Chemische Aspekte der Ökologie. Ökologische Aspekte der Chemie der Elemente
In den 1980er und 1990er Jahren wurden Umweltthemen von Wissenschaftlern, Politikern und Medien ausführlich diskutiert. Große Aufmerksamkeit wurde globalen und regionalen Themen wie den Kohlendioxidemissionen (CO 2 ) im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung und dem Abbau der stratosphärischen Ozonschicht aufgrund der Emissionen von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) gewidmet. Lokale Probleme wurden jedoch nicht weniger ernst genommen, da ihre Folgen offensichtlicher und unmittelbarer waren. Probleme im Zusammenhang mit der Verunreinigung von Wasserressourcen durch Auswaschungsprodukte aus Deponien und der Bildung von Radon in Wohngebäuden sind heute nicht nur Gegenstand einiger weniger spezialisierter Spezialisten, sondern auch eines breiten Spektrums der Bevölkerung. Es ist zu beachten, dass viele dieser Probleme ein Verständnis der Mechanismen chemischer Reaktionen erfordern und daher die Umweltchemie zu einer besonders wichtigen und relevanten Disziplin wird.
Aufgrund der zunehmenden Auswirkungen anthropogener chemischer Verbindungen auf die Umwelt entwickelt sich die Umweltchemie derzeit zu einer der Leitdisziplinen. Dieser Kurs beschreibt die Grundprinzipien, die zum Studium der Umweltchemie erforderlich sind, und zeigt, wie diese Prinzipien auf lokaler und globaler Ebene angewendet werden und wie die Auswirkungen geochemischer Prozesse auf Zeitskalen auftreten.
Der Zweck des Kurses „Chemische Grundlagen der Ökologie“ besteht darin, den Studierenden einige der grundlegenden chemischen Prinzipien der Umweltchemie näher zu bringen und ihre Anwendung in verschiedenen Situationen auf globaler und regionaler Ebene zu veranschaulichen.
Die Hauptidee dieses Kurses ist die Notwendigkeit zu verstehen, wie natürliche geochemische Prozesse ablaufen und wie sie auf verschiedenen Zeitskalen wirken. Dieses Verständnis liefert grundlegende Informationen, anhand derer die Auswirkungen menschlicher Eingriffe in chemische Prozesse quantifiziert werden können. Der Kurs versucht nicht, einen umfassenden Überblick zu geben und umfasst Themen, die grundlegende chemische Prinzipien abdecken.
Erläuterungen
Das Programm „Chemische Grundlagen der Ökologie“ wurde modifiziert (Shustov S.B., Shustova L.V. „Chemie und Ökologie“, Nischni Nowgorod, 1994, Nizhny Novgorod Humanitarian Center). Das Programm fördert die Integration von Natur- und Geisteswissenschaften und stärkt das Umweltwissenssystem.
Das Programm kann in den Lehrplan der Klassen 9 bis 11 implementiert werden. Es beinhaltet den Abbau unbegründeter Vorurteile gegenüber der Chemie als „Hauptverursacher“ von Umweltproblemen, eine Bewertung ihrer positiven Rolle bei der modernen Lösung von Umweltproblemen und die Bildung von eine optimistische Sicht auf die Zukunft und Vertrauen in den menschlichen Geist.
Ziel
Den Grundstein für die Wahrnehmung eines Chemie-Grundkurses aus der Perspektive von Umweltthemen legen, naturwissenschaftliches Wissen entwickeln und die Studierenden mit einer Vision der chemischen Aspekte der Ökologie vertraut machen.
Aufgaben
1. Entwicklung eines kognitiven Interesses an Umweltproblemen.
2. Entwicklung der persönlichen Selbstbildung.
3. Schaffung einer angenehmen Umgebung und einer Atmosphäre der Zusammenarbeit.
4. Bildung öffentlicher Aktivitäten zu Umweltthemen.
5. Bildung besonderer Kenntnisse und Fähigkeiten.
Erwartete Ergebnisse
Die Studierenden sollen die Grundlagen des Grundkurses Chemie aus der Perspektive von Umweltproblemen überdenken und die stereotype Einstellung gegenüber der Chemie als „Hauptverursacher“ von Umweltproblemen korrigieren. Die Umsetzung des Programms bietet die Möglichkeit, Einfluss auf die Bildung von Lebensprinzipien bei Gymnasiasten zu nehmen, die auf der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Natur und der Kultivierung eines verantwortungsvollen Umgangs mit der Natur basieren.
Darüber hinaus fördern ein angenehmes, günstiges Umfeld und eine Atmosphäre der Zusammenarbeit im Klassenzimmer die Selbstbildung.
Methoden zum Testen von Wissen, Fähigkeiten, Fertigkeiten und Häufigkeit
Start-, Zwischen- und Abschlussprüfung.
Einführung. 2 Stunden (1+1)
Chemie ist die Wissenschaft von Stoffen und ihren Umwandlungen. Ökologie ist eine Wissenschaft, die die Beziehung zwischen Organismen und der Umwelt untersucht. Die Beziehung zwischen Chemie und Ökologie, ihre Rolle beim Verständnis der Welt um uns herum. Naturschutz ist eine Reihe von Maßnahmen zum Schutz und zur Erhaltung natürlicher Objekte und zur rationellen Nutzung natürlicher Ressourcen. Die Doppelrolle des Menschen in der Umwelt.
Praktischer Teil. Befragung (Befragung) von Schülern, um ihre Einstellung zur Natur und ihrem Schutz zu ermitteln und ihre Antworten mit ihrer persönlichen Einstellung zum Problem zu vergleichen.
Thema Nr. 1. Die wichtigsten chemischen Konzepte. 3 Stunden (2+1)
Chemikalien und chemische Reaktionen. Einfache und komplexe Substanzen. Hauptstoffklassen. Grafische Darstellung von Stoffen. Gleichungen chemischer Reaktionen. Einführung in Sicherheitsvorkehrungen bei der Arbeit in einem chemischen Labor.
Praktischer Teil. Vergleich physikalischer Phänomene und chemischer Reaktionen. Demonstration von Farbänderungen von Indikatoren in verschiedenen Umgebungen.
Thema Nr. 2. Grundlegende Umweltkonzepte. 4h. (3+1)
Ökologische Filter. Organismus, Nahrungsketten. Das Konzept der maximal zulässigen Konzentrationen. Ökologische Pyramide aus Zahlen und Masse. Biosphäre. Noosphäre. Ebenen der Umweltprobleme: lokal, regional, global. Ökologische Krise.
Praktischer Teil. Bestimmung des Ausmaßes von Umweltproblemen.
Thema Nr. 3. Der menschliche Körper ist ein chemisches Labor. 4 Stunden (3+1)
Chemische Organisation von Organismen. Das Konzept organischer Substanzen: Proteine, Fette, Kohlenhydrate, Nukleinsäuren, Hormone, Vitamine. Anorganische Stoffe: Wasser, Natrium, Kalium, Calciumsalze. Verbindungen von Eisen, Kupfer, Kobalt, Phosphor und ihre biologische Rolle. Ursachen für schnelle Alterung des Körpers. Orthobiose – ein gesunder Lebensstil.
Praktischer Teil. Kennenlernen der Zusammensetzung von Zahnschmelz und Dentin. Ursachen von Karies.
Thema Nr. 4. Die Erdatmosphäre und ihr Schutz. 4 Stunden (2+2)
Atmosphäre ist ein luftiger Lebensraum. Luft und ihre Bestandteile. Zusammensetzung der eingeatmeten und ausgeatmeten Luft. Lufthygiene. Schädigung der menschlichen Gesundheit durch Rauchen. Ursachen des Treibhauseffekts, Zerstörung der Ozonschicht und mögliche Folgen. Atmosphärenschutz. Umweltfreundliche Kraftstoffe. Alternative Energiequellen.
Praktischer Teil. Spiel: „Wenn ich Bürgermeister wäre ...“ Projektwettbewerb: „Umweltfreundliche Verkehrsmittel des 21. Jahrhunderts.“
Thema Nr. 5. Hydrosphäre und ihr Schutz. 4 Stunden (2+2)
Wasser, seine Zusammensetzung und Eigenschaften. Die Hydrosphäre ist der aquatische Lebensraum von Organismen. Die wichtigsten Quellen und Wege der Gewässerverschmutzung: Gewinnung und Transport von Öl, Kohle, Erz, Industrie-, Landwirtschafts- und Haushaltsabwässern. Das Problem des Süßwassermangels und seine Lösung.
Praktischer Teil. 1. Planspiel: „Operational Meeting“ (Problem: Öl im Meer). 2. Umweltprognosen. Lagebeurteilung: Autofahrer waschen ihre Autos am Ufer eines Stausees. Entwicklung eines Projekts für eine umweltfreundliche Autowaschanlage.
Thema Nr. 6. Lithosphäre und ihr Schutz. 4 Stunden (2+2)
Lithosphäre und ihre Grenzen. Boden, seine Funktionen. Bodenbelastung mit Schwermetallen (Quellen, Folgen, Schutz). Die Anreicherung von Pestiziden im Boden ist ein chemisches Mittel zur Bekämpfung von Unkräutern und Pflanzenkrankheiten. Der Einfluss von Pestiziden auf die natürliche Umwelt. Alternative Methoden zur Schädlingsbekämpfung. Das Problem städtischer und industrieller Deponien und Wege zu seiner Lösung.
Praktischer Teil. Runder Tisch „Pestizide und Umwelt“. Erstellen eines Memos für den Sommerbewohner.
Thema Nr. 7. Chemie im Alltag. 4 Stunden (2+2)
Die wichtigsten im Alltag verwendeten Stoffe, ihre Eigenschaften. Sicherheitsvorkehrungen beim Umgang mit Haushaltschemikalien. Erste Hilfe bei chemischen Vergiftungen und Verbrennungen. Ethanol (Zusammensetzung, Eigenschaften, Doppelfunktion im Verhältnis zum Menschen)
Praktischer Teil. 1. Vertrautheit mit den wichtigsten Stoffgruppen des täglichen Lebens. Wettbewerb für Sicherheitsanweisungen zu Hause. 2. Diskussion: Ethanol: Fakten dafür und dagegen.
Thema Nr. 8. Die Erde ist unser gemeinsames Zuhause. 4 Stunden (2+2)
Stoffkreislauf in der Biosphäre. Die Fülle an Elementen in der Erdkruste. Das Konzept von Methoden zur Kontrolle des Eintrags von Metallen in pflanzliche und tierische Organismen. Xentobiotika sind Stoffe, die für lebende Organismen nicht charakteristisch sind (Kosmetika, Aerosole). Umweltvergiftung. Allergien als Folge einer Umweltvergiftung. Möglichkeiten, die Reinheit der Biosphäre zu bewahren. Die Rolle von Ökologie und Chemie bei der Lösung von Umweltproblemen.
Das Programm dauert 34 Stunden, davon 20 Stunden Theorie und 14 Stunden Praxis.
Bildungs- und Themenplan
NEIN.
Titel der Abschnitte, Thema
Anzahl der Stunden
Gesamt
Theorie
üben
Einführung
Grundlegende chemische Konzepte
Die Erdatmosphäre und ihr Schutz
Hydrosphäre und ihr Schutz
Lithosphäre und ihr Schutz
Chemie im Alltag
Die Erde ist unser gemeinsames Zuhause
GESAMT:
34
20
14
Methodische Unterstützung
Thema
Klassenformular
Techniken, Methoden
Methodische und didaktische Materialien
Technisches Equipment
Zusammenfassendes Formular
Einführung
Gruppenarbeit
Vorstellungsgespräch
Gruppenzuordnung
Gespräch
Karten
Zusammenfassend
interviewen
Grundlegende chemische Konzepte
Praktische Lektion
Gruppenaufgaben
Tische
Planen
Lösungen von Säuren, Laugen, Salzen und verschiedenen Indikatoren
Aufsatz
Grundlegende Umweltkonzepte
Gruppe
Individuell
Praktisch
Vorlesung
Gespräch
Folien
Tische
Bildschirm
Präsentation
Menschlicher Körper – chemisches Labor
Gruppe
Praktisch
Vorlesung
Karteikarten
Praktische Arbeit
Tische
Planen
Karteikarten
Bericht
Hydrosphäre und ihr Schutz
Gruppenarbeit Simulationsspiel Vorhersagemodellierung
Gruppen- und Einzelaufgaben. Konversation
Karteikarten, Tabellen, Folien
Bildschirm
Nachahmungsspiel
Lithosphäre und ihr Schutz
Gruppenarbeit Runder Tisch
Vorlesungsgespräch Einzelaufgaben
Karteikarten-Video
Videorecorder
Runder Tisch Erstellen eines Memos für Sommerbewohner
Atmosphäre und ihr Schutz
Gruppenarbeit Einzelarbeit
Ein Spiel
Vorlesung Kreative Aufgaben Gruppenaufgaben
Tische
Planen
Folien
Bildschirm
Wettbewerb
Projekte
Chemie im Alltag
Praktische Aufgaben Diskussion
Einzelaufgaben Gruppenaufgaben Konversation
Karteikarten
Substanzen, die im Alltag verwendet werden
Diskussion „Ethanol: Vor- und Nachteile“
Die Erde ist unser gemeinsames Zuhause
Gruppenunterricht Praktischer Unterricht Konferenz
Vorlesung
Gespräch
Gruppenaufgaben
Tische
Planen
Folien
Bildschirm
Konferenz „Chemie und Ökologie“
Referenzliste
Shustov S. B., Shustova L. V. Chemie und Ökologie. Lehrbuch für Studierende. N. Novgorod, 1994. Humanitäres Zentrum Nischni Nowgorod.
E. Grosse, H. Weißmantel. Chemie für Neugierige. Leningrad, „Chemie“, 1985
V. I. Golik, V. I. Komashchenko, K. Drebenstedt. Umweltschutz. Moskau, 2005
A. F. Sergeeva. Ernte ohne Chemikalien oder Ökologie auf sechshundert Quadratmetern. Rostow-Phoenix, 2001
G.P. Polyashova. Behandlung ohne Chemikalien. Bewährte traditionelle Medizin. Goldenes Buch der Traditionellen Medizin. EKSMO, 2005
Mikroelemente und Enzyme. Einführung in Metalloenzyme. Spezifische und unspezifische Enzyme. Die Rolle von Metallionen in Enzymen. Horizontale Ähnlichkeit in der biologischen Wirkung von D-Elementen. Synergismus und Antagonismus von Elementen.
Neigung von D-Element-Ionen zur Hydrolyse und Polymerisation
In sauren Umgebungen liegen D-Element-Ionen in Form hydratisierter Ionen [M(H 2 O) m ] n+ vor. Mit zunehmendem pH-Wert haben hydratisierte Ionen vieler d-Elemente aufgrund ihrer großen Ladung und kleinen Ionengröße eine stark polarisierende Wirkung auf Wassermoleküle, eine Aufnahmefähigkeit für Hydroxidionen, unterliegen einer kationischen Hydrolyse und bilden starke kovalente Bindungen mit OH – . Der Prozess endet entweder mit der Bildung basischer Salze [M(OH) m ] (m-n)+ oder unlöslicher Hydroxide M(OH) n oder Hydroxokomplexen [M(OH) m ] (n-m)-. Der Prozess der hydrolytischen Wechselwirkung kann unter Bildung mehrkerniger Komplexe infolge der Polymerisationsreaktion ablaufen.
2. 4. Biologische Rolle von D-Elementen (Übergangselementen)
Elemente, deren Gehalt 10 -3 % nicht überschreitet, sind Bestandteil von Enzymen, Hormonen, Vitaminen und anderen lebenswichtigen Verbindungen. Für den Protein-, Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel werden benötigt: Fe, Co, Mn, Zn, Mo, V, B, W; an der Proteinsynthese sind beteiligt: Mg, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr; an der Hämatopoese – Co, Ti, Cu, Mn, Ni, Zn; im Atem - Mg, Fe, Cu, Zn, Mn und Co. Daher finden Mikroelemente breite Anwendung in der Medizin, als Mikrodünger für Feldfrüchte und als Düngemittel in der Vieh-, Geflügel- und Fischzucht. Mikroelemente sind Teil einer Vielzahl von Bioregulatoren lebender Systeme, die auf Biokomplexen basieren. Enzyme sind spezielle Proteine, die in biologischen Systemen als Katalysatoren wirken. Enzyme sind einzigartige Katalysatoren mit unübertroffener Effizienz und hoher Selektivität. Ein Beispiel für die Effizienz der Zersetzungsreaktion von Wasserstoffperoxid 2H 2 O 2 ® 2H 2 O + O 2 in Gegenwart von Enzymen ist in Tabelle 6 angegeben.
