Четыре картины мира

 

В практичной конструкции  трансформатора производитель выбирает между двумя различными базовыми концепциями:

· Стержневой

· Броневой

Любая из этих концепций  не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные различия в  процессе их изготовления. Каждый производитель  выбирает концепцию, которую он считает  наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства.

В то время как обмотки  стержневого типа заключают в  себе сердечник, сердечник броневого  типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т.e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток.

Основными частями конструкции  трансформатора являются:

· магнитная система ( магнитный провод )

· обмотки

· система охлаждения

 

 

Глава 2

Химическая картина  мира

От египетского  слова «хеми», что означало Египет, а также «черный». Историки науки переводят этот термин как «египетское искусство». химия означает искусство производить необходимые вещества, в том числе и искусство превращать обыкновенные металлы в золото и серебро или их сплавы.

слово «химия» произошло  от греческого термина «химос», который можно перевести как «сок растений». «химия» означает «искусство получения соков», но сок, о котором идет речь, может быть и расплавленным металлом. Химия может означать «искусство металлургии».

Основной проблемой  химии является получение веществ  с заданными свойствами. химия неорганическая органическая исследует свойства химических элементов и их простых соединений: щелочи, кислоты, соли. изучает сложные соединения на основе углерода - полимеры, в том числе, созданные человеком: газы, спирты, жиры, сахара.

 

2.1. Типы химических связей

Типы  химических связей: ковалентная, ионная, водородная, металлическая 

При образовании  химической связи происходит перераспределение  в пространстве электронных плотностей, первоначально принадлежавших разным атомам. Поскольку наименее прочно связаны с ядром электроны  внешнего уровня, то этим электронам принадлежит  главная роль в образовании химической связи.

Количество химических связей, образованных данным атомом в  соединении, называют валентностью. Электроны, принимающие участие в образовании  химической связи, называются валентными.

С энергетической точки  зрения наиболее устойчивым является атом, на внешнем уровне которого содержится максимальное число электронов (2 и 8 электронов). Такой уровень называют завершенным. Завершенные уровни отличаются большой прочностью и характерны для атомов благородных газов, поэтому  при обычных условиях они находятся  в состоянии химически инертного  одноатомного газа. У атомов других элементов внешние энергетические уровни незавершенные. В процессе хим. реакции осуществляется завершение внешних уровней, что достигается  либо присоединением, либо отдачей  электронов, а также образованием общих электронных пар. Эти способы  приводят к образованию двух основных типов связи: ковалентной и ионной. Таким образом, при образовании  молекулы каждый атом стремится приобрести устойчивую внешнюю электронную  оболочку: либо двухэлектронную (дублет), либо восьми-электронную (октет). Эта закономерность положена в основу теории образования химической связи. Образование химической связи за счет завершения внешних уровней в образующих связь атомах сопровождается выделением большого количества энергии, то есть возникновение химической связи всегда протекает экзотермически, поскольку оно приводит к появлению новых частиц (молекул), обладающих при обычных условиях большей устойчивостью, а следовательно, они меньшей энергией, чем у исходных. 

Одним из существенных показателей, определяющих, какая связь образуется между атомами, является электроотрицательность, то есть способность атомом притягивать к себе электроны от других атомов. Электроотрицательность атомов элементов изменяется постепенно: в периодах периодической системы слева направо ее значение возрастает а в группах сверху вниз — уменьшается.

Химическая связь, осуществляемая за счет образования  общих (связывающих) электронных пар, называется ковалентной. Ковалентная связь, образованная атомами с различной электроотрицательностью, называется полярной. При ковалентной полярной связи электронная плотность от общей пары электронов смещена к атому с большей электроотрицательностью. Примерами могут служить молекулы Н2О, NH3, H2S, CH3Cl. Ковалентная (полярная и неполярная) связь в наших примерах образовалась за счет неспаренных электронов связывающихся атомов. Такой механизм образования ковалентной связи называется обменным. Другой механизм образования ковалентной связи — донорно-акцепторный. В этом случае связь возникает за счет двух спаренных электронов одного атома (донора) и свободной орбитали другого атома (акцептор).

