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Ciencias Naturales. Conexiones interdisciplinarias de la química con otras disciplinas La química en el sistema de las ciencias naturales




La materia es de lo que están hechos los cuerpos físicos.


Hay muchas sustancias, y todas tienen propiedades diferentes. Por ejemplo, el azúcar y la sal de mesa son sólidos cristalinos blancos, pero difieren en sabor y solubilidad en agua; el agua y la acetona son líquidos incoloros, pero el agua es inodora, y la acetona, que conocéis como buen disolvente de barnices y pinturas, tiene un olor característico; El oxígeno y el hidrógeno son gases incoloros, pero el hidrógeno es 16 veces más ligero que el oxígeno.


Una de las tareas de la química es aprender a distinguir las sustancias por sus propiedades físicas y químicas y, a veces, por su acción fisiológica. Por ejemplo, una sustancia bien conocida, la sal de mesa, se puede caracterizar de la siguiente manera: un sólido blanco, sabor salado, quebradizo, soluble en agua, punto de fusión 801 ° C, punto de ebullición 1465 ° C.


Otra tarea de la química es la obtención de diversas sustancias, muchas de las cuales no se encuentran en la naturaleza: plásticos, algunos fertilizantes minerales (superfosfato, nitrato de amonio), productos fitosanitarios, medicamentos (aspirina, estreptocida), detergentes, etc. Estas sustancias se obtienen por diversas transformaciones químicas.

Conexión de la química con otras ciencias.

La química es una de las ramas de las ciencias naturales, está estrechamente relacionada tanto con otras ciencias como con todas las ramas de la economía nacional.


La transformación de una sustancia en otra va acompañada de diversos fenómenos físicos, como la liberación o absorción de calor. Por lo tanto, los químicos necesitan saber física.


La base de la existencia de la vida silvestre es el metabolismo. Un biólogo que desconozca las leyes de la química no podrá comprender ni explicar este proceso.


El conocimiento químico también es necesario para un geólogo. Utilizándolos, realizará con éxito una búsqueda de minerales. Un médico, farmacéutico, cosmetólogo, metalúrgico, culinario, sin la formación química adecuada, no alcanzará las alturas de la habilidad.


La química es una ciencia exacta. Antes de realizar un experimento químico y después de su finalización, un químico realiza los cálculos necesarios. Sus resultados permiten sacar conclusiones correctas. Por lo tanto, la actividad de un químico es imposible sin conocimientos de matemáticas.


El contacto de la química con otras ciencias da lugar a áreas específicas de su mutua penetración. Así, las áreas de transición entre la química y la física están representadas por la química física y la física química. Entre la química y la biología, la química y la geología, surgieron áreas fronterizas especiales: geoquímica, bioquímica, biogeoquímica, biología molecular. Las leyes más importantes de la química están formuladas en lenguaje matemático, y la química teórica no puede desarrollarse sin las matemáticas. La química ha ejercido y ejerce una influencia en el desarrollo de la filosofía, y ella misma ha experimentado y experimenta su influencia.


El medio ambiente está cada vez más contaminado debido a la introducción de cantidades excesivas de fertilizantes en el suelo, la liberación de gases de escape de los vehículos al aire, sustancias nocivas de diversas industrias en los cuerpos de agua, así como los desechos domésticos. Todo esto conduce a la destrucción de las plantas, la muerte de los animales y el deterioro de la salud humana. Una seria amenaza para todos los seres vivos son las armas químicas, sustancias especiales extremadamente tóxicas. La destrucción de los arsenales de tales armas requiere un esfuerzo, dinero y tiempo considerables.


La relación entre el hombre y la naturaleza es estudiada por la joven ciencia natural de la ecología. Los problemas de protección ambiental contra la contaminación están constantemente en el campo de visión de los científicos ambientales. La preservación de la naturaleza para las generaciones futuras depende de la actitud cuidadosa de cada uno de nosotros hacia ella, en el nivel de nuestra cultura y conocimiento químico.

El surgimiento de la química como ciencia, las principales etapas de su desarrollo.

El origen de la química está asociado con el desarrollo de procesos químicos y artesanías, como la fundición de metales, la elaboración de cerveza, el curtido y teñido de cueros, que proporcionaron información práctica sobre el comportamiento de las sustancias. El camino de su desarrollo es largo, instructivo e interesante.


Las principales etapas en la historia de la ciencia química incluyen:


1ra etapa Desde la antigüedad hasta finales del siglo XVIII. Período alquímico, Obras de R. Boyle.


2da etapa La química como ciencia. Obras de Lomonosov, Dalton, Lavoisier.


3ra etapa. XIX y. Teoría atómico-molecular, la formación de los fundamentos teóricos fundamentales de la química. Descubrimiento por Mendeleev D.I. Ley Periódica de 1809.


4ta etapa. Período moderno de renacimiento exitoso de la química. Investigación científica y práctica en el campo de la química.


La química juega un papel muy importante en la vida de la sociedad moderna. La química invade todas las áreas de la ciencia, la tecnología, la producción, la agricultura, la vida cotidiana, introduciendo cambios revolucionarios en los procesos y métodos habituales, ahorrando mano de obra, dinero, tiempo y materiales, aumentando la riqueza de las personas. Ahora se confirman especialmente las palabras del gran científico ruso M. V. Lomonosov: "La química extiende sus manos en los asuntos humanos".

En el mundo moderno, hay miles de diferentes ciencias, disciplinas educativas, secciones y otras unidades estructurales. Sin embargo, un lugar especial entre todos lo ocupan aquellos que se relacionan directamente con una persona y todo lo que le rodea. Este es el sistema de las ciencias naturales. Por supuesto, todas las demás disciplinas también son importantes. Pero es este grupo el que tiene el origen más antiguo y, por lo tanto, de particular importancia en la vida de las personas.

¿Qué son las ciencias naturales?

La respuesta a esta pregunta es simple. Son disciplinas que estudian a la persona, su salud, así como todo el entorno: el suelo, en general, el espacio, la naturaleza, las sustancias que componen todos los cuerpos vivos e inanimados, sus transformaciones.

El estudio de las ciencias naturales ha sido interesante para las personas desde la antigüedad. Cómo deshacerse de la enfermedad, en qué consiste el cuerpo desde adentro y qué son, así como millones de preguntas similares: esto es lo que interesó a la humanidad desde el comienzo de su aparición. Las disciplinas bajo consideración les dan respuestas.

Por tanto, a la pregunta de qué son las ciencias naturales, la respuesta es inequívoca. Estas son disciplinas que estudian la naturaleza y todos los seres vivos.

Clasificación

Hay varios grupos principales que se relacionan con las ciencias naturales:

  1. Químicos (compuestos analíticos, orgánicos, inorgánicos, cuánticos, organoelementales).
  2. Biológico (anatomía, fisiología, botánica, zoología, genética).
  3. química, ciencias físicas y matemáticas).
  4. Ciencias de la tierra (astronomía, astrofísica, cosmología, astroquímica,
  5. Ciencias de la concha terrestre (hidrología, meteorología, mineralogía, paleontología, geografía física, geología).

Sólo las ciencias naturales básicas están representadas aquí. Sin embargo, debe entenderse que cada uno de ellos tiene sus propias subsecciones, ramas, disciplinas subsidiarias y secundarias. Y si los combina a todos en un solo todo, puede obtener un complejo completo de ciencias naturales, que se enumeran en cientos de unidades.

A su vez, se puede dividir en tres grandes grupos de disciplinas:

  • aplicado;
  • descriptivo;
  • preciso.

Interacción de las disciplinas entre sí

Por supuesto, ninguna disciplina puede existir aislada de las demás. Todos ellos están en estrecha interacción armoniosa entre sí, formando un solo complejo. Así, por ejemplo, el conocimiento de la biología sería imposible sin el uso de medios técnicos diseñados sobre la base de la física.

Al mismo tiempo, las transformaciones en el interior de los seres vivos no pueden estudiarse sin conocimientos de química, porque cada organismo es toda una fábrica de reacciones que ocurren a una velocidad enorme.

La relación de las ciencias naturales siempre ha sido trazada. Históricamente, el desarrollo de uno de ellos implicó un crecimiento intensivo y acumulación de conocimiento en el otro. Tan pronto como comenzaron a desarrollarse nuevas tierras, se descubrieron islas, áreas terrestres, se desarrolló inmediatamente tanto la zoología como la botánica. Después de todo, los nuevos hábitats fueron habitados (aunque no todos) por representantes previamente desconocidos de la raza humana. Así, la geografía y la biología estaban estrechamente unidas.

Si hablamos de astronomía y disciplinas afines, es imposible no notar que se desarrollaron gracias a los descubrimientos científicos en el campo de la física y la química. El diseño del telescopio determinó en gran medida el éxito en esta área.

Hay muchos ejemplos de este tipo. Todos ellos ilustran la estrecha relación entre todas las disciplinas naturales que forman un gran grupo. A continuación consideramos los métodos de las ciencias naturales.

Métodos de búsqueda

Antes de detenernos en los métodos de investigación utilizados por las ciencias en cuestión, es necesario identificar los objetos de su estudio. Están:

  • humano;
  • vida;
  • Universo;
  • asunto;
  • Tierra.

Cada uno de estos objetos tiene sus propias características, y para su estudio es necesario seleccionar uno u otro método. Entre estos, por regla general, se distinguen los siguientes:

  1. La observación es una de las formas más sencillas, efectivas y antiguas de conocer el mundo.
  2. El experimento es la base de las ciencias químicas, la mayoría de las disciplinas biológicas y físicas. Le permite obtener el resultado y sobre él sacar una conclusión sobre
  3. Comparación - este método se basa en el uso de conocimientos acumulados históricamente sobre un tema en particular y compararlos con los resultados obtenidos. Con base en el análisis, se llega a una conclusión sobre la innovación, la calidad y otras características del objeto.
  4. Análisis. Este método puede incluir modelos matemáticos, sistemática, generalización, efectividad. La mayoría de las veces es definitiva después de una serie de otros estudios.
  5. Medición: se utiliza para evaluar los parámetros de objetos específicos de naturaleza viva e inanimada.

También existen los últimos y modernos métodos de investigación que se utilizan en física, química, medicina, bioquímica e ingeniería genética, genética y otras ciencias importantes. Eso:

  • microscopía electrónica y láser;
  • centrifugación;
  • análisis bioquímicos;
  • análisis estructural de rayos X;
  • espectrometría;
  • cromatografía y otros.

Por supuesto, esta no es una lista completa. Existen muchos dispositivos diferentes para trabajar en todos los campos del conocimiento científico. Todo requiere un enfoque individual, lo que significa que se forma un conjunto de métodos, se seleccionan equipos y equipos.

Problemas modernos de las ciencias naturales.

Los principales problemas de las ciencias naturales en la etapa actual de desarrollo son la búsqueda de nueva información, la acumulación de una base de conocimiento teórico en un formato más profundo y rico. Hasta principios del siglo XX, el principal problema de las disciplinas consideradas era la oposición a las humanidades.

Sin embargo, hoy este obstáculo ya no es relevante, ya que la humanidad se ha dado cuenta de la importancia de la integración interdisciplinaria en el dominio del conocimiento sobre el hombre, la naturaleza, el espacio y otras cosas.

Ahora bien, las disciplinas del ciclo de las ciencias naturales enfrentan una tarea distinta: ¿cómo preservar la naturaleza y protegerla del impacto del propio hombre y su actividad económica? Y aquí están los problemas más urgentes:

  • lluvia ácida;
  • Efecto invernadero;
  • Destrucción de la capa de ozono;
  • extinción de especies vegetales y animales;
  • contaminación del aire y otros.

Biología

En la mayoría de los casos, en respuesta a la pregunta "¿Qué son las ciencias naturales?" Una palabra me viene a la mente: biología. Esta es la opinión de la mayoría de las personas que no están conectadas con la ciencia. Y esta es una opinión absolutamente correcta. Después de todo, ¿qué, sino la biología, vincula directa y muy estrechamente a la naturaleza y al hombre?

Todas las disciplinas que componen esta ciencia están orientadas al estudio de los sistemas vivos, su interacción entre sí y con el medio ambiente. Por lo tanto, es bastante normal que se considere a la biología como la fundadora de las ciencias naturales.

Además, también es uno de los más antiguos. Después de todo, él mismo, su cuerpo, las plantas y los animales que lo rodean nacieron junto con el hombre. La genética, la medicina, la botánica, la zoología y la anatomía están íntimamente relacionadas con una misma disciplina. Todas estas ramas componen la biología en su conjunto. También nos dan una imagen completa de la naturaleza, del hombre y de todos los sistemas y organismos vivos.

quimica y fisica

Estas ciencias fundamentales en el desarrollo del conocimiento sobre los cuerpos, las sustancias y los fenómenos naturales no son menos antiguas que la biología. También desarrollaron junto con el desarrollo del hombre, su formación en el medio social. Las tareas principales de estas ciencias son el estudio de todos los cuerpos de la naturaleza inanimada y viva desde el punto de vista de los procesos que ocurren en ellos, su conexión con el medio ambiente.

