Над поверхностью каждой жидкости вследствие испарения находится пар, давление которого может возрастать до определенного предела, зависящего от температуры и называемого давленим насыщенного пара. При этом давление пара и жидкости будет одинаковым. Пар и жидкость оказываются в равновесии и пар становится насыщенным.

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

Химическая связь - это взаимодействие двух атомов, осуществляемое путем обмена электронами. При образовании химической связи атомы стремятся приобрести устойчивую восьмиэлектронную (или двухэлектронную) внешнюю оболочку, соответствующую строению атома ближайшего инертного газа.

Только благородные газы в природных условиях находятся в состоянии одноатомного газа. Свободные атомы остальных элементов образуют намного более сложные системы - молекулы. Это явление называется образованием химической связи. Химическая связь возникает благодаря взаимодействию электрических полей, создаваемых электронами и ядрами атомов. Различают четыре основных типа химических связей: ковалентную, ионную, металлическую и водородную.

Важной характеристикой химической связи является ее энергия. Это мера прочности связи. Ее величина определяется выделенной или поглощенной энергией при разрушении или образовании связи. Также важна длина связи - расстояние между центрами ядер атома в молекуле или кристалле.

            Особенностью биосистем является то, что в них практически нет обратимых процессов. Все процессы, которые в них протекают, носят необратимый характер, то есть сопровождаются увеличением энтропии. Следовательно, в биосистемах не вся затрачиваемая при данном процессе свободная энергия переходит в полезную работу. Часть ее рассеивается в виде тепла. Отношение количества совершенной работы к количеству затраченной на нее свободной энергии называется коэффициентом полезного действия биологического процесса. Так, мышечное сокращение совершается с КПД ~ 30%, гликолиз ~ 36% и т.д. Как видим, потери свободной энергии при этих процессах весьма велики. Встречаются, однако, и такие процессы, которые близки к обратимым, то есть КПД которых высок. Например, свечение некоторых тропических насекомых имеет КПД 98-99%, разряд электрических рыб – 98%. Причина такого высокоэффективного использования свободной энергии пока не совсем ясна. Таким образом, мы приходим к выводу, что, чем больше увеличение энтропии при данном Суммарную энергию системы взаимодействующих тел делят на механическую и внутреннюю. Внутренняя энергия – это часть полной энергии системы, заключенная в самом веществе тел, образующих систему. Она подразделяется на несколько уровней в зависимости от характера процессов, приводящих к ее изменению.

1.       Кинетическая энергия теплового движения молекул и потенциальная энергия их взаимодействия, а также кинетическая энергия движения атомов в молекулах и потенциальная энергия их взаимодействия. Ионные, ковалентные и металлические кристаллы, а также инертные газы не имеют в своем составе молекул, они образованы из отдельных атомов, воздействующих между собой. Поэтому для них внутренняя энергия на этом уровне определяется только движением атомов.

2.       Энергия электронных оболочек атомов и ионов (энергия химической связи). Молекулы находятся в непрерывном движении и двигаясь сталкиваются друг с другом. Энергия органического топлива (нефти, природного газа, каменного угля, торфа и дерева), освобождение которой и создало современную цивилизацию, представляет собой энергию химических связей органических молекул, запасенную в ходе процесса развития жизни на Земле за прошедшие сотни миллионов лет.

Особенностью биосистем является то, что в них практически нет обратимых процессов. Все процессы, которые в них протекают, носят необратимый характер, то есть сопровождаются увеличением энтропии. Следовательно, в биосистемах не вся затрачиваемая при данном процессе свободная энергия переходит в полезную работу. Часть ее рассеивается в виде тепла. Отношение количества совершенной работы к количеству затраченной на нее свободной энергии называется коэффициентом полезного действия биологического процесса. Так, мышечное сокращение совершается с КПД ~ 30%, гликолиз ~ 36% и т.д. Как видим, потери свободной энергии при этих процессах весьма велики. Встречаются, однако, и такие процессы, которые близки к обратимым, то есть КПД которых высок. Например, свечение некоторых тропических насекомых имеет КПД 98-99%, разряд электрических рыб – 98%. Причина такого высокоэффективного использования свободной энергии пока не совсем ясна. Таким образом, мы приходим к выводу, что, чем больше увеличение энтропии при данном процессе, тем более он необратим[4].

