как определить и что это такое в химии
Термин «валентность» появился еще в Средние века, где в научных трудах он имел значение «препарат», «экстракт». И только в конце ХIХ столетия его стали использовать для обозначения связей между мельчайшими частицами вещества.
В 1852 году английский химик Э. Франкленд ввел в химию понятие «соединительная сила», которое положило начало учению о валентности. В 1857 году немецкий ученый Ф. А. Кекуле, изучая свойства углерода в метане, пришел к выводу о существовании «основности» атомов – таком же важном и постоянном свойстве, как атомный вес. Спустя три года российский химик А. М. Бутлеров усовершенствовал учение о валентности, распространив его на органические соединения.
Что такое валентность в химии
Валентность – это способность атома образовывать химические связи с другими атомами. Такие связи создаются за счет электронов, расположенных на внешнем электронном слое. Поэтому количественной мерой валентности становится число совместных связей между атомами.
Химические соединения предполагают формирование общих электронных пар. Этот процесс получил наименование «ковалентная химическая связь». В зависимости от числа общих электронных пар выделяют одинарную, двойную и тройную ковалентную связь.
Большим достижением в химии стало наглядное изображение молекул, с помощью которого легко представить себе понятие валентности и ковалентной связи. К примеру, водород имеет сокращенную химическую формулу H₂ и структурную формулу: Н – Н. Во втором случае видно, что водород обладает одновалентностью, поскольку связан в молекуле только с одним своим собратом.
Формула воды H₂O и Н – О – Н наглядно свидетельствует о двухвалентности кислорода, так как он способен создавать две ковалентные связи с атомами водорода.
Углекислый газ CO₂ и О = С = О состоит из двух атомов кислорода и атома углерода, у которого валентность равна четырем. Он может присоединять 2 двухвалентных атома кислорода либо 4 одновалентных атома водорода, как в метане СН₄.
это интересно
Таблица Менделеева
Рассказываем, как пользоваться таблицей, а также даем советы, как ее быстро выучить
подробнее
Как определить валентность химических элементов
Существуют разные способы определения валентности химических элементов. Самый простой заключается в том, чтобы обратиться к специальной таблице валентности химических элементов.
Другой способ связан с расчетом валентности по химической формуле. За единицу валентности принимается валентность атома водорода, так как он способен образовывать с другими атомами только одну связь. Химические элементы, взаимодействуя с водородом, показывают собственную валентность. Например, в молекуле хлористого водорода (HCl) хлор имеет валентность I. В молекуле аммиака (NН₃) азот соединен с тремя атомами водорода, следовательно, его валентность – III.
Кроме водорода, валентность химических элементов можно определять по кислороду, который во всех своих соединениях двухвалентен.
Так, в оксиде серы (IV) SO₂ валентность серы равна IV (валентность кислорода умножаем на 2). А в соединении SO₃ валентность серы уже VI (два умножаем на три).
Когда речь идет о сложных соединениях, где присутствует более двух химических элементов, определить валентность каждого из них становится сложнее. О молекуле HClO₄ можно только сказать, что остаток ClO₄ одновалентен, а в соединении H₂SO₄ остаток SO₄ двухвалентен.
В сложных соединениях, где присутствует более двух химических элементов, определить валентность можно по химическим формулам. Фото: pixabay.comТаблица валентности химических элементов
Приведем в качестве примера таблицу валентности наиболее распространенных химических элементов. Звездочкой отмечены элементы с постоянной валентностью.
| Элемент | Валентность | Элемент | Валентность |
|---|---|---|---|
| Водород (H)* | I | Барий (Ba)* | II |
| Натрий (Na)* | I | Кислород (O)* | II |
| Калий (K)* | I | Цинк (Zn) | II |
| Серебро (Ag)* | I | Олово (Sn) | II (IV) |
| Фтор (F)* | I | Свинец (Pb) | II (IV) |
| Хлор (Cl) | I (III, V, VII) | Железо (Fe) | II, III |
| Бром (Br) | I (III, V, VII) | Сера (S) | II, IV, VI |
| Йод (I) | I (III, V, VII) | Марганец (Mn) | II, IV, VII |
| Ртуть (Hg) | I, II | Хром (Cr) | III, VI |
| Медь (Cu) | I, II | Алюминий (Al)* | III |
| Бериллий (Be)* | II | Азот (N) | III (и другие) |
| Магний (Mg)* | II | Фосфор (P) | III, V |
| Кальций (Ca)* | II | Углерод (C) | IV |
| Кремний (Si) | IV (II) | Цирконий (Zr) | II, III, IV |
Популярные вопросы и ответы
Отвечает Анастасия Чистякова, старший методист по естественно-научному направлению Домашней школы «ИнтернетУрок».
