Igor' Kondrashin - Dialektika Materii (CHast' 3, prodolzhenie)

h v zvezdno-planetnyh telah Vselennoj, dlya sohraneniya napravlennosti tenzora Razvitiya Materii dvizhenie v kachestve (

) dolzhno proishodit' v kvadratnoj zavisimosti ot dvizheniya Materii vo vremeni. Vsledstvie etogo prirashchenie funkcional'nyh svojstv material'nyh sistem, sosredotochennyh v zvezdno-planetnyh obrazovaniyah, dlya kakogo-libo regiona Vselennoj protekaet znachitel'no bystree, chem eto proishodilo by dlya vsej ravnomerno prostirayushchejsya i peremeshchayushchejsya po prostranstvu Vselennoj material'noj substancii.

Iz teh zhe uravnenij sleduet, chto dlya material'nyh sistem - fshch. edinic, dvizhenie kotoryh v prostranstve prakticheski ogranicheno (

), vremya funkcionirovaniya ravno kvadratnomu kornyu iz ih funkcional'noj summarnoj massy

, to est' chem men'she ih summarnaya massa, tem koroche period ih funkcionirovaniya i, sootvetstvenno, sushchestvovaniya. Obrazno govorya, poluchennoe uravnenie mozhno nazvat' "formuloj smerti vsego zastyvshego".

Zdes' takzhe umestno otmetit', chto s kazhdym posleduyushchim organizacionnym urovnem Razvitiya Materii fshch. edinicy nesut na sebe vse bol'she fn. nagruzok, to est' povyshaetsya koefficient ih polifunkcional'nosti. I chem slozhnee po organizacii strukturnyj uroven' Materii, tem vyshe budet etot koefficient. Otmechennyj faktor oblegchaet reshenie zadachi uskoreniya dvizheniya Materii v kachestve (

) v usloviyah ogranichennogo prostranstva (

) zvezdno-planetnyh obrazovanij.

[ Oglavlenie ] [ Prodolzhenie teksta ]

Igor' Kondrashin - Dialektika Materii (CHast' 3, prodolzhenie)

[ Oglavlenie ]

Igor' Kondrashin
Dialektika Materii

Dialekticheskij genezis material'nyh sistem
(prodolzhenie)

Uroven' G

Sleduyushchij organizacionnyj uroven' sistemnyh obrazovanij Materii ob®edinyaet vse kachestvennoe mnogoobrazie neorganicheskih elementov. Ishodya iz trebovanij zakona uvelicheniya prirashcheniya funkcij v edinicu vremeni vsledstvie ogranicheniya prostranstvennogo peremeshcheniya, poyavlenie sistemnyh obrazovanij dannogo podurovnya proishodilo glavnym obrazom na planetnyh telah Vselennoj.

   Obrazuyushchej osnovoj struktur urovnya G sluzhit himicheskoe soedinenie elementov Materii, a tochnee, himicheskaya svyaz' mezhdu funkcioniruyushchimi edinicami podurovnya V (to est' atomami), v rezul'tate chego obrazuyutsya fshch. edinicy novogo urovnya (molekuly), kazhdaya iz kotoryh imeet svoi strogo opredelennye fn. svojstva, bol'shinstvo iz kotoryh v nastoyashchee vremya horosho izucheny.

   Vkratce ostanovimsya na mehanizme dejstviya himicheskoj svyazi.

   Vse mnogochislennye himicheskie processy proishodyat v rezul'tate vzaimnyh peregruppirovok atomov, soprovozhdayushchihsya razryvom staryh fn. svyazej mezhdu nimi i obrazovaniem novyh v ramkah struktur fn. yacheek elementov dannogo podurovnya. Ne sushchestvuet himicheskih reakcij, v hode kotoryh svyazi mezhdu fn. yachejkami, zanimaemymi razlichnymi atomami, ne izmenyalis' by. Vneshne otvetstvennymi za eto yavlyayutsya elektronnye obolochki atomov, vstupivshih v kontakt drug s drugom. Poetomu smelo mozhno utverzhdat', chto eto yavlyaetsya ih glavnym fn. svojstvom, ih funkciej.

   Soprikosnovenie vzaimodejstvuyushchih atomov, soprovozhdayushcheesya chastichnym perekryvaniem ih elektronnyh obolochek, yavlyaetsya neobhodimym usloviem vozniknoveniya mezhdu nimi himicheskoj svyazi. V kachestve primera rassmotrim mehanizm organizacii prostejshego po strukture obrazovaniya dannogo podurovnya - molekuly vodoroda.

   |lektron v atome vodoroda zanimaet opredelennyj energeticheskij uroven', kotoryj yavlyaetsya nainizshim, esli atom ne vozbuzhden i nahoditsya v izolirovannom sostoyanii. Pri sblizhenii dvuh atomov ih elektrony ispytyvayut prityazhenie so storony oboih yader, kotoroe vozrastaet po mere umen'sheniya rasstoyaniya mezhdu nimi. Odnako, na opredelennom etape sblizhenie atomov mozhet priostanovit'sya vsledstvie dejstviya sil ottalkivaniya mezhdu elektronami, kazhdyj iz kotoryh obladaet otricatel'nym zaryadom. Poetomu dal'nejshee vzaimodejstvie dvuh atomov budet protekat' v zavisimosti ot harakteristiki spinov ih elektronov. |lektrony s parallel'nymi (odinakovo napravlennymi) spinami ( ) ottalkivayutsya drug ot druga, a elektrony s antiparallel'nymi spinami ( ) sblizhayutsya, styagivayas' v elektronnuyu paru. |tot princip uzhe upominalsya nami pri opisanii postroeniya atomnyh orbitalej elektronnyh obolochek atomov.