Entonces, la física considera los fenómenos naturales, los mecanismos y las causas de su ocurrencia. La química se basa en el conocimiento de las sustancias y sus transformaciones mutuas entre sí.

Eso es lo que son las ciencias naturales.

Ciencias de la Tierra

Y finalmente, enumeramos las disciplinas que te permiten conocer más sobre nuestro hogar, cuyo nombre es la Tierra. Éstos incluyen:

  • geología;
  • meteorología;
  • climatología;
  • geodesia;
  • hidroquímica;
  • cartografía;
  • mineralogía;
  • sismología;
  • ciencia del suelo;
  • paleontología;
  • tectónica y otros.

En total hay unas 35 disciplinas diferentes. Juntos estudian nuestro planeta, su estructura, propiedades y características, tan necesario para la vida de las personas y el desarrollo de la economía.

Enviar su buen trabajo en la base de conocimiento es simple. Utilice el siguiente formulario

Los estudiantes, estudiantes de posgrado, jóvenes científicos que utilizan la base de conocimientos en sus estudios y trabajos le estarán muy agradecidos.

quimica hoy

El nacimiento de la química moderna.

Ley periódica

Características de la química moderna.

Conclusión

quimica hoy

"La química extiende sus manos en los asuntos humanos", este eslogan de Mikhail Lomonosov es especialmente relevante en la actualidad. La química hoy es alimento y medicina, combustible y ropa, fertilizantes y pinturas, análisis y síntesis, organización de la producción y control de calidad de sus productos, preparación de agua potable y eliminación de aguas residuales, vigilancia ambiental y creación de un entorno humano seguro. "¡Dominar tal volumen de conocimiento es imposible!" exclama el pesimista. “Nada es imposible para una persona apasionada por su trabajo”, respondemos. Y si decides conectar tu destino con la química, te esperamos en nuestra facultad. Aquí recibirás una formación universitaria fundamental, que te permitirá no solo adaptarte fácilmente a cualquier lugar de trabajo, sino también convertirte en un profesional en tu campo.

Junto con las áreas tradicionales de aplicación de las fuerzas de los químicos, la pericia química se está volviendo cada vez más importante en la vida de la sociedad. De hecho, en la actualidad, el número y la variedad de objetos de especialización ha aumentado notablemente: agua, aire, suelo, alimentos y productos manufacturados, medicamentos y desechos de diversas empresas, y mucho más. Establecer el tipo de producto, el hecho y el método de su falsificación, monitorear la limpieza del medio ambiente, el examen forense: esta no es una lista completa de lo que un químico experto debería poder hacer. Los resultados obtenidos por expertos especialistas son una poderosa fuente de información de búsqueda, diagnóstico y evidencia, que contribuye al establecimiento de la verdad objetiva en la investigación de emergencias, la implementación del control ecoanalítico, sanitario-epidemiológico y aduanero. Los órganos de asuntos internos y el FSB, el Ministerio de Justicia, el Ministerio de Salud, el Ministerio de Situaciones de Emergencia, el servicio de aduanas y los departamentos con funciones ambientales necesitan especialistas de este perfil. Mientras tanto, los especialistas de este tipo en nuestro país prácticamente no están capacitados. Por ello, la Facultad de Química de nuestra universidad comienza a formar especialistas en el campo de la pericia química.

Cada año, 50 estudiantes de primer año comienzan su vida estudiantil en nuestra facultad, y en total alrededor de 250 estudiantes estudian en la facultad. En los primeros años, los estudiantes estudian, además de disciplinas químicas, matemáticas superiores, informática, física, disciplinas socioeconómicas y un idioma extranjero.

Después del 3er año, los estudiantes eligen voluntariamente un departamento donde recibirán la especialización adecuada. La facultad tiene tres departamentos. El Departamento de Química Analítica y Química del Petróleo, abreviado AChN, (Jefe del Departamento - Profesor V.I. Vershinin) se ocupa de los problemas de protección ambiental, ayuda a algunas empresas del complejo petroquímico a resolver problemas de producción. Es el departamento de la Academia de Ciencias Químicas, único en la ciudad, que inicia la formación de químicos en el campo de la pericia química. El departamento cuenta con estudios de posgrado en las especialidades "química analítica" y "métodos de enseñanza de la química".

El Departamento de Química Inorgánica está dirigido por el Profesor V.F. Borbat. Aquí se le presentarán los problemas de protección de los metales contra la corrosión, el tratamiento de metales pesados ​​de las aguas residuales, la enseñanza de varios métodos electroquímicos de análisis y mucho más. Como resultado, recibirá una especialización en electroquímica. Además, el departamento comienza a formar especialistas en el campo de la ecología y la protección del medio ambiente, tan importante para nuestra ciudad. Los estudiantes que han mostrado inclinación por el trabajo científico pueden continuarlo en el departamento inscribiéndose en la escuela de posgrado en las especialidades "química física" y "electroquímica".

En el Departamento de Química Orgánica, dirigido por el profesor R.S. Sagitullin, liderar la síntesis de nuevos compuestos orgánicos, desarrollar fundamentalmente nuevos métodos para la obtención de fármacos, colorantes, antioxidantes, etc. Los estudiantes de este departamento reciben una especialización en "química orgánica". Y al igual que en los otros dos departamentos, existe un posgrado en la especialidad “química orgánica”.

Además de las especializaciones anteriores, los estudiantes pueden recibir opcionalmente una especialización adicional más: "Métodos de enseñanza de la química". Esta especialización será especialmente útil para aquellos estudiantes que, luego de graduarse, decidan dedicarse a la labor docente en escuelas, escuelas técnicas y universidades.

El conocimiento teórico adquirido por los estudiantes en las conferencias se consolida en los laboratorios educativos. La facultad cuenta con áreas de enseñanza lo suficientemente grandes, una buena flota de dispositivos modernos y tiene su propia clase de computación. El final de la educación en la facultad es una tesis.

La versatilidad de la formación de nuestros especialistas les permite dominar rápidamente cualquier puesto de trabajo. Conocerás a egresados ​​de la Facultad de Química en empresas industriales de la ciudad, en laboratorios de certificación, SES, control ambiental, en universidades, escuelas técnicas y colegios.

Esperamos encontrarte entre los postulantes de nuestra facultad. Y si aún no ha llegado el momento "X" para usted, o aún no ha decidido la elección de una profesión, venga a nosotros a la Escuela de Química, que opera sobre la base de la facultad para estudiantes de los grados 10-11 . Aquí, bajo la guía de profesores experimentados, tendrá la oportunidad real de ampliar y profundizar su conocimiento de la química, familiarizarse con los conceptos básicos de análisis y síntesis y realizar trabajos científicos en equipos modernos.

Las condiciones económicas modernas son tales que las empresas, para resistir la competencia, deben mejorar constantemente sus tecnologías y formas de control de calidad del producto, y para esto simplemente necesitan químicos altamente calificados. Al mismo tiempo, la empresa no debe contaminar el medio ambiente, porque de lo contrario tendrá que pagar enormes multas, por lo que es mejor tener buenos químicos analíticos en el personal que controlen el contenido de sustancias nocivas y controlen sus emisiones. Por lo tanto, siempre habrá una demanda de especialistas con un título universitario en química. Y gradualmente el aire de nuestra ciudad se volverá más limpio, el agua será más ligera y el pan sabrá mejor.

El nacimiento de la química moderna.

Las ideas de los antiguos filósofos naturales griegos siguieron siendo las principales fuentes ideológicas de las ciencias naturales hasta el siglo XVIII. Hasta principios del Renacimiento, la ciencia estuvo dominada por las ideas de Aristóteles. En el futuro, comenzó a crecer la influencia de los puntos de vista atomistas, expresados ​​por primera vez por Leucipo y Demócrito. Las obras alquímicas se basaron principalmente en los puntos de vista filosóficos naturales de Platón y Aristóteles. La mayoría de los experimentadores de ese período eran charlatanes francos que intentaron obtener oro o piedra filosofal con la ayuda de reacciones químicas primitivas, una sustancia que otorga inmortalidad. Sin embargo, hubo verdaderos científicos que intentaron sistematizar el conocimiento. Entre ellos se encuentran Avicena, Paracelso, Roger Bacon, etc. Algunos químicos creen que la alquimia es una pérdida de tiempo. Sin embargo, esto no es así: en el proceso de búsqueda del oro se descubrieron muchos compuestos químicos y se estudiaron sus propiedades. Gracias a este conocimiento, a finales del siglo XVII se creó la primera teoría química seria, la teoría del flogisto.

La teoría del flogisto y el sistema de Lavoisier

El creador de la teoría del flogisto es Georg Stahl. Creía que el flogisto está contenido en todas las sustancias combustibles y oxidables. La combustión u oxidación fue considerada por él como un proceso en el que el cuerpo pierde flogisto. El aire juega un papel particularmente importante en esto. Es necesario para la oxidación con el fin de "absorber" el flogisto en sí mismo. Desde el aire, el flogisto ingresa a las hojas de las plantas y su madera, desde donde, cuando se restaura, se libera nuevamente y se devuelve al cuerpo. Así, por primera vez, se formuló una teoría que describía los procesos de combustión. Sus características y novedad consistían en que los procesos de oxidación y reducción se consideraban simultáneamente en interconexión. La teoría del flogisto desarrolló las ideas de Becher y las ideas atomísticas. Permitió explicar el curso de varios procesos en la química artesanal y, en primer lugar, en la metalurgia, y tuvo una enorme influencia en el desarrollo de la artesanía química y la mejora de los métodos del "arte experimental" en química. La teoría del flogisto también contribuyó al desarrollo de la doctrina de los elementos. Los partidarios de la teoría del flogisto llamaron elementos de óxidos metálicos, considerándolos como metales desprovistos de flogisto. Los metales, en cambio, se consideraban compuestos de elementos (óxidos metálicos) con flogisto. Todo lo que se requería era poner todas las disposiciones de esta teoría "al revés". Lo cual se hizo después. Para explicar que la masa de los óxidos es mayor que la masa de los metales, Stahl sugirió (o más bien afirmó) que el flogisto tiene un peso negativo, es decir el flogisto, habiéndose conectado con el elemento, lo "tira" hacia arriba. A pesar de la caracterización unilateral y solo cualitativa de los procesos que ocurren durante la combustión, la teoría del flogisto fue de gran importancia para explicar y sistematizar precisamente estas transformaciones. Mikhail Ivanovich Lomonosov señaló la incorrección de la teoría del flogisto. Sin embargo, Antoine Laurent Lavoisier pudo demostrarlo experimentalmente. Lavoisier notó que durante la combustión de fósforo y azufre, así como durante la calcinación de metales, ocurre un aumento en el peso de la sustancia. Parecería natural hacer esto: un aumento en el peso de la sustancia quemada ocurre durante todos los procesos de combustión. Sin embargo, esta conclusión era tan contraria a las disposiciones de la teoría del flogisto que se necesitó un valor notable para expresarla al menos en forma de hipótesis. Lavoisier decidió probar las hipótesis presentadas anteriormente por Boyle, Ray, Mayow y Lomonosov sobre el papel del aire en los procesos de combustión. Estaba interesado en saber si la cantidad de aire aumenta si se reduce un cuerpo oxidado y se libera aire adicional debido a esto. Lavoisier pudo demostrar que la cantidad de aire en realidad aumenta. Lavoisier llamó a este descubrimiento el más interesante desde el trabajo de Stahl. Por ello, en noviembre de 1772 envió un mensaje especial a la Academia de Ciencias de París sobre sus resultados. En la siguiente etapa de investigación, Lavoisier pensó en averiguar cuál es la naturaleza del “aire” que se combina con los cuerpos combustibles durante su oxidación. Sin embargo, todos los intentos de establecer la naturaleza de este "aire" en 1772-1773. Terminó en vano. El hecho es que Lavoisier, como Stahl, restableció la "cal metálica" por contacto directo con "materia similar al carbón" y también recibió dióxido de carbono, cuya composición no pudo establecer entonces. Según Lavoisier, "el carbón le jugó una broma cruel". Sin embargo, a Lavoisier, como a muchos otros químicos, no se le ocurrió la idea de que la reducción de los óxidos metálicos se puede llevar a cabo calentando con un vidrio encendido. Pero en el otoño de 1774, Joseph Priestley informó que cuando se redujo el óxido de mercurio con un vidrio encendido, se formó un nuevo tipo de aire: "aire desflogistizado". Poco antes de que este oxígeno fuera descubierto por Scheele, pero el mensaje sobre esto se publicó con gran retraso. Scheele y Priestley explicaron el fenómeno de la evolución del oxígeno observado por ellos desde el punto de vista de la teoría del flogisto. Solo Lavoisier pudo utilizar el descubrimiento del oxígeno como argumento principal contra la teoría del flogisto. En la primavera de 1775, Lavoisier reprodujo el experimento de Priestley. Quería obtener oxígeno y comprobar si el oxígeno era el componente del aire debido al cual se producía la combustión u oxidación de los metales. Lavoisier logró no solo aislar el oxígeno, sino también volver a obtener óxido de mercurio. Al mismo tiempo, Lavoisier determinó las proporciones en peso de las sustancias que entran en esta reacción. El científico pudo demostrar que las proporciones de la cantidad de sustancias involucradas en las reacciones de oxidación y reducción permanecen sin cambios. La obra de Lavoisier produjo en química, quizás, la misma revolución que dos siglos y medio antes del descubrimiento de Copérnico en astronomía. Sustancias que antes se consideraban elementos, como demostró Lavoisier, resultaron ser compuestos, constituidos a su vez por “elementos” complejos. Los descubrimientos y puntos de vista de Lavoisier tuvieron un tremendo impacto no solo en el desarrollo de la teoría química, sino también en todo el sistema de conocimiento químico. Transformaron tanto la base misma del conocimiento químico y el lenguaje que las siguientes generaciones de químicos, de hecho, ni siquiera pudieron entender la terminología que se usaba antes de Lavoisier. Sobre esta base, más tarde se empezó a creer que era imposible hablar de química “genuina” hasta los descubrimientos de Lavoisier. Al mismo tiempo, se olvidó la continuidad de la investigación química. Solo los historiadores de la química comenzaron a recrear las leyes realmente existentes del desarrollo de la química. Al mismo tiempo, se descubrió que la “revolución química” de Lavoisier hubiera sido imposible sin la existencia de un cierto nivel de conocimiento químico ante él.

