Реферат по предмету "Биология и химия"


Периодический закон Д.И. Менделеева в свете синергетической теории информации

Периодический закон Д.И. Менделеева в свете
синергетической теории информации

Вяткин Виктор Борисович, с.н.с. Центральной научной
библиотеки Уральского отделения Российской Академии наук

В
1935 году академик С.И. Вавилов, в проекте статьи “Физика” для Большой
Советской энциклопедии, сделал следующее предположение: “Может случиться так,
что будущая физика включит как первичное, простейшее явление “способность
сходную с ощущением” и на ее основе будет объяснять многое другое” [1]. Под
“способностью сходной с ощущением” при этом понималось ленинское определение
отражения, как всеобщего свойства материи, заключающегося в воспроизведении
особенностей отражаемого объекта.

В
настоящее время одной из возможных верификаций прогностического высказывания
академика С.И. Вавилова может служить синергетическая теория информации (СТИ)
[2], предметом познания которой являются информационно-количественные аспекты
отражения системных образований, представленных конечным множеством элементов.
Ключевое положение в СТИ занимает информационный закон отражения, согласно
которому информация, отражаемая системой через совокупность своих частей,
разделяется на отраженную и неотраженную части, первая из которых представляет
собой аддитивную негэнтропию отражения () и
характеризует структуру системы со стороны ее упорядоченности, а вторая,
именуемая как энтропия отражения (S), является показателем структурного хаоса.
Чем большее разнообразие проявляют элементы системы по какому-либо признаку,
тем выше энтропия отражения и ниже аддитивная негэнтропия. И, наоборот, чем
более однородны элементы, тем больше аддитивная негэнтропия и меньше энтропия
отражения. Но при этом в любой системе A с фиксированным числом элементов m(A)
всегда соблюдается равенство:



Иначе
говоря, при любых структурных преобразованиях системы, происходящих без
изменения числа ее элементов, сумма порядка и хаоса сохраняет свое постоянное
значение. При этом, в контексте “будущей физики”, необходимо отметить, что
приведенное равенство асимптотически эквивалентно уравнению перехода системы
идеальных газов из структурно-упорядоченного состояния в состояние
термодинамического равновесия, выраженному с помощью энтропии Л. Больцмана [2].

Отмеченные
информационные особенности отражения системных образований позволяют в качестве
обобщенной характеристики их структурной организации использовать так
называемую R-функцию [3], представляющую собой отношение порядка к хаосу, то
есть:



Чтобы
иметь более строгое представление о сказанном покажем чему равны в
математическом отношении аддитивная негэнтропия и энтропия отражения, для чего
возьмем произвольную систему А с числом элементов m(A) и разделим ее по
какому-либо признаку на N частей B1, B2, ... , BN с числом элементов в каждой
части соответственно равным m(B1), m(B2), ... , m(BN). Причем . В этих
обозначениях формулы аддитивной негэнтропии и энтропии отражения имеют вид:

, [4].

Возвращаясь
теперь к прогнозу академика С.И. Вавилова, попробуем с помощью R-функции начать
“объяснять многое другое”, для чего возьмем в качестве испытательного полигона
периодическую таблицу Д.И. Менделеева и будем рассматривать электронные системы
атомов химических элементов со стороны их деления на электронные подоболочки.
Экспликация введенных обозначений при этом выглядит следующим образом: система
А – электронная система атома; m(A) – общее количество электронов в электронной
системе атома; Bi – i-я электронная подоболочка атома (часть электронной
системы); m(Bi) – количество электронов в i-й электронной подоболочке.
Например, если рассмотреть электронную систему атома неона (Ne10),
распределение электронов по подоболочкам которой имеет вид 1s2, 2s2, 2p6, то мы
будем иметь: m(A) = 10, N = 3, m(B1) = 2, m(B2) = 2, m(B3) = 6. Соответственно,
аддитивная негэнтропия и энтропия отражения, а также R-функция равны:

, , .

На
рис. 1-3 представлены графики значений R-функции в горизонтальном и
вертикальном направлениях таблицы Д.И. Менделеева, анализ которых позволяет
высказать следующее.



Рис.
1. График зависимости значений R-функции систем  электронных подоболочек атомов от порядового
номера  химических элементов в таблице
Д.И. Менделеева



Рис.
2. График приращения значений R-функции  систем
электронных подоболочек атомов химических элементов



Рис.
3. Графики значений R-функции систем электронных подоболочек атомов химических
элементов по группам таблицы Д.И. Менделеева

График
зависимости значений R-функции от порядкового номера элементов (рис.1) имеет
периодический, в целом затухающий характер. В горизонтальном направлении
таблицы во всех рядах наблюдается одна и та же закономерность: последовательное
понижение значений R-функции в начале ряда и повышение значений по мере
приближения к его концу, что коррелируется с общим характером ослабления
металлических свойств химических элементов в начале периодов и усилением
металлоидных свойств в их конце. Обобщенной наглядной иллюстрацией этого
является график средних значений R-функции по группам таблицы Д.И. Менделеева
(рис. 3), глубокий минимум которого соответствует четвертой группе. При этом
обращает на себя внимание тот факт, что типические элементы четвертой группы –
углерод и кремний – занимают главенствующее положение по разнообразию
соединений с другими элементами соответственно в живой и неживой природе,
причем углерод обладает минимальным значением R-функции (0,631) среди всех
химических элементов.

