49. ПРИНЦИП САМООРГАНИЗАЦИИ

Кроме антропного принципа, современная космоло гия рассматривает принцип самоорганизации. Это принцип рассматривает возникновение живого. В длив шейся многие миллиарды лет эволюции выделяютс несколько качественно различных этапов. Вначал имеют место только физические процессы, наприме возникновение элементарных частиц и синтез все бо лее сложных атомных ядер. Объединение атомо в молекулы – это уже химия, а большие молекулы предпосылка зарождения жизни.

Космологи представляют всю эволюцию Вселен ной, включая возникновение жизни, человека и об щества, как некий единый процесс самодвижени! самоорганизации и самоусложнения материи. В ре зультате многочисленных исследований в науке сей час уже есть эскиз, черновой набросок объяснени всей эволюции: от изначального вакуума и космо логического большого взрыва (20 млрд лет назад до таких необычайно сложных продуктов адаптаци как логическое мышление, совесть и любовь. В ко нечном счете все приходит в мир путем самоорга низации и самоусложнения.

Одной из основных догм витализма было утверждение о том, что органическое вещество не может возникнуть вне организма. Отсюда вытекала невозможность возникновения живого из неживого, и проблема естественного происхождения жизни вообще снималась. Как известно, в 1824 г. Ф. Велеру удалось получить в лаборатории (вне организма) щавелевую кислоту, а четыре года спустя и карбамид (мочевину). В настоящее время многие тысячи органических соединений вырабатываются тысячами и миллионами тонн; современным школьникам кажется даже странным, что между органическим и неорганическим когда-то могла лежать пропасть.

Теперь происхождение генетического кода – ключевая проблема происхождения жизни, тогда как возникновение органического из неорганического – почти банальность.

Третий принцип функционирования Вселенной, рассматриваемый современной космологией в комплексе с антропным, на профессиональном жаргоне часто называют «водоуглеродным шовинизмом». Это связано в первую очередь с нашим химическим составом, причем роль углерода исключительна. Как известно, этот элемент образует раз в тридцать больше различных химических соединений, чем все остальные элементы, вместе взятые. Среди этого богатейшего ассортимента природе легче найти подходящие «строительные материалы» для живого, чем среди каких бы то ни было других имеющихся наборов. Мало того, углерод наиболее способен к образованию таких соединений, молекулы которых имеют сложное цепное и циклическое строение и могут участвовать в очень разнообразных превращениях. Все работает словно по заказу для создания наиболее сложных и пластичных «конструкций».

Что касается роли воды, то ее тоже трудно переоценить. Вода в природе – самый совершенный растворитель, а контакт и взаимодействие веществ между собой, необходимый для возникновения самоорганизующихся структур, осуществляется во многих отношениях наиболее совершенным образом в растворах.

Наша принадлежность к жизни водно-углеродного типа – огромное везение, наша уверенность в превосходстве такой формы жизни над работно-пленочнопылевидными (метало-кремниево-аммиачными и т. д.), по-видимому, имеет под собой весьма солидные основания.

50. МОДЕЛЬ НЕСВОБОДНОЙ ЧАСТИЦЫ И ЗАКОНЫ ДИНАМИКИ

Открытие явления радиоактивности и результаты опытов Резерфорда убедительно показали, что атомы не являются неделимыми простейшими частицами. Как было установлено, они состоят из электронов, протонов и нейтронов. В начале частицы, из которых построены атомы, считались неспособнымини к каким изменениям и превращениям. Поэтому их назвали элементарными частицами. Знакомство со свойствами этих трех частиц, наиболее распространенных в изученной части Вселенной, показало, что термин «элементарная частица» довольно условен.

Одна из этих частиц – нейтрон в свободном состоянии существует в среднем лишь около 15 мин, а затем самопроизвольно распадается на протон, электрон и нейтрино. Однако считать протон, электрон и нейтрино «настоящими» элементарными частицами, а нейтрон «ненастоящей» нельзя, так как каждая из этих частиц при взаимодействии с другими частицами и атомными ядрами может превращаться в другие частицы. Полное число параметров, определяющих свойства частицы, довольно велико. Важнейшими из них являются масса частицы, ее электрический заряд, спин и время жизни. Спином называется величина, дающая количественную характеристику вращательного движения частицы. Спин частицы (механический момент) у различных частиц может иметь различные значения, но все частицы одного типа имеют абсолютно одинаковые спины.

