Контрольная работа по "Естествознанию"

Глубоко под наружным покровом светила температура  равная 13 миллионов градусов. При таких условиях солнечное вещество не может быть похожим на  обычный газ. Бешено мчащиеся и сталкивающиеся атомы вдребезги разбиваются. Получается плотное скопление осколков атомов – атомных  ядер и электронов. Эту смесь называют плазмой. В глубинах Солнца ядра атомов водорода – протоны – нередко налетают друг на друга. Иногда они сталкиваются с сильного разгона. Но, несмотря  на огромную температуру и, следовательно, высокие скорости теплового движения, лишь в редчайших случаях (раз в несколько миллиардов лет) столкнувшиеся протоны получают способность пробить броню взаимного электрического отталкивания.

По законам  квантовой механики, атомные ядра приобретают способность как  бы «проскальзывать» через электрическую  броню, преодолевать ее, даже не имея для этого достаточного, согласно представлениям классической физики, запаса энергии.

Рассмотрим  реакции, протекающие в недрах Солнца. Под влиянием высокой температуры  в ядре Солнца водород превращается в гелий с выделением большого количества тепла; это удерживает Солнце от сжатия под воздействием собственной силы тяжести. Основным источником энергии в недрах Солнца является цепочка протон протонных термоядерных реакций. Примерно в 70 % случаев водородная цепочка состоит из трех основных реакций. Первая из них начинается с бета-распада ядра атома водорода (протона ¹Н), который в свободном состоянии необычайно устойчив. Распад может произойти в краткий миг в результате столкновения двух протонов.  Тогда возможно превращение одного из них в нейтрон с испусканием позитрона е⁺ и электронного нейтрино ν_е. Объединяясь с другим протоном, этот нейтрон образует ядро изотопа водорода – дейтерия (тяжелого водорода) с атомным весом 2 (²Н).   

¹Н+¹Н → ²Н+e⁺+ ν_е

В среднем  раз в 14 миллиардов лет одни из протонов такой пары преобразуется в нейтрон.

Нейтрино  уносят значительную часть энергии  Солнца. На их долю приходится около 5 % энергии солнечного излучения. Движущиеся со скоростью света, они слабо  взаимодействуют с веществом  и практически беспрепятственно проходят через все Солнце, покидая его.

 Во  второй реакции дейтроны ²Н, возникшие в результате первой реакции, за считанные секунды захватывают новые протоны, образуя ядра изотопа ³Не с испусканием фотона

²Н+¹H → ³He+γ

Благодаря третьей реакции, в течение времени, порядка миллиона лет, ядра  изотопа ³Не могут слиться и, высвободив два протона, образовать ядро обычного гелия ⁴Не.

³Не+³Не → ⁴Не+ 2¹Н

   Кроме того, в недрах Солнца идут и другие реакции – так называемого  углеродного цикла. Такие реакции  обеспечивают не более 1-2 % светимости Солнца. Они происходят только в самом центре светила, где температура и плотность достигают наибольших значений. По мере удаления от центра Солнца температура и плотность становятся меньше, выделение энергии за счет углеродного цикла быстро прекращается и вплоть расстояния 0,2-0,3 радиуса от центра существенной остается только протон-протонная цепочка реакций. В составе солнечного вещества присутствует ничтожное количество атомных ядер углерода с атомным весом 12. Они могут служить своего рода посредниками преобразования протонов в ядра гелия. В среднем раз в 13 миллионов лет быстрый протон проникает в ядро углерода-12 (¹²С) и образует ядро азота-13 (¹³N):                                   ¹²С+¹H→¹³N+ γ

 ¹³N через 14 мин. претерпевает радиоактивный распад, излучая позитрон и нейтрино и превращаясь в ядро углерода-13 (¹³С) захватывает второй протон, что приводит к возникновению устойчивого ядра азота -14 (¹⁴N):

 ¹³N→¹³С+ е⁺ + ν_е,      ¹³С+¹H→¹⁴N+ γ

Это ядро в среднем через 32 миллиона лет способно захватить третий протон и преобразоваться в ядро кислорода-15 (¹⁵О):          ¹⁴N+¹H→¹⁵О+ γ

, которое  очень быстро (в среднем через  3 мин.) выбрасывает позитрон и  нейтрино, чтобы превратиться в  ядро азота-15 (¹⁵N) захватывает четвертый протон, выбрасывает ядро гелия и превращается в ядро  углерода-12 (¹²С), с которого и началась вся цепочка реакций:

¹⁵О→¹⁵N + е⁺ + ν_е,        ¹⁵N+¹H→¹²С+⁴Не

Можно убедиться, что углеродные ядра в  данной последовательности реакций  не расходуются. Зато в результате цикла четыре протона превращаются в ядро гелия.     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

10. Опишите образование протоклеток (коацерватов).

