Строение материи. Экология и охрана природы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Строение материи

В настоящее время полагают, что мир состоит из фундаментальных частиц.

Гипотеза о том, что все вещества состоят из мельчайших элементарных частиц - атомистическая гипотеза - возникла еще в Древней Греции и развивалась Левкиппом, Демокритом и Эпикуром (5 - 3 вв. до н. э.). Философ Демокрит назвал частицы атомами, т.е. неделимыми частицами. Р.Бойль (17-ый век) положил атомистику в основу своих химических представлений и объяснил все химические изменения соединением и разъединением атомов. Важную роль атомистика играла в работах И.Ньютона. В результате быстрого развития химии (работы А.Лавуазье, Ж.Пруста, К.Бертолле и др.) была заложена основа количественных аспектов атомистического учения. Дж. Дальтон сформулировал закон кратных отношений (1803), ввел понятие атомного веса и дал оценки атомных весов некоторых элементов. Ж. Гей-Люссаком был установлен объемных отношений закон (1808), для объяснения которого А.Авогадро в 1811 ввел представление о молекуле, как состоящей из атомов наименьшей частице вещества, способной к самостоятельному существованию. Он же предположил, что в равных объемах любых газов при одних и тех же условиях заключается одинаковое число молекул (Закон Авогадро). Четкие определения понятий атома и молекулы были даны С.Каниццаро в 1858 и приняты в 1860 на съезде химиков в Карлсруэ.

Атомизм или атомное учение - учение о прерывистом, дискретном строении материи. Молекула - наименьшая частица вещества, которая способна существовать самостоятельно и не может дробиться дальше без потери основных химических свойств данного вещества. Атом - мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его свойства.

Сомнения в абсолютной неделимости атома возникли ещё в первой трети 19-го века. В 30-е годы 19 века в теории электролиза, развитой М.Фарадеем, появилось понятие иона, и было выполнено измерение элементарного заряда. В 1833 при исследовании явления электролиза он установил, что ток в растворе электролита это упорядоченное движение заряженных частиц - ионов. Фарадей определил минимальный заряд иона, который был назван элементарным электрическим зарядом. Приближенное значение которого оказалось равным e = 1,60·10-19 Кл. На основании исследований Фарадея можно было сделать вывод о существовании внутри атомов электрических зарядов. В 1887 С.Аррениусом была сформулирована теория электролитической диссоциации.

Важным свидетельством сложной структуры атомов явились спектроскопические исследования, которые привели к открытию линейчатых спектров атомов. В начале XIX века были открыты дискретные спектральные линии в излучении атомов водорода в видимой части спектра, и впоследствии были установлены математические закономерности, связывающие длины волн этих линий (И.Бальмер, 1885 г.). В конце 19-го века исследования электрических явлений в жидкостях и газах, оптических спектров атомов, рентгеновских лучей, фотоэффекта показали, что вещество имеет сложную структуру.

В 1853 г. француз А. Массон заметил, что высоковольтный разряд между электродами в стеклянной трубке, содержащей газ при очень низком давлении, порождает красноватое свечение. Англичанин У. Крукс достиг довольно большого разрежения и обнаружил, что свечение исчезло, а стенки стеклянной трубки флуоресцируют зеленоватым светом.

При этом оказалось, что лучи выходят из отрицательного электрода (помещенный внутрь трубки крестообразный предмет отбрасывал тень на противоположную стенку), и что лучи состоят из некоторой субстанции и несут отрицательный электрический заряд. В 1878 г. Крукс предложил гипотезу о том, что флуоресценцию вызывают лучи, ударяющиеся о стеклянные стенки. Так как отрицательный электрод называется катодом, испускаемое стенками излучение получило название катодных лучей. Немец Ф. Ленард показал, что катодные лучи могут проникать сквозь окошко в трубке, затянутое тонкой алюминиевой фольгой, и ионизовать воздух в непосредственной близости от окошка. Загадка разрешилась позднее, в 1897 г., когда англичанин Дж. Дж. Томсон установил природу частиц в катодных лучах. Он не только открыл электрон, но и измерил отношение e/m заряда электрона к массе.