Любой из электронов обладает механическим моментом, равным 0,50272 ? 10-34Дж|с. Эта величина точности равна ?h(h = 6,626 ? 10-31Дж/с – постоянная Планка). Величина h принята за единицу спина.

Существует четыре типа взаимодействия между элементарными частицами – гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Гравитационные силы действуют между любыми частицами, электромагнитные – между заряженными. Примером сильного взаимодействия могут служить ядерные силы, связывающие в атомных ядрах протоны и нейтроны. Слабое взаимодействие обнаруживается в процессах, связанных с испусканием или поглощением нейтрино. В природе существует частица с массой, равной массе электрона, но заряженная положительно – позитрон. Электрон и позитрон, способные к совместному «рождению» в паре и к аннигиляции при встрече, назвали античастицами. Рождение электронно<позитронных пар и аннигиляция при встрече наглядно показывают, что две формы материи – вещество и поле – не являются резко разграниченными, возможны превращения материи из одной формы в другую. Античастица имеется у каждой элементарной частицы. Масса любой античастицы в точности равна массе соответствующей частицы, а электрический заряд равен по абсолютному значению заряду частицы и противоположен ему по знаку. Изучение свойств света показало, что он обладает сложной природой, сочетающей в себе волновые и корпускулярные свойства.

Полная энергия фотона (кванта света) может быть выражена через постоянную Планка и частоту электромагнитных колебаний: E = hv. С другой стороны, по закону взаимосвязи массы и энергии полная энергия фотона может быть выражена через его массу и скорость света: E = mc2. Из этих двух соотношений получаем:

v = mc2/h, ? = c/v = h/mc т. е. длина световой волны равна постоянной Планка, деленной на импульс фотона. Длина волны любого тела массой m, движущегося со скоростью v, определяется соотношением:

?= h/mv

51. СОХРАНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИ

Пусть на тело массой действует постоянная сила и векторы силы и перемещения направлены вдоль одной прямой в одну сторону. Работа силы в этом случае определяется как: A = Fs. Модуль силы по второму закону движения равен F = ma, а модуль перемещения при равноускоренном прямолинейном движении связан с модулями начальной и конечной скорости и ускорения выражением

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела.

Выражение для работы можно записать в виде:

A = Ek2 – Ek1. Работа равнодействующих сил, приложенных к телу, равна изменению кинетической энергии тела. Если начальная скорость движения тела равна нулю и тело увеличивает свою скорость до значения v, то работа силы равна конечному значению кинетической энергии тела:

Ek = mv2/2

При перемещении тела массой m вертикально вниз с высоты над поверхностью Земли до высоты под действием силы тяжести Fm = mg совершается работа A = Fs = mg(h1 – h2) При перемещении тела массой m вниз по наклонной плоскости сила тяжести совершает работу

A = mgs cos? = mgh

где h – высота наклонной плоскости, s – модуль перемещения, равный длине наклонной плоскости. Работа силы тяжести не зависит от траектории движения тела и всегда равна произведению модуля силы тяжести на разность высот в начальном и конечном положениях A = – (mgh 2 – mgh1). Физическую величину, равную произведению массы тела на модуль ускорения свободного падения и на высоту, на которую поднято тело над поверхностью Земли, называют потенциальной энергией тела Ep = mgh. Тело массой m, находящееся на глубине h от поверхности Земли, обладает отрицательной потенциальной энергией: Ep = – mgh. Работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии тела, взятого с противоположным знаком: A = – (Ep2 – Ep1). Работа силы тяжести на замкнутой траектории равна нулю.

Потенциальная энергия характеризует взаимодействующие тела, а кинетическая – движущиеся тела.

И потенциальная, и кинетическая энергии изменяются в результате такого взаимодействия тел, при котором действующие на тела силы совершают работу, отличную от нуля. Если несколько тел взаимодействуют между собой силами тяготения и упругости и никакие внешние силы на них не действую, то работа сил упругости или сил тяготения равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком: A = – (Ep2 – Ep1). Вместе с тем работа тех же сил равна изменению кинетической энергии: A = Ek2 – Ek1. Из сравнения равенств находим: Ek1 + Ep2 = Ek2 + Ep2.