Ионная связь возникает между атомами, электроотрицательность которых резко различается. Химическая связь, осуществляемая за счет электростатического притяжения между ионами, называется ионной связью. Соединения, образованные путем притяжения ионов называются ионными. Ионные соединения состоят из отдельных молекул только в парообразном состоянии. В твердом (кристаллическом) состоянии ионные соединения состоят из закономерно расположенных положительных и отрицательных ионов. Молекулы в этом случае отсутствуют. Ионные соединения образуют резко различные по величине электроотрицательности элементы главных подгрупп I и II групп и главных подгрупп VI и VII групп. Ионных соединений сравнительно немного. Например, неорганические соли: NH4Cl (ион аммония NH4 + и ион хлора Cl-), а также соли-образные органические соединения: алкоголяты соли карбоновых кислот, соли аминов. При ионной связи связующие электронное облако практически полностью принадлежит одному из атомов. Металлическая связь существует в металлах в твердом и жидком состоянии. В соответствии с положением в периодической системе атомы металлов имеют небольшое число валентных электронов (1-3 электрона) и низкую энергию ионизации (отрыва электрона). Поэтому валентные электроны слабо удерживаются в атоме, легко отрываются и имеют возможность перемещаться по всему кристаллу. В узлах кристаллической решетки металлов находятся свободные атомы, положительно заряженные коны, а часть валентных электронов, свободно перемещаясь в объеме кристаллической решетки, образует «электронный газ», обеспечивающий связь между атомами металла. Связь, которую осуществляют относительно свободные электроны между ионами металлов в кристаллической решетке, называется металлической связью. Металлическая связь возникает за счет обобществления атомами валентных электронов. В случае металлической связи электроны, осуществляющие связь, перемещаются по всему куску металла. Этим определяются общие признаки металлов: металлический блеск, хорошая проводимость теплоты и электричества, ковкость, пластичность и т. д. Общим химическим свойством металлов является их относительно высокая восстановительная способность.

Водородные связи могут образовываться между атомом водорода, связанным с атомом электроотрицательного элемента, и электроотрицательным элементом, имеющим свободную пару электронов(О,F,N). Водородная связь обусловлена электростатическим притяжением, которому способствуют малые размеры атома водорода, и отчасти, донорно-акцепторным взаимодействием. Водородная связь может быть межмолекулярной и внутримолекулярной. Водородная связь гораздо более слабая, чем ионная или ковалентная, но более сильная, чем межмолекулярное взаимодействие. Водородные связи обуславливают некоторые физические свойства веществ (например, высокие температуры кипения). Особенно распространены водородные связи в молекулах белков, нуклеиновых кислот и других биологически важных соединений, обеспечивая им определенную пространственную структуру (организацию). Химические реакции любые химические явления природы.

При химической реакции  происходит разрыв одних и образование  других химических связей. В результате реакции из одних химических веществ  получаются другие вещества.

Реакции соединения – химические реакции, в которых  из двух или нескольких менее сложных  по элементному составу веществ  получается более сложное вещество. C + O2 = CO2;  
Na2O + CO2 = Na2CO3;

Реакции разложения – химические реакции, в которых  из одного сложного по элементному  составу вещества получаются два  или несколько менее сложных  веществ.

2Ag2O 4Ag + O2 ;

CaCO3 CaO + CO2 ;

Реакции замещения  – химические реакции, в которых  атомы или группы атомов одного из исходных веществ замещают атомы  или группы атомов в другом исходном веществе.

