5. Поясните понятие химических связей и приведите примеры. Какова роль энергии и энтропии при образовании молекул?

Химики изучают в основном поведение материи, которое они описывают на основе знаний свойств химических элементов и их соединений. Большую часть этой области знаний интерпретируют, пользуясь сведениями о молекулах, которые обычно являются вполне определенными частицам», обладающими определенными свойствами. Это почти полностью справедливо для газов, где силы, действующие между молекулами, гораздо слабее сил, связывающих атомы в молекуле. Поэтому в случае газов при низких давлениях можно с уверенностью отметить наличие молекул и дать описание их свойств. Молекула остается наиболее существенной для химика частицей и в жидкостях, хотя в последних важную роль играют силы, действующие между молекулами. Даже во многих твердых телах явно сохраняется индивидуальность молекул. Однако при рассмотрении некоторых твердых тел представление о молекулах оказывается неприемлемым. Так, например, в ионных кристаллах основными химическими и структурными единицами являются ионы, и „молекулярная" формула не выражает ничего, кроме соотношения числа атомов элементов, образующих это вещество. Точно так же для многих высокополимерных веществ понятие молекулы является искусственным, поскольку весь образец представляет собой одну огромную молекулу.

В случаях, когда имеются определенные молекулы, их свойства могут быть определены из опыта непосредственно, тогда как нахождение свойств отдельных связей из опыта представляет трудность. Мы не можем изучать отдельную химическую связь. В то время как можно непрерывно изменять окружение молекулы в газовой фазе, просто варьируя температуру и давление, и экстраполировать измерения так, чтобы они относились к изолированным молекулам, исследование связи допустимо проводить только в ограниченных условиях, а именно, изучая ее в разных молекулах. В некоторых случаях молекулу нельзя точно определить, однако отдельные связи могут быть исследованы на опыте[2].

6. Фундаментальные типы взаимодействий в физике. Почему они так называются? Какие законы сохранения фундаментальны для всего естествознания и почему?

В настоящее время известны четыре фундаментальных типа взаимодействий: гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное.

Слабое взаимодействие отвечает, например, за бета-распады ядер, электромагнитное - связывает электрон и протон в атоме водорода, а сильное взаимодействие - нуклоны в атомных ядрах. С современной точки зрения внутриядерное взаимодействие не является истинно фундаментальным, а устроено наподобие так называемых «химических» сил, которые являются следствием сложной игры кулоновского (электромагнитного) взаимодействия и принципа запрета Паули.

Законы сохранения – законы, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются с течением времени в любых процессах или в определенном классе процессов. Важнейшие законы сохранения, справедливые для любых изолированных систем, — законы сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда. Кроме этих строгих законов сохранения, существуют приближённые законы сохранения, которые справедливы лишь для определенного круга процессов; например, сохранение чётности нарушается лишь в процессах, обусловленных слабым взаимодействием.

7. Поясните суть гипотезы Луи де Бройля. Как она была экспериментально подтверждена, какое значение для естествознания имеет использование корпускулярно-волновых свойств вещества? Что узнали о живой материи с помощью электронного микроскопа и на каких принципах он работает?

Так как частица, например электрон, представляет собой объект, который хорошо локализован в прост­ранстве, то с ним не может быть связана бесконечная плоская волна, волна должна быть также хорошо лока­лизована в пространстве. Де Бройль предположил, что это группа волн, имеющих весьма близкие частоты, то, что сейчас называется волновым пакетом. Центр вол­нового пакета перемещается с групповой скоростью, совпадающей со скоростью частицы (что видно из формулы Рэлея для групповой скорости волны в среде с дисперсией).

Де Бройль пере­нес на частицы с массой покоя уже известную к тому времени модель корпускулярно-волновой природы фо­тона, частицы, не имеющей массы покоя, что дало ис­ходное соотношение для длины волны де Бройля. Однако ход его мысли при этом был противоположен ходу мысли Эйнштейна. Если Эйнштейн стартовал с волновых свойств света и предположил наличие его корпускулярных свойств (квантов света), то де Бройль стартовал с корпускулярных свойств частицы и пред­положил наличие у нее также и волновых свойств.

Исходя из его гипотезы, можно сказать: во-первых, корпускулярно-волновой дуализм был перенесен и на частицы с массой покоя. Во-вторых, ис­пользование групповой скорости волны в рамках принципа Ферма привело его в соответствие с принци­пом Мопертюи для частицы с массой покоя, двигаю­щейся со скоростью т). Наконец, в-третьих, появилось и объяснение целым числам в теории атома Бора: ста­ционарные орбиты (состояния электрона в атоме) — это те, на длине которых точно укладывается целое число п длин волн де Бройля для электрона, дви­жущегося по данной орбите.

Однако де Бройль понимал наиболее важное след­ствие из своей гипотезы. Он уже в 1923 году писал: «Любое движущееся тело в определенных случаях мо­жет дифрагировать. Поток электронов, проходящий через достаточно малое отверстие, должен обнаружи­вать явление дифракции»[3]. В диссертации, написанной в 1924 году, он уже использовал свою гипотезу для каче­ственного и количественного описания различных оп­тических явлений.

8. Раскройте сущность микро- и макроэволюции, приве­дите примеры действующих в них процессов. Каковы доказательства эволюции органического мира?

Современная эволюционная теория подразделяет сложный эволюционный процесс на два этапа: макро- и микроэволюцию. Знание элементарных представлениий, лежащих в основе эволюции, позволяет повысить точность анализа сложных процессов макроэволюции. Между макро- и микроэволюцией принципиальной разницы не существует[4].

Микроэволюция - эволюционные преобразования, происходящие в пределах популяций в сравнительно короткие промежутки времени (например, изменение частоты генов, гомо- и гетерозигот в популяции за несколько поколений). Иными словами, микроэволюция — это совокупность элементарных эволюционных явлений, направленно текущих в популяциях под влиянием различных эволюционных факторов.

Элементарное эволюционное явление - стойкое изменение генотипического состава популяции, т. е. совокупность необратимых генетических изменений, которые меняют эволюционные возможности популяции.

Такие генетические изменения могут возникнуть в результате действия различных эволюционных факторов и, в конце концов, сведутся либо к возникновению и распространению новых (ранее не существовавших в популяции) наследственных особенностей, либо к возникновению таких сочетаний генов, которые в сумме дадут совершенно новый результат в виде возникновения нового признака.