   Takim obrazom, pri sblizhenii dvuh atomov vodoroda v prostranstvo mezhdu ih yadrami mogut vojti dva elektrona, spiny kotoryh antiparallel'ny. V rezul'tate poyavlyaetsya stabil'noe dvuhatomnoe sistemnoe obrazovanie - molekula vodoroda H₂, fn. yachejki kotorogo zapolneny fshch. edinicami podurovnya V - atomami vodoroda. Obshchaya kineticheskaya energiya sistemy iz dvuh atomov umen'shaetsya vsledstvie pogloshcheniya ee pri postroenii samoj sistemy putem transformacii chasti kineticheskoj energii otdel'nyh atomov v potencial'nuyu energiyu svyazi molekuly. YAdra svyazannyh atomov ostayutsya na strogo opredelennom rasstoyanii i sovershayut kolebaniya otnositel'no drug druga. Ravnovesnoe mezhyadernoe rasstoyanie, nazyvaemoe dlinoj himicheskoj svyazi, dlya molekuly H₂ ravno 0,74 pri radiusah atomov vodoroda 0,53 . Oblast' prostranstva mezhdu yadrami atomov, v kotoroj veroyatnost' nahozhdeniya elektronnoj pary maksimal'na, predstavlyaet soboj molekulyarnuyu orbital'. V nej, kak my vyyasnili, ne mogut nahodit'sya odnovremenno dva elektrona s parallel'nymi spinami. Poetomu pri sblizhenii dvuh atomov, elektrony kotoryh imeyut parallel'nye spiny, molekula vodoroda obrazovat'sya ne mozhet. Himicheskaya svyaz' mozhet voznikat' kak mezhdu otdel'nymi atomami periodicheskoj sistemy podurovnya V, tak i mezhdu bolee slozhnymi fshch. edinicami - molekulami, ionami, radikalami... Odnako v lyubom sluchae v ee osnove lezhit metod valentnyh svyazej, glavnoe polozhenie kotorogo sostoit v tom, chto valentnost' lyuboj ukazannoj edinicy ravna chislu ee nesparennyh elektronov. Esli v atome imeyutsya vakantnye orbitali (fn. yachejki urovnya AA), ne slishkom sil'no otlichayushchiesya po urovnyu energii ot orbitalej, soderzhashchih paru elektronov, to vozmozhen perehod odnogo iz elektronov v svobodnuyu orbital' sosednego podsloya. V rezul'tate, elektrony "rasparivayutsya" i stanovyatsya valentnymi. Odnako, chtoby osushchestvit' takoj perevod elektrona na druguyu orbital', to est' vozbudit' atom, nuzhno zatratit' opredelennoe kolichestvo vnesistemnoj energii. CHislo obobshchennyh elektronnyh par opredelyaet kovalentnost' elementa.

   Kazhdaya fshch. edinica (atom, ion ili molekula), soderzhashchaya v orbitali nesparennyj elektron, sleduya zakonam dvizheniya Materii v kachestve (), stremitsya k ustanovleniyu s partnerami atomnoj svyazi i poetomu obladaet vysokoj reakcionnoj sposobnost'yu, proyavlyayushchejsya prezhde vsego v reakciyah zameshcheniya (Na + H₂O = NaOH + H) i prisoedineniya (H + H = H₂ ili H + Cl = HCl ).

   Svyaz' mezhdu atomami, osushchestvlyaemaya obshchej elektronnoj paroj, mozhet vozniknut' i drugim putem. Esli v atomnoj orbitali odnogo atoma (D) nahodyatsya dva elektrona, a u drugogo atoma (A) imeetsya vakantnaya atomnaya orbital', to svyaz' mezhdu nimi obrazuetsya za schet pary elektronov pervogo atoma (D: A). Atom D, predostavlyayushchij dlya obrazovaniya svyazi elektronnuyu paru, yavlyaetsya donorom, a atom A, obladayushchij svobodnoj orbital'yu, - akceptorom.

   Obrazovanie donorno-akceptornoj svyazi protekaet po puti, otlichayushchemusya ot mehanizma kovalentnoj svyazi, no privodit k takomu zhe rezul'tatu. Pri etom proishodit uslozhnenie sostava i struktury veshchestv s obrazovaniem slozhnyh "kompleksnyh" soedinenij, nesushchih svoyu strogo opredelennuyu funkcional'nuyu nagruzku. Kak pravilo, odin iz atomov (obychno akceptor), raspolagayas' v centre, koordiniruet vokrug sebya edinicy, vstupayushchie s nim v donorno-akceptornuyu svyaz', nazyvaemuyu eshche poetomu koordinativnoj svyaz'yu. Za schet koordinativnoj svyazi proishodit himicheskoe nasyshchenie atoma, v rezul'tate chego vnutrennyaya energiya sistemy vzaimodejstvuyushchih atomov ponizhaetsya. Blagodarya etomu obshchaya valentnost' atoma (kak summy vseh ego svyazej) mozhet byt' dostatochno vysokoj.

   Itak, pri ustanovlenii himicheskoj svyazi atom predostavlyaet partneru libo atomnuyu orbital' s dvumya svobodnymi fn. yachejkami (akceptor), libo atomnuyu orbital' s odnim elektronom i odnoj svobodnoj fn. yachejkoj, libo atomnuyu orbital' s paroj elektronov - fshch. edinic (donor). Poetomu valentnost' elementa ravna obshchemu chislu orbitalej ego atoma, prinimayushchih uchastie v obrazovanii himicheskih svyazej. Pri zapolnenii elektronami fn. yacheek vseh vozmozhnyh atomnyh orbitalej atom himicheski nasyshchaetsya i stanovitsya nesposobnym k ustanovleniyu dopolnitel'nyh himicheskih svyazej

   V obshchem sluchae obrazovanie kazhdoj dopolnitel'noj valentnoj svyazi privodit k dal'nejshej stabilizacii molekuly, poetomu naibolee ustojchivymi molekulami yavlyayutsya takie, v atomah kotoryh vse stabil'nye atomnye orbitali libo ispol'zovany dlya obrazovaniya svyazej, libo zanyaty nepodelennymi parami elektronov.