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu ;   
2NaI + Cl2 = 2NaCl + I2;

Реакции обмена –  химические реакции, в которых исходные вещества как бы обмениваются своими составными частями. Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4 + 2H2O;  
HCl + KNO2 = KCl + HNO2; 

 

2.2 Строение молекул

Физические и химические свойства молекул определяются их строением. Поэтому многие свойства могут быть предсказаны на основании структурной формулы. К таким свойствам относятся размеры, форма, до некоторой степени конфирмация молекул (т.е. взаимное расположение отдельных атомов) при нахождении вещества в растворе и, наконец, реакционная способность. В этом разделе сведены параметры, на основании которых можно прогнозировать свойства соединений. Здесь также представлена пространственная структура одного из органических соединений - L-дигидроксифенилаланина [L-дофа (L-Dopa)], промежуточного продукта в биосинтезе катехоламинов. Подобные пространственные структуры приводятся и в последующих разделах книги.

 

Длина связей

Для обозначения расстояний между атомами в молекуле используется понятие ковалентный радиус. Длина простой связи является величиной аддитивной: она примерно равна сумме ковалентных радиусов двух атомов. Двойная связь на 10-20% короче простой связи. В последнее время атомные радиусы и расстояние между атомами принято выражать в пикнометрах (пм, 1 пм = 10^-12 м). Ранее длину связей представляли в ангстремах(Ǻ, 1Ǻ=100 пм).

Поляризация связей

В зависимости от положения  в периодической системе химические элементы обладают различной способностью притягивать дополнительные электроны. Такое свойство — электроотрицательность — выражается в условных единицах. У элементов, представленных на схеме, электроотрицательность  меняется в пределах от 2 до 4. Чем выше это число, тем большей способностью притягивать электроны обладает химический элемент. При взаимодействии двух различных атомов пара электронов смещается в сторону более электроотрицательного атома, образуя поляризованную ковалентную связь. Мерой поляризуемой химической связи является величина дипольного момента единица измерения: Дебай, 1. Д = 3,3· 10^-30 Кл∙м.

Среди важных в биохимическом отношении  элементов наиболее электроотрицательным является кислород, а наиболее поляризованной — двойная связь карбонильной группы С=О. Образующийся на углеродном атоме частичный положительный заряд облегчает часто встречающееся в биохимических реакциях нуклеофильное замещение по карбонильной группе.

Водородные связи

Особый тип не ковалентной связи — водородная связь — имеет в биохимии исключительно важное значение. В образовании водородной связи принимают участие атомы водорода ОН-, NH- и SH-гpупп (так называемых доноров водородной связи), которые взаимодействуют со свободной парой электронов атомов-акцепторов (например, О, N или S). Энергия водородной связи составляет 10-40 кДж/моль, что значительно меньше энергии ковалентной связи (>400 кДж/моль). Однако многочисленные водородные связи вносят существенный вклад в стабилизацию структуры многих макромолекул. Например, L-дофа может образовывать две внутримолекулярные водородные связи. На шаро-стержневой модели L-дофа водородные мостики указаны штрихами.

Эффективные атомные радиусы

Размеры атома или иона определяются его электронной оболочкой. Однако оболочка не ограничена определенной поверхностью, поэтому эффективный радиус атома задается ван-дер-ваальсовым радиусом. Этот радиус определяется на основании наименьшего энергетически выгодного расстояния между двумя атомами, не связанными ковалентной связью. На таком расстоянии энергия взаимодействия, определяемая силами притяжения и отталкивания, достигает минимального значения. Это расстояние соответствует сумме ван-дер-ваальсовых радиусов двух атомов. Форма и величина молекул в наиболее наглядном виде демонстрируется с помощью ван-дер-ваальсовой модели, где каждый атом занимает часть (сегмент) сферы соответствующего радиуса.

 

 

Глава 3

Биологическая картина  мира

Биологическая картина мира является одной из фундаментальных  дисциплинарных онтологий, которое  имеет значение как сама по себе, так и в составе возможных  групп, сформированных из близких к  ней специальных картин мира. Она  тесным образом взаимодействует  с химической и физической картинами  мира, кроме того, биологическая  картина мира имеет естественное продолжение в дисциплинарных онтологиях экологии и медицинских наук.

Успехи биологических  наук в последние десятилетия  XX столетия были столь значительны, что многие ученые, начиная с этого времени, рассматривают биологию в качестве лидера естествознания.