непрерывном движении; между ними существует взаимное притяжение и отталкивание. Скорость движения молекул зависит от агрегатного состояния веществ.

3. При физических явлениях состав молекул  остается неизменным, при химических  - претерпевают  качественные и количественные изменения и из одних молекул образуются другие.

4. Молекулы состоят из атомов. Атомы характеризуются определенными размерами и массой. Свойства атомов одного и того же элемента одинаковы  и отличаются от свойств атомов других элементов.

 

При химических реакциях атомы не претерпевают качественных изменений.

Атом – это электронейтральная частица, состоящего из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Атом – наименьшая частичка химического элемента, предел химической делимости материи. Атом- носитель свойств химического элемента.

Атомы могут  взаимодействовать между собой, образуя молекулы.

Валентность – это способность атомов элементов образовывать химические связи. Молекула – это система,  состоящая из связанных  между собой атомов.

Молекула – это наименьшая  частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

Молекула  способная к самостоятельному существованию и состоит из одинаковых или различных атомов, соединенных в одно целое химическими связями.

Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым положительным  зарядом ядра.

Каждый химический элемент обозначают соответствующим символом. Символ Cu  обозначает  атом меди, H- один атом водорода.

Состав веществ обозначают химическими формулами, в которых  символами указывают химические элементы, входящие в состав вещества, цифровыми индексами справа – число атомов каждого элемента. В состав молекулы серной кислоты H2SO4  входят два атома водорода, один атом серы и четыре атома кислорода.

Каждая химическая связь в формуле обозначается черточкой.

Способность химического элемента  образовывать несколько простых веществ называется аллотропией.

А различные простые вещества, образованные одним элементом, - аллотропными видоизменениями, или аллотропными модификациями.

Явление аллотропии обусловлено несколькими причинами:

1. Образованием молекул с различным числом атомов (кислород О2 и озон О3 фосфор  двухатомный Р 2 и четырехатомный Р4)
2. образованием кристаллов различных модификаций  (углерод в виде  графита и алмаза).

 

2.Простые и сложные вещества. Качественный и количественный состав веществ.

 

Простые вещества – это вещества, образованные одним химическим элементом.

Один и тот же химический элемент может образовывать несколько простых веществ.

Вещества, образованные из двух и более химических элементов, называют сложными. Сложных веществ гораздо больше, чем простых.

 

Различают в качественный и количественный состав веществ.

Качественный состав – это совокупность химических элементов и (или) атомных группировок, составляющих данное химическое вещество.

Количественный состав – это показатели, характеризующие количество или число атомов того или иного химического элемента и (или) атомных группировок, образующих данное химическое вещество.

Состав веществ отображают посредством химической символики.

По предложению Й. Я. Берцелиуса элементы принято обозначать первой или первой и одной из последующих букв латинских названий элементов.

 

Контрольные вопросы:

1.Какая связь между понятием «атом» и «молекула»? В чем различие между ними?

2.Чем определяется простое вещество от химического элемента?

ГРУППА 408 ХИМИЯ

ТЕМА 1: Предмет органической химии.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Ученые-химики изначально делили известные вещества на минеральные, животные и растительные, используя признак классификации – источник их получения. В дальнейшем вещества делят на две группы неорганические и органические. Признаком классификации послужило наличие в веществах атомов химического элемента углерода. Конечно, чёткой границы между органическими и неорганическими веществами нет и данная классификация условна, так как некоторые неорганические вещества обладают признаками органических веществ и могут превращаются в органические в одну стадию (карбиды, угарный газ и другие). Но и объединить в единую группу все вещества невозможно, так как органические вещества значительно отличаются от неорганических веществ. Органические вещества имеют общие признаки, которые отличают их от неорганических веществ:

наличие в составе молекулы атомов углерода; большинство способны гореть и (или) разлагаться с образованием углеродсодержащих продуктов; наличие в молекуле только ковалентных связей; непосредственное соединение углерода с атомами других элементов; валентность углерода равна IV. Йенс Якобс Берцелиус - шведский химик придерживался виталистической теории и определил органическую химию как химию растительных или животных веществ, образующихся под влиянием «жизненной силы» - vis vitalis; в 1806 году ввел понятия «органическая химия» и «органические вещества». Классическое определение понятия «органическая химия» была сформулировано немецким химиком в 1889 г. Карлом Шорлеммером (1834 – 1892): «Органическая химия есть химия углеводородов и их производных». В настоящее время органическую химию называют химией углерода и его соединений. Согласно схеме «Классификация веществ» неорганических веществ насчитывается около 700 тыс., а органических веществ – около 40 млн. Почему количество органических веществ превышает количество неорганических веществ. Причин многообразия органических веществ несколько: атомы углерода, соединяясь друг с другом, могут образовать цепи разной длины (от 1 до 100 атомов), разной формы (линейные, циклические, разветвленные); углерод может образовывать простые, двойные, тройные связи; углерод может соединяться с различными элементами; существование изомеров и гомологов. Изомерия – явление существования разных веществ-изомеров, имеющих одинаковый количественный и качественный состав, но разное строение и потому разные свойства. Например: молекулярной формуле C2H6O соответствуют два вещества: CH3-CH2-OH этиловый спирт – жидкость, tкип = 78,4 Сº, хорошо растворим в воде, взаимодействует со щелочными металлами; CH3-O-CH3 диметиловый эфир – газ, –tкип = –24 Сº, нерастворим в воде, не взаимодействует со щелочными металлами. Гомологический ряд – это ряд соединений, сходных по строению и свойствам и расположенных в порядке увеличения их относительных молекулярных масс. Гомологи – это вещества, имеющие сходное строение и отличающиеся друг от друга на одну или несколько групп –СН2 – гомологическую разность. Например: Гомологический ряд метана с общей формулой CnH2n+2: CH4 метан; C2H6 этан; C3H8 пропан; C4H10 бутан и т.д.

Основой каждой науки является теория. Для органической химии такой теорией служит теория строения органических веществ Александра Михайловича Бутлерова. Предпосылками появления теории являются:

1. Накопление большого количества теоретического и практического материала об органических веществах и их свойствах;

2. Ученые не могли объяснить множество противоречий в известном фактическом материале (например, многообразие органических веществ и существование изомеров);

3. Работы предшественников А.М.Бутлерова и его собственная работа как талантливого исследователя и ученого.

Таблица 1. История развития органической химии.

Ученый	Год	Вклад в науку
Йенс Якобс Берцелиус	1806	ввел понятия «органическая химия» и «органические вещества»
Фридрих Вёллер	1824	синтезирована щавелевая кислота
	1828	показал, что неорганическое вещество - циановокислый аммоний - при нагревании превращается в продукт жизнедеятельности животного организма - мочевину
Карлом Шорлеммером	1889	сформулировал классическое определение понятия «органическая химия» («Органическая химия есть химия углеводородов и их производных»)
Николай Николаевич Зинин	1842	синтезировал анилин
Адольф Вильгельм Герман Кольбе	1845	синтезировал органическое вещество-уксусную кислоту, в качестве исходных веществ он использовал древесный уголь, серу, хлор и воду
	1847	были синтезированы и другие органические кислоты, которые раньше выделялись только из растений
Пьер Эжен Марселен Бертло	1854	удалось синтезировать вещества, относящиеся к классу спиртов
Александр Михайлович Бутлеров	1861	синтезировал сахаристые вещества

ГРУППА 206  БИОЛОГИЯ

ТЕМА 1

Введение. Биология – наука о живой природе.

Биология – это наука о живой природе, о закономерностях, управляющих ею. Что изучает биология? Биология как наука изучает структуру, происхождение, рост, функционирование и эволюцию живых организмов.

Биология наука о живой природе. Основу биологии составляют 5 фундаментальных принципов. Это клеточная теория, гомеостаз, генетика, эволюция и энергия. Задачей общей биологии является выявление, а также объяснение общих процессов и явлений для всех организмов. Биология как наука позволяет накопить знания о происходящем в живом мире, хранить их на различных носителях и использовать по мере необходимости. Биологические науки подразделяют по типу исследуемых организмов. Зоология изучает животных, ботаника - растения, а микробиология изучает одноклеточные микроорганизмы. Внутри, биология как наука делится на области по масштабу исследования, или по применяемым методам. Так, предметом изучения гистологии и анатомии является строение организма и тканей, генетики – передача наследственной информации, биохимии - химические основы жизни, молекулярной биологии - взаимодействие между биологическими молекулами, физиологии - химические и физические функции органов и др.