Lavoisier coronó el desarrollo del conocimiento químico con la creación de un nuevo sistema, que incluía los logros más importantes de la química de los siglos pasados. Este sistema, sin embargo, en una forma significativamente ampliada y corregida, se convirtió en la base de la química científica. En los 80s. siglo 18 El nuevo sistema de Lavoisier fue reconocido por los principales naturalistas franceses: C. Berthollet, A. De Fourcroix y L. Guiton de Morvo. Apoyaron las ideas innovadoras de Lavoisier y, junto con él, desarrollaron una nueva terminología y nomenclatura química. En 1789, Lavoisier esbozó los fundamentos del sistema de conocimiento que había desarrollado en el libro de texto "Curso introductorio de química, presentado en una nueva forma sobre la base de los últimos descubrimientos". Lavoisier dividió los elementos en metales y no metales, y los compuestos en binarios y ternarios. Los compuestos dobles formados por metales con oxígeno, los atribuyó a las bases y los compuestos de no metales con oxígeno a los ácidos. Compuestos ternarios obtenidos por la interacción de ácidos y bases, a los que llamó sales. El sistema de Lavoisier se basó en una investigación cualitativa y cuantitativa precisa. Usó este tipo de argumentación bastante nuevo cuando estudió muchos problemas controvertidos de la química: cuestiones de la teoría de la combustión, problemas de la transformación mutua de los elementos, que fueron muy relevantes durante la formación de la química científica. Entonces, para probar la idea de la posibilidad de transformación mutua de elementos, Lavoisier calentó agua en un recipiente sellado durante varios días. Como resultado, encontró una cantidad insignificante de "tierra" en el agua, al tiempo que estableció que el cambio en el peso total de la embarcación junto con el agua no ocurre. Lavoisier explicó la formación de “tierras” no como resultado de su separación del agua, sino debido a la destrucción de las paredes del recipiente de reacción. Para responder a esta pregunta, el químico y farmacéutico sueco K. Scheele utilizó al mismo tiempo métodos cualitativos de prueba, estableciendo la identidad de las "tierras" asignadas y el material del recipiente. Lavoisier, al igual que Lomonosov, tuvo en cuenta las observaciones que existían desde la antigüedad sobre la conservación del peso de las sustancias y estudió sistemáticamente las proporciones de peso de las sustancias que participan en una reacción química. Llamó la atención sobre el hecho de que, por ejemplo, durante la combustión de azufre o la formación de óxido en el hierro, se produce un aumento en el peso de las sustancias de partida. Esto contradecía la teoría del flogisto, según la cual el hipotético flogisto debería haberse liberado durante la combustión. Lavoisier consideró errónea la explicación según la cual el flogisto tenía un peso negativo y finalmente abandonó esta idea. Otros químicos, como M. V. Lomonosov o J. Mayow intentaron explicar la oxidación de los elementos y la formación de óxidos metálicos (o, como decían entonces, “cal”) como un proceso en el que las partículas del aire se combinan con alguna sustancia. Este aire puede ser "retirado" por recuperación. En 1772, Lavoisier recogió este aire, pero no pudo establecer su naturaleza. Priestley fue el primero en informar sobre el descubrimiento del oxígeno. En 1775, logró demostrar que es el oxígeno el que se combina con el metal y se libera nuevamente de él cuando se reduce, como, por ejemplo, cuando se forma y se reduce el mercurio “cal”. Por pesaje sistemático, se encontró que el peso del metal involucrado en estas transformaciones no cambia. Hoy en día, este hecho, al parecer, prueba de manera convincente la validez de las suposiciones de Lavoisier, pero la mayoría de los químicos se mostraron escépticos al respecto. Una de las razones de esta actitud fue que Lavoisier no pudo explicar la combustión del hidrógeno. En 1783, se enteró de que, utilizando un arco eléctrico, Cavendish demostró la formación de agua cuando se quema una mezcla de hidrógeno y oxígeno en un recipiente cerrado. Repitiendo este experimento, Lavoisier encontró que el peso del agua corresponde al peso de los materiales de partida. Luego realizó un experimento en el que pasó vapor de agua a través de virutas de hierro colocadas en un tubo de cobre muy calentado. El oxígeno se combinó con las virutas de hierro y el hidrógeno se recogió al final del tubo. Así, utilizando las transformaciones de las sustancias, Lavoisier pudo explicar el proceso de combustión tanto cualitativa como cuantitativamente, y para ello ya no necesitó la teoría del flogisto. Priestley y Scheele, quienes, habiendo descubierto el oxígeno, en realidad crearon los prerrequisitos básicos para el surgimiento de la teoría del oxígeno de Lavoisier, se adhirieron firmemente a las posiciones de la teoría del flogisto. Cavendish, Priestley, Scheele y algunos otros químicos creían que las discrepancias entre los resultados de los experimentos y las disposiciones de la teoría del flogisto podían eliminarse creando hipótesis adicionales. La confiabilidad y la integridad de los datos experimentales, la claridad de la argumentación y la simplicidad de la presentación contribuyeron a la rápida difusión del sistema de Lavoisier en Inglaterra, Holanda, Alemania, Suecia e Italia. En Alemania, las ideas de Lavoisier fueron expuestas en dos obras del Dr. Girtanner, New Chemical Nomenclature in German (1791) y Fundamentals of Antiphlogistic Chemistry (1792). Gracias a Girtanner, aparecieron por primera vez las designaciones alemanas de sustancias, correspondientes a la nueva nomenclatura, por ejemplo, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno. Hermbstedt, que trabajó en Berlín, publicado en 1792 El libro de texto de Lavoisier traducido al alemán, y M. Klaproth, después de repetir los experimentos de Lavoisier, reconoció la nueva enseñanza; Las opiniones de Lavoisier también fueron compartidas por el famoso naturalista A. Humboldt.

En la década de 1790, las obras de Lavoisier se publicaron más de una vez en Alemania. La mayoría de los químicos conocidos en Inglaterra, Holanda, Suecia y la cintura compartían las opiniones de Lavoisier. A menudo, en la literatura histórica y científica se puede leer que los químicos tardaron bastante en reconocer la teoría de Lavoisier. Sin embargo, en comparación con 200 años de no reconocimiento de las opiniones de Copérnico por parte de los astrónomos, el período de 10 a 15 años de debates en química no es tan largo. En el último tercio del siglo XVIII. uno de los más importantes fue el problema que interesó a los científicos durante muchos siglos: los químicos querían entender por qué y en qué proporciones las sustancias se combinan entre sí. Incluso los filósofos griegos mostraron interés por este problema, y ​​durante el Renacimiento, los científicos plantearon la idea de la afinidad de las sustancias e incluso construyeron series de sustancias por afinidad. Paracelso escribió que el mercurio forma amalgamas con metales, y para diferentes metales a diferentes velocidades y en la siguiente secuencia: el más rápido con el oro, luego con la plata, el plomo, el estaño, el cobre y finalmente el más lento con el hierro. Paracelso creía que la razón de esta serie de afinidades químicas no es solo el "odio" y el "amor" de las sustancias entre sí. De acuerdo con sus ideas, los metales contienen azufre, y cuanto menor es su contenido, más puros son los metales, y la pureza de las sustancias determina en gran medida su afinidad entre sí. G. Stahl explicó una serie de depósitos de metales como resultado del diferente contenido de flogisto en ellos. Hasta el último tercio del siglo XVIII. numerosos estudios se han dirigido a ordenar las sustancias según su "afinidad", y muchos químicos han compilado tablas en consecuencia. Para explicar las diferentes afinidades químicas de las sustancias, también se propusieron ideas atomísticas, y después de finales del siglo XVIII, principios del XIX. Los científicos comenzaron a comprender la influencia de la electricidad en el curso de ciertos procesos químicos, y con el mismo propósito intentaron utilizar ideas sobre la electricidad. Basado en ellos, Berzelius creó una teoría dualista de la composición de las sustancias, de acuerdo con, por ejemplo, las sales consisten en "bases" y "ácidos" cargados positiva y negativamente: durante la electrólisis, son atraídos por electrodos con carga opuesta y pueden descomponerse. en elementos debido a la neutralización de cargas. De la segunda mitad del siglo XVIII. los científicos comenzaron a prestar especial atención a la pregunta: ¿en qué proporciones cuantitativas interactúan las sustancias entre sí en las reacciones químicas? Desde hace tiempo se sabe que los ácidos y las bases pueden neutralizarse entre sí. También se han hecho intentos para determinar el contenido de ácidos y bases en las sales. T. Bergman y R. Kirwan descubrieron que, por ejemplo, en la reacción de doble intercambio entre el sulfato de potasio y el nitrato de sodio químicamente neutros, se forman nuevas sales: sulfato de sodio y nitrato de potasio, que también son químicamente neutros. Pero ninguno de los investigadores sacó una conclusión general de esta observación. En 1767, Cavendish descubrió que la misma cantidad de ácido nítrico y sulfúrico, que neutraliza la misma cantidad de carbonato de potasio, también neutraliza la misma cantidad de carbonato de calcio. I. Richter fue el primero en formular la ley de los equivalentes, cuya explicación se encontró más tarde desde el punto de vista de la teoría atomista de Dalton.

Richter descubrió que la solución obtenida al mezclar soluciones de dos sales químicamente neutras también es neutra. Realizó numerosas determinaciones de las cantidades de bases y ácidos que, combinados, dan sales químicamente neutras. Richter llegó a la siguiente conclusión: si la misma cantidad de cualquier ácido es neutralizada por diferentes cantidades estrictamente definidas de diferentes bases, entonces estas cantidades de bases son equivalentes y neutralizadas por la misma cantidad de otro ácido. En términos modernos, si, por ejemplo, se agrega una solución de nitrato de bario a una solución de sulfato de potasio hasta que precipita completamente el sulfato de bario, entonces la solución que contiene nitrato de potasio también será neutra:

K2SO4 + Ba(NO3)2 = 2KNO3 + BaSO4

Por tanto, en la formación de una sal neutra, las siguientes cantidades son equivalentes entre sí: 2K, 1Ba, 1SO4 y 2NO3. Pauling resumió y formuló en su forma moderna esta ley de pesos conjuntivos”: “Cantidades de peso de dos elementos (o sus múltiplos enteros), que, al reaccionar con la misma cantidad del tercer elemento, reaccionan entre sí en las mismas cantidades”. Al principio, el trabajo de Richter casi no atrajo la atención de los investigadores, ya que todavía usaba la terminología de la teoría del flogisto. Además, las series de pesos equivalentes obtenidas por el científico no eran lo suficientemente claras, y la elección de cantidades relativas de bases que proponía no tenía evidencia seria. La situación fue corregida por E. Fischer, quien, entre los pesos equivalentes, Richter escogió como patrón el equivalente de ácido sulfúrico, tomándolo igual a 100, y con base en esto compiló una tabla de “pesos relativos” (equivalentes) de compuestos Pero la tabla de equivalencias de Fischer se conoció solo gracias a Bertholla, quien, criticando a Fischer, citó estos datos en su libro "Experiencia en estática química" (1803). Berthollet dudaba de que la composición de los compuestos químicos sea constante. Tenía motivos para hacerlo. Sustancias que a principios del siglo XIX. se consideraban puros, de hecho eran mezclas o sistemas en equilibrio de varias sustancias, y la composición cuantitativa de los compuestos químicos dependía en gran medida de las cantidades de sustancias involucradas en las reacciones de su formación.