Что такое постоянная валентность?
В таблице Менделеева существуют так называемые элементы с постоянной валентностью. Свое название они получили из-за способности образовывать строго определенное количество химических связей. Постоянная валентность чаще всего совпадает с номером группы, где находится элемент. Таких элементов сравнительно немного, поэтому их можно легко запомнить.
Постоянную валентность I (могут присоединять или замещать только один атом другого элемента) имеют щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) и фтор (F).
Постоянную валентность II (способность присоединить или заместить только два атома других элементов) имеют металлы второй группы, главной подгруппы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) и кислород (O).
Постоянную валентность III имеет всего лишь один элемент – алюминий (Al), так как только он способен присоединить либо заместить три атома других химических элементов.
Как определить валентность по таблице Менделеева?
Большинство химических элементов обладают переменной валентностью, и ее можно определить по таблице Менделеева.
В этой таблице номер группы соответствует высшей валентности элемента. Если от восьми отнять номер группы, где находится элемент, мы узнаем его низшую валентность. Например, высшая валентность серы (S) – 6, так как она находится в шестой группе, а низшая – 2 (8 — 6 = 2).
Правда, бывают и исключения, которые нужно запомнить. Кремний (Si) находится в IV группе, и можно сделать предположение, что его низшая валентность – IV. Однако это не так. Низшая валентность кремния – II. Азот (N) расположен в V группе, но его низшая валентность также II.
Чем валентность отличается от степени окисления?
Понятия «валентность» и «степень окисления» являются близкими по своему значению, но далеко не тождественными. Валентность определяет количество химических связей, которыми атом элемента связан с другими атомами в молекуле. Степень окисления используется для описания тех реакций, которые сопровождаются присоединением либо отдачей электронов.
Валентность нейтральна, а степень окисления может быть положительной, отрицательной или нулевой.
Положительная степень окисления соответствует количеству отданных электронов, отрицательная – числу присоединенных. Нулевая степень окисления говорит о том, что данный элемент находится или в состоянии простого вещества, или был восстановлен до нуля после окисления, или окислен до нуля после предшествующего восстановления.
Чаще всего валентность и степень окисления количественно равны, однако бывают и исключения, которые необходимо запомнить. Например, в азотной кислоте (HNO₃) валентность атома N равна IV, а степень окисления +5. В молекуле CO углерод имеет валентность II, а степень окисления +2
Климатические риски возрастают. Член-корреспондент РАН Сергей Семенов назвал возможные пути сдерживания глобального потепления
13–19 марта в Интерлакене (Швейцария) прошла 58-я сессия Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), завершающая цикл Шестого оценочного доклада, над которым эксперты трудились с 2015 г. Итоговый доклад этого цикла представляет собой всеобъемлющую сводку того, что сегодня происходит с климатом, на основе информации, содержащейся в наиболее авторитетных научных изданиях.
Подробнее о докладе и его значении рассказал порталу «Научная Россия» член-корреспондент РАН Сергей Михайлович Семенов, научный руководитель Института глобального климата и экологии им. акад. Ю.А. Израэля, главный научный сотрудник Института географии РАН, вице-председатель Рабочей группы II МГЭИК.
— Сергей Михайлович, расскажите, пожалуйста, о Шестом оценочном докладе МГЭИК и его главных итогах.
— Шестой оценочный доклад МГЭИК состоит из нескольких частей. Основной доклад включает в себя три тома: первый — «Физическая научная основа», второй — «Воздействия, адаптация и уязвимость», третий — «Смягчение изменения климата». Над ними работали три независимые рабочие группы — I, II и III соответственно. Кроме того, в этом цикле написаны еще три специальных доклада: «Потепление на 1,5° C», «Земля и климат» и «Океан и криосфера».