Признаки живого организма:

• обладает сложным внутренним строением;
• у любой части организма имеется специальное назначение, и она выполняет возложенные на нее функции;
• извлекает, преобразовывает и использует энергию, поступающую из окружающей среды, обменивается веществом и энергией;
• реагируют на изменение окружающей среды (на внешний раздражитель);
• способность к адаптации, то есть организмы приспосабливаются к окружающей среде;
• способность к размножению;
• способность к эволюции (происходит изменение от простого к сложному).

Мир живого разнообразен и имеет сложную структуру.

Организация жизни осуществляется на различных уровнях. Самый нижний уровень – молекулярных структур. Клеточный уровень. Органно-тканевый уровень. При этом уровне организмы являются многоклеточными. Целостного организма. Популяционно-видовой уровень. Уровень биоценозов, то есть сообществ всех видов, которые населяют территорию. Биосфера. Это совокупность живого на Земле. Целостная (живая) система обладает следующими качествами:

• единство химического состава;
• открытость живых систем;
• живые системы – саморегулирующиеся, самоорганизующиеся, самоуправляющиеся, самовоспроизводящиеся системы;
• изменчивость;
• способность к развитию и росту, то есть к увеличению в массе и размерах, возникновению новых качеств и черт;
• дискретность и целостность.

Методы изучения. Биология для изучения живых организмов применяет множество разнообразных методов.

Например, к ним можно отнести:

• Наблюдение. Дает возможность выявлять объекты и различные явления.
• Эксперимент. Моделируется ситуация, при которой выявляются свойства изучаемых биологических объектов.
• Сравнение. Позволяет устанавливать общие для различных явлений закономерности.
• Исторический метод. Познание осуществляется с учетом имеющихся данных об органическом мире. Для изучения биологических объектов применяется различная техника. Это: компьютеры, микроскопы, химические анализаторы, ультрацентрифуги, и многая другая техника.

Биология как наука очень важна для людей, так как исследования, которые проводятся, позволяют нам больше знать о процессах и явлениях, происходящих в живом мире и использовать этот бесценный опыт в повседневной жизни, решить глобальные мировые проблемы. Знание законов биологии позволяет решить практические задачи, например, обеспечить население продовольствием. Агрономия и зоотехника опираются на биологию. Медицина не может обойтись без знания структуры (анатомии) тела человека.

Задание 1.

Вставьте пропущенные слова Что может объединить все биологические науки? ……….жизни на всех уровнях ее организации; ………биологических процессов и явлений; ………органического мира

Варианты ответа: закономерности; механизмы; пути развития. Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов: Закономерности; Механизмы; Пути развития

Задание 2.

Заполните пропуски в тексте: Организм — это целостная система, способная к ________существованию. По количеству____, входящих в состав организмов, их делят на ________и______. _______уровень организации у одноклеточных организмов (амебы обыкновенной, эвглены зеленой и др.) совпадает с_________.

Варианты ответа: Самостоятельному; самопроизвольному; организменным; молекулярным; организации; многоклеточные;клеток;органов; одноклеточные; клеточный. Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов: Самостоятельному, клеток, одноклеточные, многоклеточные, клеточный, организменным

ТЕМА 2:   Неорганические соединения клетки.

 Неорганические вещества клетки

В состав клетки входит около 70 элементов Периодической системы элементов Менделеева, а 24 из них присутствуют во всех типах клеток. Все присутствующие в клетке элементы делятся, в зависимости от их содержания в клетке, на группы:

• макроэлементы  – H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;
• микроэлементы  – В, Ni, Cu, Co, Zn, Mb и др.;
• ультрамикроэлементы  – U, Ra, Au, Pb, Hg, Se и др.