Tabelle 6. Aktivierungsenergie (E o) und relative Geschwindigkeit der Zersetzungsreaktion von H 2 O 2 in Abwesenheit und Anwesenheit verschiedener Katalysatoren
Derzeit sind mehr als 2000 Enzyme bekannt, von denen viele eine einzelne Reaktion katalysieren. Die Aktivität einer großen Gruppe von Enzymen erfolgt nur in Gegenwart bestimmter Nicht-Protein-Verbindungen, sogenannter Cofaktoren. Als Cofaktoren fungieren Metallionen oder organische Verbindungen. Etwa ein Drittel der Enzyme wird durch Übergangsmetalle aktiviert.
Metallionen in Enzymen erfüllen eine Reihe von Funktionen: Sie sind eine elektrophile Gruppe des aktiven Zentrums des Enzyms und erleichtern die Wechselwirkung mit negativ geladenen Bereichen von Substratmolekülen, bilden eine katalytisch aktive Konformation der Enzymstruktur (bei der Bildung der helikalen Struktur). der RNA sind Zink- und Manganionen beteiligt), am Elektronentransport beteiligt (komplexiert den Elektronentransfer). Die Fähigkeit eines Metallions, seine Rolle im aktiven Zentrum des entsprechenden Enzyms zu erfüllen, hängt von der Fähigkeit des Metallions zur Komplexbildung, der Geometrie und Stabilität des gebildeten Komplexes ab. Dies sorgt für eine Erhöhung der Selektivität des Enzyms gegenüber Substraten, eine Aktivierung von Bindungen im Enzym oder Substrat durch Koordination und eine Änderung der Form des Substrats entsprechend den sterischen Anforderungen des aktiven Zentrums.
Biokomplexe variieren in ihrer Stabilität. Einige von ihnen sind so stark, dass sie ständig im Körper sind und eine bestimmte Funktion erfüllen. In Fällen, in denen die Verbindung zwischen dem Cofaktor und dem Enzymprotein stark ist und es schwierig ist, sie zu trennen, spricht man von einer „prothetischen Gruppe“. Solche Bindungen wurden in Enzymen gefunden, die einen Hämkomplex aus Eisen und einem Porphinderivat enthalten. Die Rolle von Metallen in solchen Komplexen ist sehr spezifisch: Selbst der Ersatz durch ein Element mit ähnlichen Eigenschaften führt zu einem erheblichen oder vollständigen Verlust der physiologischen Aktivität. Zu diesen Enzymen gehören auf bestimmte Enzyme.
Beispiele für solche Verbindungen sind Chlorophyll, Polyphenyloxidase, Vitamin B 12, Hämoglobin und einige Metalloenzyme (spezifische Enzyme). Nur wenige Enzyme sind nur an einer spezifischen oder einzelnen Reaktion beteiligt.
Die katalytischen Eigenschaften der meisten Enzyme werden durch das aktive Zentrum bestimmt, das aus verschiedenen Mikroelementen besteht. Enzyme werden für die Dauer der Funktion synthetisiert. Das Metallion fungiert als Aktivator und kann durch ein anderes Metallion ersetzt werden, ohne dass die physiologische Aktivität des Enzyms verloren geht. Diese werden klassifiziert als unspezifische Enzyme.
Nachfolgend sind Enzyme aufgeführt, in denen verschiedene Metallionen ähnliche Funktionen erfüllen.
Tabelle 7. Enzyme, in denen verschiedene Metallionen ähnliche Funktionen erfüllen
Ein Spurenelement kann verschiedene Enzyme aktivieren, und ein Enzym kann durch verschiedene Spurenelemente aktiviert werden. Enzyme mit Mikroelementen in der gleichen Oxidationsstufe +2 weisen die größte Ähnlichkeit in der biologischen Wirkung auf. Wie man sehen kann, zeichnen sich Mikroelemente von Übergangselementen in ihrer biologischen Wirkung durch mehr horizontale Ähnlichkeit als vertikale Ähnlichkeit im Periodensystem von D.I. aus. Mendeleev (in der Ti-Zn-Reihe). Bei der Entscheidung über die Verwendung eines bestimmten Mikroelements muss nicht nur das Vorhandensein mobiler Formen dieses Elements berücksichtigt werden, sondern auch andere, die den gleichen Oxidationszustand haben und ersetzen können einander in der Zusammensetzung der Enzyme.
Einige Metalloenzyme nehmen eine Zwischenstellung zwischen spezifischen und unspezifischen Enzymen ein. Als Cofaktor wirken Metallionen. Eine Erhöhung der Stärke des Enzymbiokomplexes erhöht die Spezifität seiner biologischen Wirkung. Die Effizienz der enzymatischen Wirkung des Metallions des Enzyms wird durch seinen Oxidationszustand beeinflusst. Nach der Intensität ihres Einflusses werden Mikroelemente in folgender Reihe eingeordnet:
Ti 4+ ®Fe 3+ ®Cu 2+ ®Fe 2+ ®Mg 2+ ®Mn 2+ . Das Mn 3+-Ion ist im Gegensatz zum Mn 2+-Ion sehr fest an Proteine gebunden, und zwar hauptsächlich mit sauerstoffhaltigen Gruppen, zusammen ist Fe 3+ Teil von Metalloproteinen.
Mikroelemente in Komplexonatform wirken im Körper als Faktor, der offenbar die hohe Empfindlichkeit von Zellen gegenüber Mikroelementen bestimmt, indem sie an der Bildung eines hohen Konzentrationsgradienten beteiligt sind. Die Werte der Atom- und Ionenradien, der Ionisierungsenergien, der Koordinationszahlen und die Tendenz zur Bildung von Bindungen mit denselben Elementen in Bioligandenmolekülen bestimmen die bei der gegenseitigen Substitution von Ionen beobachteten Effekte: können mit steigender Tendenz auftreten (Synergie) und mit Hemmung ihrer biologischen Aktivität (Antagonismus) Element, das ersetzt wird. Ionen von d-Elementen im Oxidationszustand +2 (Mn, Fe, Co, Ni, Zn) haben ähnliche physikalisch-chemische Eigenschaften von Atomen (elektronische Struktur der äußeren Ebene, ähnliche Ionenradien, Art der Orbitalhybridisierung, ähnliche Werte von Stabilitätskonstanten bei Bioliganden). Die Ähnlichkeit der physikalisch-chemischen Eigenschaften des Komplexbildners bestimmt die Ähnlichkeit ihrer biologischen Wirkung und Austauschbarkeit. Die oben genannten Übergangselemente stimulieren hämatopoetische Prozesse und verbessern Stoffwechselprozesse. Der Synergismus von Elementen in den Prozessen der Hämatopoese hängt möglicherweise mit der Beteiligung von Ionen dieser Elemente in verschiedenen Phasen des Syntheseprozesses der gebildeten Elemente des menschlichen Blutes zusammen.
Die s-Elemente der Gruppe I zeichnen sich im Vergleich zu anderen Elementen ihrer Periode durch eine geringe Ladung der Atomkerne, ein niedriges Ionisierungspotential der Valenzelektronen, eine große Atomgröße und deren Zunahme in der Gruppe von oben nach unten aus. All dies bestimmt den Zustand ihrer Ionen in wässrigen Lösungen in Form hydratisierter Ionen. Die größte Ähnlichkeit zwischen Lithium und Natrium bestimmt ihre Austauschbarkeit und synergistische Wirkung. Die zerstörerischen Eigenschaften von Kalium-, Rubidium- und Cäsiumionen in wässrigen Lösungen sorgen für eine bessere Membranpermeabilität, Austauschbarkeit und Synergie ihrer Wirkung. Die Konzentration von K + innerhalb der Zellen ist 35-mal höher als außerhalb, und die Konzentration von Na + in der extrazellulären Flüssigkeit ist 15-mal höher als innerhalb der Zelle. Diese Ionen sind Antagonisten in biologischen Systemen. s – Elemente der Gruppe II kommen im Körper in Form von Verbindungen vor, die aus Phosphor-, Kohlen- und Carbonsäuren bestehen. Calcium, das hauptsächlich im Knochengewebe vorkommt, hat ähnliche Eigenschaften wie Strontium und Barium, die es in den Knochen ersetzen können. In diesem Fall werden sowohl Fälle von Synergismus als auch Antagonismus beobachtet. Calciumionen sind auch Antagonisten von Natrium-, Kalium- und Magnesiumionen. Die Ähnlichkeit der physikalisch-chemischen Eigenschaften von Be 2+- und Mg 2+-Ionen bestimmt ihre Austauschbarkeit in Verbindungen, die Mg-N- und Mg-O-Bindungen enthalten. Dies könnte die Hemmung Magnesium-haltiger Enzyme erklären, wenn Beryllium in den Körper gelangt. Beryllium ist ein Antagonist von Magnesium. Folglich werden die physikalisch-chemischen Eigenschaften und biologischen Wirkungen von Mikroelementen durch die Struktur ihrer Atome bestimmt. Die meisten biogenen Elemente sind Mitglieder der zweiten, dritten und vierten Periode des Periodensystems von D.I. Mendelejew. Dies sind relativ leichte Atome mit einer relativ geringen Ladung an den Atomkernen.
2. 4. 2. Die Rolle von Übergangselementverbindungen beim Elektronentransfer in lebenden Systemen.
In einem lebenden Organismus haben viele Prozesse einen zyklischen, wellenförmigen Charakter. Die ihnen zugrunde liegenden chemischen Prozesse müssen reversibel sein. Die Reversibilität von Prozessen wird durch das Zusammenspiel thermodynamischer und kinetischer Faktoren bestimmt. Reversible Reaktionen umfassen solche mit Konstanten von 10 -3 bis 10 3 und mit einem kleinen Wert von DG 0 und DE 0 des Prozesses. Unter diesen Bedingungen können die Konzentrationen der Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte in vergleichbaren Konzentrationen liegen und durch deren Veränderung in einem bestimmten Bereich eine Reversibilität des Prozesses erreicht werden. Aus kinetischer Sicht sollten niedrige Werte der Aktivierungsenergie vorliegen. Daher sind Metallionen (Eisen, Kupfer, Mangan, Kobalt, Molybdän, Titan und andere) geeignete Elektronenträger in lebenden Systemen. Die Zugabe und Abgabe eines Elektrons führt lediglich zu Veränderungen in der elektronischen Konfiguration des Metallions, ohne die Struktur der organischen Komponente des Komplexes wesentlich zu verändern. Eine einzigartige Rolle in lebenden Systemen kommt zwei Redoxsystemen zu: Fe 3+ /Fe 2+ und Cu 2+ /Cu + . Bioliganden stabilisieren in stärkerem Maße die oxidierte Form im ersten Paar und überwiegend die reduzierte Form im zweiten Paar. Daher ist das formale Potential in eisenhaltigen Systemen immer niedriger und in kupferhaltigen Systemen oft höher. Kupfer- und eisenhaltige Redoxsysteme decken einen weiten Potentialbereich ab, der ihnen eine Wechselwirkung mit vielen Substraten bei gleichzeitig moderaten Wechselwirkungen ermöglicht Änderungen in DG 0 und DE 0, die die Bedingungen der Reversibilität erfüllen. Ein wichtiger Schritt im Stoffwechsel ist die Extraktion von Wasserstoff aus Nährstoffen. Wasserstoffatome gehen dann in einen ionischen Zustand über und die von ihnen getrennten Elektronen gelangen in die Atmungskette; In dieser Kette geben sie beim Übergang von einer Verbindung zur anderen ihre Energie für die Bildung einer der Hauptenergiequellen, Adenosintriphosphorsäure (ATP), ab und gelangen schließlich selbst zu einem Sauerstoffmolekül, verbinden sich mit diesem und bilden Wasser Moleküle. Die Brücke, entlang derer die Elektronen oszillieren, sind komplexe Eisenverbindungen mit einem Porphyrinkern, deren Zusammensetzung Hämoglobin ähnelt.
Eine große Gruppe von eisenhaltigen Enzymen, die den Prozess der Elektronenübertragung in Mitochondrien katalysieren, werden genannt Cytochrome(ts.kh.), Insgesamt sind etwa 50 Cytochrome bekannt. Cytochrome sind Eisenporphyrine, bei denen alle sechs Orbitale des Eisenions mit Donoratomen, einem Bioliganden, besetzt sind. Der Unterschied zwischen Cytochromen besteht lediglich in der Zusammensetzung der Seitenketten des Porphyrinrings. Variationen in der Struktur des Bioliganden werden durch Unterschiede in der Größe der formalen Potentiale verursacht. Alle Zellen enthalten mindestens drei Proteine ähnlicher Struktur, die sogenannten Cytochrome a, b, c. Bei Cytochrom c erfolgt die Verbindung mit dem Histidinrest der Polypeptidkette über den Porphyrinkern. Die freie Koordinationsstelle im Eisenion wird vom Methioninrest der Polypeptidkette besetzt:
Einer der Funktionsmechanismen von Cytochromen, die eines der Glieder in der Elektronentransportkette bilden, ist die Übertragung eines Elektrons von einem Substrat auf ein anderes.
Aus chemischer Sicht sind Cytochrome Verbindungen, die unter reversiblen Bedingungen eine Redoxdualität aufweisen.
Der Elektronentransfer durch Cytochrom c geht mit einer Änderung der Oxidationsstufe von Eisen einher:
C. X. Fe 3+ + e « c.xFe 2+
Sauerstoffionen reagieren mit Wasserstoffionen in der Umgebung zu Wasser oder Wasserstoffperoxid. Peroxid wird durch ein spezielles Enzym Katalase nach folgendem Schema schnell in Wasser und Sauerstoff zerlegt:
2H 2 O 2 ®2H 2 O + O 2
Das Enzym Peroxidase beschleunigt die Oxidationsreaktionen organischer Substanzen mit Wasserstoffperoxid nach folgendem Schema:
Diese Enzyme haben in ihrer Struktur ein Häm, in dessen Zentrum sich Eisen mit der Oxidationsstufe +3 befindet (Abschnitt 2 7.7).
In der Elektronentransportkette überträgt Cytochrom c Elektronen an Cytochrome, sogenannte Cytochromoxidasen. Sie enthalten Kupferionen. Cytochrom ist ein Ein-Elektronen-Träger. Das Vorhandensein von Kupfer in einem der Cytochrome zusammen mit Eisen verwandelt es in einen Zwei-Elektronen-Träger, der es ermöglicht, die Geschwindigkeit des Prozesses zu regulieren.
Kupfer ist Teil eines wichtigen Enzyms – der Superoxiddismutase (SOD), das durch die Reaktion das giftige Superoxidion O2- im Körper verwertet
[SOD Cu 2+ ] + ® O 2 - [SOD Cu + ] + O 2
[SOD Cu + ] + O 2 - + 2H + ® [SODCu 2+ ] + H 2 O 2
Wasserstoffperoxid zersetzt sich im Körper unter der Wirkung von Katalase.
Derzeit sind etwa 25 kupferhaltige Enzyme bekannt. Sie bilden eine Gruppe von Oxygenasen und Hydroxylasen. Die Zusammensetzung und der Wirkungsmechanismus sind in der Arbeit (2, Abschnitt 7.9.) beschrieben.
Übergangselementkomplexe sind eine Quelle von Mikroelementen in biologisch aktiver Form mit hoher Membranpermeabilität und enzymatischer Aktivität. Sie sind daran beteiligt, den Körper vor „oxidativem Stress“ zu schützen. Dies liegt an ihrer Beteiligung an der Nutzung von Stoffwechselprodukten, die den unkontrollierten Oxidationsprozess bestimmen (Peroxide, freie Radikale und andere sauerstoffaktive Spezies), sowie an der Oxidation von Substraten. Der Mechanismus der radikalischen Reaktion der Substratoxidation (RH) mit Wasserstoffperoxid unter Beteiligung eines Eisenkomplexes (FeL) als Katalysator kann durch Reaktionsschemata dargestellt werden.
RH + . OH® R. + H 2 O; R. + FeL ® R + + FeL
Substrat
R + + OH - ® ROH
Oxidiertes Substrat
Das weitere Auftreten der Radikalreaktion führt zur Bildung von Produkten mit einem höheren Hydroxylierungsgrad. Andere Radikale wirken ähnlich: HO 2. , O 2 . , . O 2 - .
2. 5. Allgemeine Eigenschaften von p-Block-Elementen
Elemente, bei denen die p-Unterebene der äußeren Valenzebene abgeschlossen ist, werden aufgerufen p-Elemente. Elektronische Struktur des ns 2 p 1-6-Valenzniveaus. Valenzelektronen sind die s- und p-Unterebenen.