Обычно цикл оценочного доклада завершается принятием Синтезирующего доклада, состоящего из двух частей: более объемной основной части и краткого документа — «Резюме для политиков».
Обе части включают в себя наиболее важные результаты научных докладов соответствующего цикла работы МГЭИК, и именно их утверждали в Интерлакене в марте этого года для цикла Шестого оценочного доклада.
Иллюстрация из Шестого оценочного доклада МГЭИК. Согласно исследованиям, по сравнению с 1850 – 1900 гг., к 2011 – 2020 гг. глобальная приземная температура увеличилась на 1,1°C. Источник: сайт МГЭИК
Процедура приемки докладов МГЭИК такова, что «Резюме для политиков», состоящее примерно из 40 страниц, принимается построчно и на основе консенсуса. Планировалось, что это займет пять дней, но эту работу завершили лишь за семь дней. Это произошло потому, что оценочный доклад становится все сложнее: в нем есть и физика, и химия, и экология, и экономика, некоторые научные вопросы международных отношений и др.
То, как менялся климат Земли в ХХ в. и каким он будет в будущем, зависело и будет зависеть не только от взаимодействия разных частей климатической системы (океана, атмосферы, литосферы и биосферы), а в том числе от того, сколько мы выбрасывали и собираемся выбрасывать парниковых газов в атмосферу.
По сравнению с прошлыми докладами Шестой оценочный доклад был в несколько особом положении — он впервые имел дело с утвержденными мировым сообществом глобальными температурными целями. В 2015 г. многие страны, в том числе Россия, подписали Парижское соглашение, что означает, в частности, принятие на себя обязательств по сокращению антропогенных выбросов парниковых газов, чтобы средняя глобальная температура в приповерхностном слое не увеличивалась более чем на 2° C по сравнению с базовой отметкой — доиндустриальным уровнем (1850–1900 гг.
Конечно, МГЭИК рассмотрела еще множество интересных и практически важных вопросов, касающихся наблюдаемых и ожидаемых изменений в земной системе. Так, из предыдущих докладов мы знаем, что поднимается уровень Мирового океана, но из Шестого оценочного доклада мы еще больше узнали об этом процессе. Если ранее уровень Мирового океана повышался по большей части за счет термического расширения воды, то в настоящее время это составляет лишь около половины причины. Остальная часть связана с деградацией континентальных ледников, таких как Гренландский, Западно-Антарктический и др. Отмечу, что на этот процесс таяние морского льда практически не влияет — просто в том объеме, где раньше был лед, теперь вода.
Как заверил нас С.М. Семенов, полное таяние континентальных льдов произойдет не в наш век, для этого потребуются тысячелетия. Однако даже при частичном таянии этих ледников подъем уровня океана может быть весьма существенным. При некоторых сценариях к концу XXI в. уровень Мирового океана может подняться до 1 м, что может оказаться весьма негативным для густонаселенных мегадельт, в которых за счет пологих берегов граница воды надвигается на сушу очень существенно. Так, изменение уровня воды может стать большой проблемой для населения Бангладеш или островов в Тихом океане, таких как остров Тувалу, для которого риск уйти под воду весьма велик.
Если посмотреть на увеличение средней глобальной температуры на 1,5–2º С поверхностно, то оно покажется незначительным событием. Однако, как показывают оценки, приведенные в докладе МГЭИК, за этими цифрами стоят существенные негативные региональные последствия.
Прежде всего это касается увеличения как средних значений, так и экстремумов температуры воздуха, в особенности в Арктической зоне Северного полушария. Будет увеличиваться также число суток с экстремальными осадками. При этом общее содержание влаги в почвенном столбе в некоторых регионах будет заметно сокращаться. Риски для здоровья людей, сельского хозяйства и потери биоразнообразия возрастут в большей степени в тропической зоне, а также в Южном полушарии. В целом, сравнивая риски для природных и хозяйственных систем, описанные в Пятом оценочном докладе, с рисками, отмеченными в Шестом оценочном докладе, МГЭИК обнаружила, что нет ситуаций, где риски бы шли на убыль, — все они возрастают.
Значительное внимание в докладе было уделено вопросам адаптации — одному из основных предметов Парижского соглашения. Как показал анализ, процессы адаптации к изменениям климата идут, но весьма неравномерно по странам и регионам. По мере дальнейшего потепления возможности адаптации будут уменьшаться, а ее эффективность — снижаться.
