CC BY
207
На кривой ТГ хорошо определяются три этапа убыли массы образца, сопровождающиеся различными по величине эндотермическими эффектами (кривая ДСК).
Анализ полученных результатов позволил представить процесс термической диссоциации одно-водного оксалата кальция последовательностью следующих процессов.
Первый, относительно небольшой, эндотермический эффект на кривой ДСК при температуре ~85 °С связан с испарением адсорбированной влаги, присутствующей в исходном образце. При этом заметного изменения кривой ТГ не происходит (А т около 1%), что указывает на незначительную массу адсорбированной воды.
Второй эндоэффект (его размер равен 376,1 мкВ/мг) на кривой ДСК совпадает с участком кривой ТГ, на котором происходит значительная убыль массы образца, равная 12,22 %.
Третий эдоэффект величиной 144,3 мкВ/мг на кривой ДСК также совпадает с участком кривой ТГ, на котором происходит значительное уменьшение массы образца, равное 18,97 %.
Четвертый эндотермический эффект на кривой ДСК является комплексным (общая площадь комплексного пика 429,5 мкВ/мг, площадь первого -146,8 мкВ/мг, площадь второго - 282,6 мкВ/мг) и совпадает с участком кривой ТГ, на котором происходит ее значительное изменение (убыль массы 29,93 %).
Обнаруженные тепловые эффекты на кривой ДСК и ступенчатое изменение массы образца на кривой ТГ позволяют предложить следующую схему протекания процесса диссоциации:
1-я стадия протекает в интервале температуры 150-230 °С и связана с выделением воды из кристаллогидрата по реакции:
СаС2О4 ■ Н2О ^ СаС2О4 + Н2ОТ (1)
Экспериментально обнаруженная и расчетная убыль массы совпадают на 97,4 %.
2-я стадия процесса, протекающая в интервале температуры 450-530 °С с максимальной скоростью при 513 °С, сопровождается выделением СО и образованием карбоната кальция по реакции:
СаС2О4 ^ СаСОэ + СОТ (2)
Экспериментально обнаруженная и расчетная убыль массы совпадают на 93,9 %. Этому процессу предшествует скачкообразный рост теплоемкости образца на кривой ДСК при 450 °С, что связано с протеканием процесса спекания безводного оксала-та кальция.
3-я стадия процесса протекает в интервале температуры 603-850 °С с наибольшей скоростью при 840 °С и представляет собой разложение карбоната кальция с образованием оксида кальция и диоксида углерода в соответствие с суммарной реакцией:
СаСОэ ^ СаО + СО2Т (3)
Последнюю стадию можно разделить на три составляющие; первые две происходят не полностью и при температуре 600 °С в образце остается некоторое количество воды и оксида углерода, которые десорбируются при дальнейшем повышении температуры с протеканием реакции (3). Такая схема позволяет объяснить некоторое превышение экспериментально обнаруженной убыли массы, составляющей 102 % от расчетной величины.
Хорошее совпадение полученных экспериментально и рассчитанных значений убыли массы образца указывает на реалистичность предложенной схемы термической диссоциации одноводного окса-лата кальция [1].
Библиографическая ссылка
1. Уэндланд У. Термические методы анализа. М. : Мир, 1978.
© Гиниятова Е. М., Лукьяненко С. О., Сковронская П. С., Филатов Р. А., Юдаков Е. В., Ярославцев Р. Н., Жереб В. П., 2010
УДК 502.2 (001.6)
О. Н. Даниловец, С. В. Михайлова, Е. Д. Упиров Научный руководитель - В. П. Жереб Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
УСТОЙЧИВОСТЬ РЕАЛЬНОСТИ И ЕЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
Показано, что реальность обладает неотъемлемым свойством, которое следует называть устойчивостью и рассматривать как атрибут реальности. Дан анализ различных проявлений устойчивости и ее представления в естественнонаучных теориях физики (классическая механика, термодинамика), биологии и синергетике.
В науке для характеристики способности объектов реальности оставаться неизменными или сохранять свою качественную определенность используются два термина, долгое время считавшиеся синонимами - стабильность и устойчивость. Очень не-
многие способны уловить в слове стабильность оттенок статичности, косности и неизменности. Однако, на самом деле, оба эти понятия существенно различаются. Стабильность следует рассматривать как способность материальной точки или системы не
Секция «Концепции современного естествознания»
изменяться с течением времени. Можно, строго говоря, утверждать, что для стабильных объектов переменной время вообще не существует. Однако, едва ли найдется зрелый, адекватно воспринимающий действительность человек, который бы настаивал на реальности в нашем мире вневременных явлений. Подобное допустимо только как идеализация в физических моделях консервативного типа, например, в классической механике [1]. Поэтому обещания политиков обеспечить стабильность столь динамичных явлений как экономика или зарплата могут вызывать в лучшем случае улыбку сочувствия.