   Kovalentnaya, kak i donorno-akceptornaya himicheskaya svyaz' obrazuetsya mezhdu atomami, raspolozhennymi v prostranstve drug otnositel'no druga opredelennym obrazom - napravlenno. I poetomu, chem polnee v prostranstve perekryvayutsya drug s drugom dve atomnye orbitali, uchastvuyushchie v himicheskoj svyazi, tem men'shim zapasom energii obladayut elektrony, nahodyashchiesya v oblasti perekryvaniya i osushchestvlyayushchie svyaz', i tem prochnee himicheskaya svyaz' mezhdu etimi atomami. Napravlennost' himicheskih svyazej v prostranstve pridaet vsem mnogoatomnym chasticam (molekulam, ionam, radikalam) opredelennuyu konfiguraciyu. Ot nee zavisit vnutrennyaya struktura veshchestva, a takzhe ego fn. svojstva.

   Parallel'no s razvitiem struktury fshch. edinic urovnya G proishodilo dal'nejshee razdelenie ih fn. svojstv. Primerom etomu mozhet sluzhit' delenie edinic na diamagnitnye i paramagnitnye. Pervye okazyvayut prohozhdeniyu magnitnyh silovyh linij soprotivlenie bol'shee, chem "vakuum", a vtorye provodyat ih luchshe, chem "vakuum". Poetomu vneshnee magnitnoe pole vytalkivaet diamagnitnye veshchestva i vtyagivaet paramagnitnye. Stol' razlichnoe ih povedenie ob®yasnyaetsya osobennostyami strukturnogo postroeniya, diktuemogo zakonami nizhnih organizacionnyh urovnej, i dejstvie kotoryh opredelyaet harakter vnutrennih magnitnyh polej veshchestva, skladyvayushchihsya iz sobstvennyh magnitnyh momentov nuklonov i elektronov. Magnitnyj moment lyubogo atoma opredelyaetsya vse zhe, glavnym obrazom, summarnym spinovym magnitnym momentom elektronov, tak kak magnitnye momenty protonov i nejtronov primerno na tri poryadka men'she momentov elektronov. Esli dva elektrona nahodyatsya v odnoj orbitali, to ih magnitnye polya zamykayutsya, tak kak oba oni mogut imet' antiparallel'nye spiny. Poetomu, esli v veshchestve, predstavlyayushchem summu odnorodnyh edinic, magnitnye momenty vseh elektronov vzaimno skompensirovany, to est' vse elektrony spareny, to eto veshchestvo diamagnitnoe. Naprotiv, esli v orbitalyah imeyutsya holostye elektrony, to veshchesto proyavlyaet paramagnetizm. Primerami diamagnitnyh veshchestv mogut sluzhit' molekulyarnye vodorod, azot, ftor, uglerod i litij (v gazoobraznom sostoyanii). K paramagnitnym otnosyatsya molekulyarnyj bor, kislorod, okis' azota.

   Veshchestva s anomal'no vysokoj magnitnoj vospriimchivost'yu (naprimer, zhelezo) otnosyatsya k ferromagnitnym. Odnako, ferromagnetizm proyavlyaetsya imi tol'ko v tverdom sostoyanii.

   Zdes' sleduet takzhe otmetit', chto odnim iz vazhnyh vidov himicheskih vzaimodejstvij, voznikshih v period dvizheniya Materii v svoem razvitii po urovnyu G, yavlyayutsya okislitel'no-vosstanovitel'nye reakcii. K nim otnosyatsya reakcii, v rezul'tate kotoryh izmenyayutsya stepeni okislennosti elementov, to est' proishodit vzaimnoe peremeshchenie elektronov vstupivshih v reakciyu veshchestv, pri etom proishodit otdacha elektronov odnimi molekulami (okislenie) i prisoedinenie ih drugimi (vosstanovlenie). Okislitel'no-vosstanovitel'nye reakcii igrayut bol'shuyu rol' pri protekanii v biologicheskih sistemah takih processov, kak fotosintez, dyhanie, pishchevarenie i t.p.

   Takim obrazom, v hode razvitiya Materii po organizacionnomu urovnyu G funkcional'naya differenciaciya atomov stala prichinoj ih strukturnoj integracii v molekuly.

Uroven' D

Vse okruzhayushchie nas tela i veshchestva predstavlyayut soboj sovokupnosti bol'shogo chisla fshch. edinic urovnya G - molekul, ionov, radikalov so strogo opredelennymi fn. svojstvami - tem ili inym obrazom raspolozhennym v prostranstve i ob®edinennym v sootvetstvuyushchie sistemnye obrazovaniya urovnya D. Ih vzaimnoe raspolozhenie v prostranstve ne yavlyaetsya sluchajnym, a podchineno ob®ektivnym zakonam obshchej teorii sistem, v sootvetstvii s kotorymi oni zapolnyayut prednaznachennye dlya nih fn. yachejki v strukturah sistemnyh obrazovanij bolee vysokogo poryadka. V zavisimosti ot haraktera vzaimodejstvij fshch. edinic, reglamentiruemyh algoritmami sootvetstvuyushchih fn. yacheek, ob®edinyayushchee ih veshchestvo nahoditsya v odnom iz fazovyh sostoyanij, svojstva kotorogo predopredelyayut strukturu fiksirovaniya fn. yacheek i povedenie zapolnyayushchih ih fshch. edinic.