Tabelle 8. Position der p-Elemente im Periodensystem der Elemente.
| Zeitraum | Gruppe | |||||
| IIIA | IVA | V.A. | ÜBER | VIIA | VIIIA | |
| (C) | (N) | (Ö) | (F) | Ne | ||
| (P) | (S) | (Cl) | Ar | |||
| Ga | Kr | |||||
| In | Sn | Sb | Te | (ICH) | Xe | |
| Tl | Pb | Bi | Po | Bei | Rn | |
| S. 1 | S. 2 | S. 3 | S. 4 | S. 5 | R 6 | |
| () – wesentliche Elemente, – biogene Elemente |
In den Perioden von links nach rechts nimmt die Ladung der Kerne zu, deren Einfluss den Anstieg der Kräfte der gegenseitigen Abstoßung zwischen Elektronen überwiegt. Daher nehmen das Ionisationspotential, die Elektronenaffinität und damit die Akzeptorkapazität und die nichtmetallischen Eigenschaften periodisch zu. Alle auf der Br-Diagonale und darüber liegenden Elemente sind Nichtmetalle und bilden nur kovalente Verbindungen und Anionen. Alle anderen p-Elemente (mit Ausnahme von Indium, Thallium, Polonium und Wismut, die metallische Eigenschaften aufweisen) sind amphotere Elemente und bilden sowohl Kationen als auch Anionen, die beide stark hydrolysiert sind. Die meisten nichtmetallischen p-Elemente sind biogen (Ausnahmen sind die Edelgase Tellur und Astat). Von den P-Elementen – Metallen – wird nur Aluminium als biogen eingestuft. Unterschiede in den Eigenschaften benachbarter Elemente, beide im Inneren; und nach Periode: Sie sind viel stärker ausgeprägt als die der S-Elemente. p-Elemente der zweiten Periode – Stickstoff, Sauerstoff, Fluor – haben eine ausgeprägte Fähigkeit, an der Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen teilzunehmen. Elemente der dritten und der folgenden Perioden verlieren diese Fähigkeit. Ihre Ähnlichkeit liegt lediglich in der Struktur der äußeren Elektronenhüllen und jenen Valenzzuständen, die durch ungepaarte Elektronen in nicht angeregten Atomen entstehen. Bor, Kohlenstoff und insbesondere Stickstoff unterscheiden sich stark von den anderen Elementen ihrer Gruppen (das Vorhandensein von d- und f-Unterebenen).
Alle p-Elemente und insbesondere p-Elemente der zweiten und dritten Periode (C, N, P, O, S, Si, Cl) gehen untereinander sowie mit s-, d- und f-Elementen zahlreiche Verbindungen ein. Die meisten auf der Erde bekannten Verbindungen sind Verbindungen von p-Elementen. Die fünf wichtigsten (makrobiogenen) p-Elemente des Lebens – O, P, C, N und S – sind der Hauptbaustoff, aus dem die Moleküle von Proteinen, Fetten, Kohlenhydraten und Nukleinsäuren bestehen. Von den niedermolekularen Verbindungen der p-Elemente sind die Oxoanionen von größter Bedeutung: CO 3 2-, HCO 3 -, C 2 O 4 2-, CH3COO -, PO 4 3-, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, SO 4 2- und Halogenidionen. p-Elemente haben viele Valenzelektronen mit unterschiedlichen Energien. Daher weisen Verbindungen unterschiedliche Oxidationsgrade auf. Kohlenstoff weist beispielsweise verschiedene Oxidationsstufen von –4 bis +4 auf. Stickstoff – von -3 bis +5, Chlor – von -1 bis +7.
Während der Reaktion kann das p-Element Elektronen abgeben und aufnehmen und dabei je nach den Eigenschaften des Elements, mit dem es interagiert, als Reduktionsmittel bzw. Oxidationsmittel fungieren. Dadurch entsteht ein breites Spektrum an von ihnen gebildeten Verbindungen. Der gegenseitige Übergang von Atomen von p-Elementen verschiedener Oxidationsstufen, auch aufgrund metabolischer Redoxprozesse (z. B. die Oxidation einer Alkoholgruppe in ihre Aldehydgruppe und dann in eine Carboxylgruppe usw.), verursacht eine Fülle ihrer chemische Umwandlungen.
Eine Kohlenstoffverbindung weist oxidierende Eigenschaften auf, wenn Kohlenstoffatome durch die Reaktion die Zahl ihrer Bindungen mit Atomen weniger elektronegativer Elemente (Metall, Wasserstoff) erhöhen, da das Kohlenstoffatom durch die Anziehung gemeinsamer Bindungselektronen seinen Oxidationszustand senkt.
CH 3 ® -CH 2 OH ® -CH = O ® -COOH ® CO 2
Die Umverteilung der Elektronen zwischen dem Oxidationsmittel und dem Reduktionsmittel in organischen Verbindungen kann nur mit einer Verschiebung der Gesamtelektronendichte der chemischen Bindung zum als Oxidationsmittel wirkenden Atom einhergehen. Bei starker Polarisierung kann diese Verbindung unterbrochen werden.
Phosphate dienen in lebenden Organismen als Strukturbestandteile des Skeletts, der Zellmembranen und der Nukleinsäuren. Knochengewebe besteht hauptsächlich aus Hydroxylapatit Ca 5 (PO 4) 3 OH. Die Basis der Zellmembranen sind Phospholipide. Nukleinsäuren bestehen aus Ribose- oder Desoxyribosephosphatketten. Darüber hinaus sind Polyphosphate der Hauptenergielieferant.
Im menschlichen Körper wird NO notwendigerweise mithilfe des Enzyms NO-Synthase aus der Aminosäure Arginin synthetisiert. Die Lebensdauer von NO in den Körperzellen beträgt etwa eine Sekunde, aber ohne NO ist ihre normale Funktion nicht möglich. Diese Verbindung sorgt für: Entspannung der glatten Muskulatur der Gefäßmuskulatur, Regulierung der Herzfunktion, effektive Funktion des Immunsystems, Übertragung von Nervenimpulsen. Es wird angenommen, dass NO eine wichtige Rolle beim Lernen und Gedächtnis spielt.
Redoxreaktionen, an denen p-Elemente beteiligt sind, liegen ihrer toxischen Wirkung auf den Körper zugrunde. Die toxische Wirkung von Stickoxiden ist mit ihrer hohen Redoxfähigkeit verbunden. Nitrate, die in die Nahrung gelangen, werden im Körper zu Nitriten reduziert.
NO 3 - + 2H + + 2e ® NO 2 + H 2 O
Nitrite haben hochgiftige Eigenschaften. Sie wandeln Hämoglobin in Methämoglobin um, ein Produkt der Hydrolyse und Oxidation von Hämoglobin.
Dadurch verliert Hämoglobin seine Fähigkeit, Sauerstoff zu den Körperzellen zu transportieren. Im Körper entwickelt sich Hypoxie. Darüber hinaus reagieren Nitrite als Salze einer schwachen Säure mit Salzsäure im Mageninhalt und bilden salpetrige Säure, die mit sekundären Aminen krebserregende Nitrosamine bildet:
Die biologische Wirkung hochmolekularer organischer Verbindungen (Aminosäuren, Polypeptide, Proteine, Fette, Kohlenhydrate und Nukleinsäuren) wird durch Atome (N, P, S, O) oder gebildete Atomgruppen (funktionelle Gruppen) bestimmt, in denen sie enthalten sind fungieren als chemisch aktive Zentren, Donatoren von Elektronenpaaren, die in der Lage sind, Koordinationsbindungen mit Metallionen und organischen Molekülen zu bilden. Folglich bilden p-Elemente mehrzähnige chelatbildende Verbindungen (Aminosäuren, Polypeptide, Proteine, Kohlenhydrate und Nukleinsäuren). Sie zeichnen sich durch komplexe Bildungsreaktionen, amphotere Eigenschaften und anionische Hydrolysereaktionen aus. Diese Eigenschaften bestimmen ihre Beteiligung an grundlegenden biochemischen Prozessen und an der Gewährleistung des Isohydriezustands. Sie bilden Protein-, Phosphat- und Hydrogencarbonat-Puffersysteme. Beteiligen Sie sich am Transport von Nährstoffen, Stoffwechselprodukten und anderen Prozessen.
3. 1. Die Rolle des Lebensraums. Chemie der Luftverschmutzung. Die Rolle des Arztes beim Schutz der Umwelt und der menschlichen Gesundheit.
A.P. Vinogradov zeigte, dass die Erdoberfläche eine heterogene chemische Zusammensetzung aufweist. Pflanzen und Tiere sowie Menschen, die sich in verschiedenen Zonen befinden, nutzen Nährstoffe unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und reagieren darauf mit bestimmten physiologischen Reaktionen und einer bestimmten chemischen Zusammensetzung des Körpers. Die Wirkung von Mikroelementen hängt von ihrer Aufnahme in den Körper ab. Die Biometallkonzentrationen im Körper werden während seiner normalen Funktion mit Hilfe geeigneter Proteine und Hormone auf einem genau definierten Niveau (biotische Dosis) gehalten. Die Biometallreserven im Körper werden gezielt aufgefüllt. Sie sind in ausreichender Menge in der Nahrung enthalten, die wir zu uns nehmen. Die chemische Zusammensetzung von Pflanzen und Tieren, die als Nahrung dienen, beeinflusst den Körper.
Die intensive industrielle Produktion hat zu einer Verschmutzung der natürlichen Umwelt mit „schädlichen“ Stoffen, darunter Verbindungen von Übergangselementen, geführt. In der Natur kommt es zu einer intensiven Umverteilung von Elementen in biogeochemischen Provinzen. Der Hauptweg (bis zu 80 %) ihres Eintritts in den Körper ist unsere Nahrung. Angesichts der anthropogenen Umweltverschmutzung müssen radikale Maßnahmen zur Sanierung der Umwelt und der darin lebenden Menschen ergriffen werden. Dieses Problem wird in vielen europäischen Ländern vor den Problemen des Wirtschaftswachstums gestellt und gehört zu den Prioritäten. In den letzten Jahren hat die Freisetzung verschiedener Schadstoffe zugenommen. Die Prognose zur industriellen Entwicklung lässt den Schluss zu, dass die Menge an Emissionen und Umweltschadstoffen weiter zunehmen wird.
Als reale Zonen werden bezeichnet, in denen der Kreislauf der Elemente als Ergebnis der Lebensaktivität stattfindet Ökosysteme oder wie Akademiker V. N. es nannte. Suchachow, Biogeozänosen. Der Mensch ist ein integraler Bestandteil der Ökosysteme auf unserem Planeten. Bei seinen Lebensaktivitäten kann ein Mensch den Verlauf des natürlichen biogenen Kreislaufs stören. Viele Branchen belasten die Umwelt. Nach den Lehren von V. I. Wernadskij wird die durch menschliche Wirtschaftstätigkeit veränderte Hülle unseres Planeten genannt Noosphäre. Es umfasst die gesamte Biosphäre und geht über deren Grenzen hinaus (Stratosphäre, tiefe Minen, Brunnen etc.). Die Hauptrolle in der Noosphäre spielt die technogene Migration von Elementen – Technogenese. Die Erforschung der Geochemie der Noosphäre ist die theoretische Grundlage für die rationelle Nutzung natürlicher Ressourcen und den Kampf gegen Umweltverschmutzung. Gasförmige, flüssige und feste Umweltverschmutzungen bilden in der Bodenschicht der Atmosphäre giftige Aerosole (Nebel, Rauch). Wenn die Atmosphäre mit Schwefeldioxid, hoher Luftfeuchtigkeit und fehlender Temperatur verschmutzt ist, entsteht giftiger Smog. Der Hauptschaden für die Umwelt wird durch die Oxidationsprodukte SO 2, SO 3 und die Säuren H 2 SO 3 und H 2 SO 4 verursacht. Durch den Ausstoß von Schwefeloxid und Stickstoff kommt es in Industrieregionen zu „saurem“ Regen. Regenwasser mit hohen Konzentrationen an Wasserstoffionen kann giftige Metallionen auslaugen:
ZnO(t) + 2H + = Zn 2+ (p) + H 2 O
Beim Betrieb eines Verbrennungsmotors werden Stickoxide freigesetzt, deren Umwandlungsprodukt Ozon ist:
N 2 + O 2 « 2NO (im Motorzylinder)
Von großer Bedeutung für die Gesellschaft sind Umweltprobleme, deren chemischer Kern darin besteht, die Biosphäre vor überschüssigen Kohlenoxiden und Methan zu schützen, die den „Treibhauseffekt“, Schwefel- und Stickoxide erzeugen und zu „saurem Regen“ führen; Halogenderivate (Chlor, Fluor) von Kohlenwasserstoffen, die den „Ozonschild der Erde“ verletzen; krebserregende Stoffe (polyaromatische Kohlenwasserstoffe und Produkte ihrer unvollständigen Verbrennung) und andere Produkte. Heutzutage wird nicht nur das Problem des Umweltschutzes, sondern auch der Schutz der inneren Umwelt immer relevanter. Die Anzahl der in einen lebenden Organismus gelangenden Stoffe, die fremd, lebensfremd und namentlich genannt sind Xenobiotika. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation gibt es davon etwa 4 Millionen. Sie gelangen über die Nahrung, Wasser und Luft sowie in Form von Medikamenten (Darreichungsformen) in den Körper.
Dies ist auf die niedrige Kultur der Hersteller und Verbraucher von Chemikalien zurückzuführen, die nicht über professionelle chemische Kenntnisse verfügen. Tatsächlich kann nur die Unkenntnis der Eigenschaften von Stoffen und die Unfähigkeit, die Folgen ihres übermäßigen Gebrauchs vorherzusehen, zu irreparablen Verlusten der Natur führen, deren integraler Bestandteil der Mensch ist. Tatsächlich werden einige Hersteller und sogar medizinisches Personal bis heute mit Bulgakovs Müller verglichen, der sich mit einer unglaublichen (Schock-)Dosis Chinin sofort von Malaria erholen wollte, aber keine Zeit hatte – er starb. Die Rolle verschiedener chemischer Elemente bei der Umweltverschmutzung und der Entstehung von Krankheiten, auch berufsbedingten, ist noch unzureichend untersucht. Es ist notwendig, den Eintrag verschiedener Stoffe in die Umwelt durch menschliches Handeln, die Art und Weise, wie sie in den menschlichen Körper und Pflanzen gelangen, ihre Wechselwirkung mit lebenden Organismen auf verschiedenen Ebenen zu analysieren und ein System wirksamer Maßnahmen zu entwickeln, die darauf abzielen, beides zu verhindern weitere Umweltverschmutzung und Schaffung der notwendigen biologischen Mittel zum Schutz der inneren Umgebung des Körpers. Medizinisches Personal ist verpflichtet, sich an der Entwicklung und Umsetzung technischer, präventiver, sanitärer, hygienischer und therapeutischer Maßnahmen zu beteiligen.
3.2 Biochemische Provinzen. Endemische Krankheiten.
Als Zonen werden Zonen bezeichnet, in denen Tiere und Pflanzen durch eine bestimmte chemische Elementzusammensetzung gekennzeichnet sind biogeochemische Provinzen. Biogeochemische Provinzen sind Taxa der Biosphäre dritter Ordnung – Territorien unterschiedlicher Größe innerhalb von Teilregionen der Biosphäre mit ständigen charakteristischen Reaktionen von Organismen (zum Beispiel endemische Krankheiten). Es gibt zwei Arten von biogeochemischen Provinzen – natürliche und technogene, die aus der Erschließung von Erzvorkommen, Emissionen aus der metallurgischen und chemischen Industrie sowie dem Einsatz von Düngemitteln in der Landwirtschaft resultieren. Es ist notwendig, auf die Rolle von Mikroorganismen bei der Schaffung der geochemischen Eigenschaften der Umwelt zu achten. Mangel und Überschuss an Elementen können zur Bildung biogeochemischer Provinzen führen, die sowohl durch einen Mangel an Elementen (Provinzen Jod, Fluor, Kalzium, Kupfer usw.) als auch durch deren Überschuss (Bor, Molybdän, Fluor, Kupfer usw.) verursacht werden. Das Problem des Brommangels in kontinentalen Regionen und Bergregionen sowie des Bromüberschusses in Küsten- und Vulkanlandschaften ist interessant und wichtig. In diesen Regionen verlief die Entwicklung des Zentralnervensystems qualitativ unterschiedlich. Im Südural wurde eine biogeochemische Provinz auf mit Nickel angereicherten Gesteinen entdeckt. Es ist durch hässliche Formen von Gräsern und Schafskrankheiten gekennzeichnet, die mit einem hohen Nickelgehalt in der Umwelt einhergehen.
Die Korrelation biogeochemischer Provinzen mit ihrem ökologischen Zustand ermöglichte die Identifizierung folgender Gebiete: a) mit einer relativ zufriedenstellenden ökologischen Situation – (Zone des relativen Wohlbefindens); b) mit reversiblen, begrenzten und in den meisten Fällen behebbaren Umweltverstößen – (Umweltrisikozone); c) bei einem über einen längeren Zeitraum in einem großen Gebiet beobachteten ausreichend hohen Benachteiligungsgrad, dessen Beseitigung erhebliche Kosten und Zeit erfordert – (Zone der ökologischen Krise); d) mit einem sehr hohen Grad an Umweltbelastung, praktisch irreversiblen Umweltschäden, die eine klare Lokalisierung haben -( ökologisches Katastrophengebiet).