 

Другой принцип классификации элементов:

• органогены (кислород, водород, углерод, азот),
• макроэлементы,
• микроэлементы.

В состав клетки входят молекулы неорганических  и органических  соединений.

 

Неорганические соединения клетки – вода  и неорганические  ионы.
Вода – важнейшее неорганическое вещество клетки. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью. Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.

Физические свойства воды	Значение для биологических процессов
Высокая теплоемкость (из-за водородных связей между молекулами) и теплопроводность (из-за небольших размеров молекул)	Транспирация Потоотделение Периодическое выпадение осадков
Прозрачность в видимом участке спектра	Высокопродуктивные биоценозы прудов, озер, рек ( из-за возможности фотосинтеза на небольшой глубине)
Практически полная несжимаемость (из-за сил межмолекулярного сцепления)	Поддержание формы организмов: форма сочных органов  растений, положение трав в пространстве, гидростатический скелет круглых червей, медуз, амниотическая жидкость поддерживает и защищает плод млекопитающих
Подвижность молекул (из-за слабости водородных связей)	Осмос: поступление воды из почвы; плазмолиз
Вязкость (водородные связи)	Смазывающие свойства: синовиальная жидкость в суставах, плевральная жидкость
Растворитель  (полярность молекул)	Кровь, тканевая жидкость, лимфа, желудочный сок, слюна, у животных; клеточный сок у растений; водные организмы используют растворенный в воде кислород
Способность образовывать гидратационную оболочку вокруг макромолекул (из-за полярности молекул)	Дисперсионная среда в коллоидной системе цитоплазмы
Оптимальное для биологических систем значение сил поверхностного натяжения (из-за сил межмолекулярного сцепления)	Водные растворы – средство передвижения веществ в организме
Расширение при замерзании (из-за образования каждой молекулой максимального числа – 4 – водородных связей_	Лед легче воды, выполняет в водоемах функцию теплоизолятора

 

Неорганические ионы:
катионы K+, Na+, Ca2+ , Mg2+  и анионы Cl–, NO3- ,  PO4 2-,  CO32-, НPO42-.

Разность между количеством катионов и анионов (Nа+, К+, Сl-) на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения.
Анионы фосфорной  кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6—9.
Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7—4.
Соединения азота служат источником минерального питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот.
Атомы фосфора входят в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также костей позвоночных, хитинового покрова членистоногих.
Ионы кальция входят в состав вещества костей; они также необходимы для осуществления мышечного сокращения, свертывания крови.

Таблица. Роль макроэлементов на клеточном и организменном уровне организации. (для ознакомления)

Таблица. Роль микроэлементов в жизни клетки, растительного и животного организмов.

Тесты

Часть А

А1. Полярностью воды обусловлена ее способность
1) проводить тепло          
3) растворять хлорид натрия
2) поглощать тепло         
4) растворять глицерин

А2. Больным рахитом детям необходимо давать препараты, содержащие
1) железо
2) калий
3) кальций
4) цинк

А3. Проведение нервного импульса обеспечивается ионами:
1) калия и натрия
2) фосфора и азота
3) железа и меди
4) кислорода и хлора

А4. Слабые связи между молекулами воды в ее жидкой фазе называются:
1) ковалентными
2) гидрофобными
3) водородными 
4) гидрофильными

А5. В состав гемоглобина входит
1) фосфор
2) железо
3) сера
4) магний

А6. Выберите группу химических элементов, обязательно входящую в состав белков
1) Na, K, O, S        
2) N, P, C, Cl         
3) C, S, Fe, O         
4) C, H, O, N

А7. Пациентам с гипофункцией щитовидной железы дают препараты, содержащие
1) йод        
2) железо      
3) фосфор     
4) натрий

Часть В

В1. Выберите функции воды в клетке
1) энергетическая            
2) ферментативная     
3) транспортная
4) строительная              
5) смазывающая       
6) терморегуляционная

В2. Выберите только физические свойства воды
1) способность к диссоциации        
2) гидролиз солей            
3) плотность
4) теплопроводность        
5) электропроводность      
6) донорство электронов

Часть  С

С1. Какие физические свойства воды определяют ее биологическое значение?