   Razlichayut tri osnovnyh tipa fazovyh sostoyanij veshchestva - gazoobraznoe, zhidkoe i tverdoe. Krome togo, sushchestvuyut takie fazovye sostoyaniya, kak plazmennoe i sverhprovodimoe. Otlichie vseh sostoyanij drug ot druga zaklyuchaetsya v sistemnoj organizacii vhodyashchih v nih fshch. edinic, ih vzaimnom raspolozhenii v prostranstve i urovne ih energii. Pri perehode veshchestva iz odnogo fazovogo sostoyaniya v drugoe prezhde vsego proishodit strukturnaya perestrojka sistemy fn. yacheek, otrazhayushchej zapas vnutrennej energii veshchestva, ego teploemkosti, plotnosti i t.p. Vmeste s tem, lyubaya sistema edinic urovnya G obladaet opredelennym chislom stepenej svobody, ravnym chislu uslovij, kotorye mogut byt' izmeneny proizvol'no (v opredelennyh predelah), ne vyzyvaya v sisteme fazovyh perehodov.

   Vpolne estestvenno predpolozhit', chto v nachal'nyj etap dvizheniya Materii po urovnyu D nebol'shie ob®edineniya G-obrazovanij v dal'nejshem priobretali vse bolee slozhnuyu strukturnuyu kompoziciyu, vklyuchayushchuyu pervonachal'nye mikrosistemy v kachestve fshch. edinic i ob®edinyaya ih v bolee krupnye makrosistemy. Fazovoe sostoyanie kazhdoj makrosistemy urovnya D prezhde vsego zavisit ot sostoyanij vseh vhodyashchih v nego mikrosistem i harakterizuetsya ego termodinamicheskoj veroyatnost'yu. Takim obrazom, podchinyayas' statistike, sistema stremitsya perejti v takoe makrosostoyanie, kotoromu sootvetstvuet bol'shee chislo variantov mikrosostoyanij.

   S rostom chisla variantov povyshaetsya veroyatnost' perehoda sistemy v dannoe sostoyanie i vmeste s tem umen'shaetsya uporyadochennost' v raspolozhenii chastic, to est' uvelichivaetsya "besporyadok" v sisteme. Pod etim podrazumevaetsya rasshirenie nabora kak skorostej, tak i napravlennosti dvizheniya (postupatel'nogo, kolebatel'nogo, vrashchatel'nogo) v prostranstve fshch. edinic vseh podurovnej, sostavlyayushchih sistemu (molekul, atomov, elektronov i t.d.). Ukazannoe otrazhaet stremlenie Materii v sootvetstvii s zakonami svoego Razvitiya cherez sistemnye sostoyaniya uravnovesit' svoe dvizhenie v kachestve-prostranstve-vremeni. Poetomu sistemy, podchinyayas' zakonomernostyam razvitiya v treh kategoriyah, stremyatsya perejti v sostoyaniya, obespechivayushchie ih naibol'shuyu stabil'nost', odnako pri etom vse bol'shuyu rol' igraet stepen' izolirovannosti (ili zamknutosti) dannoj sistemy, opredelyayushchaya ee sposobnost' uchavstvovat' v sozdanii fshch. edinic bolee vysokogo poryadka v sootvetstvii s trebovaniyami .

   Krome togo, neobhodimo uchityvat', chto kazhdaya sistema urovnya D obladaet uzhe znachitel'nym po velichine (po sravneniyu s bolee nizkimi urovnyami) zapasom vnutrennej energii, skladyvayushchejsya iz energii dvizheniya, kolebaniya i vrashcheniya vseh molekul, energii dvizheniya elektronov i yader v atomah, energii nuklonov, to est' iz summarnoj energii vseh vidov dvizheniya vseh fshch. edinic nizhnih urovnej, vhodyashchih v strukturu dannoj sistemy. Na zapas vnutrennej energii ne vliyaet polozhenie ili peremeshchenie sistemy v prostranstve v kachestve fshch. edinicy organizacionnogo urovnya sleduyushchego poryadka, poetomu kineticheskaya i, v otdel'nyh sluchayah, potencial'naya energiya sistemy v celom ne yavlyayutsya komponentami ee vnutrennej energii, kotoraya zavisit tol'ko ot orgurovnya sistemy, a takzhe ot stepeni ee izolirovannosti.

   V sluchae otsutstviya zamknutosti sistemnogo obrazovaniya () v sisteme mogut protekat' lish' processy, vedushchie k umen'sheniyu vnutrennej energii, sovershenstvovaniyu sistemnoj organizacii, svobodnomu dvizheniyu Materii v prostranstve-vremeni-kachestve. V zamknutyh v toj ili inoj stepeni sistemah (ne obmenivayushchihsya s vneshnej sredoj fshch. edinicami i energiej) mogut protekat' tol'ko takie processy, pri kotoryh entropiya sistemy vozrastaet.

   Mnogoe iz skazannogo podtverzhdaetsya uzhe rassmotrennoj nami formuloj , kotoraya posle smyslovoj perestanovki transformiruetsya v . V neizolirovannyh sistemah razvitie material'noj substancii proishodit otnositel'no ravnoznachno v , odnako na bolee vysokih urovnyah organizacii, vklyuchaya uroven' D, vsledstvie snizheniya skorostej rasprostraneniya v prostranstve, znachitel'no umen'shaetsya po sravneniyu s dinamikoj etogo parametra na nizkih urovnyah, energiya sovokupnoj Materii umen'shaetsya na kazhdyj znachimyj ob®em prostranstva i dvizhenie v kachestve stremitsya ko vse bol'shej prostranstvennoj lokalizacii (no ne izolirovannosti). V zamknutyh zhe sistemah (, ) upomyanutaya formula preobrazhaetsya, kak izvestno, v , to est' sistema stremitsya perejti v sostoyanie s maksimal'nym kolichestvom variantov, vsledstvie chego process mozhet idti vsegda do takogo sostoyaniya, entropiya kotorogo imeet maksimal'noe dlya sushchestvuyushchih uslovij znachenie. Takim obrazom, sostoyanie, v kotorom sistema mozhet prebyvat' pri neizmennyh usloviyah, yavlyaetsya itogom konkurencii dvuh aktivnyh faktorov - entropijnogo i energeticheskogo. (Akkumulyativnyj faktor vsegda nosit passivnyj harakter).