Опыты Томсона подтвердили вывод о том, что электроны входят в состав атомов. Электрон - стабильная отрицательно заряженная частица со спином Ѕ, массой около 9*10-28 г и магнитным моментом равным магнетону Бора; относится к лептонам и участвует в электромагнитном, слабом и гравитационном взаимодействиях.

В 1893 немец Г. Гельмгольц предсказал, что излучение, подобное свету, но с достаточно короткой длиной волны, могло бы проникать в твердые материалы. В то время такое излучение не было известно. Немецкий физик Вильгельм-Конрад Рентген в 1894 приступил к экспериментальным исследованиям электрического разряда в стеклянных вакуумных трубках и вскоре открыл Х-лучи, названные в его честь рентгеновскими. Немец М. Лауэ высказал предположение, что коротковолновый характер рентгеновского излучения можно было бы доказать, используя в качестве дифракционной решетки регулярно расположенные атомы в кристалле. В 1913 г. В. Фридрихом и П. Книппингом была открыта интерференция рентгеновских лучей в кристаллах, что подтвердило волновую природу рентгеновского излучения.

На базе этого открытия впоследствии был создан рентгеноструктурный анализ твердых тел. В 1895 французский физик А. Беккерель открыл, что чистый уран и его соли испускают ионизирующее излучение. В 1898-1900 Э.Резерфорд, М. и П.Кюри и П. Виллар определили состав радиоактивных лучей, доказав существование альфа- и бета-лучей. В 1900 П.Вийяр идентифицировал гамма-лучи. В 1903 В.Рамзай и Ф.Соддиобнаружили образование гелия при б-распаде.

После открытия радиоактивности и электрона стало очевидно, что атом - система заряженных частиц. Решающее значение для развития представлений о строении атома имело создание квантовой теория излучения (М.Планк, 1900). В 1902 разработана первая модель строения атома: положительный заряд равномерно распределен по всему объему атома; внутри этого положительно заряженного облака находятся электроны, группирующиеся (если их больше одного) в определенные устойчивые конфигурации (В.Томсон). В 1903 В.Томсон уточнил модель, создав слоистую теорию строения атома. В 1911 А.Гааз предложил модель атома, в которой впервые квантовый характер излучения был связан со структурой атома.

К началу 20-го века классическая физика оказалась несостоятельной в объяснении новых экспериментальных фактов. Уменьшение временных и пространственных масштабов, в которых разыгрываются физические явления, привели к «новой физике», в основе которой лежат две фундаментальные теории:

1) теория относительности

2) квантовая теория.

2. Экология, охрана природы

Роль природы в жизни человеческого общества. Для человека, как и для любого другого биологического вида, природа -- среда жизни и источник существования. Как биологический вид, человек нуждается в определенном составе и давлении атмосферного воздуха, чистой природной воде с растворенными в ней солями, растениях и животных, земной температуре. Оптимальная для человека окружающая среда -- это то естественное состояние природы, которое поддерживается нормально протекающими процессами круговорота веществ и потоков энергии.

Как биологический вид, человек своей жизнедеятельностью влияет на природную среду не больше, чем другие живые организмы. Однако это влияние несравнимо с тем огромным воздействием, которое оказывает человечество на природу благодаря своему труду. Преобразующее влияние человеческого общества на природу неизбежно, оно усиливается по мере развития общества, увеличения числа и массы веществ, вовлекаемых в хозяйственный оборот. Вносимые человеком изменения сейчас приобрели настолько крупные масштабы, что превратились в угрозу нарушения существующего в природе равновесия и препятствие Для дальнейшего развития производительных сил. Долгое время люди смотрели на природу как на неисчерпаемый источник необходимых для них материальных благ. Однако, сталкиваясь с отрицательными последствиями своего воздействия на природу, они постепенно пришли к убеждению в необходимости ее рационального использования и охраны.