Чтобы достичь глобальных температурных целей, зафиксированных в Парижском соглашении — непревышения глобальной температурой 1,5 и 2ºС по отношению к доиндустриальному уровню, необходимо добиться нулевой антропогенной нетто-эмиссии СО2 соответственно к 2050 г. или к 2070 г. Компенсировать воздействие на климат можно путем достижения отрицательной антропогенной нетто-эмиссии СО2. Нетто-эмиссия в данном случае — разность между глобальным антропогенным выбросом с земной поверхности и глобальным антропогенным поглощением на земной поверхности. Когда-то считалось, что достаточно не увеличивать антропогенные выбросы углекислого газа — и от этого ограничится глобальное потепление. Но физика глобального цикла углерода показывает, что этого недостаточно. Антропогенные нетто-эмиссии углекислого газа нужно не просто ограничить, а свести к нулю, чтобы мы поглощали все то, что выбрасываем.
Вид на зал во время дневного пленарного заседания, 17 марта 2023 г.
Источник: IISD/ENB | Anastasia Rodopoulou
Помимо этого, необходимо радикально сократить выбросы и других парниковых газов: метана, закиси азота и др. В ходе хозяйственной деятельности они только выделяются, но практически не поглощаются. Например, огромные количества метана характерны для животноводства — коровников, свиноферм и т.д. Многим это может показаться неочевидным, но метан выделяют и рисовые чеки, когда на залитых водой полях в анаэробных условиях разлагается мертвая масса. Поэтому, если учесть, что помимо углекислого газа существуют выбросы и других парниковых газов, нетто-эмиссию
Завершение работы над Шестым оценочным докладом МГЭИК. На фото в центре: председатель МГЭИК профессор Хосун Ли.
Источник: IISD/ENB | Anastasia Rodopoulou
Эксперты МГЭИК обнаружили также, что борьба с изменением климата идет в соответствии с большинством целей устойчивого развития ООН, но некоторым из этих целей она все же несколько противоречит. Поэтому в достижении климатических целей нужно быть осторожными. Есть такое понятие, как «климатическая справедливость». Оно означает, что страны находятся в неравном положении: некоторые выбрасывают больше парниковых газов, а страдают от изменений климата те страны, которые их почти не выбрасывают. Поэтому вопросы климатической справедливости, равноправия стран, доступа к низкоуглеродным технологиям нужно решать на международном уровне в ходе переговорных процессов.
Выводы, сформулированные в Шестом оценочном докладе МГЭИК, в особенности в его синтезирующей части, станут прологом будущих политических переговоров по линии Рамочной конвенции ООН об изменении климата. На этой научной основе политики будут решать, что делать дальше: как распределять необходимые сокращения глобального антропогенного выброса парниковых газов между странами, какие внедрять и передавать низкоэмиссионные технологии, какую вести международную климатическую политику.
— Участвовали ли российские эксперты в подготовке Шестого оценочного доклада? И насколько в действительности исследователи, работая над докладом, были беспристрастны?
— Да, российские эксперты участвовали в подготовке всех трех томов основного Шестого оценочного доклада и трех специальных. Это сотрудники учреждений Российской академии наук, институтов Росгидромета и некоторых университетов. В России сильная научная школа, и когда мы рекомендуем каких-то экспертов, то бюро МГЭИК, занимающееся конкурсным отбором, обычно выбирает одного из двух кандидатов. Это отличный результат, в особенности если учесть, что в среднем по всем странам выбирают одного из четырех кандидатов. Это подтверждает, что в России высококвалифицированные специалисты в науке о климате и смежных областях.
Справа: вице-председатель Рабочей группы II МГЭИК С.М. Семенов на перерыве между сессиями МГЭИК, 13 марта 2023 г. Источник: IISD/ENB | Anastasia Rodopoulou
Что касается беспристрастности.