   Pri perehode veshchestva v to ili inoe fazovoe sostoyanie v zavisimosti ot uslovij stalkivayutsya dve protivodejstvuyushchie tendencii: pervaya - stremlenie k umen'sheniyu vnutrennej energii, privodyashchee k potere chasticami podvizhnosti i k vozrastaniyu poryadka v sisteme, i vtoraya - stremlenie k uvelicheniyu entropii, privodyashchee k umen'sheniyu sistemnogo poryadka. Lyuboj process na lyubom orgurovne, vklyuchaya dazhe takoj vysokij, kak obshchestvennyj, yavlyaetsya otrazheniem bor'by etih protivopolozhnyh faktorov i eto vsegda neobhodimo uchityvat'. V sistemnyh processah urovnya D preobladanie odnogo iz faktorov vedet k postepennomu perehodu sistemy v bolee termodinamicheski ustojchivoe sostoyanie.

   Pri preobladanii energeticheskogo faktora process idet v storonu umen'sheniya vnutrennej energii sistemy v rezul'tate usileniya vzaimodejstviya chastic veshchestva, soprovozhdayushchegosya vydeleniem energii. K takim processam otnosyatsya preimushchestvenno processy, uslozhnyayushchie strukturu veshchestva, povyshayushchie ego agregaciyu: obrazovanie molekul iz atomov, associaciya molekul, raspryamlenie i vzaimnaya orientaciya makromolekul, szhatie gaza, kondensaciya para, kristallizaciya veshchestva.

   V sluchae, esli prevaliruet entropijnyj faktor, process idet v storonu uvelicheniya entropii sistemy v rezul'tate raz®edineniya chastic veshchestva i ih vzaimnogo otdaleniya. |to preimushchestvenno processy, svyazannye s dezagregaciej veshchestva: plavlenie veshchestva, ego isparenie, rasshirenie i smeshenie gazov, rastvorenie veshchestv, dissociaciya molekul i t. p.

   Rassmotrim vkratce osobennosti povedeniya fshch. edinic v strukturah veshchestva pri razlichnyh fazovyh sostoyaniyah v sistemnyh obrazovaniyah orgurovnya D.

   Gazovoe sostoyanie veshchestva - bolee veroyatnoe pri vysokih temperaturah - harakterizuetsya vysokimi znacheniyami entropii. |to govorit o polnom besporyadke v sisteme fshch. edinic, sovershayushchih individual'nye postupatel'nye dvizheniya s razlichnymi skorostyami i prakticheski ne vzaimodejstvuyushchih drug s drugom. CHem men'she energiya vzaimodejstviya mezhdu dvumya fshch. edinicami, nahodyashchimisya v kontakte (slabye svyazi), tem bol'she zapas vnutrennej energii sistemy, i togda dazhe pri nizkih temperaturah veshchestvo sposobno nahodit'sya v gazovom sostoyanii. K takim veshchestvam otnosyatsya prezhde vsego inertnye gazy, atomy kotoryh ispytyvayut drug k drugu ochen' slaboe prityazhenie.

   Po mere uslozhneniya strukturnogo stroeniya fshch. edinic (vsledstvie ), ih sposobnost' k vzaimnomu prityazheniyu vozrastaet. |to proyavlyaetsya v povyshenii temperatur kipeniya veshchestv s vozrastaniem fn. massy sostavlyayushchih ih elementov. Pri zadannoj temperature srednyaya skorost' () molekul gaza zavisit ot ih fn. massy: chem bol'she ee znachenie, tem bol'she trebuetsya energii, chtoby uvelichit' ee skorost' (). Skorosti molekul svyazany s parametrami sostoyaniya sistemy (temperaturoj, davleniem) i poetomu yavlyayutsya vazhnoj harakteristikoj ih povedeniya.

   Teplovoe dvizhenie molekul v veshchestve obuslovlivaet ego sposobnost' k diffuzii, to est' k samoproizvol'nomu perehodu veshchestva v te oblasti prostranstva (), gde ego koncentraciya men'she ili ravna nulyu. |to svojstvo proyavlyaetsya v samyh razlichnyh prirodnyh processah - isparenii, rastvorenii, osmose, kleenii i pr.

   Pri ohlazhdenii veshchestv, nahodyashchihsya v gazovom sostoyanii (ili pri ih sil'nom szhatii), sily vzaimodejstviya mezhdu chasticami nachinayut preobladat' nad energiej ih teplovogo dvizheniya i pri opredelennoj temperature (individual'noj dlya kazhdogo veshchestva) ono perehodit v zhidkoe sostoyanie. Neobhodimym usloviem takogo perehoda yavlyaetsya ustanovlenie svyazej mezhdu otdel'nymi fshch. edinicami (molekulami ili atomami), v rezul'tate chego vnutrennyaya energiya sistemy stanovitsya men'she. ZHidkoe sostoyanie veshchestva yavlyaet soboj bolee "organizovannuyu" strukturu, chem ego gazovoe sostoyanie, no ono menee stabil'no, to est' podverzheno bolee chastym izmeneniyam v techenie razlichnyh promezhutkov vremeni (), chem tverdoe veshchestvo. Poetomu zhidkoe sostoyanie yavlyaetsya promezhutochnym mezhdu gazovym i tverdym. Molekuly zhidkosti, imeya vozmozhnost' peremeshcheniya, sohranyayut opredelennyj poryadok vo vzaimnom raspolozhenii. Po strukture i po harakteru vzaimodejstvij mezhdu chasticami zhidkost' bolee shodna s kristallami, nezheli s gazami. Kak i tverdye tela, zhidkosti obladayut opredelennym ob®emom, chto takzhe otlichaet ih ot gazov. Principial'nym otlichiem zhidkosti ot tverdogo tela yavlyaetsya otsutstvie sobstvennoj formy.