Охрана природы -- это система научно обоснованных международных, государственных и общественных мер, направленных на рациональное использование, воспроизводство и охрану природных ресурсов, на защиту природной среды от загрязнения и разрушения в интересах существующих и будущих поколений людей.

Основная цель охраны природы состоит в поддержке динамического равновесия естественных природных процессов, сохранении биологического разнообразия растений, животных, микроорганизмов, обеспечивающих благоприятные условия для жизни настоящих и последующих поколений людей, развития производства, науки и культуры всех народов, населяющих нашу планету. Прогрессивное устойчивое развитие человеческого общества невозможно без рационального природопользования, которым называют совокупность всех форм эксплуатации природных ресурсов и действенных мер по их сохранению и восстановлению.

Исчерпаемые и неисчерпаемые природные ресурсы. Естественно, что в связи с разными историческими этапами развития человеческого общества меняются и проблемы использования природных ресурсов и охраны природы. Человек -- относительно молодой житель Земли, он включился в ее экологические системы около 3,5 млн лет назад. Тогда воздействие людей на окружающую среду было незначительным из-за небольшой их численности. Около 1,5 млн лет назад численность людей не превышала 500 тыс. особей. Люди кочевали небольшими группами, собирая съедобные растения, охотясь на животных, вылавливая рыбу. Следы их воздействия быстро сглаживались природой, как только собиратели, охотники и рыболовы покидали места своих стоянок. Первым был приручен волк, помогавший людям охотиться на животных, позже произошло одомашнивание крупного рогатого скота, потом лошадей. Примерно 10--12 тыс. лет назад в благоприятных условиях люди перешли к оседлому образу жизни и стали заниматься земледелием.

Начальная фаза преобразования окружающей природной среды связана с развитием животноводства и земледелия. Нарастание преобразующей деятельности человеческого общества, связанное с развитием промышленности, продолжается и в настоящее время. Так, в первой половине XX в. особое беспокойство вызывало очень быстрое истощение природных ресурсов и возможная гибель человечества из-за полного исчерпания рудных месторождений и нефти. Сейчас на первое место выдвигаются угрожающие загрязнения окружающей среды, нарушение природных биоценозов, вырубка лесов, почвенная эрозия, исчезновение редких видов животных и растений. Природные объекты и явления, которые человек использует в процессе труда, называются природными ресурсами. К ним относятся атмосферный воздух, вода, почва, полезные ископаемые, солнечная радиация, климат, растительность, животный мир. По степени их истощения они делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые.

Исчерпаемые ресурсы, в свою очередь, подразделяются на возобновимые и невозобновимые. К невозобновимым относят те ресурсы, которые не возрождаются или возобновляются в сотни раз медленнее, чем они расходуются. К ним относятся нефть, каменный уголь, металлические руды и большинство других полезных ископаемых. Запасы этих ре¬сурсов ограничены, охрана их сводится к бережному расходованию.

Возобновимые природные ресурсы -- почва, растительность, животный мир, а также такие минеральные соли, как глауберова и поваренная, осаждающиеся в озерах и морских лагунах. Эти ресурсы постоянно восстанавливаются, если сохраняются необходимые для этого условия, а скорость использования не превышает темпы естественного возрождения. Восстанавливаются ресурсы с разной скоростью: животные -- за несколько лет, леса -- 60--80 лет, а почвы, потерявшие плодородие, -- в течение нескольких тысячелетий. Превышение темпов расходования над скоростью воспроизводства ведет к истощению и полному исчезновению ресурса.

Неисчерпаемые ресурсы включают водные, климатические и космические. Общие запасы воды на планете неисчерпаемы. Основу их составляют соленые воды Мирового океана, но их пока мало используют. В отельных районах воды морей и океанов загрязняются нефтью, отходами бытовых и промышленных предприятий, выносом с полей удобрений и ядохимикатов, что ухудшает условия обитания морских растений и животных. Пресная вода, необходимая для человека, -- исчерпаемый природный ресурс. Проблема пресной воды с каждым годом обостряется в связи с обмелением рек и озер, возрастанием расхода воды на орошение и нужды промышленности, загрязнением вод производственными и бытовыми отходами.