Algunos historiadores de la química creen que, al igual que Wenzel, Berthollet también anticipó las principales disposiciones de la ley de acción de masas, que expresaba analíticamente la influencia de las cantidades que interactúan en la velocidad de transformación. El químico alemán K. Wenzel en 1777 demostró que la velocidad de disolución de un metal en ácido, medida por la cantidad de metal disuelto en un tiempo determinado, es proporcional a la “fuerza” del ácido. Berthollet hizo mucho para tener en cuenta la influencia de las masas de reactivos en el curso de la transformación. Sin embargo, entre las obras de Wenzel e incluso de Berthollet, por un lado, y la formulación exacta de la ley de acción de masas, por el otro, existe una diferencia cualitativa. La actitud negativa de Berthollet hacia la ley de neutralización de Richter no podía durar mucho, ya que Proust se opuso enérgicamente a las disposiciones de Berthollet. Habiendo hecho durante los años 1799-1807. Muchos análisis, Proust demostró que Berthollet llegó a sus conclusiones sobre la diferente composición de las mismas sustancias analizando mezclas, y no sustancias individuales, que él, por ejemplo, no tuvo en cuenta el contenido de agua en algunos óxidos. Proust demostró de manera convincente la constancia de la composición de los compuestos químicos puros y completó su lucha contra los puntos de vista de Berthollet al establecer la ley de la constancia de la composición de las sustancias: la composición de las mismas sustancias, independientemente del método de preparación, es la misma. mismo (constante).

Ley periódica

Considerando la historia de la química, no puedo dejar de mencionar el descubrimiento de la ley periódica. Ya en las primeras etapas del desarrollo de la química, se descubrió que varios elementos tienen propiedades especiales. Inicialmente, los elementos se dividieron en solo dos tipos: metales y no metales. En 1829, el químico alemán Johann Döbereiner descubrió la existencia de varios grupos de tres elementos (tríadas) con propiedades químicas similares. Debereiner descubrió solo 5 triadas, estas son:

Este descubrimiento de las propiedades de los elementos impulsó una mayor investigación por parte de los químicos que intentaron encontrar formas racionales de clasificar los elementos.

En 1865, el químico inglés John Newlands (1839-1898) se interesó por el problema de la repetición periódica de las propiedades de los elementos. Dispuso los elementos conocidos en orden ascendente de sus masas atómicas como sigue: H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Cr Ti Mn Fe

Newlands notó que en esta secuencia el octavo elemento (flúor) se parece al primero (hidrógeno), el noveno elemento se parece al segundo, y así sucesivamente. Así, las propiedades se repetían cada ocho elementos. Sin embargo, había muchas cosas mal con este sistema de elementos:

1) No había lugar para nuevos elementos en la tabla.

2) La tabla no abrió la posibilidad de un enfoque científico para la determinación de las masas atómicas y no permitió elegir entre sus mejores valores probables.

3) Algunos elementos parecían estar mal colocados en la mesa. Por ejemplo, el hierro se comparó con el azufre (!), etc.

A pesar de muchas deficiencias, el intento de Newlands fue un paso en la dirección correcta. Sabemos que el descubrimiento de la ley periódica pertenece a Dmitry Ivanovich Mendeleev. Veamos la historia de su descubrimiento. En 1869 N. A. Menshutkin presentó a los miembros de la Sociedad Química Rusa un pequeño trabajo de D.I. Mendeleev "La relación de las propiedades con el peso atómico de los elementos". (El propio D.I.Mendeleev no estuvo presente en la reunión). En esta reunión, el trabajo de D.I.Mendeleev no se tomó en serio. Paul Walden escribió más tarde: "Los grandes eventos con demasiada frecuencia se encuentran con una respuesta insignificante, y el día que debería haber sido un día significativo para la joven Sociedad Química Rusa, pero en realidad resultó ser un día cotidiano". DIMendeleev amaba las ideas audaces. El patrón que descubrió fue que las propiedades químicas y físicas de los elementos y sus compuestos dependen periódicamente de los pesos atómicos de los elementos. Al igual que sus predecesores, D. I. Mendeleev destacó los elementos más típicos. Sin embargo, asumió la presencia de vacíos en la tabla y se atrevió a argumentar que deberían llenarse con elementos que aún no han sido descubiertos. Al mismo tiempo que Mendeleev, Lothar Meyer trabajó en el mismo problema y publicó su trabajo en 1870. Sin embargo, la prioridad en el descubrimiento de la revista permanece merecidamente con Dmitry Ivanovich Mendeleev, desde entonces. incluso el propio L. Meyer no pensó en negar el papel destacado de D. I. Mendeleev en el descubrimiento de la ley periódica. En sus memorias, L. Meyer indicó que utilizó el resumen de un artículo de D. I. Mendeleev al escribir su trabajo. En 1870, Mendeleev hizo algunos cambios en la tabla: como cualquier patrón basado en la idea bepm`, el nuevo sistema resultó ser viable, ya que preveía la posibilidad de refinamientos. Como dije, la genialidad de la teoría de Mendeleev fue que dejó espacios en blanco en su tabla. Por lo tanto, sugirió (o más bien estaba seguro) que aún no se habían descubierto todos los elementos. Sin embargo, Dmitry Ivanovich no se detuvo allí. Con la ayuda de la ley periódica, incluso describió las propiedades químicas y físicas de elementos químicos aún no descubiertos, por ejemplo: galio, germanio, escandio, que fueron completamente confirmados. Después de eso, la mayoría de los científicos se convencieron de la exactitud de la teoría de D. I. Mendeleev. En nuestro tiempo, la ley periódica es de gran importancia. Se utiliza para predecir las propiedades de compuestos químicos, productos de reacción. Con la ayuda de la ley periódica, y en nuestro tiempo, se predicen las propiedades de los elementos: estos son elementos que no se pueden obtener en cantidades significativas.

Después de los trabajos de Lavoisier, Proust, Lomonosov y Mendeleev, en nuestro siglo ya se han hecho muchos descubrimientos importantes en el campo de la química y la física. Estos son trabajos sobre termodinámica, la estructura del átomo y las moléculas, electroquímica; esta lista puede continuar indefinidamente. Sin embargo, los descubrimientos de Lavoisier y D. I. Mendeleev siguen siendo la base del conocimiento químico.

Características de la química moderna.

He dividido en secciones las características de la química moderna, las traigo a su atención:

1) El concepto atómico-molecular, las representaciones estructurales y electrónicas son la base de la química moderna.

2) Uso generalizado - matemáticas e informática, - métodos físicos complejos, - mecánica clásica y cuántica.

3) El papel especial de la química teórica, el modelado informático y los experimentos informáticos. Química sobre papel. Química en exhibición.

4) El papel preponderante de los problemas bioquímicos y ambientales.

Conclusión

El enfoque unificado de la estructura de objetos muy diferentes que se presenta en este resumen facilita una discusión comparativa conjunta de la estructura de las fases ordenadas y desordenadas. La importancia práctica de tal discusión se debe al hecho de que mientras que para las sustancias cristalinas el análisis de difracción de rayos X y otros métodos de difracción brindan información estructural confiable, para los cristales líquidos y, especialmente, los líquidos, la información precisa sobre la estructura (especialmente sobre el total estructura) es prácticamente inaccesible. Por lo tanto, la interpolación de la información de la estructura cristalina a otros estados de fase de los compuestos químicos es de particular importancia.

Una situación similar surge cuando los enfoques matemáticos rigurosos desarrollados en el marco de la cristalografía se extienden a objetos que no son cristales. En este sentido, Bernal y Carlyle introdujeron el concepto de "cristalografía generalizada". Posteriormente, McKay y Finney expresaron consideraciones similares. El análisis comparativo de la estructura de varias fases condensadas puede denominarse "química cristalina generalizada". El conservadurismo de los fragmentos estructurales (en particular, asociados moleculares y aglomerados), que se discutió anteriormente, jugará un papel importante en esta área.

Lista de literatura usada

1. Diccionario enciclopédico químico. M.: Enciclopedia soviética, 1983.

2. Diccionario enciclopédico físico. M.: Enciclopedia soviética, 1983.

3. Gordon A., Ford R. Chemist's Companion. M.: Mir, 1976.

4. Afanasiev V.A., Zaikov G.E. Métodos físicos en química. Moscú: Nauka, 1984. (Serie "Historia de la ciencia y la tecnología").

5. Drago R. Métodos físicos en química. T. 1, 2. M.: Mir, 1981.

6. Vilkov L.V., Pentin Yu.A. Métodos físicos de investigación en química. Métodos estructurales y espectroscopia óptica. M: Escuela Superior, 1987.

7. Vilkov L.V., Pentin Yu.A. Métodos físicos de investigación en química. Métodos de resonancia y electro-ópticos. Moscú: Escuela superior, 1989.

8. Revista de la Sociedad Química de toda la Unión. D.I. Mendeleev. 1985. T. 30. N. 2.

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La necesidad de conexiones interdisciplinarias en la enseñanza es innegable. Su implementación consistente y sistemática mejora significativamente la efectividad del proceso educativo, forma una forma dialéctica de pensamiento de los estudiantes. Además, las conexiones interdisciplinarias son una condición didáctica indispensable para el desarrollo del interés de los estudiantes por el conocimiento de los fundamentos de las ciencias, incluidas las naturales.

Esto es lo que mostró el análisis de las lecciones de física, química y biología: en la mayoría de los casos, los profesores se limitan a la inclusión fragmentaria de conexiones interdisciplinarias (ILC). En otras palabras, solo se asemejan a hechos, fenómenos o patrones de temas relacionados.

Los maestros rara vez incluyen a los estudiantes en el trabajo independiente sobre la aplicación de conocimientos y habilidades interdisciplinarios en el estudio del material del programa, así como en el proceso de transferencia independiente de conocimientos adquiridos previamente a una nueva situación. La consecuencia es la incapacidad de los niños para llevar a cabo la transferencia y síntesis de conocimientos de materias afines. No hay continuidad en la educación. Por lo tanto, los profesores de biología continuamente "se adelantan", introduciendo a los estudiantes a varios procesos físicos y químicos que ocurren en los organismos vivos, sin depender de conceptos físicos y químicos, lo que hace poco para dominar conscientemente el conocimiento biológico.

Un análisis general de los libros de texto nos permite notar que muchos hechos y conceptos se presentan en ellos repetidamente en diferentes disciplinas, y su presentación repetida prácticamente agrega poco al conocimiento de los estudiantes. Además, muchas veces un mismo concepto es interpretado de manera diferente por diferentes autores, lo que complica el proceso de su asimilación. A menudo, los libros de texto utilizan términos poco conocidos por los estudiantes y hay pocas tareas de carácter interdisciplinario. Muchos autores casi no mencionan que algunos fenómenos, conceptos ya han sido estudiados en los cursos de materias afines, no indican que estos conceptos serán considerados con más detalle al estudiar otra materia. Un análisis de los programas vigentes en las disciplinas naturales permite concluir que no se presta la debida atención a las conexiones interdisciplinarias. Solo en programas de biología general para los grados 10-11 (V.B. Zakharov); "Hombre" (V.I. Sivoglazov) tiene secciones especiales "Comunicaciones entre sujetos" con una indicación de conceptos físicos y químicos, leyes y teorías que son la base para la formación de conceptos biológicos. No existen tales secciones en los planes de estudios de física y química, y los propios profesores tienen que establecer los MPS necesarios. Y esta es una tarea difícil: coordinar el material de temas relacionados de tal manera que garantice la unidad en la interpretación de los conceptos.

Las conexiones interdisciplinarias de la física, la química y la biología podrían establecerse mucho más a menudo y de manera más eficiente. El estudio de los procesos que ocurren a nivel molecular solo es posible si se involucra el conocimiento de la biofísica molecular, la bioquímica, la termodinámica biológica, elementos de la cibernética que se complementan entre sí. Esta información está dispersa a lo largo de los cursos de física y química, pero solo en el curso de biología es posible considerar temas que son difíciles para los estudiantes, utilizando conexiones interdisciplinarias. Además, se hace posible elaborar conceptos comunes al ciclo de las disciplinas naturales, como materia, interacción, energía, discreción, etc.