Aufgrund des Einflussfaktors, seiner Höhe, Wirkungsdauer und seines Verbreitungsgebiets werden folgende natürlich-technogene biogeochemische Gebiete als Risiko- und Krisengebiete identifiziert:
1. polymetallisch (Pb, Cd, Hjg, Cu, Zn) mit dominanten Assoziationen Cu–Zn, Cu–Ni, Pb–Zn, einschließlich:
· angereichert mit Kupfer (Südural, Baschkortostan, Norilsk, Mednogorsk);
· angereichert mit Nickel (Norilsk, Monchegorsk, Nickel, Poljarny, Tuwa, Südural);
· angereichert mit Blei (Altai, Kaukasus, Transbaikalien);
· angereichert mit Fluor (Kirovsk, Krasnojarsk, Bratsk);
· mit einem hohen Gehalt an Uran und Radionukliden in der Umwelt (Transbaikalien, Altai, Südural).
2. biogeochemische Provinzen mit Mangel an Mikroelementen (Se, I, Cu, Zn usw.).
Philosophische Diskussionen in der modernen Naturwissenschaft zeichnen in gewisser Weise ein ungewöhnliches Bild, nämlich: Methodische und ideologische Probleme der Biologie und Physik, Synergetik und Astronomie, Genetik und Biotechnologie werden sehr aktiv diskutiert, ähnlichen Fragen der Chemie wird jedoch nicht viel Aufmerksamkeit geschenkt. Es kann sich herausstellen, dass die Chemie auf der Grundlage so grundlegender Verallgemeinerungen wie dem periodischen Gesetz, der Theorie der chemischen Struktur und der chemischen Thermodynamik weitreichende Möglichkeiten für das Studium und die Synthese von Millionen von Substanzen unbelebter und lebender Natur sowie für die Schaffung von eröffnet hat bisher unbekannte Verbindungen. Es scheint, dass sie vom Empirismus, der utilitaristischen Seite, mitgerissen wurde und sich nicht für die komplexen ideologischen und methodischen Probleme interessierte, mit denen sie konfrontiert war. „Die Chemie“, betont Yu.A. Zhdanov, „steht jedoch vor ihren eigenen komplexen und dringenden Problemen theoretischer und methodischer Natur, und ohne sie zu verstehen, werden nicht nur sie selbst, sondern auch eine Reihe anderer Wissenschaften nicht in der Lage sein, sich zu bewegen.“ produktiv voranzubringen.“
Betrachten wir nun den Umweltaspekt der Chemie, wenn der Prozess der Umweltverschmutzung stattfindet, der aufgrund seiner Nichtlinearität schädliche Auswirkungen auf den Menschen hat. Hier können wir eine ganze Reihe gesundheitsschädlicher Faktoren hervorheben: chemische Verunreinigung des Bodens und die daraus resultierende Gefahr von Produkten, chemische Verschmutzung von Luft, Wasser und andere umweltgefährdende Auswirkungen. In diesem Fall sollte man den anthropogenen Charakter verschiedener Arten der Verschmutzung der Atmosphäre, Hydrosphäre und Lithosphäre berücksichtigen. „Der Mensch ist der natürliche und Hauptverschmutzer des Planeten“, betont J. Bockris. Die Umweltentwicklung verlief lange Zeit harmonisch. Das Leben eines Organismus im Entwicklungsprozess war dem Ganzen untergeordnet und entsprach den chemischen Prozessen, die um ihn herum abliefen. Bis zum heutigen Jahrhundert hatte der Mensch keinen nennenswerten Einfluss auf die im Entwicklungsprozess ausgeglichene ökologische Situation. Die Störung dieser Harmonie, mit der der Mensch derzeit konfrontiert ist, ist eine Folge der zunehmenden Menge an Chemikalien und anderen Industrieanlagen, die in Wasser und Luft gelangen. In der Atmosphäre finden photochemische Prozesse statt, durch die Schadstoffe verarbeitet und das Gleichgewicht wiederhergestellt wird. Allerdings seit Beginn des 20. Jahrhunderts. Der Mensch hat so viele Schadstoffe in die Atmosphäre freigesetzt, dass sie die natürlichen Prozesse zur Wiederherstellung des Gleichgewichts stören.“ Die chemische Verschmutzung der Umwelt hat erhebliche Auswirkungen auf das Leben und Verhalten des Menschen, da sie seinem Körper erheblichen Schaden zufügt.
Es ist seit langem bekannt, dass das menschliche Verhalten und die damit verbundene Gesundheit und Pathologie durch die chemische Beschaffenheit der Umwelt bestimmt werden. Die selektive Auswahl chemischer Stoffe liegt der Suche nach Arzneimitteln zur Behandlung verschiedener Krankheiten, darunter auch psychischer, zugrunde. Es sind viele Substanzen bekannt, die das normale menschliche Verhalten stören und beispielsweise zu Drogenabhängigkeit führen können. Sie stellen jedoch nur einen sehr kleinen Teil der großen Vielfalt an Chemikalien dar, die biochemische Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben. Schließlich beeinflussen Chemikalien, unabhängig davon, wie sie in den menschlichen Körper gelangen, den Ablauf biochemischer Prozesse im Körper. Dies liegt zum einen an den Gesetzen der Entstehung von Biosystemen auf unserem Planeten – im Laufe der chemischen Evolution war eine der frühesten großen Veränderungen der Übergang von einer reduzierenden zu einer oxidierenden Atmosphäre, in der die für uns charakteristischen Biosysteme entstehen Die Zeit begann sich zu entwickeln. Die Harmonie einer solchen Evolution zeigt sich deutlich in „... einer Einheit, die eine biochemische Evolution impliziert, die viel komplexer ist und viel früher stattgefunden hat als die biologische Evolution, die uns allen so unterschiedliche Formen, Phänomene und Verhaltensmuster bei Pflanzen und Tieren bescherte.“ Welt." Folglich bestimmte die äußere chemische Umgebung die Natur der Organismen, die während der Evolution überlebten.
Zweitens hängt das Überleben von Organismen mit der entwickelten Fähigkeit des Organismus zur Fortpflanzung zusammen. Die Entschlüsselung des DNA-Codes – des wichtigsten genetischen Materials, das von Generation zu Generation weitergegeben wird – hat gezeigt, dass die Entwicklung eines Individuums auf molekularer Ebene reguliert wird und durch eine Vielzahl biochemischer Reaktionen erfolgt. Dann wird deutlich, dass alle anderen Eigenschaften des Körpers (anatomische, elektrophysiologische, Verhaltenseigenschaften usw.) in gewissem Sinne von biochemischen Prozessen abhängen. Dies erklärt, warum die Gesundheit und Pathologie des menschlichen Körpers in erster Linie von biochemischen Faktoren beeinflusst wird und warum die Auswirkungen der äußeren chemischen Umgebung am bedeutendsten sind.
Es versteht sich von selbst, dass sich im Laufe der Evolution die Fähigkeit des Biosystems herausgebildet hat, als Ganzes auf Umwelteinflüsse zu reagieren, von der der körperliche Zustand des Individuums abhängt. Der Hauptgrund für die Veränderung dieses Zustands eines Menschen ist die neurochemischen Prozesse, die im Nervensystem, insbesondere im Zentralnervensystem, ablaufen und deren feine Organisation die Durchführung vieler solcher Prozesse ermöglicht. Das menschliche Gehirn enthält bekanntlich etwa 100 Milliarden Neuronen; es ist ein neuronales Netzwerk, das ein Fraktal ist, d. h. hat Nichtlinearität. Und der menschliche Körper selbst ist ein dynamisches nichtlineares System, daher ist die Verbindung zwischen dem menschlichen Zustand und der äußeren chemischen Umgebung in ihrer allgemeinsten Form nichtlinear. Die Ergebnisse von Experimenten zur Identifizierung von Zusammenhängen zwischen Verhaltensempfindlichkeit und akuten Veränderungen in der chemischen Umgebung bei Störungen des Normalzustands des Körpers zeigen eine nichtlineare (exponentielle) Beziehung (Verbindung) zwischen dem Zustand des Körpers und der exogenen chemischen Substanz. Im Allgemeinen spielt es keine Rolle, wie Chemikalien in den menschlichen Körper gelangen – somatisch, durch Inhalation, durch die Haut oder Schleimhaut, durch Injektion oder Implantation; Die Hauptsache ist, dass sie einen nichtlinearen Einfluss auf den Zustand des menschlichen Körpers haben. Dies ist für Methoden zur Überwachung und Reinigung der Umwelt von chemischer Verschmutzung von nicht geringer Bedeutung, damit eine Person ihre Tätigkeiten normal autorisieren und ausführen kann.
Der in der modernen Chemie stattfindende Übergang vom Design von Molekülen zur Schaffung molekularer Maschinen verdient eine philosophische Betrachtung. Unter Chemie versteht man jene Bereiche des Grundwissens, die die Synthese und Untersuchung von Molekülen ermöglichen, was bedeutet, dass sich die Chemie als Zweig der Naturwissenschaften mit der Untersuchung der Materie auf der Ebene ihrer molekularen Organisation befasst. Dieser Forschungsbereich scheint ergebnisoffen, und tatsächlich ist er es auch. Der Chemiekatalog enthält Hunderttausende Moleküle natürlichen Ursprungs, deren Struktur in Laboren entschlüsselt wurde, und bis heute sind zu dieser Zahl mehr als 15 Millionen von Chemikern synthetisierte Moleküle und Substanzen hinzugekommen, die in der Natur nicht vorkommen. Die von Chemikern entwickelte Synthesemethodik, Methoden zur Untersuchung der Molekülstruktur und ihrer Transformationen (und zu den neuesten davon gehören beispielsweise die Rastertunnelmikroskopie und die Laser-Femtosekundenspektroskopie, bei denen eine räumliche und zeitliche Auflösung auf der Ebene der Größen von erreicht wird einzelne Atome und ihre Bewegungen über verschwindend kleine Zeiträume in 10-15 s) ermöglicht es Ihnen, die Geheimnisse der Struktur von Molekülen und ihrer verschiedenen Eigenschaften erfolgreich zu verstehen. Dies gilt selbst für die instabilsten von ihnen, die unter normalen Bedingungen in Millionstelsekunden zerfallen.
„Bedeuten diese Erfolge“, schreibt V.I. Minkin, dass die Chemie als Wissenschaft ihr Problem bereits gelöst hat und dass dieser Prozess selbst, obwohl ihre Fähigkeit, neue Moleküle in noch größeren Mengen zu produzieren, unbegrenzt bleibt, immer mehr zur Routine wird? Tatsächlich ist es mittlerweile beispielsweise möglich, Peptide (niedermolekulare Proteine) automatisch zu synthetisieren. Eine solche Einschätzung des allgemeinen Standes der chemischen Wissenschaft (einer Wissenschaft, deren Gesetze für das Verständnis der lebenden und unbelebten Natur gleichermaßen wichtig sind) wäre voreilig. Und überhaupt nicht originell.“ Tatsächlich erklärte Nobelpreisträger Paul Dirac bereits 1929 mit der Entdeckung der Quantenmechanik: „Die grundlegenden physikalischen Gesetze, die für die mathematische Theorie eines Teils der Physik und der gesamten Chemie notwendig sind, werden somit vollständig bekannt, und die Schwierigkeit liegt nur darin.“ Tatsache ist, dass die genaue Anwendung dieser Gesetze zu Gleichungen führt, die zu komplex sind, um sie zu lösen.“ Diese These von Dirac stand im Mittelpunkt breiter Diskussionen unter Physikern, Chemikern sowie Anhängern und Gegnern der Philosophie des Reduktionismus. In vielen Monographien und Lehrbüchern zur theoretischen und physikalischen Chemie wird diese Aussage des Klassikers der Wissenschaft wiedergegeben, wobei der Schwerpunkt auf der Unrealisierbarkeit der Vorhersage liegt. Offensichtlich drückte Dirac seinen Gedanken als eine Art Übertreibung aus, um die außerordentliche Bedeutung der neuen Theorie der Mikrowelt hervorzuheben. Die Postulate der Quantenmechanik selbst und die daraus resultierenden Konsequenzen erwiesen sich als richtig, und wie bereits gezeigt wurde, kann die vollständige Schrödinger-Gleichung selbst für die einfachsten Moleküle nicht exakt gelöst werden, für mittelgroße Moleküle jedoch gute Näherungen zu exakten Lösungen erfordern eine Supercomputer-Betriebszeit von mehreren Tagen. Wir können sagen, dass die Methoden der Quantenmechanik hauptsächlich das Tempo des wissenschaftlichen Fortschritts bestimmen, nicht jedoch die Art der wissenschaftlichen Kreativität. Es ist bekannt, dass kreative Dinge von Natur aus irrational sind und nicht auf logische, deduktive Weise abgeleitet werden können – andernfalls könnte jede Person, die die Logik beherrscht, wissenschaftliche Entdeckungen machen (in diesem Fall wäre Wissenschaft einfach nicht nötig). Darüber hinaus sollten wir nicht vergessen, dass das Periodensystem der Elemente und die Theorie der molekularen Struktur organischer Verbindungen lange vor der Entstehung der Prinzipien der Quantenmechanik und sogar vor der Entdeckung des Elektrons von Chemikern erstellt wurden.
Es ist bekannt, dass die Wahl der Richtungen für die wissenschaftliche Forschung von zwei Faktoren bestimmt wird: der Forderung gesellschaftlicher Bedürfnisse und dem inneren Drang des Forschers, neue Phänomene und Muster zu entdecken und in die Geheimnisse der Natur einzudringen. In verschiedenen Phasen der gesellschaftlichen Entwicklung ändern sich je nach erreichtem Wissensstand Trends in der wissenschaftlichen Forschung und Prioritäten bei der Wahl der Ziele. In der Chemie der 60er-80er Jahre lag der Forschungsschwerpunkt auf der Untersuchung der Feinstruktur von Molekülen, Reaktionsmechanismen und intramolekularer Dynamik. Im letzten Jahrzehnt ist das Interesse an Objekten und Zielen mit zunehmender Komplexität deutlich hervorgetreten – die Untersuchung und Modellierung der Funktionen biologisch wichtiger molekularer Systeme sowie die Schaffung neuer High-Tech-Materialien aus Elementen im Nanometerbereich. Dieser Trend spiegelt den Übergang von der Untersuchung einzelner Moleküle und ihrer kleinen Moleküle zur Untersuchung der Struktur von Eigenschaften und Transformationen ziemlich großer Molekülaggregate wider, dem gezielten Aufbau organisierter molekularer Ensembles mit dem Ziel, einzigartige molekulare Maschinen zu schaffen, d. h. molekulare Geräte, bei denen in einzelnen Molekülbestandteilen induzierte Veränderungen kooperative Prozesse im gesamten System verursachen (K. Drexler). Solche Geräte können verwendet werden, um eine Energieart in eine andere umzuwandeln, Lichtenergie zu akkumulieren, Informationen aufzuzeichnen, zu speichern und zu übertragen, molekulares Computing usw. „Das Design solcher Geräte ist ein Bereich“, betont V. I. Minkin, „der mit bezeichnet wird.“ der Begriff Molekulartechnik.“ .
Für die Chemie bleibt der Himmel weit offen, denn sie ist sowohl eine Kunst als auch eine Wissenschaft. Kunst, natürlich dank der Schönheit ihrer Objekte, aber auch aufgrund ihres Wesens, dank ihrer Fähigkeit, ihre Objekte, sich selbst, ihre eigene Zukunft endlos zu erfinden und zu erschaffen. Wie ein Künstler verkörpert ein Chemiker die Früchte seiner eigenen Vorstellungskraft in materiellen Bildern. Steine, Klänge, Worte selbst enthalten nicht die aus ihnen geschaffenen Werke eines Bildhauers, Komponisten oder Schriftstellers. Ebenso erschafft der Chemiker aus den ihm von der Natur zur Verfügung gestellten Elementen neue Moleküle, neue Materialien und neue Eigenschaften. Er erschafft wirklich neue Welten, die nicht existierten, bis sie aus den Händen eines Chemikers kamen, so wie ein Material erst aus den Händen eines Meisters die Kraft und Ausdruckskraft eines Kunstwerks erlangt. Dies wurde in seiner Kreation von Oposte Rodin perfekt zum Ausdruck gebracht.
Die Chemie hat dieses kreative Potenzial. Wie Marcel Berthelot: „Die Chemie selbst erschafft ihre Objekte.“ Sie erschafft nicht nur Objekte, sie erschafft den Gegenstand ihrer Forschung. Es existiert zunächst nicht, es wird im Prozess der Forschung erfunden und geschaffen. Es wartet nicht nur darauf, entdeckt zu werden, es wartet darauf, erschaffen zu werden. Die Essenz der chemischen Wissenschaft fand ihren vollen Ausdruck in den Worten des Künstler-Wissenschaftlers Leonardo da Vinci: „... wo die Natur aufhört, ihre eigenen Objekte zu erschaffen, übernimmt der Mensch und erschafft, unter Verwendung natürlicher Materialien und mit Hilfe der Natur, unzählige neue Objekte...“ .