Доклад МГЭИК беспристрастен в такой степени, в какой беспристрастна мировая наука. МГЭИК по положению не проводит своих научных исследований. Она занимается анализом и обобщением данных, опубликованных в научной литературе. Процесс обобщения обладает своей «кухней» — научно обоснованными техническими тонкостями. МГЭИК анализирует огромное число научных публикаций на разных языках — к сожалению, в основном англоязычных, поскольку это международный язык общения ученых. Разумеется, научные сотрудники — всего лишь люди и им свойственно увлекаться. Так, иногда одна группа ученых увлекается одним эффектом и считает, что он самый главный, а другая главным следствием изменения климата считает другой эффект. Например, существует обширная литература, посвященная влиянию изменения климата на коралловые рифы. Конечно, это очень важно для Австралии, но я бы не сказал, что это принципиально для всего мира. Это иллюстрирует то, что научные публикации могут быть распределены несколько неравномерно в отношении внимания к влиянию изменений климата на различные регионы мира, объекты и процессы.
Тем не менее специалисты стараются сделать все, чтобы рассмотреть по возможности все уголки планеты.
Отметим также, что МГЭИК занимается и глобальным моделированием климата и последствий его изменения, охватывающих весь земной шар. Глобальные модели климата — это системы уравнений, описывающие потоки массы и энергии в земной системе. Климат зависит от того, какие существуют взаимодействия в климатической системе, как потоки энергии от Солнца поглощаются и преобразуются атмосферой, океаном и сушей, как орбитальные факторы влияют на климат и т.д. Глобальный климат зависит и от того, каковы концентрации парниковых газов в атмосфере. На основе сценариев глобальных выбросов парниковых газов, разрабатываемых экономистами, климатологи рассчитывают глобальный климат. Эти расчеты относятся ко всем регионам в равной степени.
— С чем связано то, что были опубликованы не только вклады трех рабочих групп МГЭИК в Шестой оценочный доклад, но и специальные доклады?
— Специальные доклады нужны потому, что какие-то вопросы в основном оценочном докладе могут быть освещены скудно или недостаточно подробно.
А вопрос, как выясняется, важный. Так, доклад о глобальном потеплении на 1,5° C (2018) созвучен с текстом Парижского соглашения (2015), подписанного многими странами в 2015 г. Такой доклад было бы хорошо написать до принятия Парижского соглашения, но этот вопрос был рассмотрен с запозданием.
Для того чтобы принять в работу специальные доклады, этому обычно посвящают соответствующее заседание в самом начале каждого цикла работы МГЭИК. Идею о написании специального доклада, как правило, выдвигают страны — члены МГЭИК или профильные международные организации. Напомню, что члены МГЭИК — не люди, а страны, на сегодня — 195 стран. На пленарном заседании представитель какой-либо делегации может сказать: «Мы считаем такой вопрос чрезвычайно важным и просим его рассмотреть в специальном докладе». Так, делегация Южной Африки предложила написать доклад о климате городов. Эта идея обсуждалась еще при планировании Шестого оценочного доклада. Тогда она была принята, но реализация отложена, поскольку на тот момент уже были приняты к исполнению три специальных доклада и авторов на еще одну тему просто не нашлось бы в связи с их занятостью — общее число ученых в мире, квалификация которых позволяет писать такого рода доклады, невелико.
Было решено, что этот доклад выйдет уже в Седьмом цикле работы МГЭИК. Вскоре страны — члены МГЭИК обсудят, какие еще проблемы нуждаются в более подробном рассмотрении в специальных докладах.
— Шестой оценочный доклад представил правительствам стран мира весьма обширный перечень ответных стратегий в связи с изменением климата. На ваш взгляд, какие из этих мер наиболее подходящие для России?
— Это вопрос скорее к политикам, чем к ученым. Но в целом существуют два пути предотвращения роста климатических рисков. Первый путь: митигация (от англ. mitigation — «смягчение»). Здесь имеется в виду смягчение не последствий, а антропогенного воздействия на климатическую систему — борьба с причинами изменения климата. Попросту говоря, это либо уменьшение выбросов парниковых газов, либо внедрение технологий ведения сельского и лесного хозяйства, позволяющих больше удерживать углерод, чем его выделять. Второй путь: адаптация.
Этот путь подразумевает меры приспособления к изменениям климата — борьбу с последствиями этих изменений или использование новых возможностей. Например, в определенном регионе раньше можно было сеять лишь рожь, а вследствие потепления стало возможным выращивать и пшеницу. Таким образом можно менять районирование культур.