Закон сохранения энергии в механических процессах: сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и упругости, остается постоянной. Сумма кинетической и потенциальной энергии тел называется полной механической энергией. Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной. При любых взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает, а только превращается из одной формы в другую

52. ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Все многообразие окружающей природы состоит из сочетаний сравнительно небольшого числа химических элементов.

Современное представление об элементах сформировалось после открытия Д. И. Менделеевым периодического закона.

Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым положительным зарядом ядра (заряд ядра равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева).

Разновидности одного и того же химического элемента, отличающиеся массой атомов, называются изотопами. Ядра атомов изотопов различаются числом нейтронов. Так, изотопами углерода являются 126C,136C,146C, водорода – 11H (протий), 21H= D (дейтерий) и 31H = T(тритий).

Дейтерий и тритий называются тяжелыми изотопами водорода. Если атом дейтерия или трития входит в состав молекул воды, то масса такой молекулы увеличивается и такая вода называется тяжелой водой. Масса ядра всегда меньше арифметической суммы масс протонов и нейтронов, входящих в его состав. Разность между этими величинами называется дефектом массы. Например, масса ядра гелия 24He (2p, 2п) равна 4,001506 а. с. м., а сумма масс протонов и нейтронов составляет 4,031882, т. е. дефект массы равен 0,030376 а. с. м.

Дефект массы – это энергия, которая выделяется при образовании ядра из свободных протонов и нейтронов. Ее можно вычислить из соотношения Эйнштейна E= mc2. Образование ядра из свободных частиц сопровождается выделением огромного количества энергии. Средняя энергия связи в ядре в миллионы раз превышает энергию связи. Поэтому при химических реакциях веществ ядро не изменяется.

При рассмотрении атомных масс элементов можно заметить, что почти у всех элементов атомные массы дробные. Это объясняется тем, что каждый элемент встречается в природе в виде разных изотопов. При подсчетах учитывается масса того или иного изотопа в земной коре. Относительная атомная масса, приведенная в таблице Д. И. Менделеева, является средней между атомными массами изотопов.

При изучении изотопии стали понятными некоторые отклонения последовательного возрастания относительных атомных масс элементов в Периодической системе. Например, уменьшение атомной массы от аргона (№ 18) к калию (№ 19) объясняется наличием у калия значительного процента легких изотопов, а у аргона – тяжелых. При подсчете средних массовых чисел получается, что у калия это число меньше, чем у аргона. Но величина зарядов ядер этих элементов убедительно подтверждает правильность их расположения в таблице Д. И. Менделеева.

В настоящее время известны более 100 химических элементов. Около 90 из них существуют в природе. Остальные получены искусственно с помощью ядерных реакций.

Распределение элементов в земной коре (средний химический состав земной коры по А. П. Виноградову) таково: кислород – 47,2 % массы земной коры, кремний – 27,6; алюминий – 8,80; железо – 5,1; кальций -3,6; натрий – 2,64; калий – 2,6; магний – 2,10, водород – 0,15 %.

Элементы распространены в земной коре очень неравномерно. Перечисленные 9 элементов составляют 99,79 % массы земной коры, все остальные – 0,21 %.

Распространенность элементов зависит от многих факторов, но в конечном счете определяется вероятностью ядерных реакций их образования и относительной устойчивостью отдельных изотопов.

53. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

В основе химии лежат периодический закон и Периодическая система Д. И. Менделеева. Периодическая система элементов является графическим (табличным) изобретением периодического закона.

В современной формулировке периодический закон звучит так: свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от зарядов их ядер.

Первый вариант таблицы предложил сам Д. И. Менделеев. Это так называемый вариант длинной формы (периоды располагаются одной строкой). В 1870 г. он опубликовал второй вариант периодической системы – короткую форму (периоды разбиваются на ряды, группы – на подгруппы).

Рассмотрим короткий вариант периодической системы. По горизонтали имеется 7 периодов, из которых первые три называются малыми, а остальные – большими. В 1-ом ряду находится 2 элемента, во 2-ом и 3-ем – по 8, в 4-ом и 5-ом – по 18, в 6-ом – 32, в незавершенном 7-ом – 21 элемент. Кроме 1-го, каждый период начинается с щелочного металла и заканчивается благородным газом.

Каждый элемент Периодической системы имеет свой порядковый номер. Номера элементов называются порядковыми, или атомными, номерами.