Научному анализу устойчивости посвящено значительное число работ как в рамках консервативного моделирования реальности (классическая физика), так и при построении диссипативной модели реальности (равновесная и неравновесная термодинамика, синергетика, теория устойчивости динамических систем и т. д.). В последнее десятилетие все чаще самые разные исследователи заявляют о том, что символом современной нам реальности является неустойчивость [2], и, нередко, этот тезис усиливается утверждением, что неустойчивость является атрибутом реальности. Однако, нетрудно показать, что на протяжении всей истории становления теоретического знания, т. е. начиная с И. Ньютона, ни одна рациональная модель реальности не могла игнорировать того факта, что все природные объекты обладают способностью, отсутствие которой лишает их возможности быть вообще предметом наблюдения, способностью, которая может быть определена как стремление к обеспечению максимальной устойчивости. Такая способность является атрибутом реальности.
Если под устойчивостью следует понимать способность объекта сохранять свое состояние под влиянием внешних воздействий и внутренних изменений, то очевидно, что любой природный объект обладает устойчивостью, но в объектах разной природы она проявляется по-разному. Как правило, устойчивость природных систем реализуется за счет количественных изменений как в самой системе, так и в окружающей среде (принцип Ле Шателье и принцип гомеостаза).
Можно показать, что во всех природных системах существует механизм обеспечения их устойчивости, который обеспечивает иерархический характер их отношений, последовательную смену состояний систем при изменении внешних и внутренних параметров и т. п., что часто создает иллюзию развития, но, по-видимому, лишь обеспечивает устойчивость реальности в изменяющихся условиях.
В биологии уже к началу ХХ в. сложилась теория иммунитета, которую создали выдающийся российский физиолог Илья Ильич Мечников и выдающийся немецкий физиолог Пауль Эрлих. За разработку этой теории они были удостоены в 1908 г. Нобелевской премии. Эта теория впервые на основе глубокого экспериментального исследования раскрыла механизм иммунитета - активной формы проявления устойчивости живых организмов. Эта
устойчивость поддерживается благодаря особой реакции организма, который с помощью антител ограждает себя от антигенов - губительных факторов окружающей среды (микробов, инородных веществ). Т. е. то, что представляет опасность для организма, отторгается, уничтожается или изолируется (например: осколок от мины может находиться в теле человека очень долго и совершенно не беспокоить его так как иммунитет изолировал его от всего организма плотной белковой тканью). Но иммунитет может и не отторгать инородные объекты, если они химически и биологически инертны и не представляют опасности для организма - на этом основан выбор материала для имплантатов, заменяющих утраченные фрагменты организма (например: имплантаты из наиболее инертного материала -монокристалла Л120з - сапфира или другого вещества - неорганической основы костной ткани - гид-роксилапатита).
Позже было установлено, что иммунитет зависит от состояния организма. Одним из факторов, понижающих уровень иммунитета, является стресс (от англ. stress - напряжение). Канадский биолог Ганс Селье, первым открывший и разработавший основные положения синдрома стресса, рассматривал его как часть общего адаптационного синдрома и определял как особое состояние организма, характеризующееся неспецифической (т. е. нехарактерной, неправильной) реакцией на внешние воздействия. Дважды Нобелевский лауреат, выдающийся американский химик и общественный деятель Лайнус По-линг показал, что уровень иммунитета человека пропорционален уровню витамина С в организме. Установлено, что в состоянии стресса содержание этого витамина в организме снижается в 30 тыс. раз. При пониженном иммунитете падает способность организма к адаптации, он становится доступен всем бактериям и вирусам. Такая утрата устойчивости состояния возможна у всех природных объектов, социальных и политических систем (например: семья на грани распада, перестройка в обществе, распад государства, утрата этнической целостности; авария у профессионального водителя и т. п.).
Устойчивость человеческого общества имеет более сложную природу, чем устойчивость организма, но аналогом иммунной системы в нем является мораль. Иммунитет в живом организме и нравственные нормы в обществе обеспечивают устойчивость этих объектов по отношению к внутренним флук-туациям и внешним неблагоприятным факторам.