   Takim obrazom, kazhdaya fshch. edinica podurovnya D v zavisimosti ot fn. yachejki, kotoruyu ona zanimaet, mozhet prebyvat' v strukture veshchestva v lyubom fazovom sostoyanii: 1) gazovom, 2) zhidkom, 3) tverdom.

Pri analize strukturnyh osobennostej fazovyh sostoyanij veshchestva vidno, chto fshch. edinicy v gazovom sostoyanii ne vzaimodejstvuyut drug s drugom, poetomu ih struktura neopredelenna i nepostoyanna. V zhidkom sostoyanii v povedenii fshch. edinic nablyudaetsya bol'she vzaimodejstviya, oni ob®edineny v bolee svyazannuyu strukturu, obladayushchuyu bolee opredelennymi, chem gazovoe sostoyanie veshchestva, svojstvami. Fshch. edinicy v strukture zhidkosti sovershayut v sekundu 10¹² - 10¹³ kolebanij, nahodyas' v opredelennoj fn. yachejke v techenie 10^-11 - 10^-10 sek. Sledovatel'no, do pereskoka v novoe polozhenie ili do perestrojki struktury fn. yacheek vokrug nee fshch. edinica uspevaet sovershit' ot 10 do 100 kolebanij. Inache govorya, tol'ko ot 1 do 10% kolebatel'nyh dvizhenij fshch. edinicy zakanchivayutsya ee peremeshcheniem v prostranstve. V etom proyavlyayutsya cherty shodstva zhidkosti s tverdym telom, v kotorom pochti ni odno kolebanie molekuly (ili atoma) ne soprovozhdaetsya ee perehodom na drugoe mesto. No esli tverdoe telo harakterizuetsya prakticheski neizmennym otnositel'nym raspolozheniem fshch. edinic, to v zhidkosti v rezul'tate otnositel'nogo peremeshcheniya edinic uplotnenie struktury fn. yacheek yavlyaetsya neravnomernym, postoyanno nablyudayutsya kratkovremennye mestnye izmeneniya na otdel'nyh uchastkah struktury. Pod dejstviem vneshnih sil (naprimer, sily tyazhesti) peremeshcheniya otdel'nyh skoplenij chastic v zhikosti, to est' fluktuacii ee plotnosti, stanovyatsya napravlennymi. V rezul'tate zhidkost' techet, to est' peremeshchaetsya s izmeneniem svoej formy, no s sohraneniem obshchego ob®ema (pri otsutstvii ispareniya), v storonu prilozheniya sily. Takim obrazom, tekuchest' - eto specificheskoe svojstvo zhidkogo tela, vyzvannoe ogranichennoj podvizhnost'yu ego strukturnyh edinic.

   Struktura zhidkosti ochen' chuvstvitel'na k izmeneniyam temperatury. Pri temperaturah, blizkih k T plavleniya stroenie zhidkosti priblizhaetsya k tverdomu telu, tak kak soderzhit zachatki kristallicheskoj struktury, i, naoborot, pri temperaturah, blizkih k T kipeniya uporyadochennost' v raspolozhenii fshch. edinic svoditsya k minimumu i nachinaetsya intensivnoe isparenie, to est' veshchestvo perehodit v gazovoe sostoyanie. Poetomu temperatura yavlyaetsya uslovnym pokazatelem kolebaniya fshch. edinic otnositel'no drug druga v dannoj sisteme v dopuskaemyh fn. yachejkami, kotorye oni zanimayut, predelah. V svoyu ochered', chastota i amplituda kolebanij fshch. edinic, to est' skorost' ih peremeshcheniya v prostranstve za edinicu vremeni, zavisyat ot kolichestva kineticheskoj energii, prihodyashchejsya na etu gruppu fshch. edinic veshchestva na dannyj moment vremeni. Pri povyshenii T, to est' pri poluchenii dannoj gruppoj edinic dopolnitel'nogo kolichestva kineticheskoj energii, amplituda i chastota kolebanij vozrastayut do opredelennogo znacheniya, prevysiv kotoryj fshch. edinicy pokidayut fn. yachejki dannoj struktury, perehodya v fn. yachejki drugogo fazovogo sostoyaniya s drugimi dopustimymi znacheniyami amplitud i chastot kolebaniya. Obratnyj process proishodit pri ponizhenii temperatury, to est' pri umen'shenii kolichestva kineticheskoj energii, prihodyashchejsya na dannuyu gruppu fshch. edinic veshchestva. S tochki zreniya stroeniya veshchestva zhidkoe sostoyanie yavlyaetsya samym peremenchivym i mnogoobraznym.

   Pri zatverdevanii veshchestva priobretayut strukturu, v kotoroj imeetsya dal'nij poryadok v raspolozhenii sostavlyayushchih ih fshch. edinic (molekul, atomov ili ionov). Poetomu dostatochno znat' chast' struktury fn. yacheek, chtoby poluchit' predstavlenie ob ih raspolozhenii vo vsem ob®eme dannogo tverdogo tela. Kak pravilo, yachejki obrazuyut v nem strogo opredelennye kristally, pri etom, v sootvetstvii s principami obshchej teorii sistem, vse fn. yachejki dolzhny byt' zapolneny sootvetstvuyushchimi im fshch. edinicami.

   Kristallicheskaya struktura veshchestva termodinamicheski yavlyaetsya bolee ustojchivoj, chem amorfnaya. |to ob®yasnyaetsya tem, chto regulyarnoe raspolozhenie fshch. edinic v yachejkah kristallov pozvolyaet im ustanovit' mezhdu soboj maksimal'noe chislo svyazej, chto sposobstvuet dal'nejshemu snizheniyu zapasa vnutrennej energii v veshchestve. Plotnuyu upakovku fshch. edinic mozhno predstavit' kak ukladku sharov odinakovogo razmera. V kazhdom ryadu shary soprikasayutsya drug s drugom, a shar sleduyushchego ryada nahoditsya mezhdu dvumya sharami predydushchego. Otlichitel'noj chertoj plotnejshej ukladki sharov yavlyaetsya bol'shoe chislo blizhajshih sosedej kazhdogo shara: shest' v odnom sloe i po tri snizu i sverhu. Takim obrazom, pri plotnejshej ukladke sharov tak nazyvaemoe koordinacionnoe chislo kazhdogo shara ravno 12.