Al estudiar los fundamentos de la citología se establecen conexiones interdisciplinarias con los elementos de conocimiento de la biofísica, la bioquímica y la biocibernética. Así, por ejemplo, una célula se puede representar como un sistema mecánico, y en este caso se consideran sus parámetros mecánicos: densidad, elasticidad, viscosidad, etc. Las características fisicoquímicas de una célula nos permiten considerarla como un sistema disperso, un conjunto de electrolitos, membranas semipermeables. Sin combinar "tales imágenes" es casi imposible formar el concepto de una célula como un sistema biológico complejo. En la sección "Fundamentos de Genética y Mejoramiento", el MPS se establece entre la química orgánica (proteínas, ácidos nucleicos) y la física (fundamentos de la teoría cinético-molecular, discrecionalidad de la carga eléctrica, etc.).

El docente debe planificar con anticipación la posibilidad de implementar conexiones tanto anteriores como futuras de la biología con las correspondientes ramas de la física. La información sobre la mecánica (propiedades de los tejidos, movimiento, propiedades elásticas de los vasos sanguíneos y del corazón, etc.) permite considerar los procesos fisiológicos; sobre el campo electromagnético de la biosfera - para explicar las funciones fisiológicas de los organismos. Muchas cuestiones de bioquímica tienen la misma importancia. El estudio de sistemas biológicos complejos (biogeocenosis, biosfera) está asociado a la necesidad de adquirir conocimientos sobre las formas de intercambio de información entre individuos (química, óptica, sonora), pero para ello, de nuevo, es necesario utilizar conocimientos de física y química.

El uso de conexiones interdisciplinarias es una de las tareas metodológicas más difíciles de un profesor de química. Requiere conocimiento del contenido de programas y libros de texto en otras materias. La implementación de conexiones interdisciplinarias en la práctica de la enseñanza implica la cooperación de un profesor de química con profesores de otras materias.

Un profesor de química desarrolla un plan individual para la implementación de conexiones interdisciplinarias en un curso de química. El método de trabajo creativo del docente en este sentido pasa por las siguientes etapas:

  • 1. Estudiar el programa en química, su sección "Comunicaciones entre asignaturas", programas y libros de texto en otras materias, literatura científica, científica y metodológica adicional;
  • 2. Planificación de lecciones de conexiones interdisciplinarias utilizando cursos y planes temáticos;
  • 3. Desarrollo de medios y métodos para implementar conexiones interdisciplinarias en lecciones específicas (formulación de tareas cognitivas interdisciplinarias, tareas, selección de literatura adicional para estudiantes, preparación de libros de texto necesarios y ayudas visuales en otras materias, desarrollo de métodos metodológicos para su uso);
  • 4. Desarrollo de una metodología para la preparación y realización de formas complejas de organización de la educación (generalización de lecciones con conexiones interdisciplinarias, seminarios complejos, excursiones, clases circulares, asignaturas optativas sobre temas interdisciplinarios, etc.);
  • 5. Desarrollo de métodos para monitorear y evaluar los resultados de la implementación de conexiones interdisciplinarias en la educación (preguntas y tareas para identificar las habilidades de los estudiantes para establecer conexiones interdisciplinarias).

La planificación de conexiones interdisciplinarias le permite al docente implementar con éxito sus funciones metodológicas, educativas, evolutivas, educativas y constructivas; prever toda la variedad de sus tipos en el aula, en el hogar y en el trabajo extraescolar de los alumnos.

Para establecer conexiones interdisciplinarias, es necesario seleccionar materiales, es decir, identificar aquellos temas de química que están estrechamente entrelazados con temas de cursos de otras materias.

La planificación del curso implica un breve análisis del contenido de cada tema educativo del curso, teniendo en cuenta las comunicaciones intra-asignatura e inter-asignatura.

Para la implementación exitosa de las conexiones interdisciplinarias, un docente de química, biología y física debe saber y ser capaz de:

componente cognitivo

  • el contenido y la estructura de los cursos relacionados;
  • · coordinar en el tiempo el estudio de materias afines;
  • Fundamentos teóricos del problema de MPS (tipos de clasificaciones de MPS, métodos para su implementación, funciones de MPS, componentes principales de MPS, etc.);
  • asegurar la continuidad en la formación de conceptos generales, el estudio de leyes y teorías; utilizar enfoques comunes para la formación de competencias y habilidades del trabajo educativo entre los estudiantes, continuidad en su desarrollo;
  • revelar la relación de fenómenos de distinta naturaleza, estudiados por sujetos afines;
  • · formular tareas didácticas y educativas específicas basadas en los objetivos del MPS de física, química, biología;
  • · analizar información educativa de disciplinas afines; el nivel de formación de conocimientos y habilidades interdisciplinarios de los estudiantes; la eficacia de los métodos de enseñanza aplicados, las formas de las sesiones de formación, los medios de enseñanza basados ​​en el MPS.

componente estructural

  • · formar un sistema de metas y objetivos que contribuyan a la implementación del MPS;
  • · planificar el trabajo docente y educativo dirigido a la implementación del MPS; identificar las oportunidades educativas y de desarrollo de MPS;
  • · diseñar el contenido de lecciones interdisciplinarias e integradoras, seminarios integrales, etc. Anticipar las dificultades y errores que los estudiantes puedan encontrar en la formación de conocimientos y habilidades interdisciplinarios;
  • · diseñar equipos metodológicos de lecciones, elegir las formas y métodos más racionales de enseñanza en base a MPS;
  • planificar diversas formas de organización de actividades educativas y cognitivas; diseñar equipos didácticos para sesiones de entrenamiento. Componente organizacional
  • organizar las actividades educativas y cognitivas de los estudiantes en función de las metas y objetivos, de sus características individuales;
  • · formar el interés cognitivo de los estudiantes en las materias del ciclo natural sobre la base de MPS;
  • organizar y gestionar el trabajo de los círculos interdisciplinarios y optativos; dominar las habilidades de NO; métodos de gestión de las actividades de los estudiantes.

componente comunicativo

  • La psicología de la comunicación. fundamentos psicológicos y pedagógicos para la formación de conocimientos y habilidades interdisciplinarios; características psicológicas de los estudiantes;
  • navegar en situaciones psicológicas en el equipo estudiantil; establecer relaciones interpersonales en el aula;
  • · establecer relaciones interpersonales con docentes de disciplinas afines en la implementación conjunta del MPS.

Componente de orientación

  • · las bases teoréticas de la actividad del establecimiento MPS al estudio de los objetos del ciclo natural;
  • · navegar por el material educativo de disciplinas afines; en el sistema de métodos y formas de capacitación que contribuyen a la implementación exitosa del MPS.

Componente de movilización

  • · adaptar tecnologías pedagógicas para la implementación del MPS de física, química, biología; ofrecer el autor o elegir la metodología más adecuada para la formación de conocimientos y habilidades interdisciplinarios en el proceso de enseñanza de la física, la química, la biología;
  • · desarrollar autor o adaptar métodos tradicionales de resolución de problemas de contenido interdisciplinario;
  • · dominar la metodología de realización de formas complejas de sesiones de formación; ser capaz de organizar actividades autodidactas para dominar la tecnología de implementación de MPS en la enseñanza de la física, la química y la biología.

Componente de investigación

  • · analizar y resumir la experiencia de su trabajo en la implementación del MPS; generalizar e implementar la experiencia de sus colegas; realizar un experimento pedagógico, analizar sus resultados;
  • · organizar el trabajo sobre el tema metodológico de la UIP.

Este profesiograma puede ser considerado tanto como una base para la construcción del proceso de preparación de profesores de física, química y biología para la implementación del MPS, como un criterio para evaluar la calidad de su formación.

El uso de conexiones interdisciplinarias en el estudio de la química permite a los estudiantes familiarizarse desde el primer año con las materias que estudiarán en los cursos superiores: ingeniería eléctrica, administración, economía, ciencia de materiales, partes de máquinas, ecología industrial, etc. Al señalar en las lecciones de química por qué y en qué materias los estudiantes necesitarán este o aquel conocimiento, el maestro motiva la memorización del material no solo para una lección, para obtener una evaluación, sino que también cambia los intereses personales de los estudiantes de no química. especialidades

Relación entre la química y la física.

Junto a los procesos de diferenciación de la propia ciencia química, la química atraviesa actualmente procesos de integración con otras ramas de las ciencias naturales. Las interrelaciones entre la física y la química se están desarrollando con especial intensidad. Este proceso va acompañado de la aparición de cada vez más ramas del conocimiento relacionadas con la física y la química.

Toda la historia de la interacción de la química y la física está llena de ejemplos de intercambio de ideas, objetos y métodos de investigación. En diferentes etapas de su desarrollo, la física suministró a la química conceptos y conceptos teóricos que tuvieron un fuerte impacto en el desarrollo de la química. Al mismo tiempo, cuanto más complicada se volvía la investigación química, más penetraban en la química los equipos y métodos de cálculo de la física. La necesidad de medir los efectos térmicos de una reacción, el desarrollo del análisis espectral y de difracción de rayos X, el estudio de isótopos y elementos químicos radiactivos, las redes cristalinas de la materia, las estructuras moleculares exigieron la creación y llevaron al uso de los más instrumentos físicos complejos: espectroscopios, espectrógrafos de masas, rejillas de difracción, microscopios electrónicos, etc.

El desarrollo de la ciencia moderna ha confirmado la profunda conexión entre la física y la química. Esta conexión es de naturaleza genética, es decir, la formación de átomos de elementos químicos, su combinación en moléculas de materia ocurrió en una cierta etapa en el desarrollo del mundo inorgánico. Además, esta conexión se basa en la estructura común de tipos específicos de materia, incluidas las moléculas de sustancias, que en última instancia consisten en los mismos elementos químicos, átomos y partículas elementales. El surgimiento de la forma química de movimiento en la naturaleza provocó un mayor desarrollo de las ideas sobre la interacción electromagnética estudiada por la física. Sobre la base de la ley periódica, ahora se están haciendo progresos no solo en química, sino también en física nuclear, en cuya frontera surgieron teorías fisicoquímicas mixtas como la química de isótopos y la química de radiación.

La química y la física estudian casi los mismos objetos, pero cada uno de ellos ve su propio lado en estos objetos, su propio tema de estudio. Entonces, la molécula es objeto de estudio no solo de la química, sino también de la física molecular. Si el primero lo estudia desde el punto de vista de las leyes de formación, composición, propiedades químicas, enlaces, condiciones para su disociación en los átomos constituyentes, el segundo estudia estadísticamente el comportamiento de las masas de las moléculas, lo que determina los fenómenos térmicos, diversos estados de agregación, transiciones de fase gaseosa a líquida y sólida y viceversa, fenómenos no asociados con un cambio en la composición de las moléculas y su estructura química interna. El acompañamiento de cada reacción química por el movimiento mecánico de masas de moléculas reactivas, la liberación o absorción de calor debido a la ruptura o formación de enlaces en nuevas moléculas dan testimonio convincente de la estrecha conexión entre los fenómenos químicos y físicos. Así, la energía de los procesos químicos está íntimamente relacionada con las leyes de la termodinámica. Las reacciones químicas que liberan energía, generalmente en forma de calor y luz, se denominan exotérmicas. También hay reacciones endotérmicas que absorben energía. Todo lo anterior no contradice las leyes de la termodinámica: en el caso de la combustión, la energía se libera simultáneamente con una disminución de la energía interna del sistema. En las reacciones endotérmicas, la energía interna del sistema aumenta debido a la entrada de calor. Al medir la cantidad de energía liberada durante una reacción (el efecto térmico de una reacción química), se puede juzgar el cambio en la energía interna del sistema. Se mide en kilojulios por mol (kJ/mol).

Un ejemplo más. La ley de Hess es un caso especial de la primera ley de la termodinámica. Establece que el efecto térmico de una reacción depende únicamente de los estados inicial y final de las sustancias y no depende de las etapas intermedias del proceso. La ley de Hess permite calcular el efecto térmico de una reacción en los casos en que su medición directa es por alguna razón imposible.

Con el advenimiento de la teoría de la relatividad, la mecánica cuántica y la teoría de las partículas elementales, se revelaron conexiones aún más profundas entre la física y la química. Resultó que la clave para explicar la esencia de las propiedades de los compuestos químicos, el mecanismo mismo de la transformación de las sustancias se encuentra en la estructura de los átomos, en los procesos mecánicos cuánticos de sus partículas elementales y especialmente de los electrones de la capa exterior. moléculas de compuestos orgánicos e inorgánicos, etc.