6. Фундаментальный типы взаимодействия в физике. Почему они так называются? Какие законы сохранения фундаментальны для всего естественного и почему?

Известны 4 типа взаимодействий в физике: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Для протонов при энергии ~1 ГэВ интенсивности обусловленных этими взаимодействиями процессов относятся соответственно как 1:10-2:10-10:10-38. Разработана объединенная теория электромагнитного и слабого взаимодействий (электрослабое взаимодействие). Существуют модели, включающие также и сильное взаимодействие (великое объединение). Делаются попытки описать все 4 взаимодействия на единой основе.

Закон несохранения структуры - фундаментальный закон естествознания, и следствия его столь же глобальны, как и следствия законов сохранения массы-энергии. Например, мы знаем, что некогда существовали вымершие ныне животные и растения. Но ведь все материальные элементы этих существ сохранились, они здесь, на Земле. Достаточно сунуть руку под струю воды из крана, чтобы коснуться вымерших динозавров, - среди молекул воды обязательно найдутся такие, что входили в состав тела этих животных. Но из этого факта мы не можем извлечь ничего интересного, не можем ничего узнать об этих динозаврах. Словом, ценность разнообразия связана как раз с тем, что оно может исчезать.

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

Ученый Лиу де Бройль, осознавая существующую в природе симметрию и развивая представления о двойственной корпускулярно-волновой природе света, выдвинул в 1923 г. гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Он утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду  с корпускулярными обладают волновыми свойствами.

С каждым микрообъектом связывают: корпускулярныее характеристики - энергия Е и импульс р; волновые- частота  и длина волны  .  Е=h  ,  p=h/  .

По гипотезе де Бройля с любой частицей обладающей импульсом, сопоставляется волновой процесс с длиной волны, определенной формулой де Бройля:  =h/p.Она справедлива для любой частицы с импульсом р. Вскоре гипотеза де Б. Была подтверждена

Волновая природа частиц отражается в соотношениях неопределенностей, полученных в 1927 г. Гейзенбергом.

Любая частица непрерывно испускает или поглощает виртуальные частицы разных типов. Так, например, электромагнитное взаимодействие – результат обмена виртуальными фотонами, гравитационное – гравитонами[5].

В микроскопе используется метод ускорения электронов электрическим напряжением величиной примерно 10⁶ В. При этом удалось достичь стабильности напряжения до 0,5 В. Микроскоп способен давать разрешение около 0,5 A, что сравнимо с разрешением сканирующего туннельного микроскопа. Кроме того, можно делать до 60 снимков в секунду и, следовательно, изучать развитие процессов во времени. С помощью нового микроскопа исследованы колебания частичек золота, быстро менявших свою форму. Другим интересным применением прибора может стать наблюдение движения вихрей в высокотемпературных сверхпроводниках[6].

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

Все варианты объяснения макроэволюционных механизмов представляется возможным свести к трем главным подходам: это макрогенетическая, таксоцентрическая и экоцентрическая концепции. И в первой и во второй концепциях подразумевается сходство микро- и макроэволюционных механизмов эволюции, а изменения экосистем и биосферы обсуждаются, главным образом, как некий внешний фактор. Разница в механизмах признается либо на количественном уровне («микро- и макромутации»), либо, плюс к тому, обсуждается с той точки зрения, что современная таксономия неверно отражает эволюционные взаимоотношения, а задача эволюционистов заключается в том, чтобы провести ревизию существующих таксономических систем. При этом, например, предлагается объединять в одни таксоны разные, но потенциально скрещиваемые виды.

Третья концепция, подчеркивает единство движущих факторов эволюции для всех уровней организации жизни, включая экосистемный и биосферный, и поэтому объясняет особенности изменения свойств упомянутого «фильтра» во времени.

Биологические науки накопили огромный материал, доказывающий единство происхождения и историческое развитие органического мира.