   Stroenie kristallov obychno predstavlyayut s pomoshch'yu ih uslovnyh izobrazhenij - kristallicheskih reshetok, predstavlyayushchih trehmernuyu geometricheskuyu figuru, poluchennuyu pri soedinenii pryamymi liniyami centrov fn. yacheek. Sleduet podcherknut', chto kristallicheskaya reshetka, kak i vse sostavlyayushchie ee elementy, yavlyaetsya lish' matematicheskoj abstrakciej, ispol'zuemoj dlya opisaniya struktury kristalla, i, v pervuyu ochered', dlya opisaniya simmetrii v raspolozhenii ego fn. yacheek.

   Atomy tverdogo veshchestva, kak fshch. edinicy, raspolagayutsya v sootvetstvii s dannoj strukturoj fn. yacheek, pri etom pri uvelichenii summarnogo vzaimodejstviya mezhdu nimi vnutrennyaya energiya sistemy padaet pri odnovremennom vozrastanii ee ustojchivosti. V sluchae perestrojki po toj ili inoj prichine struktury fn. yacheek veshchestva izmenyaetsya chislo svyazej mezhdu ego atomami, chto momental'no proyavlyaetsya v izmenenii vsego kompleksa fn. svojstv veshchestva i svidetel'stvuet ob ego prevrashchenii v novoe veshchestvo. Primerami mogut sluzhit' allotropnye modifikacii ugleroda - grafit i almaz, kotorye razlichayutsya ne tol'ko mehanicheskimi (tverdost') i fizicheskimi (elektroprovodnost', svetopropuskanie) fn. svojstvami etih veshchestv, no i svoim himicheskim povedeniem: esli grafit yavlyaetsya analogom organicheskih soedinenij ryada benzola, to almaz imeet bol'she rodstvennyh chert s soedineniyami predel'nogo ryada. V kachestve drugogo primera mozhno nazvat' molekulyarnyj kislorod O₂ i ozon O₃.

   Vse kristallicheskie tela, kak ustanovleno vyshe, yavlyayutsya desmicheskimi (svyazannymi) sistemami, kotorye po odnorodnosti svyazej, dejstvuyushchih mezhdu sostavlyayushchimi ih atomami, prinyato razdelyat' na dve gruppy: gomodesmicheskie (odinakovo svyazannye) i geterodesmicheskie (razlichno svyazannye). K gomodesmicheskim sistemam otnosyatsya kristally, v kotoryh vse svyazi odnogo vida. V takih kristallah nel'zya vydelit' kakie-libo obosoblennye uchastki, poskol'ku vse svyazi vo vsem ob®eme veshchestva adekvatny mezhdu soboj. |to - atomnye i metallicheskie kristally, a takzhe kristally, sostoyashchie iz prostyh ionov.

   Kristally, mezhdu fn. yachejkami kotoryh imeyutsya svyazi razlichnyh vidov, otnosyatsya k geterodesmicheskim sistemam. Syuda sleduet otnesti ionnye kristally, v uzlah reshetki kotoryh raspolagayutsya slozhnye iony, i molekulyarnye kristally.

[ Oglavlenie ] [ Prodolzhenie teksta ]

Igor' Kondrashin - Dialektika Materii (CHast' 3, prodolzhenie)

[ Oglavlenie ]

Igor' Kondrashin
Dialektika Materii

Dialekticheskij genezis material'nyh sistem
(prodolzhenie)

Uroven' E

Dvizhenie Materii po koordinate kachestva () proishodit bolee uskorenno (to est' v bolee korotkie promezhutki vremeni - ) v sistemah, gde dvizhenie v prostranstve () ogranicheno. Vsledstvie etogo prostranstvennaya lokalizaciya fshch. edinic urovnej vysokoj organizacii, proizoshedshaya na opredelennom etape Razvitiya material'noj substancii v rezul'tate peregruppirovki struktury Vselennoj v zvezdno-planetnye obrazovaniya v silu postoyanstva kolichestva sovokupnoj energii, yavilas' prichinoj uskoreniya dvizheniya v kachestve, chto podtverzhdaetsya takzhe formuloj . Odnim iz uslovno izolirovannyh centrov fn. razvitiya Materii s nekotorogo vremeni stala zvezdno-planetnaya para Solnce-Zemlya. Osnovnoj funkciej Solnca, kak centra s preobladaniem entropijnogo faktora sistemy, stalo:

   1) postoyannoe (donorskoe) obespechenie vsego sistemnogo obrazovaniya fshch. edinicami podurovnya AA, chast' iz kotoryh postoyanno zapolnyaet sootvetstvuyushchie im fn. yachejki na Zemle;

   2) popolnenie mikroenergeticheskogo balansa na Zemle v silu obladaniya ukazannymi edinicami opredelennym impul'som (mV). Podschitano, chto na vse eti celi Solnce kazhduyu sekundu rashoduet v celom okolo 4 mln. tonn svoej massy.

   Planeta Zemlya v svoyu ochered' v dannoj bipolyarnoj svyazke yavlyaetsya centrom s preobladaniem energeticheskogo faktora i sluzhit arenoj dlya dvizheniya Materii po koordinate kachestva () na poka eshche neizvestnom po razmeram uchastke Vselennoj. Vsledstvie etogo predmet nashego issledovaniya priobretaet bolee suzhennoe prostranstvo - poverhnost' Zemnogo shara.