Сергей Михайлович Семенов и журналист Анастасия Ибрагимова. Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
Наша страна занимается и митигацией, и адаптацией. У России есть митигационная цель, объявленная на государственном уровне: сокращение и удержание антропогенных выбросов парниковых газов существенно ниже уровня 1990 г. Надо сказать, что Россия всегда выполняла свои обязательства по международным климатическим соглашениям. Помимо этого, у нас принят адаптационный план. Сейчас закончился его первый этап, недавно был объявлен второй — до 2025 г. В основном он касается методического и информационного обеспечения адаптации в стране, а также указания адаптационных мер и программ для различных регионов и отраслей экономики.
По-видимому, мероприятия по адаптации следует проводить тогда, когда их стоимость меньше, чем ущерб, который возникнет без адаптации. Но, конечно, могут быть и исключения.
Проиллюстрирую значимость адаптационных мер. Иногда говорят, что Россия — северная страна и глобальное потепление для нас — благо. Например, из-за климатических изменений все более свободным ото льда становится Северный морской путь. Конечно, для экономики это хорошо — навигация становится продолжительнее. Когда международные неприятности закончатся, везти товар из Японии в Норвегию будет удобнее по Северному морскому пути, чем по южному — через Суэцкий канал. Но не будем забывать, что две трети территории России расположены на многолетней мерзлоте. Если мысленно представить себе линию от Белого моря примерно к Байкалу, то все, что находится правее и выше, стоит на многолетней мерзлоте. Это значит, что фундаменты жилых зданий, технических сооружений, железных дорог, трубопроводов построены исходя из особенностей почвы тех широт.
Если многолетняя мерзлота начнет таять, то надежность фундаментов этих сооружений будет уменьшаться. Таким образом, глобальное потепление может сильно сказаться на таких крупных северных городах, как Якутск, — там нужно будет укреплять существующие фундаменты, а новые строить с учетом этих особенностей, а значит, более основательно и дорого. Поэтому нельзя сказать, что потепление для нас — это безусловное благо. Адаптационный путь для России весьма важен, и я надеюсь, что план адаптации, подготовленный Министерством экономического развития РФ, будет успешно реализован.
— Когда планируется подготовка Седьмого оценочного доклада?
— Подготовка Седьмого оценочного доклада начнется в июле 2023 г. Тогда сменится руководство МГЭИК, будут переизбраны члены бюро, в том числе председатель и вице-председатели. Затем, как и полагается, будут обсуждаться сроки подготовки основных докладов, темы специальных докладов и прочее. Когда все эти процедуры будут соблюдены, то начнутся постановочные совещания.
На них определяют примерное оглавление доклада. Затем оно будет окончательно проработано и утверждено на сессии МГЭИК. Результатом этого станет аннотирование оглавления. Далее страны выдвинут кандидатов в авторы. Бюро МГЭИК проведет их отбор по результатам конкурса, и уже после всего этого начнется работа по написанию доклада.
— Согласно одной из новостей правительства РФ, шесть научных учреждений получат гранты на исследования в рамках создания национальной системы мониторинга климатически активных веществ. Среди них Институт глобального климата и экологии им. акад. Ю.А. Израэля. Какие задачи перед собой ставит институт?
— Мониторинг климатически активных веществ необходим и с научной, и с государственной точек зрения, потому что Россия — страна Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Это значит, что наша страна должна каждый год представлять кадастр парниковых газов — информацию о том, какое их количество выбрасывается в атмосферу вследствие деятельности человека и сколько их поглощается.
Наш институт создает такой кадастр по поручению правительства РФ, но не один, а в тесном сотрудничестве с различными министерствами, ведомствами, предприятиями и корпорациями, предоставляющими нам необходимую информацию. Затем она обрабатывается в нашем институте согласно методикам и алгоритмам, утвержденным МГЭИК.
Сергей Михайлович Семенов. Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
Оценка объема выбросов парниковых газов — сама по себе непростая задача. Существующие методы их инвентаризации часто бывают не очень точны. В этой связи наша первая задача — уточнение и совершенствование этих методов. Первое такое руководство МГЭИК утвердила в 2006 г., а второе — в 2019 г., так как потребовалась его частичная модернизация. Вторая задача — заниматься цифровизацией, чтобы данные по выбросам парниковых газов и иных климатически активных веществ обрабатывались автоматически, что тоже необходимо для точности и оперативности расчетов.
