Методы естественнонаучного познания 5 страница

Сравнение химической формы движения атомов с их внутренними и внешними физическими взаимодействиями показывает, что именно химическое взаимодействие атомов следует рассматривать как специфически атомную форму движения. Во-первых, в отличие от других взаимодействий атомов, свойственных и более простым объектам, химическое взаимодействие возникает только на атомном уровне, поэтому атом следует рассматривать как наипростейшую в химическом отношении частицу. Во-вторых, химическое взаимодействие - это взаимодействие атомов с атомами, а не с другими объектами, что определяет полнейшую зависимость химических процессов от свойств самих атомов. В-третьих, из всех взаимодействий атомов с атомами их химические взаимодействия в наибольшей мере зависят от специфических для атомов каждого химического элемента особенностей электронной структуры.

Молекулы - это очередной после атомов качественный уровень строения и эволюции вещества. Подчеркивая целостность молекул, органическое единство их составных частей, современное естествознание характеризует движение молекул как движение самостоятельных и целостных систем, а не как простую сумму разрозненных движений отдельных образующих их частиц (атомов, ядер и электронов). Те взаимодействия молекул, которые не сопровождаются изменением их структуры (т.е. определенного порядка химических связей между атомами внутри молекул), изучаются физикой и называются физическими. Взаимодействия же молекул, приводящие к их качественным взаимопревращениям, перестройке их внутренних связей, называются химическими и изучаются химией.

Так же, как в случае атомов, химическое поведение молекул является их индивидуальной характеристикой, специфически обусловлено их составом и структурой. Этого нельзя сказать о ван-дер-ваальсовом взаимодействии, связанном с агрегатным состоянии вещества. В этом взаимодействии молекулы тоже участвуют как единые и целостные образования, но в отличие от химического оно универсально, осуществляется между всеми атомами и молекулами независимо от их принадлежности к какому-либо определенному химическому элементу или соединению.

Общая природа каких-либо взаимодействий не исключает, а предполагает наличие особенного, отличающего одно взаимодействие от другого. И простое кулоновское взаимодействие любых электрических зарядов, и ван-дер-ваальсово взаимодействие атомов и молекул, и химическое взаимодействие между ними имеют общую электрическую природу. Однако кулоновское взаимодействие между зарядами проявляется на макроскопических расстояниях. Ван-дер-ваальсово взаимодействие осуществляется на расстояниях нескольких ангстрем. Химическое же взаимодействие возможно только при сближении атомов и молекул на 1-2 ангстрема. Все это тоже демонстрирует более внутренний характер химического взаимодействия атомов и молекул по сравнению с другими их взаимодействиями.

Современной химии известно большое многообразие химических «частиц» различной степени сложности, представляющих, по меньшей мере, три качественно различных уровня материи: 1) атомный уровень (электрически нейтральные атомы, ионы атомов, различные изотопы и атомы в разных состояниях - типа «горячих» атомов и т.п.); 2) молекулярный уровень (сами молекулы как электрически нейтральные и валентно насыщенные дискретные частицы, радикалы - химически ненасыщенные частицы, молекулярные ионы, ион-радикалы и т.п.); 3) надмолекулярный уровень - коллоидные образования (мицеллы), молекулярные комплексы и макромолекулы полимеров. При этом наряду с химическими соединениями Постоянного состава чрезвычайно распространены и соединения переменного состава.

На всех этих уровнях химические процессы представляют собой высшую форму движения, усложняющуюся вместе с усложнением химических частиц.

Только в биологических системах кончается качественная сфера действия химической формы движения как главной и самостоятельной формы движения, охватывающей важный этап развития материи от простейших атомов до сложнейших белково-нуклеиновых систем. И, конечно, на всех этих уровнях химия вообще неотрывна от физики в том смысле, что химическая форма движения сама является определенной совокупностью (причем целостной, системной) различных физических процессов и что наряду с химическими превращениями всегда происходят те или иные физические изменения в атомно-молекулярном и надмолекулярном веществе.

Мегамир, его состав и строение

Нет жесткой границы, однозначно разделяющей микро-, макро- и мегамиры. При несомненном качественном различии они связаны конкретными процессами взаимопереходов. Наша Земля представляет макромир. Но в качестве одной из планет Солнечной системы она одновременно выступает и как элемент мегамира.

В Солнечную систему входят 9 планет, их спутники, свыше 100 тыс. астероидов, множество комет и метеоритных тел. Расстояние от Солнца до наиболее удаленной планеты Плутона 6 млрд. км.Различают планеты земной группы и планеты-гиганты. Планеты земной группы - Меркурий, Венера, Земля, Марс - сравнительно невелики и состоят из плотного вещества. Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун относятся к гигантам, они гораздо массивнее, но в их состав входят легкие вещества и поэтому их плотность меньше и выбивающийся из общего ряда планетарных характеристик Плутон. В отличие от атмосфер планет земной группы, четко отделенных от твердой поверхности, атмосферные газы планет-гигантов постепенно переходят в конденсированное состояние, в «тело» самих планет. У них нет привычной для нас твердой или жидкой поверхности.

Входящие в Солнечную систему астероиды представляют собой малые планеты. Хотя их много, но суммарная их масса оказывается меньше 0,001 массы Земли. Самый крупный астероид - планета Церера - имеет поперечник около 1000 км. Сталкиваясь друг с другом, астероиды дробятся на метеориты. Своеобразными объектами Солнечной системы являются кометы.Они состоят из головы, небольшого плотного ядра и хвоста длиной в десятки миллионов километров. Ядра комет имеют размеры в несколько километров и состоят из каменных и металлических образований, заключенных в ледяную оболочку из замерзших газов. Кометы обычно - самые дальние объекты Солнечной системы. Некоторые из них удаляются от Солнца на 10 000 млрд. км - на расстояние одного светового года, т.е. расстояние, которое свет со скоростью 300 000 км/с проходит за один год (1 световой год = 10 000 млрд. км - 10¹³ км). Считается, что на этом удалении от Солнца и проходит граница Солнечной системы. Далее начинается сфера влияния других звезд. Для сравнения: свет от Солнца до Земли доходит за 8 мин, а от второй по близости к нам звезды (Проксима Центавра) свет идет к Земле более четырех лет. Эта звезда находится от нас в 100 000 раз дальше, чем Солнце.

Массы звезд составляют от 0,1 до 50 солнечных масс. Размеры диаметров звезд различаются очень сильно - от 10-20 км (нейтронные звезды) до сотен миллионов километров (красные сверхгиганты). Плотности вещества звезд колеблются от 1 г/см³ до 10¹⁴ г/см³ (нейтронные звезды). Светимости звезд колеблются от 0,001 до 1 млн солнечной светимости, т.е. различаются на 9 порядков (в миллиард раз). Атмосфера звезд на 98% состоит из водорода и гелия.

Звезды образуют галактики,включающие сотни миллиардов звезд, туманности, межзвездную среду, космические лучи, электромагнитные волны. Наша галактика выглядит как двояковыпуклая линза (диск), толщина которого 1,5 тыс. световых лет, а диаметр - 100 тыс. световых лет. Полная масса галактики равна 150 млрд. солнечных масс. Ближайшие к нам галактики, видимые невооруженным взглядом, - Магеллановы облака и Туманность Андромеды.

И самый большой объект в мире, включающий все известные современной науке, - это Метагалактика. Размеры ее 15- 20 млрд. световых лет, а возраст 15-20 млрд. лет. Таков состав мегамира.