Das Wesen der Chemie liegt nicht nur in Entdeckungen, sondern vor allem auch in Erfindungen, im kreativen Schaffen. Ein Chemiebuch muss nicht nur gelesen, sondern auch geschrieben werden; Die Partitur der Chemie muss nicht nur aufgeführt, sondern komponiert werden. Die philosophische Bedeutung der modernen Chemie liegt darin, dass sie die Konstruktion neuer Substanzen und Materialien ermöglicht, die in der belebten Natur nicht vorkommen, und dies wiederum eine neue Dimension in den Sinn der menschlichen Existenz einführt. Denn Objekte supramolekularer chemischer Kreativität versprechen, sehr komplex und vielfältig zu sein, wodurch ganze chemische Galaxien entstehen können. Wie wir wissen, dient Kreativität der Suche nach dem Sinn unseres Lebens und befriedigt das höchste Bedürfnis nach Selbstverwirklichung.
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Umweltaspekte des Chemieunterrichts in der Schule
Einführung
In unseren schwierigen Zeiten. Als die Chemie als Wissenschaft zum gesellschaftlichen Außenseiter wurde. Wir müssen sowohl den Inhalt des Fachs als auch die Lehrmethoden überdenken und nicht nur die Schwerpunkte, sondern auch die Prioritäten ändern, um die Chemophobie zu überwinden.
Die Hauptfragen des Kurses sollten sowohl von der Bedeutung des Wissenserwerbs für die Entwicklung der Intelligenz der Studierenden als auch von der Relevanz dieses Wissens im wirklichen Leben einer Person und in ihrer praktischen Tätigkeit bestimmt werden. Unter diesem Gesichtspunkt sind Fortschritte in der chemischen Ausbildung notwendig, da es ohne sie unmöglich ist, die objektiven Bedürfnisse der Gesellschaft nach einer breiten Nutzung der Errungenschaften der chemischen Wissenschaft und Industrie zu befriedigen.
Das Konzept des modernen schulischen Chemieunterrichts basiert auf den Prinzipien der Humanisierung, Individualisierung und Differenzierung der Bildung, wobei Umweltaspekten, der Entwicklung der Gesamtkultur, der Stärkung der Gesundheit von Schulkindern und der Steigerung ihrer Umweltkompetenz große Aufmerksamkeit geschenkt wird.
Aktuelle Themen.
Die Chemie als eines der grundlegenden Wissensgebiete bestimmt maßgeblich die Entwicklung anderer wichtiger Bereiche der Wissenschaft und Technik. Es ist bekannt, dass ohne Chemie, chemische Prozesse und chemische Produkte keine einzige Produktion, kein einziger Zweig der modernen Wirtschaft und des sozialen Bereichs existieren kann.
Es ist sicherzustellen, dass die Studierenden die praktische Bedeutung der Chemie und ihren Zusammenhang mit dem Alltag verstehen. Sie müssen von der Möglichkeit überzeugt sein, durch Chemie Antworten auf andere „Warum“ aus dem Bereich ihrer Lebens- und Produktionsinteressen zu finden. Es ist besonders wichtig, die Frage der grundlegenden „chemischen“ Vorbereitung der Menschen zu klären, da heute fast jeder von uns mit Substanzen in Kontakt kommt, die dem Menschen schaden können. Allerdings sind sich nicht viele Verbraucher, die Medikamente, Kosmetika und Parfüme, Farbstoffe, Kunststoffe, Düngemittel, Fasern, verschiedene Arten von Kraftstoffen usw. verwenden, der mit der Verwendung verbundenen Gefahren bewusst. Dieser Widerspruch verursacht viele Probleme, die den Menschen widerfahren. Leider wird in den meisten Schulen die aktive pädagogische Arbeit mit Schülern zur Charakterisierung der grundlegenden Eigenschaften chemischer Verbindungen im Alltag und in der Produktion, insbesondere im Hinblick auf ihre Auswirkungen auf die Umwelt, äußerst schwach und unregelmäßig durchgeführt. Grundsätzlich erhalten die Studierenden nur allgemeine theoretische Ideen, die nicht an die Lebenswirklichkeit und insbesondere an Umweltthemen angepasst sind.
Eine negative Einstellung gegenüber der Chemie führt zu Unfähigkeit, sich an das zivilisierte, moderne Leben anzupassen, und zu Umweltanalphabetismus, was nicht nur zu Benachteiligungen bei der Bildung von Schulkindern, sondern auch bei der Herstellung von Umweltzeitbomben führt. Dies wird den Konflikt zwischen Mensch und Natur nur vertiefen.
In den letzten Jahren wurden in einer Reihe von Wissenschafts- und Bildungszentren in verschiedenen Ländern Arbeiten im Zusammenhang mit der chemisch-ökologischen Ausbildung begonnen, die jedoch häufig deklarativer Natur waren.
Meine Aufgabe sehe ich darin, den Studierenden den Wunsch zu wecken, sich Wissen anzueignen; Stellen Sie sicher, dass der Lernprozess selbst sie fesselt. trug zur Entwicklung der kognitiven Aktivität und des Interesses am Thema bei. Zu diesem Zweck beziehe ich die Berücksichtigung umwelt- und valeologischer Fragestellungen in den Lehrplan des Chemiestudiums ein. Dieses Programm zielt darauf ab, bei den Schülern naturwissenschaftliche Vorstellungen über die Welt um sie herum und ihre Gesetze, humanistische Beziehungen und umweltbewusstes Verhalten sowie die intellektuelle moralische Verbesserung der Schüler zu entwickeln. Der Inhalt des Programms bereitet Kinder auf eine bewusste Wahrnehmung des chemischen Weltbildes vor und bietet die Umsetzung eines ganzheitlichen Prinzips, d. h. es erfordert von den Studierenden die Anwendung von Kenntnissen und Fähigkeiten aus verschiedenen Fächern des natürlichen Kreislaufs. Die Relevanz der Arbeit beruht auf einer Reihe von Problemen, die in der Überwindung der bekannten Abstraktheit des Fachgebiets Chemie, der Voreingenommenheit bei seiner Bewertung und der Beziehung chemischer Konzepte zu den Umweltaspekten des realen menschlichen Lebens bestehen.
Ziele und Zielsetzungen der Arbeit:
Berücksichtigung der Grundprinzipien einer umweltfreundlicheren Chemieausbildung;
Analyse von Formen und Methoden (Techniken) der Bildung einer ökologischen Kultur im Chemieunterricht;
Merkmale der Rolle des Menschen im Prozess der Erkenntnis, Transformation und Nutzung der Natur.
Die praktische Bedeutung der Arbeit liegt darin, dass sie methodische Studien zu Umweltkommentaren zu den Hauptinhalten des Chemiestudiums enthält und es ermöglicht, die Gesetze der Chemie anhand konkreter Umweltbeispiele zu beherrschen; Betrachtung von Methoden zur Entwicklung eines bewussten Umgangs mit der Natur, umweltbewusstes Verhalten bei ungünstigen Umweltbedingungen.
Die Ergebnisse der Umsetzung der Arbeiten am Lyzeum Nr. 4 zeigten ihre Wirksamkeit und ihren praktischen Wert und steigerten das Interesse der Studierenden an Themen des natürlichen und ökologischen Kreislaufs; ermöglichte es, verschiedene Ansätze zur Berücksichtigung der Nutzung chemischer Errungenschaften in praktischen menschlichen Aktivitäten und zur Bedeutung der angewandten Natur chemischen Wissens zu überdenken.
Genehmigung der Arbeit. Die wichtigsten Ergebnisse der Arbeit wurden in den pädagogischen Räten des Lyzeums Nr. 4 und in den Sitzungen des wissenschaftlichen und methodischen Rates der Abteilung für natürlichen und ökologischen Kreislauf des Lyzeums berichtet und diskutiert. Bei einem Seminar für Schulleiter im Kominternowski-Bezirk wurde gemeinsam mit einem Physiklehrer eine Lektion zum Thema „Wärmekraftmaschinen und Umweltschutz“ gehalten, die auf den physikalischen, chemischen und ökologischen Aspekten des Problems basierte. Basierend auf den Materialien der Arbeit wurden Artikel in der Sammlung „Bildung Woroneschs um die Jahrhundertwende“ veröffentlicht. Bildungsbereich „Naturwissenschaften“. Chemie „Am Rande von zwei Jahrtausenden, an der Wende von zwei Jahrhunderten.“
KAPITEL 1
Der Stand des Problems der Ökologisierung des Chemieunterrichts in
Wissenschaft und Praxis.
1.1. Die Notwendigkeit, Umwelterziehung in weiterführenden Schulen einzuführen, und ihre Grundprinzipien.
Unter den modernen Problemen, mit denen die Weltgemeinschaft konfrontiert ist, sticht eines besonders hervor: das Problem der Verschlechterung der Qualität der menschlichen Umwelt. Es ist globaler Natur und beunruhigt Menschen aller Länder. Das erste Land, das die negativen Auswirkungen der chemischen Verschmutzung der natürlichen Umwelt zu spüren bekam, war Japan. In diesem Land werden über 80 % des Territoriums direkt von der Industrieproduktion beeinflusst. Die Japaner waren die ersten, die über das Problem des „Kogai“ sprachen, was die Gefahr von Schäden durch Umweltverschmutzung bedeutet. Bald stießen auch andere Länder auf dieses Problem. Die Zunahme der Umweltverschmutzung ist sichtbar und löst bei den Menschen emotionale Kritik aus. Normalerweise richten sich die Hauptbeschwerden der Bevölkerung gegen die Chemie. Mittlerweile ist die chemische Industrie in Bezug auf die Umweltverschmutzung dem Kraftstoff- und Energiekomplex, dem Kraftverkehr, der Eisen- und Nichteisenmetallurgie und sogar der Industrie deutlich unterlegen. Die ungünstigste Situation war in den letzten Jahren die Verschmutzung der Atmosphäre der Stadt Woronesch mit Benzopyren, das in Autoabgasen und Staub enthalten ist und dessen Anteil bei nicht standardmäßigen Laboranalysen täglich 15 bis 20 % beträgt. Eine ökologische und geochemische Untersuchung der Bodenbedeckung ergab, dass die Situation hinsichtlich der Bodenbelastung mit Blei und Zink sehr ungünstig ist. Der Anteil unbefriedigender Analysen von Bodenproben beträgt in der Gesamtstadt 19,3 bzw. 15,5 %, im rechtsrheinischen Industrieteil der Stadt steigt dieser Wert auf 40-46 %. Mittlerweile sind diese Inhaltsstoffe konkrete Indikatoren für eine Zunahme der Erkrankung bei Kindern. Unter den Kinderkrankheiten in Woronesch überwiegen Atemwegserkrankungen (65 %), deren Ausmaß den ähnlichen russischen Durchschnitt für die gesamte Stadt um das 1,2-fache übersteigt. Um eine erhöhte Kontrolle zu verhindern, sind auch Neoplasien und angeborene Anomalien erforderlich, deren räumliche Unterschiede in der Höhe zuverlässig mit der Intensität der Umweltverschmutzung korrelieren.
Es wurden Zusammenhänge zwischen Formaldehydkonzentrationen in der Atmosphäre und der Erkrankung Asthma bronchiale sowie hohen Staubkonzentrationen in der Atmosphäre mit Blutkrankheiten festgestellt. Lungenentzündung wird häufiger in Gebieten mit hohem Blei- und Kohlenmonoxidgehalt festgestellt. Mit zunehmender Intensität der Luftverschmutzung kommt es bei Kindern zu deutlichen Veränderungen der hämatologischen Parameter und einem entsprechenden Anstieg der Morbidität.
Unter den gegenwärtigen Bedingungen ist eine objektive Analyse der Gründe für die Zunahme der Umweltverschmutzung und die Zunahme von Katastrophen im Zusammenhang mit der unkontrollierten Ausbreitung chemischer Verbindungen technischen oder biologischen Ursprungs erforderlich. Es ist schwierig, eine solche Analyse durchzuführen, es lassen sich jedoch zwei Hauptaspekte des Gesamtproblems identifizieren. Der erste Aspekt betrifft die Bereiche Politik und Soziologie und betrifft Widersprüche in der wirtschaftlichen Entwicklung.
Der zweite Aspekt hängt mit der Bereitschaft der Person selbst zusammen, die Errungenschaften der Naturwissenschaften im Produktions- und Haushaltsbereich zu nutzen.
Eine lockere, rein technokratische Haltung gegenüber der Natur und völlige Unkenntnis der Umwelt haben zu einer Reihe von Katastrophen mit irreversiblen Folgen geführt. Die Tatsachen der monströsen Umweltverschmutzung sind sehr beredt und werden von der Bevölkerung scharf verurteilt. Aufgetretene Rückfälle wurden jedoch selten analysiert und meist nur aus emotionaler Sicht beurteilt. So entstand Chemophobie. Inzwischen zeigt eine strenge Betrachtung der Umstände, dass die auftretenden Umweltschäden in der Regel nicht durch die Besonderheiten der Chemie, sondern nur durch die geringe Qualifikation und die nicht immer angemessene Moral der Arbeiter bestimmt werden.
Die Hauptursache aller genannten Probleme, abgesehen von Planungs- und Konstruktionsfehlern, sind langjährige Versäumnisse im Chemieunterricht an weiterführenden Schulen und als Folge davon der Mangel an chemischen Kenntnissen in der Bevölkerung. Es entsteht ein auffallender Widerspruch; Alle Menschen gehen systematisch mit Chemikalien und Prozessen um, aber nur wenige können ihr Handeln mit Verständnis korrigieren. Allerdings ist zu beachten, dass man im Chemieunterricht sowohl die negativen Aspekte menschlicher Eingriffe in die natürliche Umwelt als auch Möglichkeiten zur Optimierung anthropogener Einflüsse auf diese klar und überzeugend aufzeigen kann.
Es bedarf sorgfältiger Arbeit, um das menschliche Bewusstsein in Bezug auf Umweltmanagement und Bildung zu verändern und eine Umweltkultur zu schaffen.
Die Strategie des Umweltmanagements, die auf der Idee der Macht des Menschen und seines Wachstums über die Natur im Zeitalter der wissenschaftlich-technischen Revolution basierte und lange Zeit unerschütterlich schien, entpuppte sich tatsächlich nur als Strategie des „Apfelbaumideologie unseres Verhältnisses zur Natur“, die viel Arbeit erfordert, um das Bewusstsein der Menschen wieder aufzubauen, es zu begrünen. Das Bewusstsein für diese Situation trug zur Formulierung ernsthafter Aufgaben bei, sowohl im praktischen Bereich als auch im Bereich der wissenschaftlichen Grundlagenforschung. Vertreter verschiedener Wissenschaften, nicht nur der Naturwissenschaften, sondern auch der Geisteswissenschaften, begannen, Umweltprobleme zu untersuchen. Dies liegt daran, dass neben der Notwendigkeit, eine neue Strategie für das Umweltmanagement zu entwickeln und grundlegend neue Industrietechnologien zu schaffen, auch die Aufgabe einer ökologischen Umstrukturierung des Bewusstseins der Menschen und einer umfassenden Propaganda des Umweltwissens notwendig geworden ist.
Die Hauptsache ist die Umsetzung der getroffenen Entscheidungen, die letztendlich von uns selbst, unserem Wissen, unseren Überzeugungen und unserem Willen abhängt. Hier brauchen wir ein grundlegend neues ökologisches Denken, eine Überwindung der Konsumpsychologie in Bezug auf die Natur. Die Gesellschaft muss die Grundgesetze der Entwicklung der Natur kennen, Wege zur Lösung von Problemen finden, lernen, Entscheidungen in Situationen moralischer Wahl und Prognose zu treffen, also die gesamte Kette vom Umweltwissen über Umweltdenken bis hin zu umweltgerechtem Verhalten durchlaufen.
Die Bildung einer hohen ökologischen Kultur ist möglich, sofern die Inhalte der schulischen Bildung folgende Elemente umfassen: ein Wissenssystem über das Zusammenspiel von Gesellschaft und Natur; legen Wert auf Umweltorientierungen; ein System von Normen und Regeln für den Umgang mit der Natur, die Fähigkeit und Fertigkeiten, sie zu studieren und zu schützen.
Umweltbildung und -erziehung ist eine der Hauptaufgaben der Schule.