Свойства 2-го и 3-го периодов закономерно изменяются от типичного металла до благородного газа. Поэтому Д. И. Менделеев назвал их типическими. Закономерно изменяются в периодах и формы соединений элементов.

В системе 10 рядов. Малый период состоит из одного ряда, а большой период – из двух рядов: четного и нечетного. В четных рядах больших периодов (4-ом, 6-ом, 8-ом, 10-ом) находятся только металлы. В нечетных рядах больших периодов (5-ом, 7-ом, 9-ом)свойства элементов в ряду слева направо изменяются, как у типических элементов.

Степень окисления является основным признаком, по которому элементы больших периодов разделены на два ряда. Их одинаковые значения дважды повторяются в периоде с ростом атомных масс элементов. Формы соединений элементов также повторяются дважды.

В 6-ом периоде за лантаном располагаются по порядку 14 элементов с порядковыми номерами 58–71, называемых лантаноидами. Они помещаются отдельно внизу таблицы, а в клетке указан порядок их расположения La – Lu.

В 7-ом периоде 14 элементов с порядковыми номерами 90-103 составляют семейство актиноидов. Но горизонтальная аналогия у них выражена слабо. В Периодической системе по вертикали расположены 8 групп. Номер группы указывает на степень окисления элементов, которую они проявляют в соединениях. Как правило, номер группы показывает высшую положительную степень окисления. Группа в свою очередь делится на две подгруппы – главную и побочную. Главную подгруппу составляют типические элементы (2-ом и 3-ом периоды) и сходные с ними по химическим свойствам элементы больших периодов. Побочную подгруппу составляют только металлы (элементы больших периодов).

Периодическая система – это система элементов, а из элементов состоит вся живая и неживая природа. Поэтому периодический закон – основной закон природы. Открытие периодического закона оказало огромное влияние на развитие химии и не утратило значения по сей день. Основываясь на Периодической системе, Д. И. Менделеев впервые в истории химии успешно предсказал открытие новых элементов.

54. ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Химический процесс – это совокупность процессов, обеспечивающих условия протекания химической реакции. Включают процессы транспортировки реагентов к зоне реакции, продуктов реакции из зоны реакции и др.

Явления, в результате которых не происходит изменения состава ядер атомов, но одни вещества превращаются в другие, отличающиеся от исходных составом и свойствами, называются химическими. Существуют различия между физическими и химическими явлениями. При физических явлениях изменяются физическое состояние или форма веществ или образуются новые вещества за счет изменения состава ядер-атомов (ядерные реакции).

Все химические реакции классифицируют по различным признакам.

1. По признаку изменения числа реагентов и продуктов реакции делят на следующие типы: соединения, разложения, замещения и обмена. Реакции, в результате которых образуется одно новое вещество из двух или нескольких, называют реакциями соединения.

Реакцией разложения называется реакция, в результате которой из одного вещества образуется несколько новых веществ.

Реакцией замещения называется реакция между простыми и сложными веществами, в результате которой атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов сложного вещества.

Реакцией обмена называется реакция, в результате которой вещества обмениваются своими составными частями, образуя новые вещества.

2. По признаку выделения или поглощения теплоты. Те реакции, которые протекают с поглощением теплоты, называют экзотермическими:

N2(,)+O2(,)= 2NO(,), H0=180,8 кДж.

Реакции, протекающие с выделением теплоты, называют экзотермическими:

2H2 + O2 = 2H2O, H0 = – 571,6 кДж.

3. По признаку обратимости.

Обратимыми называют реакции, которые протекают во взаимно противоположных направлениях. Эти реакции характеризуются тем, что продукты прямой реакции могут взаимодействовать между собой, образуя исходные вещества (обратная реакция).

Необратимыми называют реакции, которые протекают только в одном направлении.

4. По признаку изменения степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ.

Степень окисления – это условный заряд атомов в соединении, вычисленный исходя из предположения, что оно состоит только из ионов.

Степень окисления равна нулю у свободных атомов и атомов, входящих в состав неполярных молекул (Си, H2, N2).

2K+1Cl+5O3-2= 2K+1Cl-1+ 3O20,

C0+ 2Cu+2O-2= C+4O2-2+ 2Cu0

Окислительно-восстановительными реакциями называют реакции, протекающие с изменением степеней окисления элементов.