Необходимо бережное расходование и строгая охрана водных ресурсов.

Климатические ресурсы -- атмосферный воздух и энергия ветра -- неисчерпаемы, но с развитием промышленности и транспорта воздух стал сильно загрязняться дымом, пылью, выхлопными газами. В крупных городах и промышленных центрах загрязнение воздуха становится опасным для здоровья людей. Борьба за чистоту атмосферы стала важной природоохранной задачей.

К космическим ресурсам относятся солнечная радиация, энергия морских приливов и отливов. Они неисчерпаемы. Однако в городах и промышленных центрах солнечная радиация сильно уменьшается из-за задымленности и запыленности воздуха. Это отрицательно сказывается на здоровье людей.

Принципы и правила охраны природы. Хозяйственная деятельность вызывает в природе многочисленные изменения, последствия которых необходимо уметь прогнозировать. В процессе длительного использования природных ресурсов были разработаны общие принципы и правила рационального использования и охраны природы.

Первый принцип сводится к тому, что все явления природы имеют для человека множественное значение и должны оцениваться с разных точек зрения. К каждому явлению необходимо подходить с учетом интересов разных отраслей производства и сохранения восстановительной силы самой природы.

Так, лес рассматривается прежде всего как источник древесины и химического сырья, однако леса имеют водорегулирующее, почвозащитное, климатообразующее значение. Лес важен как место отдыха людей. В этих случаях промышленное значение леса отодвигается на второй план.

Река не может служить только транспортной магистралью или местом для сооружения гидроэлектростанций. Нельзя использовать реку как место для стока отработанных промышленных вод. Реки доставляют в моря биогенные вещества, необходимые для живых организмов. Поэтому использовать реку только в интересах одной отрасли, как э часто бывает, нерационально. Необходимо комплексное ее использование в интересах различных отраслей производства, здравоохранения, туризма с учетом сохранения чистоты водоема и восстановления в нем пасов воды.

Второй принцип заключается в необходимости строгого учета местных условий при использовании и охране природного ресурса. Его называют правилом региональности. Особенно это касается использования водных и лесных богатств.

На Земле много мест, где сейчас ощущается дефицит пресной воды. Избыток воды в других местах не улучшает затруднительного положения с водой в засушливых районах.

Там, где лесов много и они неосвоены, допустимы интенсивные рубки, а в лесостепных районах, в центральных промышленно развитых и густо населенных областях России, где лесов мало, лесные ресурсы надо расходовать очень бережно, с постоянной заботой об их возобновлении.

Правило региональности действует и в отношении животного мира. Один и тот же вид промыслового животного в одних районах нуждается в строгой охране, в других, при высокой численности, возможен интенсивный его промысел.

Нет ничего более губительного, чем интенсивное расходование ресурса там, где он в недостатке, на основании того, что в других местах этот ресурс находится в избытке. Согласно правилу региональности обращение с одним и тем же природным ресурсом в разных районах должно быть различным и зависеть от того, как этот ресурс в данной местности представлен в настоящее время.

Третий принцип, вытекающий из взаимной связи предметов и явлений в природе, состоит в том, что охрана одного объекта означает одновременно охрану и других объектов, тесно с ним связанных.

Охрана водоема от загрязнения -- это одновременная охрана рыб, обитающих в нем. Сохранение с помощью лесной растительности нормального гидрологического режима местности -- это и предупреждение эрозии почвы. Охрана насекомоядных птиц и рыжих лесных муравьев -- это одновременная охрана леса от вредителей.

Часто в природе складываются отношения противоположного характера, когда охрана одного объекта приносит вред другому. Например, охрана лося местами приводит к его перенаселению, а это наносит ощутимый ущерб лесу из-за повреждения подроста. Значительный вред растительности некоторых национальных парков Африки приносят слоны, в избытке населяющие эти территории. Поэтому охрана каждого природного объекта должна быть соотнесена с охраной других.