1.2. Inhalte der Umweltbildung im Chemieunterricht.
Umweltbildung und Umweltbildung sind zwei Schwerpunkte im Zusammenhang mit der Bildung von Einstellungen zur Natur. Bei der Umwelterziehung richtet sich die Aufmerksamkeit des Lehrers auf den Prozess der Übertragung und Assimilation der gesammelten Erfahrungen in Umweltbeziehungen durch die Schüler und bei der Umwelterziehung auf die Bildung angemessener Persönlichkeitsqualitäten. Das ultimative Ziel der Umwelterziehung und -erziehung ist dasselbe – die Bildung optimaler Beziehungen zwischen einem Menschen und seiner Umwelt. Im Rahmen eines einzigen pädagogischen Prozesses umgesetzt. Im Wesentlichen liegt das Endziel viel tiefer. Es besteht darin, Bedingungen für die intellektuelle, persönliche und soziale Entwicklung der Studierenden zu schaffen, ihnen ein Gefühl der persönlichen Verantwortung für den Zustand der Umwelt und den Wunsch zu vermitteln, das Wesen und die Widersprüchlichkeit der laufenden Veränderungen in der ökologischen Entwicklung unseres Landes tief zu verstehen Planet
Das System des Umweltwissens sollte einen Wendepunkt im Bewusstsein der Menschen, ihrer Weltanschauung und Einstellung gegenüber natürlichen Ressourcen darstellen. Die Ökologie ist zum Zeichen des modernen Entwicklungsstandes der universellen menschlichen Kultur geworden. Ziel der Umweltbildung ist daher die Bildung einer Umweltkultur. Das Konzept der ökologischen Kultur umfasst Wissen und Fähigkeiten, den Grad der moralischen und ästhetischen Entwicklung der Weltanschauung, Methoden und Formen der Kommunikation zwischen Menschen
Die Inhalte der Umweltbildung sind so reichhaltig und vielfältig, dass sie nicht im Rahmen eines oder mehrerer Fächer entwickelt werden können. Daher sprechen Lehrer über den interdisziplinären Charakter der Umwelterziehung, die vielfältigen Möglichkeiten fast aller akademischen Fächer und die besondere Bedeutung jedes einzelnen für die Bildung der Umweltkultur der Schüler. Ein Beispiel hierfür ist die Umsetzung von Umweltwissen in der Grundschule, nicht nur im Studiengang „Naturgeschichte“, sondern auch in den neuen Lehrplänen der Schulfächer. Ziel der zu entwickelnden Lehrveranstaltungen ist es, alle Studierenden in den Prozess der umfassenden Welterkenntnis einzubeziehen und den allgemeinen Wissensstand zu erhöhen. Bei neuen Studiengängen wird den Themen Vorrang eingeräumt, die derzeit von größerer Bedeutung sind und auch in den nächsten Jahrzehnten relevant bleiben.
Ein interdisziplinärer Ansatz erfordert die Definition der Funktion jedes Fachs im allgemeinen System der Umwelterziehung, die Hervorhebung interdisziplinärer Verbindungen und die Verallgemeinerung interdisziplinärer Ansätze, die die Integrität aller akademischen Disziplinen bilden, die durch das Ziel vereint sind, die Welt um sie herum zu verstehen. Die Inhalte wissenschaftlicher Disziplinen erfordern eine interdisziplinäre Koordination und schrittweise Integration relevanten Wissens.
Umweltbildung ist untrennbar mit der Kenntnis der dialektischen Natur des Zusammenspiels der Elemente im System „Mensch-Gesellschaft-Natur“ verbunden. Die Reflexion dieser Dreieinigkeit stellt den Kern dar, der es in den Inhalten der Allgemeinbildung ermöglicht, auf der Ebene interzyklischer Zusammenhänge die Welt der Natur und die Welt der Menschen als ein Ganzes sichtbar zu machen.
Das Modell der Umweltbildung umfasst nicht nur eine inhaltliche Struktur, sondern auch die Rahmenbedingungen zur Zielerreichung.
https://pandia.ru/text/78/141/images/image002_5.gif" width="612" height="372">Faktoren der Umwelterziehung, die den verantwortungsvollen Umgang von Schülern mit der Natur bestimmen.
Der jüngeren Generation sollte klar gemacht werden, dass der aktuelle Zustand der Umwelt die gleiche Gefahr für die Menschheit darstellt wie ein Atomkrieg. Der einzige Unterschied besteht darin, dass Umweltprobleme heimtückischer sind... Eine gefährliche Täuschung ist die Hoffnung, dass die Menschheit aufhören kann, die Welt um uns herum zu zerstören, wenn sie einer ökologischen Zerstörung nahe kommt. Es wird spät sein! Das ist die ganze Heimtücke des Problems.
Intelligente, subtile Umwelterziehung und die Bildung neuer Generationen ist die Kraft, die die getakteten Pfeile des monströsen Mechanismus, der die Zerstörung unseres Planeten bedroht, immer noch einfrieren und zurückdrehen kann. .
Das Wissen über das Wesen der Welt um uns herum fungiert als integrierendes Bindeglied in den Fächern des natürlichen Kreislaufs, und dem Chemieunterricht kommt eine wichtige Rolle bei der Ökologisierung der Bildung zu.
Neben der Beherrschung der Grundlagen der Grundlagenwissenschaften, einschließlich ihrer Sprache, der wichtigsten Fakten, Konzepte, Theorien und Gesetze, sollten zugängliche Verallgemeinerungen des ideologischen Charakters des Chemieunterrichts dazu beitragen: die Entwicklung und intellektuelle Verbesserung des Einzelnen; Bildung von umweltgerechtem Verhalten bei Schülern, einer vernünftigen Einstellung zu sich selbst, den Menschen und der natürlichen Umwelt; Entwicklung eines Verständnisses für die gesellschaftliche Notwendigkeit der Entwicklung der Chemie, Entwicklung der Einstellung der Studierenden zur Chemie als möglichem Bereich zukünftiger praktischer Tätigkeit.
Die Auswahl von Umweltmaterialien zur Aufnahme in Chemielehrpläne sollte unter Berücksichtigung didaktischer Grundprinzipien erfolgen. Die Hauptkriterien sind wissenschaftlicher Charakter, Zugänglichkeit für das Studium, logische Verknüpfung mit den Inhalten des Studienfachs, die eine pädagogisch fundierte Auswahl von Fragen zu den chemischen Aspekten der Ökologie ermöglicht, Entwicklung von Inhalten und Methoden zu deren Erforschung im Chemieunterricht.
Welchen Stellenwert nimmt der Chemieunterricht im Gesamtsystem der Umweltbildung ein?
Traditionell besteht das Hauptziel des Chemieunterrichts darin, dass der Schüler in die Welt der Substanzen (sowohl natürlicher als auch künstlicher) eingeführt wird, um den Grundstein für das Verständnis der Ursachen ihrer Vielfalt zu legen und nicht nur ein allgemeines Verständnis davon zu entwickeln die Gewinnungsmethoden und Einsatzgebiete von Stoffen, aber auch praktische Fertigkeiten im Umgang damit. Unzureichende Informationen über die biologische Rolle von Substanzen und ihre schädlichen Auswirkungen auf den menschlichen Körper und die Umwelt haben zu einer weiteren pädagogischen Herausforderung geführt
Chemieunterricht - auf der Grundlage grundlegender chemischer Kenntnisse, um systematisches Wissen über die chemischen Aspekte der Ökologie und Umweltprobleme zu bilden. Dieses System umfasst Kenntnisse über die Stoffe der belebten Natur, über die Wechselwirkungen, die mit der Manifestation des Lebens in der Pflanzen- und Tierwelt verbunden sind, über die chemischen Beziehungen von Organismen untereinander und mit der Umwelt, über die Wechselwirkung anthropogener Faktoren auf den Menschen sich selbst und alle Lebewesen
Das System ökologischer und chemisch-ökologischer Konzepte im Chemieunterricht umfasst Fragen des Stoffkreislaufs in der Natur, Veränderungen und Umwandlungen von Energie in der Biosphäre, die Berücksichtigung der umweltbildenden Funktionen der Materie und damit globale Probleme sowie integrative Eigenschaften von Ökosystemen , wie das Vorhandensein von Nährstoffen und deren chemische Umwandlung; Selbstheilung von Ökosystemen, anthropogene Veränderungen in Ökosystemen; Umsetzung von Mustern der Interaktion von Organen mit der Umwelt in der praktischen menschlichen Tätigkeit, im Umweltschutz; Gesetze zur Erhaltung von Materie und Energie, die Einheit der materiellen Welt; Widersprüche im Zusammenspiel von Gesellschaft und Natur, die Entwicklung der Gesellschaft auf Kosten der natürlichen Ressourcen.
Ökologie und Chemie ergänzen sich. Die Einführung der Prinzipien der Thermodynamik in die Ökologie führte zur Entstehung der Produktionsenergieökologie, die die Muster der Energieflussdissipation in Nahrungsketten untersucht. Ein Blick auf die Vielfalt der Umweltbeziehungen durch das Prisma der anorganischen Chemie zeigt ein breites Spektrum an Phänomenen, die durch den menschlichen Einfluss auf die Biosphäre und die unbelebte Natur verursacht werden. Ein wichtiger Bestandteil der Nebenprozesse auf dem Planeten sind die globalen Kreislauf- und Umwandlungsvorgänge, die Grundelemente wie Kohlenstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Schwefel und Phosphor durchlaufen. Viele anorganische Verbindungen können und haben bereits Auswirkungen
vom Klima des Planeten und dem Zustand seiner Atmosphäre, von der Qualität der natürlichen Umwelt, in der die Menschen leben, und folglich von der Gesundheit der Menschen
Im Rahmen der anorganischen Chemie ist es von Interesse, nicht nur auf anthropogene Verformungen natürlicher Stoffkreisläufe und die Nutzung von Umweltqualität zu achten, sondern auch auf die Suche nach Lösungen für sozioökologische Probleme: Energie, Rohstoffe, usw. Zum Beispiel die Aussichten der Wasserstoffenergie; die Rolle von Sauerstoff und Ozon bei der Sicherung des Lebens auf der Erde; Metalle in der Biosphäre und im menschlichen Körper usw.
Prozesse im Bereich der organischen Chemie spielen eine große Rolle in den Umweltbeziehungen. Organische Verbindungen bilden die Grundlage des Teils der Biosphäre, der „lebende Materie“ genannt wird. Das Leben des Menschen als biologische Individuen wird durch komplexe Umwandlungen organischer Substanzen im menschlichen Körper und den Stoffwechsel mit der Umwelt bestimmt. Schließlich ist das Überleben der Menschheit heute ohne den weit verbreiteten Einsatz organischer Dinge im Alltag, in der Medizin, Industrie, Landwirtschaft usw. unmöglich.
Das Verständnis der Rolle organischer Substanzen bei der Existenz und Entwicklung des komplexen Soziobiosphärenkomplexes der Erde als Ganzes und ihrer Hauptteile ist ein wichtiger Aspekt der chemischen Lesart der modernen Wirtschaftswissenschaften.
Ökologische Errungenschaften bilden die Grundlage für die Lösung einer Reihe drängender Probleme unserer Zeit. Insbesondere mit Daten aus der Ökologie
Die Logik eines gesunden Lebensstils: spirituellen Bedürfnissen Vorrang vor materiellen geben und sich um die Erhaltung der körperlichen Gesundheit kümmern. Ein solcher Mensch wird sich in Zukunft bei seiner beruflichen Tätigkeit von den Grundsätzen ökologischer und moralischer Imperative leiten lassen können (15, S. 3).
Wenden wir uns dem Problem der Organisation des Chemieunterrichts im Gymnasium zu. Auf dem Weg der Umgestaltung des Fachunterrichts und der Schaffung eines Umweltbildungssystems für Schüler stößt der Lehrer auf gewisse Schwierigkeiten. Erstens ist in der Gesellschaft Chemophobie entstanden, die dazu führt, dass Kinder das Thema zunächst verachten. Zweitens die Abstraktheit des Themas selbst.
Die Hauptsache ist, Ihre eigene Weltanschauung (grün) zu verändern und sich Ihrer Verantwortung (menschlich und beruflich) bewusst zu werden, eine umweltbewusste junge Generation vorzubereiten. Es ist notwendig, systematisch über die Errungenschaften der Chemie im Umweltschutz zu informieren.
1.3. Überprüfung literarischer Quellen zur Umweltbildung.
Der an modernen Gymnasien unterrichtete Chemiekurs löst die Probleme der Umwelterziehung und -erziehung nicht vollständig. Umweltthemen werden deklarativ dargelegt, nicht eingehend untersucht und nur skizziert. Allerdings können Aktivitäten zur Untersuchung des Einflusses chemischer Prozesse und chemischer Verbindungen auf die Umwelt die systematische Untersuchung dieser Fragestellungen nicht vollständig ersetzen.
Chemie ist eines der wichtigsten Fächer, auf deren Grundlage Dialektik entsteht – materialistische Vorstellungen über die Welt um uns herum.
Nach dem aktuellen Programm verfügen Absolventen der IX. Klasse über ein sehr unvollständiges, bruchstückhaftes Verständnis der Chemie, da in den Klassen X-XI Fragen der organischen und allgemeinen Chemie studiert werden. Unter Berücksichtigung der Differenzierung der Ausbildung im Gymnasium kann es sein, dass viele Schüler überhaupt kein Chemiestudium absolvieren, was zu einer völligen Unkenntnis einer Reihe lebenswichtiger Fragen führt und die menschliche Existenz in der modernen Welt erschwert, da beispielsweise Schulabsolventen es nicht verstehen , die Ursachen der schädlichen Auswirkungen menschlicher Wirtschaftstätigkeit auf Flora und Fauna sowie die Biosphäre insgesamt und andere ähnliche Fragen.
Daher ist es notwendig, das Chemiestudium und damit auch das Chemiestudium insgesamt radikal zu verändern.
In der Abteilung für Lehrmethoden für Fächer des natürlichen und mathematischen Zyklus der Moskauer Staatlichen Fachhochschule wurde ein neues Chemiekursprogramm „Ökologie und Dialektik“ entwickelt und auf dieser Grundlage ein Experiment an zwanzig Schulen in Moskau und Moskau durchgeführt die Region Moskau. Seine Besonderheit besteht darin, dass Absolventen der IX. Klasse auf dieser Grundlage ein allgemeines Verständnis der chemischen Wissenschaft als Ganzes sowie aller ihrer Abschnitte erwerben. Auf der Grundstufe, die mit der neunten Klasse endet, werden die Schüler mit der Rolle und dem Stellenwert der Chemie in der modernen menschlichen Wirtschaftstätigkeit, ihren Auswirkungen auf die Umwelt und Möglichkeiten zur Überwindung der negativen Auswirkungen praktischer menschlicher Aktivitäten auf Flora, Fauna und den menschlichen Körper vertraut gemacht mit dem Einsatz chemischer Produktion verbunden.
In diesem Programm wird viel Wert auf die Durchführung chemischer Experimente, die Verwendung verschiedener wichtiger chemischer Verbindungen in der menschlichen Praxis und ihre Auswirkungen auf die Umwelt und den menschlichen Körper gelegt. Durch die Kenntnis chemischer Verbindungen und chemischer Phänomene entwickeln die Studierenden eine besondere Einstellung gegenüber der menschlichen Umwelt,
Es wird eine Grundlage für ein korrektes Verständnis der Umweltprobleme geschaffen, ohne die die Menschheit in der modernen Welt nicht existieren kann; Es entsteht eine Vorstellung von der Komplexität der Inkonsistenz verschiedener, auch chemischer Prozesse, die es ermöglicht, auf dieser Grundlage auf Erkenntnissen aus anderen Kursen des natürlichen und mathematischen Kreislaufs ein dialektisch-materialistisches Verständnis der umgebenden Tätigkeit zu bilden. Gleichzeitig soll dieser Chemiestudiengang auch die Probleme der Ausbildung von Fachkräften lösen – sowohl Chemikern als auch Menschen, die für die erfolgreiche Umsetzung ihrer beruflichen Aufgaben tiefe Kenntnisse der Chemie benötigen. Es soll eine Grundlage für solides chemisches Wissen schaffen, auf deren Grundlage ein höheres Maß an Wissen und Verständnis der Chemie in den Klassen X – XI der Sekundarschule gebildet werden kann. In diesem Studiengang wird die Durchführung eines differenzierten Unterrichts unter Berücksichtigung der Besonderheiten der Beherrschung chemischer Kenntnisse sowohl durch Studierende mit einem geringeren Bildungsniveau im Lehrstoff als auch durch Studierende mit recht hohem Grundverständnis der Chemie vorausgesetzt.
Das entwickelte Programm „Ökologie und Dialektik“ geht von einer tiefen Beziehung zu Biologie, Physik, Geographie und anderen in der Schule studierten Disziplinen aus, die es den Schülern ermöglichen wird, ein ganzheitliches Verständnis der Welt um sie herum zu entwickeln.
Allerdings ist dieses Programm auf eine vertiefte Auseinandersetzung mit dem Fach mit einem Propädeutikkurs in der 7. Klasse ausgelegt und nur für Fachschulen bzw. Fachklassen geeignet. Nach ihm benannte Spezialisten der Moskauer Staatlichen Pädagogischen Universität. N Zvereva und eine Reihe integrierter Kurse wurden entwickelt: „Biosphäre und Mensch“, „Ökologie und Zivilisation“, ein ökologisierter Chemiekurs; „Von Thema zu Thema.
