Диалектика Материи
Шрифт:
Рассматривая гетерогенные реакции, нетрудно заметить, что они тесно связаны с процессами перемещения фщ. единиц веществ, вступающих в реакцию, и новых веществ. Так, для осуществления постоянного процесса горения угля необходимо, чтобы диоксид углерода, образующийся при этой реакции, все время удалялся бы от поверхности угля, а новые количества кислорода подходили бы к ней. Поэтому в ходе гетерогенной реакции можно выделить по меньшей мере три стадии:
1) подвод реагирующих веществ;
2) химическая реакция;
3) отвод продуктов реакции.
Скорость химической реакции, которую в свою очередь можно разбить на подстадии, определяется скоростью наиболее медленной подстадии. Стадия, определяющая скорость протекания всей реакции в целом, называется лимитирующей стадией. В одном случае это может быть отвод или подвод веществ, в другом собственно химическая реакция.
Все химические реакции делятся на необратимые и обратимые. Необратимые реакции
Изменяя условия, в которых пребывает система, - концентрацию веществ, давление, температуру - можно изменять скорости прямой и обратной реакций. Тогда равновесие в системе нарушается и сдвигается в сторону той реакции, скорость которой стала больше. Так, при увеличении концентрации реагентов скорость прямой реакции, естественно, возрастает и равновесие смещается в сторону прямой реакции, в сторону большего выхода продуктов. Большего выхода продуктов можно добиться и при систематическом выведении их из сферы реакции, приводящем к снижению их концентрации в системе и к уменьшению скорости обратной реакции по сравнению с прямой. Для химических систем, содержащих газообразные вещества, изменение давления оказывает на смещение равновесия влияние, аналогичное изменению концентрации газов. При этом в большей мере изменяется скорость той реакции, в которой учавствует большее количество молекул газов. Изменение температуры оказывает влияние на сдвиг химического равновесия для процессов, сопровождающихся тепловыми эффектами. Если прямая реакция экзотермична, то обратная - эндотермична, и наоборот. Для обратимых реакций энергия активации эндотермического процесса больше энергии активации экзотермического процесса. В свою очередь, чем больше Eакт., тем сильнее зависит скорость реакции от температуры. Следовательно, увеличение температуры смещает химическое равновесие в сторону эндотермичной реакции, в результате которой поглощается теплота и система охлаждается.
Сопоставляя изменения условий, при которых находится химическая система, с ее ответной реакцией на внешнее воздействие, проявляющейся в смещении химического равновесия, нетрудно заметить, что эта реакция всегда оказывается противоположной изменению условия. Так, если уменьшают концентрацию какого-либо из веществ, находящегося в равновесии с другими реагирующими веществами, то равновесие сдвигается в сторону реакции, увеличивающей концентрацию этого вещества. При увеличении давления быстрее начинает идти процесс, понижающий его, а при увеличении температуры - процесс, вызывающий охлаждение системы. Эти наблюдения составляют химическое содержание общего принципа поведения систем, находящихся при данных условиях в состоянии динамического равновесия: если система, находящаяся в равновесии, подвергнута воздействию извне путем изменения какого-либо из условий, определяющих положение равновесия, то равновесие в ней смещается в сторону того процесса, который ведет к снижению эффекта произведенного воздействия. Это правило противодействия известно под названием принципа Ле Шателье, сформулированного им в 1884 году.
Итак, для проведения каждой химической реакции требуются строго определенные реагенты в количествах, обеспечивающих требуемое протекание реакции при заданном температурном и других режимах при определенной скорости, которую можно соразмерить с временными интервалами. Кроме того, каждая химическая реакция, протекающая при заданных условиях, имеет свою определенную системную конструкцию, представляющую сочетание фн. ячеек, в определенные моменты заполняемые и освобождаемые соответствующими им фщ. единицами согласно с характерным для данной реакции алгоритмом, отражающим моменты вступления в реакцию реагентов - фщ. единиц, их возможное чередование, при этом все это соотносится со строго определенными промежутками времени, зафиксированными независимым счетчиком времени.
Уровень Ж
Все простейшие и сложные молекулярные соединения уровней Г, Д и Е рассредоточены вдоль поверхности Земного шара и в соответствии с их агрегатным состоянием входят в состав суши, океанов и атмосферы Земли.