Следовательно, охрана природы должна быть комплексной. Охраняться должна не сумма отдельных природных ресурсов, а природный комплекс (экосистема), включающий различные компоненты, соединенные естественными связями, сложившимися в процессе длительного исторического развития.

Охрана и использование природы -- это на первый взгляд два противоположно направленных действия человека. Однако антагонистического противоречия между этими действиями нет. Это две стороны одного и того же явления -- отношения человека к природе. Поэтому вопрос который иногда задают, -- охранять природу или использовать ее не имеет смысла. Природу надо использовать и охранять. Без этого невозможен прогресс человеческого общества. Природу необходимо охранять в процессе ее рационального использования. Важно разумное соотношение ее использования и охраны, что определяется количеством и распределением ресурсов, экономическими условиями страны, региона, социальными традициями и культурой населения. Основной прин¬цип охраны природы -- охрана в процессе ее использования.

Правовые основы охраны природы. Правовой основой охраны природы являются Конституция РФ, международные договоры, законы об охране природы и основных компонентов окружающей природной среды, постановления законодательных учреждений разного уровня. Высшую юридическую силу, прямое действие и применение на всей тер¬ритории России имеет Конституция РФ. Ею закреплено право человека на благоприятную окружающую среду. Естественно, чтобы действенно пользоваться им, необходимо использовать право на достоверную информацию о состоянии окружающей среды (статья 42). Правила и принципы охраны природы выполняются людьми тогда, когда они имеют законодательный характер. В настоящее время действует Закон Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» (19 декабря 1991 г.). Основой его является признание природы и ее богатств «национальным достоянием народов России, естественной основой их социально-экономического развития и благосостояния человека».

В соответствии с законом 1991 г. оценка состояния окружающей природной среды, в том числе и в чрезвычайных экологических ситуациях, должна оцениваться как с позиций здоровья населения, так и состояния естественных экологических систем, генетических фондов растений и животных.

Основными задачами природоохранительного законодательства Российской Федерации являются «регулирование отношений в сфере взаимодействия общества и природы с целью сохранения природных богатств и естественной среды обитания человека, предотвращение экологически вредного воздействия хозяйственной и иной деятельности, оздоровление и улучшение качества окружающей природной среды, укрепление законности и правопорядка в интересах настоящих и будущих поколений людей».

В законе сформулированы экологические требования, предъявляемые ко всем хозяйственным структурам. Эти требования адресован предприятиям, организациям, учреждениям, независимо от форм собственности и подчиненности, и отдельным гражданам.

«В соответствии с законодательством РФ международные договоры имеют преимущественную силу по сравнению с внутренними государственными законами. Однако, чтобы международный договор имел юридическую силу в России, он не только должен быть подписан уполномоченными лицами, но и ратифицирован (одобрен) Федеральным Собранием РФ.

Однако нормы закона не действуют автоматически, они выполняются и проверяются государственными органами управления и контроля, прокуратурой и судом, арбитражным судом, общественными организациями и объединениями. Закон должен создавать нравственную основу для поведения граждан.

элементарный частица материя экология

Список литературы

1. Акимова Т.А., Кузьмин А.П., Хаскин В.В. Экология. Природа-Человек-Техника: Учебник для вузов.- М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.

2. Баландин Р.К., Бондарев Л.Г. Природа и цивилизация.- Москва: «Мысль», 1988.

3. Демина Т.А. Экология, природопользование, охрана окружающей среды: Пособие для учащихся старших классов общеобразовательных учреждений. - М.: Аспект Пресс, 1998.

4 Концепции современного естествознания / Под ред. В.Н. Лавриненко. - М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.

5. Современное естествознание: Энциклопедия: В 10 т. - М.: Издательский дом МАГИСТР-ПРЕСС, 2000. - Т.1. - Физическая химия.

Размещено на Allbest.ru