Das Programm des integrierten Studiengangs „Biosphäre und Mensch“ richtet sich an Studierende an Gymnasien und weiterführenden Facheinrichtungen der Geisteswissenschaften. Dieser Ansatz ist umso relevanter, als in der geisteswissenschaftlichen Ausbildung in jüngster Zeit eine zunehmende Tendenz besteht, Lehrveranstaltungen in den Naturwissenschaften, vor allem in der Chemie, zu reduzieren. Durch die Integration naturwissenschaftlichen Wissens können wir das Problem lösen, eine ganzheitliche Wahrnehmung der Welt um uns herum zu entwickeln, Interesse an der chemischen Wissenschaft zu entwickeln und chemisches Wissen auf einem guten Niveau zu entwickeln.
Der Zweck dieses Kurses besteht darin, das Bewusstsein der Studierenden zu schärfen und den Unterricht bekannter zu machen. Leitgedanken des Kurses: Der Mensch ist die Ursache von Umweltproblemen, und nur der Mensch kann sie lösen; Integrität und Vielfalt der Welt. Der Schwerpunkt liegt auf dem Studium der Natur selbst, der Vielfalt der Organisationsebenen des Lebens, der Entwicklung sowohl der organischen Welt als auch der Beziehung zwischen Mensch und Natur.
Der Kurs „Biosphäre und Mensch“ ist jedoch sehr spezifisch und wird in den Klassen X-XI als eigenständiges Spezialfach ausgewiesen. Allerdings hat nicht jede Schule zusätzliche Stunden im Lehrplan, um diesen Kurs einzuführen.
schlug einen ökologisierten Studiengang „Ökologie und Zivilisation“ vor, der eindeutig interdisziplinären Charakter hat und philosophisch-historische, sozialmoralische, biologische, geografische und physikalisch-chemische Aspekte von Umweltproblemen umfasst.
Im Rahmen der Umweltbildung und -erziehung wird Propädeutik in den Klassenstufen I-VII in Form des Studiums der Kurse „Die Welt um Sie herum“ (Klassen I-II), „Naturwissenschaften“ (Klassen I-IV) und weiterführender Unterricht durchgeführt Wissen über natürliche Objekte, einige Muster der Entwicklung der Natur und Fakten über anthropogene Auswirkungen auf die Umwelt sammeln; Schulkinder unterrichten
Kov-Analyse und Modellierung einfacher Situationen. In dieser Phase ist die Ökologisierung akademischer Disziplinen in Kombination mit problematischen Wahlfächern, Vereinsarbeit und lokalgeschichtlicher Arbeit der effektivste Weg.
Im Prozess des Chemieunterrichts in den Klassenstufen VIII und IX ist es wichtig, die Probleme des Schutzes der Umwelt vor chemischer Belastung zu berücksichtigen. Der Studiengang Ökologisierte Chemie basiert auf Vorstellungen über den Zusammenhang zwischen Zusammensetzung, Struktur, Eigenschaften und biologischer Funktion von Stoffen; ihre doppelte Rolle in der belebten Natur; biologische Austauschbarkeit chemischer Elemente und die Folgen dieses Prozesses für Organismen; Gründe für die Störung biogeochemischer Kreisläufe; die Rolle der Chemie bei der Lösung von Umweltproblemen.
In der letzten Ausbildungsstufe (Klasse X_XI) wird die Verbesserung der chemischen Kenntnisse im Rahmen der Beherrschung des Studiengangs Organische und Allgemeine Chemie fortgesetzt. Sein Inhalt ermöglicht es uns, Vorstellungen über die Manifestation chemischer Gesetze in natürlichen Prozessen zu entwickeln; ökologische Muster wie Zyklizität und Kontinuität des Stoffaustauschs zwischen den Bestandteilen der Biosphäre verstehen.
Ökologischer Chemiekurs X-Klasse. wird durch einen Wahlpflichtkurs „Chemie und Umweltschutz“ ergänzt, der die chemischen Aspekte von Umweltproblemen auf lokaler, regionaler und globaler Ebene behandelt. Ein integraler Bestandteil dieses Kurses ist ein Laborworkshop, bei dem studentische Forschungsaktivitäten zur Untersuchung der anthropogenen Auswirkungen auf natürliche Objekte organisiert werden.
Die akademische Disziplin „Ökologie und Zivilisation“ wurde parallel zum Chemiestudium in den Klassen X und XI eingeführt (14, S. 43).
Aufgrund der Integration dieser Kurse werden die Programme in mehreren Fächern und von mehreren Lehrkräften durchgeführt.
Für die Klassenstufen VIII – XI wurde ein Programm eines umweltfreundlichen Chemiekurses vorgeschlagen: von Thema zu Thema. Sein Hauptaugenmerk liegt auf diesen Phänomenen -
Lenyas, die Anlass zu ernsthafter Sorge um den Zustand der natürlichen Umwelt und die Zukunft der Zivilisation geben: globale Erwärmung, Abbau der atmosphärischen Ozonschicht, saurer Regen, Anreicherung giftiger Schwermetalle und Pestizide im Boden, Kontamination großer Gebiete mit Radionukliden, Erschöpfung der natürlichen Ressourcen des Planeten.
Die Natur befindet sich in ihrer natürlichen Entwicklung im dynamischen Gleichgewicht;
Die unmittelbare Folge der Interaktion zwischen Mensch und Natur sind Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Bestandteile der Umwelt, die zu einer Verschiebung des natürlichen Gleichgewichts führen;
Chemisches Wissen ist ein integraler Bestandteil des Wissens über die Grundlagen des Naturschutzes, der rationellen Nutzung natürlicher Ressourcen und der sinnvollen Umgestaltung der Umwelt durch den Menschen.
Die Rolle der Chemie bei der Lösung von Umweltproblemen ist im gegenwärtigen Stadium von Bedeutung:
A) Untersuchung der Zusammensetzung, Struktur, Eigenschaften, wie sich dieser oder jener Stoff in der Atmosphäre, im Boden, in Gewässern verhält, welche Auswirkungen er und die Produkte seiner Umwandlungen auf biologische Themen haben;
B) Durch die Aufdeckung der Mechanismen biogeochemischer Prozesse im natürlichen Kreislauf der Elemente trägt die Chemie dazu bei, das Problem des natürlichsten und „schmerzlosesten“ Eintritts der industriellen Produktion in natürliche Kreisläufe zu lösen und sie zu einem Teil jedes Ökosystems zu machen.
C) Einsatz verschiedener Methoden der chemisch-analytischen Überwachung des Zustands von Umweltobjekten oder der Qualität von Fertigprodukten in einer Reihe von Industrien (Chemie, Petrochemie).
, mikrobiologisch, pharmazeutisch) ermöglicht Ihnen die Chemie, die Informationen zu erhalten, die für die spätere Entscheidungsfindung zur Verhinderung des Eindringens schädlicher Stoffe erforderlich sind
Neue Substanzen in kontrollierte Objekte, Reinigung dieser Objekte, Methoden zu deren Schutz usw.
Ein ökologisierter Chemiestudiengang ermöglicht es, die besondere Rolle dieser Wissenschaft im Kampf gegen Umweltignoranz aufzuzeigen, die sich in der tief verwurzelten Vorstellung von der „Schuld“ der Chemie in der aktuellen Umweltsituation manifestiert, um Schüler für die Forschungsarbeit zu gewinnen den Zustand der natürlichen Umwelt zu untersuchen und ihnen ein Gefühl der persönlichen Verantwortung für deren Erhaltung zu vermitteln.
Der Wert dieses Programms liegt in der Tatsache, dass Umweltkonzepte in jedem Thema der Chemie eine Rolle spielen und das Wissen der Studierenden über grundlegende chemische Gesetze und deren Beziehung zum Zustand der Umwelt erweitern, vertiefen und systematisieren. Bei der Betrachtung eines chemischen Problems können Umweltaspekte entweder in Form einer kurzen Nachricht, eines Berichts im Unterricht, der Verteidigung eines Aufsatzes, der Durchführung eines Umweltexperiments oder der Lösung eines Umweltproblems dargestellt werden, das dabei hilft, die Gesetze der Chemie mithilfe spezifischer Umweltbedingungen zu beherrschen Beispiele.
A (MPGU benannt nach V.I. Lenin), (LGUU), Mu (MNPO „Sintez“), (MSU benannt nach..) haben Wahlfachprogramme zur Umwelterziehung für Schulkinder entwickelt: „Gesunder menschlicher Lebensstil in einer verschmutzten Biosphäre“, „Grundlagen der allgemeinen Ökologie und des Umweltschutzes“, „Ökologische Probleme der Region Leningrad“, „Biologische Rolle chemischer Elemente“. Diese Wahlfächer gewährleisten die Ausbildung des Wissenssystems der Studierenden (Umweltbewusstsein) mit Elementen der Umweltkultur (Wertorientierung der Studierenden an wissenschaftlich fundiertem Umweltmanagement). Für ein umfassenderes Studium der Grundlagen der Ökologie in Verbindung mit den Grundlagen der Chemie werden allgemeine Bildungszyklen mit allgemeinen Umweltthemen angeboten
Das Erledigen dieser Aufgaben steigert die Lernmotivation und erleichtert den Wissenserwerb.
Bei der Differenzierung nach Interessen kommt die Technik mit der kulturpädagogischen Lehrtechnik in Kontakt, was zur Humanisierung der Bildung beiträgt. Im Rahmen dieser Technologie gibt es eine Abteilung für Umweltkultur: Kennenlernen der Probleme der Erhaltung der Natur, der menschlichen Umwelt, der einzigartigen menschlichen Kultur: Pflege der Liebe zur Natur, vertieftes Studium der Geographie, Biologie und Chemie. Als spezifische, oft methodische und lokale Technologien können die Technologien der Umweltbildung eingesetzt werden, T. V. Kucher et al.
Um den Chemieunterricht umweltfreundlicher zu gestalten, nutzen sie auch Kollaborationstechnologien und Gruppentechnologien, die eine stimulierende Wirkung auf die Entwicklung des Kindes haben. Sie beinhalten Kommunikation, Interaktion, Informationsaustausch zwischen Studierenden und gegenseitiges Verständnis.
Der Lernprozess basiert auch auf alternativen Technologien und Technologien der Entwicklungspädagogik, basierend auf den Prinzipien der Anthroposophie, nach denen die Entwicklung der Lernfähigkeit einen Menschen zur Perfektion führt. Anthroposophie liegt der Waldorfpädagogik von R. Steiner zugrunde. Die Entwicklung intellektueller Fähigkeiten erfolgt mithilfe von Technologie und. Entwicklungspädagogik berücksichtigt und nutzt das Entwicklungsmuster, passt sich dem Niveau und den Eigenschaften des Kindes an (3, S. 80-83: S. 109: S. 119-122: S. 1516 S. 181)
Der Einsatz dieser Technologien ermöglicht es, die Persönlichkeit des Studierenden auf die Wahrnehmung von allem um ihn herum als interessierten Forscher auszurichten, der sich persönlich für die Folgen seiner Tätigkeit für andere Menschen und für die Natur verantwortlich fühlt.
Ich verwende Fragmente der oben genannten Technologien von N. P. Guzik, I. N. Zakatova, NT Suraveshnaya, TV Kucher, R. Steiner, DB Elkonin und V. V. Davydov bei der Durchführung von Umweltunterricht und außerschulischen Aktivitäten zu Umweltthemen.
2.2. Formen der Durchführung umweltpädagogischer Lehrveranstaltungen im Chemieunterricht.
Aus beruflicher Sicht reizen mich ungewöhnliche Formen der Unterrichtsdurchführung und die Berücksichtigung des Wissens der Studierenden, wie Probestunden, Seminarstunden, Konferenzstunden, der Einsatz von Didaktik-, Rollen- und Planspielen usw Elemente der Tetradition. Ich nutze das sich gegenseitig bereichernde Zusammenspiel naturwissenschaftlicher Disziplinen, um eine ganzheitliche Haltung gegenüber der Natur zu entwickeln und gesunde Lebensführungsstandards zu motivieren.
Um die Umweltorientierung der schulischen Bildung zu stärken, baue ich die Berücksichtigung von Umweltthemen in das Unterrichtsmaterial jedes Themas ein und überlasse den diensthabenden studentischen Ökologen das Wort, die wichtigsten Umweltprobleme im Rahmen dieses Themas hervorzuheben, was dies ermöglicht die umfassendste Nutzung des Umweltwissens zur Bildung einer fürsorglichen Haltung der Schüler gegenüber der Natur und ihrer Bereitschaft, aktive Maßnahmen zu ihrem Schutz zu ergreifen.
Mein pädagogisches Konzept zur Ökologisierung des Chemieunterrichts kommt einem ökologisierten Chemiestudium nahe: von Thema zu Thema. In meinem Unterricht nutze ich Umweltexperimente, Aufgaben bzw. Fragen und praktische Arbeiten mit Umweltbezug.
Bei der Untersuchung der Struktur und Eigenschaften von Übergangsmetallen leite ich eine Seminarlektion „Strukturmerkmale von D-Elementen und ihre Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit“. Die Methode dieser Lektion ist ein entwicklungs- und bildungsorientiertes Seminar.
Die Ziele des Unterrichts bestehen darin, das Wissen der Schüler über das periodische Gesetz, die Struktur von Atomen und den Zustand der Elektronen in Atomen zu verallgemeinern; Stärkung der Fähigkeiten zum Erstellen elektronischer Schaltkreise und Formeln sowie zum Vergleich chemischer Elemente durch chemische Elemente
Mikrofonaktivität; Kennenlernen der Schüler mit bestimmten Mustern, die das Vorkommen von Metallen in der Natur, ihre Toxizität und den Anteil ihrer Beteiligung am Stoffwechsel lebender Organismen bestimmen, basierend auf der Position der Elemente – Metalle im Periodensystem; Offenlegung der Ursachen der Umweltverschmutzung durch D-Elemente, Angabe der Hauptverschmutzungsquellen; Entwicklung der Fähigkeit von Schulkindern, die Folgen der Metallverschmutzung in der natürlichen Umwelt vorherzusagen und zu analysieren; Kennenlernen der Hauptrichtungen der Vermeidung von Umweltverschmutzung.
Als Motto für die Lektion wählte ich die Worte: „Wissenschaft ist nur dann von Nutzen, wenn wir sie nicht nur mit unserem Verstand, sondern auch mit unserem Herzen annehmen.“
Seminarplan
1) Position der d-Elemente im Periodensystem.
2) Merkmale der Struktur von Atomen von D-Elementen, ihre Eigenschaften.
3) d – Elemente und lebender Organismus.
4) Biologische Rolle und toxische Wirkung von D-Elementen.
5) Das Problem der Umweltverschmutzung durch Metalle und Wege zu seiner Lösung.
6) Finden von d-Elementen in der Natur. Mineralien mit D-Elementen in der Region Woronesch.
Zu Beginn des Unterrichts aktualisiere ich das Wissen und führe eine Einzel- und Frontalbefragung durch.
a) Einzelbefragung.
1. Arbeiten Sie mit Karten.
2. Welche Elemente werden D-Elemente genannt?
3. Charakterisieren Sie die Position der d-Elemente im Periodensystem.
4. Merkmale der Struktur von Atomen von D-Elementen; Auffüllen von Energieunterebenen mit Elektronen, das Phänomen des „Elektronenversagens“.
b) Frontalvermessung.
1. Geben Sie eine moderne Formulierung des Periodengesetzes an.
2. Welche physikalische Bedeutung haben die Seriennummer, die Gruppennummer und der Zeitraum des Elements?
3. Welche Quantenzahlen beschreiben den Zustand der Elektronen in einem Atom?
4. Welche Regeln liegen der Erstellung eines grafischen Diagramms der Struktur eines Atoms zugrunde?
5. Erstellen Sie grafische Diagramme und schreiben Sie elektronische Formeln für die Struktur der Atome der folgenden chemischen Elemente: Scandium, Eisen, Niob („Versagen“ eines Elektrons) (überprüfen Sie es anhand eines Horoskops).
Im zweiten Schritt bitte ich die Schüler, eine Textaufgabe mit drei Optionen zu lösen. Sie schreiben ihre Antworten auf mit Phenolphthalein getränktes Filterpapier und tropfen ihrer Meinung nach eine Alkalilösung an die gewünschte Stelle. Bei richtiger Antwort erscheint ein Farbsignal auf dem Papier.
Dies ermöglicht eine unmittelbare Beurteilung der Arbeit der Studierenden.