En el campo del contacto entre la física y la química, surgió y se está desarrollando con éxito una sección relativamente joven de las principales secciones de la química como la química física, que tomó forma a fines del siglo XIX. como resultado de los intentos exitosos de estudiar cuantitativamente las propiedades físicas de los productos químicos y las mezclas, la explicación teórica de las estructuras moleculares. La base experimental y teórica para esto fue el trabajo de D.I. Mendeleev (el descubrimiento de la Ley Periódica), Van't Hoff (la termodinámica de los procesos químicos), S. Arrhenius (la teoría de la disociación electrolítica), etc. El tema de su estudio fueron cuestiones teóricas generales sobre la estructura y propiedades de las moléculas de compuestos químicos, los procesos de transformación de sustancias en relación con la dependencia mutua de sus propiedades físicas, el estudio de las condiciones para la ocurrencia de reacciones químicas y los fenómenos físicos que tienen lugar en este caso. Ahora bien, la química física es una ciencia diversificada que vincula estrechamente la física y la química.

En la propia química física, por ahora, la electroquímica, el estudio de soluciones, la fotoquímica y la química de cristales se han destacado y desarrollado completamente como secciones independientes con sus propios métodos especiales y objetos de estudio. A principios del siglo XX. La química coloidal, que creció en las profundidades de la química física, también se destacó como una ciencia independiente. Desde la segunda mitad del siglo XX. En relación con el desarrollo intensivo de los problemas de la energía nuclear, surgieron y recibieron un gran desarrollo las últimas ramas de la química física: química de alta energía, química de radiación (el tema de su estudio son las reacciones que ocurren bajo la acción de la radiación ionizante) y química de isótopos.

La química física se considera ahora como la base teórica general más amplia de toda la ciencia química. Muchas de sus enseñanzas y teorías son de gran importancia para el desarrollo de la química inorgánica y especialmente la orgánica. Con el advenimiento de la química física, el estudio de la materia comenzó a realizarse no solo por métodos químicos tradicionales de investigación, no solo desde el punto de vista de su composición y propiedades, sino también desde el lado de la estructura, la termodinámica y la cinética. del proceso químico, así como del lado de la conexión y dependencia de este último del impacto de fenómenos inherentes a otras formas de movimiento (exposición a la luz y la radiación, exposición a la luz y al calor, etc.).

Es de destacar que en la primera mitad del siglo XX. había un límite entre la química y las nuevas ramas de la ciencia física (mecánica cuántica, teoría electrónica de átomos y moléculas), que más tarde se conoció como física química. Aplicó ampliamente los métodos teóricos y experimentales de la física más reciente al estudio de la estructura de los elementos y compuestos químicos, y especialmente al mecanismo de las reacciones. La física química estudia la interconexión y la transición mutua de las formas químicas y subatómicas del movimiento de la materia.

En la jerarquía de las ciencias básicas dada por F. Engels, la química es directamente adyacente a la física. Esta vecindad proporcionó la velocidad y la profundidad con las que muchas ramas de la física encajaron fructíferamente en la química. La química limita, por un lado, con la física macroscópica - termodinámica, física de medios continuos, y por otro lado - con la microfísica - física estática, mecánica cuántica.

Es bien sabido lo fructíferos que fueron estos contactos para la química. La termodinámica dio origen a la termodinámica química, el estudio del equilibrio químico. La física estática formó la base de la cinética química: el estudio de las tasas de transformaciones químicas. La mecánica cuántica reveló la esencia de la Ley Periódica de Mendeleev. La teoría moderna de la estructura química y la reactividad es la química cuántica, es decir, aplicación de los principios de la mecánica cuántica al estudio de moléculas y "transformaciones X".

Otra evidencia de la fructífera influencia de la física en la ciencia química es el uso cada vez mayor de métodos físicos en la investigación química. El sorprendente progreso en esta área se ve especialmente claro en el ejemplo de los métodos espectroscópicos. Más recientemente, del rango infinito de radiación electromagnética, los químicos usaron solo una región estrecha de las áreas visibles y adyacentes de los rangos infrarrojo y ultravioleta. El descubrimiento por parte de los físicos del fenómeno de la absorción por resonancia magnética condujo al surgimiento de la espectroscopia de resonancia magnética nuclear, el método analítico moderno más informativo y el método para estudiar la estructura electrónica de las moléculas, y la espectroscopia de resonancia paramagnética electrónica, un método único para el estudio de compuestos intermedios inestables. partículas - radicales libres. En la región de longitud de onda corta de la radiación electromagnética, surgió la espectroscopia de resonancia de rayos X y rayos gamma, que debe su aparición al descubrimiento de Mössbauer. El desarrollo de la radiación de sincrotrón ha abierto nuevas perspectivas para el desarrollo de esta rama de la espectroscopia de alta energía.

Parecería que se ha dominado todo el rango electromagnético, y es difícil esperar más progresos en esta área. Sin embargo, aparecieron los láseres, fuentes únicas en su intensidad espectral, y junto con ellos posibilidades analíticas fundamentalmente nuevas. Entre ellos se encuentra la resonancia magnética láser, un método altamente sensible de rápido desarrollo para detectar radicales en un gas. Otra posibilidad realmente fantástica es el registro de piezas de átomos con un láser, una técnica basada en la excitación selectiva, que permite registrar solo unos pocos átomos de una impureza extraña en una célula. El descubrimiento del fenómeno de la polarización química de los núcleos brindó sorprendentes oportunidades para estudiar los mecanismos de las reacciones radicales.

Ahora bien, es difícil nombrar un área de la física moderna que no influya directa o indirectamente en la química. Tomemos, por ejemplo, la física de partículas elementales inestables, que está lejos del mundo de las moléculas construidas a partir de núcleos y electrones. Puede parecer sorprendente que conferencias internacionales especiales discutan el comportamiento químico de los átomos que contienen un positrón o un muón, que, en principio, no pueden dar compuestos estables. Sin embargo, la información única sobre las reacciones ultrarrápidas que estos átomos permiten obtener justifica plenamente este interés.

Mirando hacia atrás en la historia de la relación entre la física y la química, vemos que la física ha jugado un papel importante, a veces decisivo, en el desarrollo de conceptos teóricos y métodos de investigación en química. El grado de reconocimiento de este papel se puede evaluar consultando, por ejemplo, la lista de ganadores del Premio Nobel de química. No menos de un tercio de esta lista son los autores de los mayores logros en el campo de la química física. Entre ellos están los que descubrieron la radiactividad y los isótopos (Rutherford, M. Curie, Soddy, Aston, Joliot-Curie, etc.), sentaron las bases de la química cuántica (Pauling y Mulliken) y la cinética química moderna (Hinshelwood y Semenov), desarrollaron nuevos métodos físicos (Debye, Geyerovsky, Eigen, Norrish y Porter, Herzberg).

Finalmente, se debe tener en cuenta la importancia decisiva que la productividad del trabajo del científico comienza a jugar en el desarrollo de la ciencia. Los métodos físicos han jugado y continúan jugando un papel revolucionario en la química a este respecto. Basta con comparar, por ejemplo, el tiempo que un químico orgánico dedicó a establecer la estructura de un compuesto sintetizado por medios químicos y el que dedica ahora a poseer un arsenal de métodos físicos. Sin duda, esta reserva de aplicar los logros de la física está lejos de ser suficientemente utilizada.

Resumamos algunos resultados. Vemos que la física en una escala cada vez mayor, y cada vez más fructíferamente se entromete en la química. La física revela la esencia de las regularidades químicas cualitativas, proporciona a la química herramientas de investigación perfectas. El volumen relativo de la química física está creciendo y no hay razones que puedan frenar este crecimiento.

Relación entre la química y la biología.

Es bien sabido que durante mucho tiempo la química y la biología siguieron su propio camino, aunque el sueño de muchos años de los químicos era la creación de un organismo vivo en el laboratorio.

Se produjo un fuerte fortalecimiento de la relación entre la química y la biología como resultado de la creación de A.M. La teoría de Butlerov de la estructura química de los compuestos orgánicos. Guiados por esta teoría, los químicos orgánicos entraron en competencia con la naturaleza. Las generaciones posteriores de químicos demostraron gran ingenio, trabajo, imaginación y búsqueda creativa de una síntesis dirigida de la materia. Su intención no era sólo imitar a la naturaleza, querían superarla. Y hoy podemos afirmar con confianza que en muchos casos esto se ha logrado.

El progresivo desarrollo de la ciencia en el siglo XIX, que condujo al descubrimiento de la estructura del átomo y al conocimiento detallado de la estructura y composición de la célula, abrió posibilidades prácticas para que químicos y biólogos trabajaran juntos en los problemas químicos de la la teoría de la célula, sobre cuestiones acerca de la naturaleza de los procesos químicos en los tejidos vivos y sobre la condicionalidad de las funciones biológicas reacciones químicas.

Si observa el metabolismo en el cuerpo desde un punto de vista puramente químico, como A.I. Oparin, veremos un conjunto de una gran cantidad de reacciones químicas relativamente simples y uniformes que se combinan entre sí en el tiempo, no ocurren al azar, sino en una secuencia estricta, lo que da como resultado la formación de largas cadenas de reacciones. Y este orden está naturalmente dirigido hacia la constante autoconservación y autoreproducción de todo el sistema vivo como un todo en condiciones ambientales dadas.

En una palabra, propiedades específicas de los seres vivos como el crecimiento, la reproducción, la movilidad, la excitabilidad, la capacidad de responder a los cambios en el entorno externo, están asociadas con ciertos complejos de transformaciones químicas.

La importancia de la química entre las ciencias que estudian la vida es excepcionalmente grande. Fue la química la que reveló el papel más importante de la clorofila como base química de la fotosíntesis, la hemoglobina como base del proceso de respiración, se estableció la naturaleza química de la transmisión de la excitación nerviosa, se determinó la estructura de los ácidos nucleicos, etc. Pero lo principal es que, objetivamente, los mecanismos químicos se encuentran en la base misma de los procesos biológicos, las funciones de los seres vivos. Todas las funciones y procesos que ocurren en un organismo vivo pueden expresarse en el lenguaje de la química, en forma de procesos químicos específicos.

Por supuesto, sería un error reducir los fenómenos de la vida a procesos químicos. Esto sería una gran simplificación mecánica. Y una clara evidencia de esto es la especificidad de los procesos químicos en los sistemas vivos en comparación con los no vivos. El estudio de esta especificidad revela la unidad e interrelación de las formas químicas y biológicas del movimiento de la materia. Otras ciencias que surgieron en la intersección de la biología, la química y la física hablan de lo mismo: la bioquímica es la ciencia del metabolismo y los procesos químicos en los organismos vivos; química bioorgánica - la ciencia de la estructura, funciones y formas de síntesis de los compuestos que forman los organismos vivos; la biología física y química como ciencia del funcionamiento de sistemas complejos de transmisión de información y regulación de procesos biológicos a nivel molecular, así como la biofísica, la química biofísica y la radiobiología.

Los principales logros de este proceso fueron la determinación de productos químicos del metabolismo celular (metabolismo en plantas, animales, microorganismos), el establecimiento de rutas biológicas y ciclos de biosíntesis de estos productos; se implementó su síntesis artificial, se hizo el descubrimiento de los fundamentos materiales del mecanismo molecular regulador y hereditario, y se aclaró en gran medida la importancia de los procesos químicos en los procesos energéticos de la célula y de los organismos vivos en general.

En la actualidad, para la química cobra especial importancia la aplicación de los principios biológicos, en los que se concentra la experiencia de adaptar los organismos vivos a las condiciones de la Tierra durante muchos millones de años, la experiencia de crear los mecanismos y procesos más avanzados. Ya hay ciertos logros en este camino.

Hace más de un siglo, los científicos se dieron cuenta de que la base de la eficiencia excepcional de los procesos biológicos es la biocatálisis. Por lo tanto, los químicos se fijaron el objetivo de crear una nueva química basada en la experiencia catalítica de la naturaleza viva. En él aparecerá un nuevo control de procesos químicos, donde se aplicarán los principios de la síntesis de moléculas similares, se crearán catalizadores con tal variedad de cualidades sobre el principio de las enzimas que superarán con creces a los existentes en nuestra industria.

Sin embargo, a pesar de que las enzimas tienen propiedades comunes inherentes a todos los catalizadores, no son idénticas a estos últimos, ya que funcionan dentro de los sistemas vivos. Por lo tanto, todos los intentos de utilizar la experiencia de la naturaleza viva para acelerar los procesos químicos en el mundo inorgánico enfrentan serias limitaciones. Hasta ahora, solo podemos hablar de modelar algunas de las funciones de las enzimas y usar estos modelos para el análisis teórico de la actividad de los sistemas vivos, así como la aplicación práctica parcial de enzimas aisladas para acelerar algunas reacciones químicas.

Aquí, la dirección más prometedora, obviamente, es la investigación centrada en la aplicación de los principios de la biocatálisis en la química y la tecnología química, para lo cual es necesario estudiar toda la experiencia catalítica de la naturaleza viva, incluida la experiencia de la formación de la enzima. sí mismo, la célula e incluso el organismo.