Коацерваты  имеют важное значение в ряде гипотез  о происхождении жизни на Земле. Они в таких гипотезах представляют некие праорганизмы (протоорганизмы).

А.И.Опарин, исходя из теоретических соображений, высказал мысль, что  органические вещества, возможно углеводороды, создавались в океане из более простых соединений. Энергию для этих процессов поставляла интенсивная солнечная радиация, главным образом ультрафиолетовое излучение, падавшее на Землю до того, как образовался слой озона, который стал задерживать большую ее часть. По мнению Опарина, разнообразие находившихся в океанах простых соединений, площадь поверхности Земли, доступность энергии и масштабы времени позволили предположить, что в океанах постепенно накопились органические вещества и образовался «первичный бульон». Решающая роль принадлежит белкам, благодаря их амфотерности они способны к образованию коллоидных гидрофильных комплексов – притягивают к себе молекулы воды, создающие вокруг них оболочку. Эти комплексы могут обособляться от водной фазы, в которой они суспендированы, и образовывать своего рода эмульсию. Слияние таких комплексов друг с другом приводит к отделению коллоидов от среды – процесс, называемый коацервацией.

Таким образом, коацервация – расслоение коллоидной системы с образованием коллоидных скоплений (коацерватов) в виде двух жидких слоев или капель. Сущность явления коацервации заключается в отмешивании из однородного коллоидного раствора слоя или капель, связанном с переходом от полного смешивания к ограниченной растворимости.

Коацерваты  образуются в слабых растворах. Вследствие взаимодействия противоположных электрических  зарядов происходит агрегация молекул. Мелкие сферические частицы возникают потому, что молекулы воды создают вокруг образовавшегося агрегата поверхность раздела.

Каждая  молекула имеет определенно структурную  организацию (атомы, входящие в ее состав, закономерно расположены в пространстве). Вследствие этого в молекуле образуются полюсы с различными зарядами. Например, молекула воды H₂O образует диполь, в котором одна часть молекулы, где находится водород, несет положительный заряд, а другая, где находится кислород – отрицательный. Кроме этого, некоторые молекулы (например, соли) в водной среде диссоциируют (распадаются) на ионы. В силу таких особенностей химической организации вокруг молекул образуются водные «рубашки», из определенным образом, ориентированных молекул воды. Молекулы, окруженные водной «рубашкой», могут объединяться, образуя многомолекулярные комплексы – коацерваты.

Коацерват – капли или слои с большей  концентрацией коллоида (растворенного  вещества), чем в остальной части  раствора того же химического состава.

Богатые коллоидами коацерваты способны обмениваться с окружающей средой веществами и избирательно накапливать различные соединения, особенно кристаллоиды. Коллоидный состав такого коацервата зависит от состава среды.

В самих  коацерватах, входящие в их состав вещества вступают в дальнейшие химические реакции. При этом происходило поглощение коацерватами ионов металлов и образование ферментов. На границе между коацерватами и средой выстраиваются молекулы липидов, что приводит к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающая коацерватам стабильность.

Накапливая  вещества, коацерваты увеличивают свой объем. По достижению определенных размеров они распадаются на части, сохраняя при этом некоторые черты исходной химической организации. Поскольку  устойчивость коацерватов различного химического состава различна, то среди них происходит отбор. Перечисленные выше свойства ученые усматривают у пробионтов. Они представляются как обособленные от окружающей среды, открытые макромолекулярные системы, возникавшие в первичном бульоне и способные к примитивным формам роста, размножения, обмена вещества и предбиологическому химическому отбору.  
 
 
 
 
 

Список  литературы

1. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004.
2. Горбачев В.В. Концепции современного естествознания: Учебник. – Изд. 2-е– М.: 2003.
3. В.П. Бондарев Концепции современного естествознания.– М.: 2005.
4. Т.Г.Грушевицкая Концепции современного естествознания. – М.: 1999.
5. Алексеев П.В., Панин А.В. Философия: Учебник. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Издательство «Проспект», 2003.