Сравнительная анатомия - наука о сравнительном строении живых организмов - показывает общность строения и происхождения живых организмов. Так, позвоночные имеют двустороннюю симметрию, общий план строения скелета черепа, передних и задних конечностей, головного мозга и всех основных систем (нервной, пищеварительной, кровеносной и др.). Единство происхождения подтверждается строением гомологичных органов, наличием рудиментов, атавизмов и переходных форм. Гомологичные органы сходны по строению и происхождению независимо от выполняемой функции (кости конечностей земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих). Рудименты (остаток) - недоразвитые органы, утратившие в ходе эволюции свое значение и находящиеся в стадии исчезновения (колючки кактусов, чешуйки на корневище папоротников - рудиментарные листья; у лошади - грифельные косточки; у горных гусей - перепонки на лапах и др.). Доказательством эволюции органического мира служат аналогичные органы у представителей не родственных таксонов. Они различаются по строению и происхождению, но выполняют одинаковую функцию (плющ - видоизмененные воздушные корни). К аналогичным органам относятся крыло птиц и бабочек, жабры раков и рыб, роющие конечности кротов и медведок. Аналогичные органы возникают у далеких в систематическом отношении организмов в результате конвергенции - схождения признаков вследствие приспособленности этих организмов к сходному образу жизни.

Эмбриология - наука, изучающая зародышевое развитие организмов, - доказывает, что процесс образования половых клеток (гаметогенез) сходен у всех многоклеточных: все они начинают развитие из одной клетки - зиготы. У всех позвоночных зародыши схожи между собой на ран них стадиях развития. Они имеют жаберные щели и одинаковые отделы тела (головной, туловищный, хвостовой). По мере развития у зародышей появляются различия. Вначале они приобретают черты, характеризующие их класс, затем отряд, род и на поздних стадиях - вид. Все это говорит об общности их происхождения и последовательности расхождения у них признаков.

Палеонтология. Палеонтологический материал позволяет констатировать, что смена форм животных и растений осуществляется в порядке изменения предшествующей организации и преобразования ее в новую. Развитие хордовых, например, осуществлялось поэтапно. Вначале возникли низшие хордовые, затем последовательно во времени возникают рыбы, амфибии, рептилии. Рептилии, в свою очередь, дают начало млекопитающим и птицам. На заре своего эволюционного развития млекопитающие были представлены небольшим числом видов, в то время процветали рептилии. Позднее резко увеличивается число видов млекопитающих и птиц и исчезает большинство видов рептилий. Таким образом, палеонтологические данные указывают на смену форм животных и растений во времени[7].

9. Что такое «ген», «кодон», «нуклеотиды», «нуклеиновые кислоты»? Что изучает генетика, как она развивалась?

Ген – единица наследственного материала, ответственная за формирование какого-либо элементарного признака.

Совокупность всех генов организма составляет его генетическую конституцию – генотип.

Каждый ген ответственен за синтез определенного белка (фермента и др.). Контролируя их образование, гены управляют всеми химическими реакциями организма и определяют таким образом его признаки.

Уникальное свойство гена – сочетание их высокой устойчивости (неизменяемости в ряду поколений) со способностью к наследуемым изменениям – мутациям, которые являются источником генетической изменчивости организмов и основой для действия естественного отбора.

Кодон – единица генетического кода; состоит из 3 последовательных нуклеотидов в молекуле ДНК или РНК.

Последовательность кодона в гене определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи белка, кодируемого этим геном.

Нуклеотиды – фосфорные эфиры нуклеозидов; состоят из азотистого основания, углевода и остатка фосфорной кислоты.

Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные кинетические соединения, образованные остатками нуклеотидов.

в зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеиновых кислот – дезоксирибоза или рибоза, различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) кислоты.

Генетика - наука, изучающая закономерности и материальные основы наследственности и изменчивости организмов, а также механизмы эволюции живого. Наследственностью называется свойство одного поколения передавать другому признаки строения, физиологические свойства и специфический характер индивидуального развития. Свойства наследственности реализуются в процессе индивидуального развития. Наряду со сходством с родительскими формами в каждом поколении возникают те или иные различия у потомков, как результат проявления изменчивости.