La teoría del autodesarrollo de los sistemas catalíticos abiertos elementales, presentada en su forma más general por el profesor A.P. Rudenko en 1964, es una teoría general de la evolución química y la biogénesis. Resuelve preguntas sobre las fuerzas impulsoras y los mecanismos del proceso evolutivo, es decir, sobre las leyes de la evolución química, sobre la selección de elementos y estructuras y su causalidad, sobre la altura de la organización química y la jerarquía de los sistemas químicos como consecuencia. de evolución

El núcleo teórico de esta teoría es la posición de que la evolución química es un autodesarrollo de los sistemas catalíticos y, por lo tanto, los catalizadores son la sustancia en evolución. En el curso de la reacción, hay una selección natural de aquellos centros catalíticos que tienen la mayor actividad. El autodesarrollo, la autoorganización y la autocomplicación de los sistemas catalíticos se producen debido a la constante afluencia de energía transformable. Y dado que la principal fuente de energía es la reacción básica, los sistemas catalíticos que se desarrollan sobre la base de reacciones exotérmicas reciben las máximas ventajas evolutivas. Por lo tanto, la reacción básica no es solo una fuente de energía, sino también una herramienta para seleccionar los cambios evolutivos más progresivos en los catalizadores.

Desarrollando estos puntos de vista, A.P. Rudenko formuló la ley básica de la evolución química, según la cual los caminos de cambios evolutivos del catalizador se forman con la mayor velocidad y probabilidad, en los que se produce el máximo aumento de su actividad absoluta.

Una consecuencia práctica de la teoría del autodesarrollo de los sistemas catalíticos abiertos es la llamada "tecnología no estacionaria", es decir, tecnología con condiciones de reacción cambiantes. Hoy, los investigadores llegan a la conclusión de que el régimen estacionario, cuya estabilización confiable parecía ser la clave para la alta eficiencia del proceso industrial, es solo un caso especial del régimen no estacionario. Al mismo tiempo, se encontraron muchos regímenes no estacionarios que contribuyen a la intensificación de la reacción.

En la actualidad, las perspectivas para el surgimiento y desarrollo de una nueva química ya son visibles, sobre la base de la cual se crearán tecnologías industriales de bajo desperdicio, sin desperdicios y que ahorran energía.

Hoy, los químicos han llegado a la conclusión de que, utilizando los mismos principios sobre los que se construye la química de los organismos, en el futuro (sin repetir exactamente la naturaleza) será posible construir una química fundamentalmente nueva, un nuevo control de los procesos químicos, donde se aplicarán los principios de síntesis de moléculas similares. Se prevé crear convertidores que aprovechen la luz solar con alta eficiencia, convirtiéndola en energía química y eléctrica, así como la energía química en luz de gran intensidad.

Conclusión

La química moderna está representada por muchas direcciones diferentes en el desarrollo del conocimiento sobre la naturaleza de la materia y los métodos de su transformación. Al mismo tiempo, la química no es solo una suma de conocimiento sobre sustancias, sino un sistema de conocimiento altamente ordenado y en constante evolución que tiene su lugar entre otras ciencias naturales.

La química estudia la diversidad cualitativa de materiales portadores de fenómenos químicos, la forma química del movimiento de la materia. Aunque estructuralmente se cruza en ciertas áreas con la física, la biología y otras ciencias naturales, conserva su especificidad.

Una de las bases objetivas más significativas para señalar a la química como una disciplina independiente de las ciencias naturales es el reconocimiento de la especificidad de la química de la relación de las sustancias, que se manifiesta principalmente en un complejo de fuerzas y varios tipos de interacciones que determinan la existencia de dos y compuestos poliatómicos. Este complejo suele caracterizarse como un enlace químico que surge o se rompe durante la interacción de partículas del nivel atómico de la organización de la materia. La aparición de un enlace químico se caracteriza por una redistribución significativa de la densidad electrónica en comparación con la posición simple de la densidad electrónica de átomos no unidos o fragmentos atómicos que están cerca de la distancia de enlace. Esta característica separa con mayor precisión el enlace químico de varias manifestaciones de interacciones intermoleculares.

El continuo aumento constante del papel de la química como ciencia dentro de las ciencias naturales va acompañado del rápido desarrollo de la investigación fundamental, compleja y aplicada, el desarrollo acelerado de nuevos materiales con las propiedades deseadas y nuevos procesos en el campo de la tecnología de producción y procesamiento de sustancias

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Plan

1. Las ciencias naturales como ciencia de la Naturaleza. Las ciencias naturales básicas y su relación.

2. La física cuántica y sus principios básicos. El mundo de las partículas y antipartículas

3. Mecánica. Leyes básicas de la mecánica clásica.

1. Las ciencias naturales como ciencia de la Naturaleza. Las ciencias naturales básicas y su relación.

Ciencias Naturales la ciencia de naturaleza . En el mundo moderno, la ciencia natural es un sistema de ciencias naturales, o las llamadas ciencias naturales, tomadas en conexión mutua y basadas, por regla general, en métodos matemáticos para describir objetos de estudio.

Ciencias Naturales:

Una de las tres áreas principales del conocimiento científico sobre la naturaleza, la sociedad y el pensamiento;

Es la base teórica de la tecnología y la medicina industrial y agrícola.

Es el fundamento científico natural de la imagen del mundo.

Siendo la base para la formación de una imagen científica del mundo, la ciencia natural es un cierto sistema de puntos de vista sobre una u otra comprensión de los fenómenos o procesos naturales. Y si tal sistema de puntos de vista adquiere un carácter único y definitorio, entonces, por regla general, se denomina concepto. Con el tiempo, aparecen nuevos hechos empíricos y generalizaciones, y el sistema de puntos de vista sobre la comprensión de los procesos cambia, aparecen nuevos conceptos.

Si consideramos el área temática de las ciencias naturales de la manera más amplia posible, entonces incluye:

Diversas formas de movimiento de la materia en la naturaleza;

Sus soportes materiales, que forman una "escalera" de niveles de la organización estructural de la materia;

Su relación, estructura interna y génesis.

Pero no siempre fue así. Los problemas del dispositivo, el origen de la organización de todo lo que hay en el Universo (Cosmos), en los siglos IV-VI pertenecían a la "física". Y Aristóteles llamó simplemente "físicos" o "fisiólogos" a quienes se ocuparon de estos problemas, porque. la antigua palabra griega "física" es igual a la palabra "naturaleza".

En las ciencias naturales modernas, la naturaleza no se considera en abstracto, fuera de la actividad humana, sino concretamente, como estando bajo la influencia del hombre, porque su conocimiento se logra no solo por la actividad especulativa, teórica, sino también por la producción práctica de las personas.

Así, la ciencia natural como reflejo de la naturaleza en la conciencia humana se está perfeccionando en el proceso de su transformación activa en interés de la sociedad.

Los objetivos de las ciencias naturales se derivan de esto:

Revelar la esencia de los fenómenos naturales, sus leyes, y sobre esta base, la predicción o creación de nuevos fenómenos;

La capacidad de utilizar en la práctica las leyes, fuerzas y sustancias conocidas de la naturaleza.

De ello se deduce que si la sociedad está interesada en formar especialistas altamente calificados que sean capaces de utilizar productivamente su conocimiento, entonces el objetivo de estudiar los conceptos de las ciencias naturales modernas no es estudiar física, química, biología, etc., sino revelar aquellos ocultos. conexiones que crean la unidad orgánica de los fenómenos físicos, químicos y biológicos.

Las ciencias naturales son:

Ciencias sobre el espacio, su estructura y evolución (astronomía, cosmología, astrofísica, cosmoquímica, etc.);

Ciencias físicas (física): ciencias sobre las leyes más profundas de los objetos naturales y, al mismo tiempo, sobre las formas más simples de sus cambios;

Ciencias químicas (química) - ciencias sobre sustancias y sus transformaciones

Ciencias biológicas (biología) - ciencias de la vida;

Ciencias de la tierra (geonomía): esto incluye: geología (la ciencia de la estructura de la corteza terrestre), geografía (la ciencia del tamaño y la forma de la superficie terrestre), etc.

Las ciencias enumeradas no agotan la totalidad de las ciencias naturales, porque. el hombre y la sociedad humana son inseparables de la naturaleza, son parte de ella.

El deseo de una persona por el conocimiento del mundo circundante se expresa en varias formas, métodos y direcciones de sus actividades de investigación. Cada una de las partes principales del mundo objetivo -la naturaleza, la sociedad y el hombre- es estudiada por sus propias ciencias separadas. La totalidad del conocimiento científico sobre la naturaleza está formado por las ciencias naturales, es decir, el conocimiento sobre la naturaleza ("naturaleza" -naturaleza- y "saber").

Las ciencias naturales son un conjunto de ciencias naturales que tienen como objeto de su investigación diversos fenómenos y procesos de la naturaleza, las leyes de su evolución. Además, la ciencia natural es una ciencia separada e independiente de la naturaleza como un todo. Te permite estudiar cualquier objeto del mundo que nos rodea con más profundidad que cualquiera de las ciencias naturales. Por lo tanto, las ciencias naturales, junto con las ciencias de la sociedad y el pensamiento, son la parte más importante del conocimiento humano. Comprende tanto la actividad de obtención del conocimiento como sus resultados, es decir, el sistema de conocimiento científico sobre los procesos y fenómenos naturales.

La especificidad del tema de las ciencias naturales es que estudia los mismos fenómenos naturales desde el punto de vista de varias ciencias a la vez, revelando los patrones y tendencias más generales, considerando la Naturaleza como si fuera desde arriba. Esta es la única forma de presentar la Naturaleza como un solo sistema integral, de revelar los cimientos sobre los que se construye toda la variedad de objetos y fenómenos del mundo circundante. El resultado de tales estudios es la formulación de las leyes básicas que conectan los micro, macro y mega mundos, la Tierra y el Cosmos, los fenómenos físicos y químicos con la vida y la mente en el Universo. El objetivo principal de este curso es la comprensión de la Naturaleza como una sola integridad, la búsqueda de relaciones más profundas entre los fenómenos físicos, químicos y biológicos, así como la identificación de conexiones ocultas que crean la unidad orgánica de estos fenómenos.

La estructura de la ciencia natural es un complejo sistema ramificado de conocimiento, todas sus partes están en relación con la subordinación jerárquica. Esto significa que el sistema de las ciencias naturales puede representarse como una especie de escalera, cada peldaño de la cual es el fundamento de la ciencia que le sigue, y a su vez se basa en los datos de la ciencia anterior.

Entonces, la base, el fundamento de todas las ciencias naturales es la física, cuyo tema son los cuerpos, sus movimientos, transformaciones y formas de manifestación en varios niveles.

El siguiente paso en la jerarquía es la química, que estudia los elementos químicos, sus propiedades, transformaciones y compuestos.

A su vez, la química es la base de la biología, la ciencia de los vivos, que estudia la célula y todo lo que se deriva de ella. La biología se basa en el conocimiento sobre la materia, los elementos químicos.

Las ciencias de la tierra (geología, geografía, ecología, etc.) son el siguiente grado de la estructura de las ciencias naturales. Consideran la estructura y el desarrollo de nuestro planeta, que es una combinación compleja de fenómenos y procesos físicos, químicos y biológicos.

Esta grandiosa pirámide del conocimiento sobre la Naturaleza se completa con la cosmología, que estudia el Universo como un todo. Parte de este conocimiento es la astronomía y la cosmogonía, que estudian la estructura y el origen de los planetas, estrellas, galaxias, etc. En este nivel se produce un nuevo retorno a la física. Esto nos permite hablar de la naturaleza cíclica y cerrada de las ciencias naturales, lo que obviamente refleja una de las propiedades más importantes de la Naturaleza misma.

Los procesos más complicados de diferenciación e integración del conocimiento científico están ocurriendo en la ciencia. La diferenciación de la ciencia es la asignación dentro de cualquier ciencia de áreas de investigación más estrechas y privadas, su transformación en ciencias independientes. Así, dentro de la física, se destacaron la física del estado sólido y la física del plasma.

La integración de la ciencia es el surgimiento de nuevas ciencias en los cruces de las antiguas, la manifestación de los procesos de unificación del conocimiento científico. Un ejemplo de este tipo de ciencias son: la química física, la física química, la biofísica, la bioquímica, la geoquímica, la biogeoquímica, la astrobiología, etc.

Las ciencias naturales son un conjunto de ciencias naturales que tienen como objeto de su investigación diversos fenómenos y procesos de la naturaleza, las leyes de su evolución.

La metafísica (del griego meta ta physika - después de la física) es una doctrina filosófica de principios supersensibles (inaccesibles a la experiencia) del ser.

La naturfilosofía es una interpretación especulativa de la naturaleza, la percepción de ella como un todo.