Развитие Материи в подуровне Ж происходило за счет формирования новых молекулярных соединений, наделявшихся все новыми функциями в соответствии с
Весь процесс Развития Материи в подуровне Ж протекал и до сих пор протекает вот уже более 5 млрд. лет в геосферах Земли - сферических оболочках различной плотности и состава. Главными из них являются атмосфера, гидросфера и литосфера (земная кора), которые проникают одна в другую, находятся в тесном взаимодействии, заключающемся в обмене веществом и энергией, и представяют единую систему, пронизываемую Солнечной радиацией.
Внешней геосферой Земли является атмосфера, которая в свою очередь делится на три подслоя: тропосферу, стратосферу и ионосферу. Каждая из этих субсфер характеризуется резко выраженными физическими особенностями и несет строго определенную функциональную нагрузку. Границы между этими слоями выражены нерезко, а их высоты меняются как со временем, так и с широтой места. Верхняя граница тропосферы находится в пределах от 8 до 18 км. Тропосфера объединяет более 79% массы атмосферы. Стратосфера простирается до высоты около 80 км, составляя примерно 20% общей массы атмосферы. Выше стратосферы расположена ионосфера, содержащая менее 0,5% всей массы атмосферы.
Тропосфера, в которой сосредоточен почти весь водяной пар, характеризуется почти полной прозрачностью по отношению к проходящей через нее коротковолновой солнечной радиации и значительным поглощением длинноволнового (теплового) излучения Земли, вызываемым главным образом водяным паром и облаками. Поэтому тропосфера нагревается преимущественно от земной поверхности, следствием чего является падение температуры с высотой. Это, в свою очередь, приводит к вертикальному перемешиванию воздуха, конденсации водяного пара, образованию облаков и выпадению осадков. В состав тропосферы входят (по объему): 78,08% азота; 20,95% кислорода; 0,93% аргона и около 0,03% углекислого газа. 0,01% составляют вместе водород, неон, гелий, криптон, ксенон, аммиак, перекись водорода, йод и др.
Состав сухого воздуха в стратосфере отличается весьма важной особенностью - возрастанием с высотой как общей концентрации, так и относительного содержания озона (трехатомного кислорода). Озон образуется в стратосфере в результате диссоциации молекул кислорода под действием ультрафиолетового излучения Солнца и последующего соединения образовавшегося атома кислорода с другой молекулой кислорода. Озон расположен в атмосфере в виде рассеяного слоя, простирающегося от Земной поверхности примерно до 60 км. Если весь озон в атмосфере сконцентрировать в виде слоя при наземном давлении, то образовалась бы пленка толщиной в 2 - 3 мм. Несмотря на столь ничтожное количество, роль озона в атмосфере исключительно велика, вследствие чрезвычайно сильного поглощения озоном как солнечной радиации, так и земного излучения. Так, вследствие поглощения озоном ультрафиолетовое излучение Солнца почти совершенно не доходит до тропосферы.
Ионосфера - внешняя область атмосферы, на которую падает многообразное излучение Солнца и звезд. Ее состав в основном представлен атомарным кислородом и рядом других веществ.
Между атмосферой и твердой каменной земной корой располагается прерывистая водная оболочка - гидросфера, покрывающая в настоящее время 70,8% (361 млн. кв. км) поверхности Земли. Она представлят собой совокупность океанов, морей и континентальных водных бассейнов. Химический состав гидросферы выражается следующими цифрами: O - 85,82%, H - 10,72%, Cl - 1,9%, Na - 1,05%, Mg - 0,14%, S - 0,088%, Ca - 0,04%, K - 0,038% и т.д. Возраст гидросферы составляет не менее 2 млрд. лет. В гидросфере впервые зародилась Жизнь на Земле. Эволюция организмов продолжалась здесь в течение всего докембрия, и лишь в начале палеозойской эры началось постепенное переселение животных и растительных организмов на сушу. Главной составной частью гидросферы является вода - одно из самых распространенных на Земле веществ. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных областях. В недрах Земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы. Вода имеет довольно высокий коэффициент полифункциональности и несет на себе большой спектр выполняемых функций. Являясь первой колыбелью происхождения Жизни, вода во всяком организме представляет среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций. В виде различных растворов вода осуществляет функции перемещения (транспортировки) различных фщ. единиц с места их синтеза до места функционирования в структуре организма. Будучи весьма реакционноспособным веществом, вода является активным химическим реагентом; часто выполняет функции катализатора. Обладая аномально высокой теплоемкостью, служит в качестве естественного теплоаккумулятора.