Таким образом, реальность в целом, как и все природные объекты, в частности, обладает общим качеством - устойчивостью, которое следует рассматривать как атрибут реальности. Феноменологической количественной мерой устойчивости состояния объекта является время, в течение которого сохраняется, т. е. может наблюдаться данное состояние. Сама возможность наблюдения объекта указывает на некоторый уровень его устойчивости во времени.
Библиографические ссылки
2. Жереб В. П., Снежко А. А., Ивасев С. С. Концепции современного естествознания : учеб. пособие. СибГАУ. Красноярск, 2009.
3. Пригожин И. Конец определенности. Время, хаос и новые законы природы. Ижевск : НИЦ РиХД, 2000.
4. Тарко А. М. Антропогенные изменения глобальных биосферных процессов. Математическое моделирование. М. : Физматлит, 2005.
© Даниловец О. Н., Михайлова С. В., Упиров Е. Д., Жереб В. П., 2010
УДК 573.55
В. В. Кишкан, Д. В. Рядчиков, З. В. Озереденко Научные руководители - А. А. Снежко, М. С. Эльберг Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ОТ АТОМОВ К ПРОТОЖИЗНИ
До сих пор ученых волнует вопрос происхождения жизни на нашей планете. Существует несколько гипотез, основанных на различных фактах и имеющих свои преимущества и недостатки, которые рассмотрены в данной работе.
В последнее время острые дискуссии вызывает вопрос возникновения жизни. Существует ряд теорий приоткрывающих тайну нашего происхождения на Земле. Все теории можно разделить на две группы: абиогенного характера и биологические. К наиболее известным относятся креационистская (теория Божественного происхождения человека), теория панспермии (занесение жизни на нашу планету из космоса), теория «химической эволюции и биогенеза», предложенная А. П. Руденко, теория «абиогенного происхождения жизни», выдвинутая А. И. Опариным, теория «молекулярной самоорганизации», разработанная М. Эйгеном. Это далеко не окончательный список предположений по происхождению жизни на Земле. В первую очередь, подходя к этому вопросу, нужно учитывать, что жизнь зародилась не за один день - это длительный процесс становления «от атома до разумного существа». В современном естествознании наиболее обоснованной выглядит теория абиогенного происхождения жизни, выдвинутая в 1923 г. российским биохимиком А. И. Опариным. Она основывается на физико-химических представлениях об условиях, имевшихся на ранней Земле, связывая их с геологической эволюцией, эволюцией химических элементов Солнечной системы, а также активностью Солнца. Основной идеей этой теории было обоснование того, что зарождение жизни - это долговременный процесс зарождения живой материи в недрах неживой. Считается, что для зарождения требуется четыре условия:
1) наличие определенных химических веществ,
2) наличие источника энергии,
3) отсутствие газообразного кислорода,
4) длительное время [1].
Из геологических данных известно, что древнейшие породы Земли, образовывались в то время, когда ее атмосфера не содержала газообразный кислород. В древних породах находят двухвалентный
- Т. 2+
восстановленный Ре и окисленный трехвалентный
Ре3+, что означает образование Н2, СН4, МН3, НС^ а затем С02 и СО. Все эти преобразования способствовали постепенному эволюционированию.
Эволюцию, которую прошли химические соединения на нашей планете, можно разделить на четыре стадии: 1) неорганическую; 2) органическую; 3) биохимическую; 4) антропогенную.
Неорганическая стадия связана с химическими превращениями без образования цепей из атомов углерода, который, как известно, обладает наибольшим эволюционным потенциалом. На этой стадии образовывались наиболее простые вещества и происходили относительно несложные процессы.
Вторая стадия - органическая, по сути, есть химия соединений углерода. Здесь происходит резкое усложнение химизма и формируются все необходимые предпосылки для возникновения жизни.
Третья стадия - биохимическая заключается в образовании или активации биологически активных веществ организма.
Четвертая стадия - антропогенная основана на появлении человека и его особенностях.
В 1964 г. А. П. Руденко была предложена теория химической эволюции и биогенеза, где было показано, что эволюционирующими элементами в развитии предбиологических химических систем являются те структуры и органические соединения, которые усиливали активность и селективность действия катализаторов. Таким образом, и на этой стадии эволюции природы происходил отбор наиболее «нужных» ей веществ для создания живых организмов. По существу, самопроизвольная в природе автокаталитическая реакция «служит» делу эволюции, являясь инструментом отбора наиболее прогрессивных эволюционных изменений катализаторов. В этом смысле биокатализ с участием ферментов связан с проблемами биогенеза и происхождения жизни. Каталитические реакции исключительно разнообразны, многочисленны и являются главным пред-