Примеры реакций, протекающих без степени окисления атомов:

NaOH+HCl=NaCl+H2O,

N-3H3+1+ H+1Cl-1=N-3H4+1Cl-1

55. АТОМ И МОЛЕКУЛА КАК ЦЕЛОСТНЫЕ ОБЪЕКТЫ ХИМИИ

Атом (от греч. atomos – «неделимая частица») – наименьшая частица химического элемента, входящая в состав простых и сложных веществ.

До конца XIX в. атомы считались неземными. Но в 1896 г. французский химик А. Беккерель обнаружил испускание атомами урана неких лучей. Чуть позже в 1898 г. Мария и Пьер Кюри открыли, что такие же лучи излучают атомы радия и полония. Было обнаружено L-, B – и Y – излучения, которые наблюдались при радиоактивном распаде атомов.

Э. Резерфордпредложил ядерную модель строения атома (1981 г.). В этой модели атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются электроны. Позже Э. Резерфюрдввел понятие о положительно заряженной элементарной частице, которая входит в состав всех атомных ядер, – протоне; сделал предположение о существовании нейтрона – элементарной частицы, не имеющей электрического заряда. По современной протонно-нейтронной теории строения ядра атомов состоят из 2 протонов (A-Z) нейтронов. Z – это заряд ядра.

A = Z + N. A – это массовое число, т. е. число нейтронов и протонов, входящих в состав ядра элемента.

Масса протона равна 1,007277 а. е. м., масса нейтрона – 1,008665 а. е. м., а масса электрона – 0,0005486 а. е. м. Поэтому масса атома определяется массой его ядра. Так как атом является в целом электронейтральной системой, то заряд электронов равен заряду ядра. По современным представлениям атом – электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного атомного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Молекула – это наименьшая частица данного вещества, обладающая всеми его химическими свойствами. Химические свойства молекулы определяются ее составом и строением. Согласно современным представлениям из молекул состоят вещества в газообразном и парообразном состоянии. Вещества находятся в твердом состоянии, если кристаллическая решетка имеет молекулярную структуру (вода, диоксид углерода). Атомно-молекулярное учение было развито М. В. Ломоносовым. Основные положения этого учения он изложил в работе «Элементы математической химии» в 1741 г. Этой же теме посвящены и многие другие его работы. Основные положения этой теории.

1. Все вещества состоят из мельчайших частиц – корпускул.

2. Молекулы состоят в свою очередь из элементов.

3. Каждая корпускула имеет тот же состав, что и все вещество. Причиной разнообразия веществ (по М. В. Ломоносову) являются различия в составе корпускул и элементов в них.

4. Частицы – молекулы и атомы – находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел есть результат движения их частиц.

5. Атомы характеризуются определенной массой и размерами.

6. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ – из различных атомов.

Позднее, через 47 лет после М. В. Ломоносова, атомистическое учение в химии применил Дж. Дальтон. Основные положения он изложил в своей книге «Новая система химической философии». В 1808 г. Дж. Дальтон сделал первые определения атомных весов элементов.

Открытия Ж. Л. Гей-Люссака, А. ААвогаддро дополнили атомно-молекулярное учение. Атомно-моле-кулярное учение окончательно утвердилось в середине XIX в. В 1860 г. были приняты определения понятий молекулы и атома.

56. ЕДИНСТВО РЕАГЕНТОВ И ПРОДУКТОВ

Единство реагентов и продуктов реакций отображается законом сохранения массы вещества.

Масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Впервые этот закон был сформулирован в 1748 г. М. В. Ломоносовым. В 1756 г. он обосновал этот закон экспериментально. Французский химик Лавуазье в 1789 г. сформулировал закон сохранения массы веществ независимо от М. В. Ломоносова.

Закон сохранения массы веществ можно объяснить с точки зрения атомно-молекулярного учения: в ходе протекания химических реакций атомы не исчезают и не возникают из ниоткуда, общее число атомов равно 0 и после реакции остается постоянным. Например, при взаимодействии двухатомных молекул водорода и кислорода должно образоваться столько молекул воды, чтобы число атомов кислорода и водорода оставалось равным, т. е.:

2H2+ O2= 2H2O.

В реакцию вступили 4 атома водорода и 2 атома кислорода, а в результате реакции образовались 2 молекулы воды, в которых 4 атома водорода и 2 атома кислорода. Атомы имеют постоянную массу, следовательно, масса веществ не изменится и после реакции.