   Razvitie fshch. edinic podurovnya D protekalo na nashej planete na rannej stadii ee sushchestvovaniya. Ne isklyucheno, chto analogichnye processy mozhno vstretit' i na drugih planetah Solnechnoj sistemy. Tem ne menee, nachinaya s orgurovnya E, k kotoromu otnosyatsya prostejshie vysokomolekulyarnye soedineniya, opisanie sistemnyh processov mozhet byt' podkrepleno fakticheskim materialom lish' iz istorii nashej planety hotya by potomu, chto ob ih nalichii na drugih planetah u nas net poka dostovernyh svedenij i o takoj vozmozhnosti my mozhem predpolozhit' lish' tol'ko chisto teoreticheski.

   Pomimo obrazovaniya fshch. edinic novogo urovnya uskorenie dvizheniya po koordinate kachestva proishodilo za schet povysheniya koefficienta ih polifunkcional'nosti. Dlya sistemnoj organizacii podurovnya E samymi poleznymi okazalis' atomy ugleroda C i kremniya Si, sposobnye v silu osobennostej svoego strukturnogo stroeniya obrazovyvat' chetyre himicheskie svyazi. Esli svyazi ustanavlivayutsya s identichnymi im fshch. edinicami, to veshchestvo v tverdom sostoyanii sushchestvuet lish' v vide atomnyh kristallov. Ves' ob®em takogo veshchestva kak by pronizan gustoj trehmernoj reshetkoj atomnyh svyazej i v nem nevozmozhno vydelit' kakih by to ni bylo otdel'nyh uchastkov - ostrovkov, cepej ili sloev.

   Naibolee rasprostranennye na poverhnosti litosfery Zemli mineraly - prostye i slozhnye silikaty - imeyut v kachestve glavnogo stroitel'nogo bloka atom kremniya v tetraedricheskom okruzhenii chetyreh atomov kisloroda. V prirode sushchestvuyut tri osnovnyh modifikacii dvuokisi kremniya (SiO₂):

   1) kvarc, kotoryj termodinamicheski ustojchiv nizhe 870^oS;

   2) tridimit, ustojchivyj ot 870^oS do 1470^oS;

   3) kristobalit, ustojchivyj vyshe 1470^oS.

   Takim obrazom, kremnij yavlyaetsya odnim iz samyh rasprostranennyh v Zemnoj kore elementov. On sostavlyaet 27% issledovannoj chasti Zemnoj kory, zanimaya po rasprostranennosti vtoroe mesto posle kisloroda. Kremnij - glavnyj element v sostave mineralov, gornyh porod i pochv.

   Samym rasprostranennym elementom Zemnoj kory yavlyaetsya kislorod. V svobodnom sostoyanii on nahoditsya v atmosfernom vozduhe, v svyazannom vide vhodit v sostav vody, mineralov, gornyh porod, a takzhe vseh organicheskih veshchestv. Obshchee kolichestvo kisloroda v Zemnoj kore blizko k polovine ee massy (okolo 47%). Prirodnyj kislorod sostoit iz treh stabil'nyh izotopov : ¹⁶O - (99,76%), ¹⁷O - (0,04%) i ¹⁸O - (0,2%).

   Odnako naibol'shaya nagruzka v sistemnoj organizacii Materii padaet na soedineniya, v sostav kotoryh vhodit uglerod. Hotya obshchee ego soderzhanie v Zemnoj kore sostavlyaet vsego okolo 0,1%, po mnogochislennosti i raznoobraziyu svoih soedinenij uglerod zanimaet sredi drugih elementov sovershenno osoboe polozhenie i imeet naibol'shij koefficient polifunkcional'nosti sredi fshch. edinic urovnya E. CHislo izuchennyh soedinenij ugleroda ocenivayut v nastoyashchee vremya primerno v dva milliona, togda kak soedineniya vseh ostal'nyh elementov, vmeste vzyatye, ischislyayutsya lish' sotnyami tysyach. Mnogoobrazie soedinenij ugleroda ob®yasnyaetsya sposobnost'yu ego atomov svyazyvat'sya mezhdu soboj s obrazovaniem dlinnyh cepej ili kolec.

   Kak uzhe otmechalos', po harakteru svoih svyazej soedineniya fshch. edinic delyatsya na gomodesmicheskie i geterodesmicheskie, chto sluzhit eshche odnim dokazatel'stvom nalichiya dvizheniya Materii v kachestve . V sluchae sushchestvovaniya v prirode tol'ko gomodesmicheskih svyazej, harakternyh dlya centrov energeticheskogo faktora, Razvitie Materii zashlo by v tupik, poskol'ku strukturnaya peregruppirovka fshch. edinic rassmatrivaemogo urovnya privela by k postroeniyu sistem urovnya D tol'ko s plotnoj kristallicheskoj ukladkoj. |nergiya sistem uletuchilas' by, a Zemlya prevratilas' v mertvyj kamenno-metallicheskij shar. Nalichie zhe dvizheniya Materii v kachestve isklyuchaet takoj hod sobytij. Poetomu sushchestvovanie geterodesmicheskih sistem naryadu s dejstviem centrov s entropijnym faktorom privelo k sozdaniyu razlichnyh vysokomolekulyarnyh soedinenij, kazhdoe iz kotoryh neset tu ili inuyu novuyu fn. nagruzku v dobavlenie ko vsemu sushchestvuyushchemu spektru funkcij razvivayushchejsya Materii. Funkcional'nye svojstva vysokomolekulyarnyh soedinenij prezhde vsego svyazany so sposobnost'yu makromolekul izmenyat' svoyu formu bez razryva imeyushchihsya v nih svyazej. Mehanizm, ob®yasnyayushchij mnogoobrazie konformacij makromolekul, v nastoyashchee vremya horosho izuchen i shiroko ispol'zuetsya v himii polimernyh materialov. Poetomu my