El enfoque sistémico es la idea del mundo como un conjunto de sistemas multinivel conectados por relaciones de subordinación jerárquica.

2. La física cuántica y sus principales aplicacionesincipi. El mundo de las partículas y antipartículas

En 1900 el físico alemán M. Planck demostró con su investigación que la radiación de energía ocurre discretamente, en ciertas porciones - quanta, cuya energía depende de la frecuencia de la onda de luz. La teoría de M. Planck no necesitaba el concepto de éter y superó las contradicciones y dificultades de la electrodinámica de J. Maxwell. Los experimentos de M. Planck llevaron al reconocimiento de la naturaleza dual de la luz, que tiene propiedades tanto corpusculares como ondulatorias. Está claro que tal conclusión era incompatible con las ideas de la física clásica. La teoría de M. Planck marcó el comienzo de una nueva física cuántica, que describe los procesos que ocurren en el microcosmos.

Basado en las ideas de M. Planck, A. Einstein propuso la teoría fotónica de la luz, según la cual la luz es una corriente de cuantos en movimiento. La teoría cuántica de la luz (teoría del fotón) considera la luz como una onda con una estructura discontinua. La luz es una corriente de cuantos de luz indivisibles: fotones. A. La hipótesis de Einstein permitió explicar el fenómeno del efecto fotoeléctrico: la eliminación de electrones de una sustancia bajo la influencia de ondas electromagnéticas. Quedó claro que un fotón elimina un electrón solo si la energía del fotón es suficiente para vencer la fuerza de interacción de los electrones con el núcleo atómico. En 1922, A. Einstein recibió el Premio Nobel por la creación de la teoría cuántica de la luz.

La explicación del proceso del efecto fotoeléctrico se basó, además de la hipótesis cuántica de M. Planck, también en nuevas ideas sobre la estructura del átomo. en 1911 El físico inglés E. Rutherford propuso un modelo planetario del átomo. El modelo representaba un átomo como un núcleo cargado positivamente alrededor del cual giran electrones cargados negativamente. La fuerza que surge del movimiento de los electrones en órbitas se equilibra con la atracción entre el núcleo cargado positivamente y los electrones cargados negativamente. La carga total de un átomo es cero porque las cargas del núcleo y los electrones son iguales entre sí. Casi toda la masa de un átomo se concentra en su núcleo, y la masa de electrones es insignificante. Utilizando el modelo planetario del átomo, se explicó el fenómeno de la desviación de las partículas alfa al atravesar el átomo. Dado que el tamaño del átomo es grande en comparación con el tamaño de los electrones y el núcleo, la partícula alfa lo atraviesa sin obstáculos. La desviación se observa solo cuando la partícula alfa pasa cerca del núcleo, en cuyo caso la repulsión eléctrica hace que se desvíe bruscamente de su trayectoria original. en 1913 El físico danés N. Bohr propuso un modelo más perfecto del átomo, complementando las ideas de E. Rutherford con nuevas hipótesis. Los postulados de N. Bohr eran los siguientes:

1. Postulado de los estados estacionarios. Un electrón realiza movimientos orbitales estables en órbitas estacionarias en un átomo, sin emitir ni absorber energía.

2. Regla de frecuencias. Un electrón puede moverse de una órbita estacionaria a otra, mientras emite o absorbe energía. Dado que las energías de las órbitas son discretas y constantes, al pasar de una a otra siempre se emite o se absorbe una determinada porción de energía.

El primer postulado permitió responder a la pregunta: ¿por qué los electrones, cuando se mueven en órbitas circulares alrededor del núcleo, no caen sobre él, es decir, ¿Por qué un átomo permanece estable?

El segundo postulado explicaba la discontinuidad del espectro de radiación de electrones. Los postulados cuánticos de N. Bohr supusieron el rechazo de los conceptos físicos clásicos, que hasta ese momento se consideraban absolutamente ciertos.

A pesar del rápido reconocimiento, la teoría de N. Bohr seguía sin dar respuesta a muchas preguntas. En particular, los científicos no han podido describir con precisión los átomos multielectrónicos. Resultó que esto se debe a la naturaleza ondulatoria de los electrones, que es erróneo representar como partículas sólidas que se mueven en ciertas órbitas.

En realidad, los estados de un electrón pueden cambiar. N. Bohr sugirió que las micropartículas no son ni una onda ni un corpúsculo. Con un tipo de instrumentos de medición, se comportan como un campo continuo, con otro, como partículas de material discretas. Resultó que la idea de las órbitas exactas del movimiento de los electrones también es errónea. Debido a su naturaleza ondulatoria, los electrones están más bien "desparramados" sobre el átomo y de manera bastante desigual. En ciertos puntos, su densidad de carga alcanza un máximo. La curva que conecta los puntos de máxima densidad de carga electrónica es su "órbita".

En los años 20-30. W. Heisenberg y L. de Broglie sentaron las bases de una nueva teoría: la mecánica cuántica. en 1924 en "Luz y Materia"

L. de Broglie sugirió la universalidad de la dualidad onda-partícula, según la cual todos los microobjetos pueden comportarse como ondas y como partículas. Basado en la naturaleza dual (corpuscular y ondulatoria) ya establecida de la luz, expresó la idea de las propiedades ondulatorias de cualquier partícula material. Así, por ejemplo, un electrón se comporta como una partícula cuando se mueve en un campo electromagnético y como una onda cuando atraviesa un cristal. Esta idea se llama dualismo de ondas corpusculares. El principio del dualismo de ondas corpusculares establece la unidad de lo discreto y la continuidad de la materia.

en 1926 E. Schrödinger, basándose en las ideas de L. de Broglie, construyó la mecánica ondulatoria. En su opinión, los procesos cuánticos son procesos ondulatorios, por lo que la imagen clásica de un punto material que ocupa un determinado lugar en el espacio es adecuada solo para macroprocesos y es completamente errónea para el micromundo. En el microcosmos, una partícula existe tanto como onda como corpúsculo. En mecánica cuántica, un electrón puede considerarse como una onda cuya longitud depende de su velocidad. La ecuación de E. Schrödinger describe el movimiento de micropartículas en campos de fuerza y ​​tiene en cuenta sus propiedades ondulatorias.

Basado en estas ideas en 1927. se formuló el principio de complementariedad, según el cual las descripciones ondulatorias y corpusculares de los procesos en el microcosmos no se excluyen, sino que se complementan entre sí, y solo en unidad dan una descripción completa. Al medir con precisión una de las cantidades adicionales, la otra sufre un cambio descontrolado. Los conceptos de partícula y onda no solo se complementan, sino que al mismo tiempo se contradicen. Son imágenes complementarias de lo que está sucediendo. La afirmación del dualismo de ondas corpusculares se convirtió en la base de la física cuántica.

en 1927 El físico alemán W. Heisenberg llegó a la conclusión de que es imposible medir simultáneamente y con precisión las coordenadas de una partícula y su momento, que depende de la velocidad, podemos determinar estas cantidades solo con un cierto grado de probabilidad. En la física clásica, se supone que las coordenadas de un objeto en movimiento se pueden determinar con absoluta precisión. La mecánica cuántica limita severamente esta posibilidad. W. Heisenberg en su obra "Física del núcleo atómico" esbozó sus ideas.

La conclusión de W. Heisenberg se llama el principio de la relación de incertidumbre, que subyace a la interpretación física de la mecánica cuántica. Su esencia es la siguiente: es imposible tener simultáneamente valores exactos de diferentes características físicas de una micropartícula: coordenadas y momento. Si obtenemos el valor exacto de una cantidad, entonces la otra permanece completamente incierta, existen limitaciones fundamentales en la medición de cantidades físicas que caracterizan el comportamiento de un microobjeto.

Así, concluyó W. Heisenberg, la realidad difiere según la observemos o no. "La teoría cuántica ya no permite una descripción completamente objetiva de la naturaleza", escribió. El dispositivo de medición influye en los resultados de la medición, es decir, en un experimento científico, la influencia de una persona resulta inamovible. En la situación del experimento, nos encontramos ante la unidad sujeto-objeto del aparato de medida y la realidad objeto de estudio.

Es importante señalar que esta circunstancia no está relacionada con la imperfección de los instrumentos de medición, sino que es consecuencia de las propiedades objetivas de onda corpuscular de los microobjetos. Como afirmó el físico M. Born, las ondas y las partículas son sólo "proyecciones" de la realidad física sobre la situación experimental.

Dos principios fundamentales de la física cuántica, el principio de la relación de incertidumbre y el principio de complementariedad, indican que la ciencia se niega a describir solo leyes dinámicas. Las leyes de la física cuántica son estadísticas. Como escribe V. Heisenberg, "en los experimentos con procesos atómicos, estamos tratando con cosas y hechos que son tan reales como lo es cualquier fenómeno de la vida cotidiana. Pero los átomos o las partículas elementales no son reales en esa medida. Más bien forman un mundo". de tendencias o posibilidades que el mundo de las cosas y los hechos". Posteriormente, la teoría cuántica se convirtió en la base de la física nuclear, y en 1928. P. Dirac sentó las bases de la mecánica cuántica relativista.

3. Mecánica. Principallas leyes de la mecanica clasica

ciencia natural ciencia mecánica cuántica

La mecánica clásica es una teoría física que establece las leyes del movimiento de cuerpos macroscópicos con velocidades mucho menores que la velocidad de la luz en el vacío.

La mecánica clásica se subdivide en:

Estática (que considera el equilibrio de los cuerpos)

Cinemática (que estudia la propiedad geométrica del movimiento sin considerar sus causas)

Dinámica (que considera el movimiento de los cuerpos).

Las tres leyes de Newton forman la base de la mecánica clásica:

La primera ley de Newton postula la existencia de marcos de referencia especiales, llamados interciales, en los que cualquier cuerpo mantiene un estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme hasta que sobre él actúan fuerzas de otros cuerpos (ley de inercia).

La segunda ley de Newton establece que en sistemas de referencia inerciales, la aceleración de cualquier cuerpo es proporcional a la suma de las fuerzas que actúan sobre él e inversamente proporcional a la masa del cuerpo (F = ma).

La tercera ley de Newton establece que cuando dos cuerpos interactúan, experimentan fuerzas entre sí que son iguales en magnitud y opuestas en dirección (la acción es igual a la reacción).

Para calcular el movimiento de los cuerpos físicos sobre la base de estas leyes básicas de la mecánica newtoniana, deben complementarse con una descripción de las fuerzas que surgen entre los cuerpos en diversas formas de interacción. En la física moderna, se consideran muchas fuerzas diferentes: gravedad, fricción, presión, tensión, Arquímedes, sustentación, Coulomb (electrostática), Lorentz (magnética), etc. Todas estas fuerzas dependen de la posición relativa y la velocidad de los cuerpos que interactúan.

La mecánica clásica es un tipo de mecánica (una rama de la física que estudia las leyes del cambio en las posiciones de los cuerpos y las causas que lo provocan), basada en las 3 leyes de Newton y el principio de relatividad de Galileo. Por lo tanto, a menudo se la llama "mecánica newtoniana". Un lugar importante en la mecánica clásica lo ocupa la existencia de sistemas inerciales. La mecánica clásica se divide en estática (que considera el equilibrio de los cuerpos) y dinámica (que considera el movimiento de los cuerpos). La mecánica clásica da resultados muy precisos dentro de la experiencia cotidiana. Pero para sistemas que se mueven a altas velocidades cercanas a la velocidad de la luz, la mecánica relativista da resultados más precisos, para sistemas de dimensiones microscópicas, la mecánica cuántica, y para sistemas con ambas características, la teoría cuántica de campos. Sin embargo, la mecánica clásica conserva su valor porque es mucho más fácil de entender y usar que otras teorías, y en un amplio rango se aproxima bastante bien a la realidad. La mecánica clásica se puede utilizar para describir el movimiento de objetos como peonzas y pelotas de béisbol, muchos objetos astronómicos (como planetas y galaxias) e incluso muchos objetos microscópicos como moléculas orgánicas. Aunque la mecánica clásica es ampliamente compatible con otras "teorías clásicas", como la electrodinámica y la termodinámica clásicas, se encontraron inconsistencias a fines del siglo XIX que solo podían resolverse dentro de teorías físicas más modernas. En particular, la electrodinámica clásica predice que la velocidad de la luz es constante para todos los observadores, lo que es difícil de conciliar con la mecánica clásica y que condujo a la creación de una teoría especial de la relatividad. Cuando se considera junto con la termodinámica clásica, la mecánica clásica conduce a la paradoja de Gibbs en la que es imposible determinar con precisión la cantidad de entropía ya la catástrofe ultravioleta en la que un cuerpo negro debe irradiar una cantidad infinita de energía. Los intentos de resolver estos problemas llevaron al desarrollo de la mecánica cuántica.

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