Закон сохранения массы веществ тесно связан с законом сохранения энергии. Энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она превращается из одного вида в другой. М. В. Ломоносов связывал эти законы во всеобщий закон природы и сформулировал это так: «Все предметы – в натуре случающиеся, такова суть состояния, что, сколько чего у одного тела отнимать, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте. Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее силою другое, столько же оно у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».

Закон сохранения энергии и закон сохранения массы веществ объединены в один единый закон – закон вечности материи и ее движения.

Современная наука подтвердила взгляды М. В. Ломоносова. Уравнение Эйнштейна выражает взаимосвязь между массой и энергией.

Закон сохранения массы веществ является материальной основой для составления уравнений химических реакций и расчетов на их основе.

В свете приведенных выше законов следует рассмотреть закон постоянства состава вещества.

Любое чистое вещество независимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав. Впервые этот закон был сформулирован в 1808 г. французским ученым Ж. Прустом.

Закон постоянства состава вытекает из атомно-молекулярного учения. Так как вещества с молекулярной структурой состоят из одинаковых молекул, то и состав этих веществ постоянен.

Во всех случаях CO2 будет иметь состав 27,27 % углерода и 72,73 % кислорода.

Наряду с соединениями постоянного состава существуют соединения переменного состава. Н. С. Кур-наков предложил назвать первые дальтонидами (в честь Д. Дальтона), вторые – бертоллидами. Состав бертоллидов изменяется и не отвечает стехиомет-рическим отношениям. Например, оксид урана (IV) выражается формулой UO3 На самом деле он имеет состав от UO25 до UO3.

57. СУЩНОСТЬ ЖИЗНИ, УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО

По современным научным представлениям жизнь – это процесс существования сложных биологических систем, состоящих из огромных органических молекул и способных к самовоспроизводству и поддерживанию своего существования в результате обмена энергией и веществом с окружающей средой.

Как клетка, так и организм в целом представлены совокупностью упорядоченно взаимодействующих структур (органелл, клеток, тканей, органов), т. е. являются системами.

Живые организмы обладают признаками, отличающими их от неживой материи. Но среди них практически нет ни одного, который был бы присущ исключительно живому. Для описания жизни рассмотрим универсальные свойства живых организмов:

– обмен веществ и энергии. Все живые организмы извлекают, преобразуют и используют энергию окружающей среды и возвращают энергию окружающей среды, возвращают в биосферу преобразованную энергию (тепло, продукты распада);

– размножение (самовоспроизведение). Это обязательное и важнейшее свойство живых организмов. Длительное существование вида, преемственность между родителями и потомками – все это обеспечивается размножением;

– развитие. Под этим подразумевают необратимый, закономерно направленный процесс тесно взаимосвязанных количественных (рост, увеличение, число клеток) и качественных (созревание, старение) изменений особи с момента рождения до ее смерти;

– раздражимость (возбудимость). Свойство организмов реагировать на воздействия окружающей среды (раздражители) активной реакцией, которая помогает им выжить, называется раздражительностью;

– акторегуляцию (саморегуляция). Это способность живого организма сохранить свой состав и свойства на относительно постоянном уровне независимо от меняющихся условий среды. Кроме этого, для живых систем характерна высокая степень организации. Различают несколько структурно-функциональных уровней организации живой материи.

На молекулярном уровне рассматривается роль химических соединений, важных для поддержания жизнедеятельности организма (белков, жиров, углеводов).

На клеточном уровне изучается структурная организация клетки и физиолого-биохимические и структурно-функциональные связи между клетками в различных тканях и органах.

На тканевом и органном уровне изучаются те явления и процессы, которые происходят в особи, а также механизмы функционирования органов как систем, приспособленные изменения и поведение организмов в различных экономических условиях.

Популяционно-видовой уровень отличается от других уровней тем, что популяция при оптимальных условиях среды обитания способна развиваться неограниченно долго. Это принципиально отличается от продолжительности жизни живого организма, так как он умирает, исчерпав возможности своего развития, которые заложены в генетической информации.

Экосистемный (биосферно-биогенетический) уровень рассматривает взаимоотношения организма и среды, а также закономерности протекания энергетических круговоротов и тех процессов, которые протекают в экосистемах.