Большой
интерес представляет график приращений (рис. 2),
периодический характер которого особенно отчетливо согласуется с периодическим
изменением свойств химических элементов в горизонтальном направлении
периодической таблицы: в пределах каждого ряда, на всем его протяжении,
значение последовательно
увеличивается, а при переходе в начало следующего ряда резко падает. В связи с
этим можно предположить, что величина является
обобщенной количественной характеристикой изменения свойств химических
элементов при их последовательном рассмотрении в пределах ряда.

В
вертикальном направлении таблицы Д.И. Менделеева также наблюдается устойчивая
взаимосвязь изменения значений R-функции и свойств химических элементов,
проявляющаяся в частности в том, что усилению металлических свойств в главных
подгруппах элементов с увеличением номера больших периодов, соответствует
понижение значений R-функции. Анализ графиков по группам таблицы (рис. 3) в
свою очередь показывает, что по характеру изменения значений R-функции и
согласованности поведения графиков все группы элементов довольно отчетливо
делятся на три типа. К первому типу (металлическому) относятся первая, вторая и
третья группы, в пределах которых, начиная с третьего ряда и до конца таблицы,
происходит последовательное чередование повышенных и пониженных значений R-функции.
Элементы четных рядов больших периодов фиксируются при этом пониженными
значениями, а элементы нечетных рядов соответственно повышенными. Второй тип
(металлоидный) составляют шестая, седьмая и восьмая группы, характеризующиеся
двумя последовательными понижениями значений со второго по четвертый и с пятого
по одиннадцатый ряды. Третий тип является переходным между первыми двумя и
включает в себя четвертую и пятую группы, графики которых обладают чертами как
первого, так и второго типа. При этом общий характер графика четвертой группы
более соответствует первому типу, а пятой группы – второму.

Таким
образом, мы убедились, что изменение свойств химических элементов как в
горизонтальном, так и в вертикальном направлениях периодической таблицы Д.И.
Менделеева согласуется с изменением значений R-функции систем электронных
подоболочек атомов. Обобщая проведенный краткий анализ структурной организации
электронных систем атомов химических элементов, периодическому закону Д.И.
Менделеева можно дать следующую интерпретацию: периодичность изменения свойств
химических элементов является отражением периодического изменения значений
R-функции систем электронных подоболочек атомов. Полученный вывод и лежащие в
его основе графики R-функции расширяют наши представления о периодическом
изменении свойств химических элементов и, по-видимому, позволяют
актуализировать слова, в свое время сказанные Д.И. Менделеевым: “Периодический
закон рисуется ныне в виде новой, отчасти только раскрытой тайны природы” [5].

В
заключение отметим, что примеры практического использования СТИ в различных
предметных областях (физика атома, поисковая геология, социальная политика,
структурная лингвистика, молекулярная биология) [2] имеют пока
экспериментальный характер. Но уже сейчас, как свидетельствует изложенный
материал, можно констатировать, что в ее лице начинает сбываться прогноз
академика С.И. Вавилова относительно будущей физики. Сама же СТИ предстает при
этом перед нами в виде нового инструмента познания окружающей действительности.
Список литературы

1.
Вавилов С. Физика // Под знаменем марксизма, 1935, № 1.

2.
См., например: Вяткин В.Б. Синергетическая теория информации: общая
характеристика и примеры использования // Материалы региональной
научно-практической конференции: Наука и оборонный комплекс – основные ресурсы
российской модернизации. Екатеринбург: УрО РАН, 2001; сайт “Системные
образования: информация и отражение” (http://vbvvbv.narod.ru).

3.
Название функции дано по первой букве английского слова reflection, что в
переводе на русский язык означает отражение.

4.
Следует отметить, что энтропия отражения S математически тождественна
информационной мере К. Шеннона, занимающей в традиционной теории информации
главенствующее положение. (См.: Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике.
М.: Изд. иностр. лит., 1963.)

5.
Менделеев Д.И. Основы химии, т. 2. М.: Госхимиздат, 1947. С. 389.

Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.sciteclibrary.ru


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Темперамент біологічний фундамент особистості
Реферат Особливості клініки діагностики профілактики та лікування захворювань пародонта у вагітних із акушерською
Реферат 1 Школьный спортивный клуб «луч» добровольное общественное объединение, способствующее развитию физической культуры и спорта в школе
Реферат The comparative typology of English, Russian and Uzbek languages
Реферат Реализация вариативного подхода при изучении темы "Соли аммония" на уроках химии
Реферат Поняття ліквідності банку показники ліквідності
Реферат Александр Трифонович Твардовский (Доклад)
Реферат Экономико-статистический анализ производительности труда при производстве зерна в ЗАО Яснополянское
Реферат Конвертируемость валют и Конвертируемость рубля
Реферат Анализ финансового состояния предприятия на примере ОАО ВК и ЭХ
Реферат Образ Софьи в пьесе А. С. Грибоедова "Горе от ума"
Реферат Автоматизация типовых технологических процессов и установок
Реферат Бухгалтерский учет в ООО "Глория Плюс"
Реферат Нарушение и исправление звукопроизношения свистящих звуков у детей дошкольного возраста
Реферат Контроллер системы автоматизации