Die Besonderheit der Struktur der Atome der d-Elemente beruht auf dem Vorhandensein eines Überschusses an Valenzorbitalen und eines Mangels in ihnen
Philosophische Diskussionen in der modernen Naturwissenschaft zeichnen in gewisser Weise ein ungewöhnliches Bild, nämlich: Methodische und ideologische Probleme der Biologie und Physik, Synergetik und Astronomie, Genetik und Biotechnologie werden sehr aktiv diskutiert, ähnlichen Fragen der Chemie wird jedoch nicht viel Aufmerksamkeit geschenkt. Es kann sich herausstellen, dass die Chemie auf der Grundlage so grundlegender Verallgemeinerungen wie dem periodischen Gesetz, der Theorie der chemischen Struktur und der chemischen Thermodynamik weitreichende Möglichkeiten für das Studium und die Synthese von Millionen von Substanzen unbelebter und lebender Natur sowie für die Schaffung von eröffnet hat bisher unbekannte Verbindungen. Es scheint, dass sie vom Empirismus, der utilitaristischen Seite, mitgerissen wurde und sich nicht für die komplexen ideologischen und methodischen Probleme interessierte, mit denen sie konfrontiert war. „Die Chemie“, betont Yu.A. Zhdanov, „steht jedoch vor ihren eigenen komplexen und dringenden Problemen theoretischer und methodischer Natur, und ohne sie zu verstehen, werden nicht nur sie selbst, sondern auch eine Reihe anderer Wissenschaften nicht in der Lage sein, sich zu bewegen.“ produktiv voranzubringen.“
Betrachten wir nun den Umweltaspekt der Chemie, wenn der Prozess der Umweltverschmutzung stattfindet, der aufgrund seiner Nichtlinearität schädliche Auswirkungen auf den Menschen hat. Hier können wir eine ganze Reihe gesundheitsschädlicher Faktoren hervorheben: chemische Verunreinigung des Bodens und die daraus resultierende Gefahr von Produkten, chemische Verschmutzung von Luft, Wasser und andere umweltgefährdende Auswirkungen. In diesem Fall sollte man den anthropogenen Charakter verschiedener Arten der Verschmutzung der Atmosphäre, Hydrosphäre und Lithosphäre berücksichtigen. „Der Mensch ist der natürliche und Hauptverschmutzer des Planeten“, betont J. Bockris. Die Umweltentwicklung verlief lange Zeit harmonisch. Das Leben eines Organismus im Entwicklungsprozess war dem Ganzen untergeordnet und entsprach den chemischen Prozessen, die um ihn herum abliefen. Bis zum heutigen Jahrhundert hatte der Mensch keinen nennenswerten Einfluss auf die im Entwicklungsprozess ausgeglichene ökologische Situation. Die Störung dieser Harmonie, mit der der Mensch derzeit konfrontiert ist, ist eine Folge der zunehmenden Menge an Chemikalien und anderen Industrieanlagen, die in Wasser und Luft gelangen. In der Atmosphäre finden photochemische Prozesse statt, durch die Schadstoffe verarbeitet und das Gleichgewicht wiederhergestellt wird. Allerdings seit Beginn des 20. Jahrhunderts. Der Mensch hat so viele Schadstoffe in die Atmosphäre freigesetzt, dass sie die natürlichen Prozesse zur Wiederherstellung des Gleichgewichts stören.“ Die chemische Verschmutzung der Umwelt hat erhebliche Auswirkungen auf das Leben und Verhalten des Menschen, da sie seinem Körper erheblichen Schaden zufügt.
Es ist seit langem bekannt, dass das menschliche Verhalten und die damit verbundene Gesundheit und Pathologie durch die chemische Beschaffenheit der Umwelt bestimmt werden. Die selektive Auswahl chemischer Stoffe liegt der Suche nach Arzneimitteln zur Behandlung verschiedener Krankheiten, darunter auch psychischer, zugrunde. Es sind viele Substanzen bekannt, die das normale menschliche Verhalten stören und beispielsweise zu Drogenabhängigkeit führen können. Sie stellen jedoch nur einen sehr kleinen Teil der großen Vielfalt an Chemikalien dar, die biochemische Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben. Schließlich beeinflussen Chemikalien, unabhängig davon, wie sie in den menschlichen Körper gelangen, den Ablauf biochemischer Prozesse im Körper. Dies liegt zum einen an den Gesetzen der Entstehung von Biosystemen auf unserem Planeten – im Laufe der chemischen Evolution war eine der frühesten großen Veränderungen der Übergang von einer reduzierenden zu einer oxidierenden Atmosphäre, in der die für uns charakteristischen Biosysteme entstehen Die Zeit begann sich zu entwickeln. Die Harmonie einer solchen Evolution zeigt sich deutlich in „... einer Einheit, die eine biochemische Evolution impliziert, die viel komplexer ist und viel früher stattgefunden hat als die biologische Evolution, die uns allen so unterschiedliche Formen, Phänomene und Verhaltensmuster bei Pflanzen und Tieren bescherte.“ Welt." Folglich bestimmte die äußere chemische Umgebung die Natur der Organismen, die während der Evolution überlebten.
Zweitens hängt das Überleben von Organismen mit der entwickelten Fähigkeit des Organismus zur Fortpflanzung zusammen. Die Entschlüsselung des DNA-Codes – des wichtigsten genetischen Materials, das von Generation zu Generation weitergegeben wird – hat gezeigt, dass die Entwicklung eines Individuums auf molekularer Ebene reguliert wird und durch eine Vielzahl biochemischer Reaktionen erfolgt. Dann wird deutlich, dass alle anderen Eigenschaften des Körpers (anatomische, elektrophysiologische, Verhaltenseigenschaften usw.) in gewissem Sinne von biochemischen Prozessen abhängen. Dies erklärt, warum die Gesundheit und Pathologie des menschlichen Körpers in erster Linie von biochemischen Faktoren beeinflusst wird und warum die Auswirkungen der äußeren chemischen Umgebung am bedeutendsten sind.
Es versteht sich von selbst, dass sich im Laufe der Evolution die Fähigkeit des Biosystems herausgebildet hat, als Ganzes auf Umwelteinflüsse zu reagieren, von der der körperliche Zustand des Individuums abhängt. Der Hauptgrund für die Veränderung dieses Zustands eines Menschen ist die neurochemischen Prozesse, die im Nervensystem, insbesondere im Zentralnervensystem, ablaufen und deren feine Organisation die Durchführung vieler solcher Prozesse ermöglicht. Das menschliche Gehirn enthält bekanntlich etwa 100 Milliarden Neuronen; es ist ein neuronales Netzwerk, das ein Fraktal ist, d. h. hat Nichtlinearität. Und der menschliche Körper selbst ist ein dynamisches nichtlineares System, daher ist die Verbindung zwischen dem menschlichen Zustand und der äußeren chemischen Umgebung in ihrer allgemeinsten Form nichtlinear. Die Ergebnisse von Experimenten zur Identifizierung von Zusammenhängen zwischen Verhaltensempfindlichkeit und akuten Veränderungen in der chemischen Umgebung bei Störungen des Normalzustands des Körpers zeigen eine nichtlineare (exponentielle) Beziehung (Verbindung) zwischen dem Zustand des Körpers und der exogenen chemischen Substanz. Im Allgemeinen spielt es keine Rolle, wie Chemikalien in den menschlichen Körper gelangen – somatisch, durch Inhalation, durch die Haut oder Schleimhaut, durch Injektion oder Implantation; Die Hauptsache ist, dass sie einen nichtlinearen Einfluss auf den Zustand des menschlichen Körpers haben. Dies ist für Methoden zur Überwachung und Reinigung der Umwelt von chemischer Verschmutzung von nicht geringer Bedeutung, damit eine Person ihre Tätigkeiten normal autorisieren und ausführen kann.
Der in der modernen Chemie stattfindende Übergang vom Design von Molekülen zur Schaffung molekularer Maschinen verdient eine philosophische Betrachtung. Unter Chemie versteht man jene Bereiche des Grundwissens, die die Synthese und Untersuchung von Molekülen ermöglichen, was bedeutet, dass sich die Chemie als Zweig der Naturwissenschaften mit der Untersuchung der Materie auf der Ebene ihrer molekularen Organisation befasst. Dieser Forschungsbereich scheint ergebnisoffen, und tatsächlich ist er es auch. Der Chemiekatalog enthält Hunderttausende Moleküle natürlichen Ursprungs, deren Struktur in Laboren entschlüsselt wurde, und bis heute sind zu dieser Zahl mehr als 15 Millionen von Chemikern synthetisierte Moleküle und Substanzen hinzugekommen, die in der Natur nicht vorkommen. Die von Chemikern entwickelte Synthesemethodik, Methoden zur Untersuchung der Molekülstruktur und ihrer Transformationen (und zu den neuesten davon gehören beispielsweise die Rastertunnelmikroskopie und die Laser-Femtosekundenspektroskopie, bei denen eine räumliche und zeitliche Auflösung auf der Ebene der Größen von erreicht wird einzelne Atome und ihre Bewegungen über verschwindend kleine Zeiträume in 10-15 s) ermöglicht es Ihnen, die Geheimnisse der Struktur von Molekülen und ihrer verschiedenen Eigenschaften erfolgreich zu verstehen. Dies gilt selbst für die instabilsten von ihnen, die unter normalen Bedingungen in Millionstelsekunden zerfallen.
„Bedeuten diese Erfolge“, schreibt V.I. Minkin, dass die Chemie als Wissenschaft ihr Problem bereits gelöst hat und dass dieser Prozess selbst, obwohl ihre Fähigkeit, neue Moleküle in noch größeren Mengen zu produzieren, unbegrenzt bleibt, immer mehr zur Routine wird? Tatsächlich ist es mittlerweile beispielsweise möglich, Peptide (niedermolekulare Proteine) automatisch zu synthetisieren. Eine solche Einschätzung des allgemeinen Standes der chemischen Wissenschaft (einer Wissenschaft, deren Gesetze für das Verständnis der lebenden und unbelebten Natur gleichermaßen wichtig sind) wäre voreilig. Und überhaupt nicht originell.“ Tatsächlich erklärte Nobelpreisträger Paul Dirac bereits 1929 mit der Entdeckung der Quantenmechanik: „Die grundlegenden physikalischen Gesetze, die für die mathematische Theorie eines Teils der Physik und der gesamten Chemie notwendig sind, werden somit vollständig bekannt, und die Schwierigkeit liegt nur darin.“ Tatsache ist, dass die genaue Anwendung dieser Gesetze zu Gleichungen führt, die zu komplex sind, um sie zu lösen.“ Diese These von Dirac stand im Mittelpunkt breiter Diskussionen unter Physikern, Chemikern sowie Anhängern und Gegnern der Philosophie des Reduktionismus. In vielen Monographien und Lehrbüchern zur theoretischen und physikalischen Chemie wird diese Aussage des Klassikers der Wissenschaft wiedergegeben, wobei der Schwerpunkt auf der Unrealisierbarkeit der Vorhersage liegt. Offensichtlich drückte Dirac seinen Gedanken als eine Art Übertreibung aus, um die außerordentliche Bedeutung der neuen Theorie der Mikrowelt hervorzuheben. Die Postulate der Quantenmechanik selbst und die daraus resultierenden Konsequenzen erwiesen sich als richtig, und wie bereits gezeigt wurde, kann die vollständige Schrödinger-Gleichung selbst für die einfachsten Moleküle nicht exakt gelöst werden, für mittelgroße Moleküle jedoch gute Näherungen zu exakten Lösungen erfordern eine Supercomputer-Betriebszeit von mehreren Tagen. Wir können sagen, dass die Methoden der Quantenmechanik hauptsächlich das Tempo des wissenschaftlichen Fortschritts bestimmen, nicht jedoch die Art der wissenschaftlichen Kreativität. Es ist bekannt, dass kreative Dinge von Natur aus irrational sind und nicht auf logische, deduktive Weise abgeleitet werden können – andernfalls könnte jede Person, die die Logik beherrscht, wissenschaftliche Entdeckungen machen (in diesem Fall wäre Wissenschaft einfach nicht nötig). Darüber hinaus sollten wir nicht vergessen, dass das Periodensystem der Elemente und die Theorie der molekularen Struktur organischer Verbindungen lange vor der Entstehung der Prinzipien der Quantenmechanik und sogar vor der Entdeckung des Elektrons von Chemikern erstellt wurden.
Es ist bekannt, dass die Wahl der Richtungen für die wissenschaftliche Forschung von zwei Faktoren bestimmt wird: der Forderung gesellschaftlicher Bedürfnisse und dem inneren Drang des Forschers, neue Phänomene und Muster zu entdecken und in die Geheimnisse der Natur einzudringen. In verschiedenen Phasen der gesellschaftlichen Entwicklung ändern sich je nach erreichtem Wissensstand Trends in der wissenschaftlichen Forschung und Prioritäten bei der Wahl der Ziele. In der Chemie der 60er-80er Jahre lag der Forschungsschwerpunkt auf der Untersuchung der Feinstruktur von Molekülen, Reaktionsmechanismen und intramolekularer Dynamik. Im letzten Jahrzehnt ist das Interesse an Objekten und Zielen mit zunehmender Komplexität deutlich hervorgetreten – die Untersuchung und Modellierung der Funktionen biologisch wichtiger molekularer Systeme sowie die Schaffung neuer High-Tech-Materialien aus Elementen im Nanometerbereich. Dieser Trend spiegelt den Übergang von der Untersuchung einzelner Moleküle und ihrer kleinen Moleküle zur Untersuchung der Struktur von Eigenschaften und Transformationen ziemlich großer Molekülaggregate wider, dem gezielten Aufbau organisierter molekularer Ensembles mit dem Ziel, einzigartige molekulare Maschinen zu schaffen, d. h. molekulare Geräte, bei denen in einzelnen Molekülbestandteilen induzierte Veränderungen kooperative Prozesse im gesamten System verursachen (K. Drexler). Solche Geräte können verwendet werden, um eine Energieart in eine andere umzuwandeln, Lichtenergie zu akkumulieren, Informationen aufzuzeichnen, zu speichern und zu übertragen, molekulares Computing usw. „Das Design solcher Geräte ist ein Bereich“, betont V. I. Minkin, „der mit bezeichnet wird.“ der Begriff Molekulartechnik.“ .
Für die Chemie bleibt der Himmel weit offen, denn sie ist sowohl eine Kunst als auch eine Wissenschaft. Kunst, natürlich dank der Schönheit ihrer Objekte, aber auch aufgrund ihres Wesens, dank ihrer Fähigkeit, ihre Objekte, sich selbst, ihre eigene Zukunft endlos zu erfinden und zu erschaffen. Wie ein Künstler verkörpert ein Chemiker die Früchte seiner eigenen Vorstellungskraft in materiellen Bildern. Steine, Klänge, Worte selbst enthalten nicht die aus ihnen geschaffenen Werke eines Bildhauers, Komponisten oder Schriftstellers. Ebenso erschafft der Chemiker aus den ihm von der Natur zur Verfügung gestellten Elementen neue Moleküle, neue Materialien und neue Eigenschaften. Er erschafft wirklich neue Welten, die nicht existierten, bis sie aus den Händen eines Chemikers kamen, so wie ein Material erst aus den Händen eines Meisters die Kraft und Ausdruckskraft eines Kunstwerks erlangt. Dies wurde in seiner Kreation von Oposte Rodin perfekt zum Ausdruck gebracht.
Die Chemie hat dieses kreative Potenzial. Wie Marcel Berthelot: „Die Chemie selbst erschafft ihre Objekte.“ Sie erschafft nicht nur Objekte, sie erschafft den Gegenstand ihrer Forschung. Es existiert zunächst nicht, es wird im Prozess der Forschung erfunden und geschaffen. Es wartet nicht nur darauf, entdeckt zu werden, es wartet darauf, erschaffen zu werden. Die Essenz der chemischen Wissenschaft fand ihren vollen Ausdruck in den Worten des Künstler-Wissenschaftlers Leonardo da Vinci: „... wo die Natur aufhört, ihre eigenen Objekte zu erschaffen, übernimmt der Mensch und erschafft, unter Verwendung natürlicher Materialien und mit Hilfe der Natur, unzählige neue Objekte...“ .
Das Wesen der Chemie liegt nicht nur in Entdeckungen, sondern vor allem auch in Erfindungen, im kreativen Schaffen. Ein Chemiebuch muss nicht nur gelesen, sondern auch geschrieben werden; Die Partitur der Chemie muss nicht nur aufgeführt, sondern komponiert werden. Die philosophische Bedeutung der modernen Chemie liegt darin, dass sie die Konstruktion neuer Substanzen und Materialien ermöglicht, die in der belebten Natur nicht vorkommen, und dies wiederum eine neue Dimension in den Sinn der menschlichen Existenz einführt. Denn Objekte supramolekularer chemischer Kreativität versprechen, sehr komplex und vielfältig zu sein, wodurch ganze chemische Galaxien entstehen können. Wie wir wissen, dient Kreativität der Suche nach dem Sinn unseres Lebens und befriedigt das höchste Bedürfnis nach Selbstverwirklichung.