Еще одна важная задача — мониторинг аэрозолей, в первую очередь черного углерода, который до этого момента в нашей стране не отслеживался. Мы привыкли к тому, что основное внимание в связи с глобальным потеплением уделяется парниковым газам, но все более очевидным становится то, что важен еще один вид мониторинга климатически активных веществ — черного углерода. Он образуется, например, при лесных пожарах. Следует отметить, что 80% лесных пожаров происходят потому, что человек неправильно себя ведет в лесу. Конечно, есть и естественные предпосылки лесных пожаров, такие как сухая трава из-за жаркой погоды и отсутствия дождей, но основная причина — действия человека. Таким образом, мы работаем над научным и методическим обеспечением целого блока системы мониторинга климатически активных веществ.
— Климатическая ответственность — задача государства? Каков возможный вклад в предотвращение изменений глобального климата каждого жителя планеты? И стоит ли отказываться, например, от сжигания чучела Масленицы, розжига костров в детских лагерях в целях заботы об атмосфере и климате?
— В первую очередь нужно заниматься серьезными вещами.
Если мы обратимся к истории, то вторую половину XX в. можно назвать временем потребления, в особенности в развитых странах. Концепция была такая, что чем больше мы потребляем, тем больше производят, а чем больше производят, тем больше развиваются технологии и наука, тем сильнее и богаче государство и т.д. Это неумеренное потребление привело нас к тому, что энергия стала использоваться неэкономно. Я думаю, что сейчас наиболее правильным решением будет развитие энергоэффективности. И каждый человек может участвовать в этом. Как минимум выключать свет, когда выходишь из комнаты. Человек также может отказаться от каких-то привычек в качестве демонстрации того, что он поддерживает идею ограничения антропогенного влияния на климат. Например, хлеб можно купить и в ближайшей булочной, для этого не обязательно использовать автомобиль. Но для наиболее эффективного снижения темпов глобального потепления необходимы более смелые и серьезные шаги. Нужно стремиться к замене невозобновляемых источников энергии, таких как уголь, нефть, газ, на возобновляемые источники (солнечную, ветровую энергию и т.
д.). Важно и более широкое и экономное использование гидроэлектроэнергии, атомной энергии, то есть чистой энергии в отношении выбросов парниковых газов, но сопряженной с другого рода рисками. К счастью, аварий или иных чрезвычайных происшествий в атомной энергетике в последнее время не наблюдалось. И, конечно, технологии в сельском и лесном хозяйстве должны способствовать улавливанию углерода и его депонированию на значительные сроки.
Сила нуля
Автор Профессор Эдвард Б. Бургер, доктор философии, Юго-Западный университетКак умножать числа, используя римские цифры? Как бы вы написали число 10 030, не используя ноль? Компактная разрядная (или позиционная) система счисления с символом нуля открывает широкие возможности для арифметических вычислений и открытия новых чисел.
(Изображение: IceDesigner/Shutterstock) Всего с 10 символами у нас есть механизм для описания новых чисел, которые выходят за рамки нашего воображения.
Здесь мы исследуем происхождение нуля и развитие нашей современной десятичной системы. Имея мощную позиционную систему счисления, человечество, наконец, получило инструменты, необходимые для начала развития современной математики.
Однако у древних систем присадок была и обратная сторона. Большинство систем требовало повторения символов. Например, римские цифры XXIII равны 23, и они складывали два X (по 10 в каждом), а затем три Is, и получали 23. Вавилоняне использовали ласточкины хвосты и гвозди, которые они складывали. Хотя вычисления в аддитивных системах с использованием таких инструментов, как счеты, были быстрыми, эти системы требовали очень длинного списка символов для обозначения все больших и больших чисел, и на практике это было проблемой.
Медленный прогресс для куч чисел В папирусе Райнда (на фото выше) 1650 г.Это стенограмма из серии видео От нуля до бесконечности: история чисел . Смотрите прямо сейчас на The Great Courses.
до н. э. писец Ахмес называл числа «кучами». (Изображение: Пол Джеймс Коуи (Pjamescowie/Public domain)Аддитивные системы затруднили рассмотрение более сложных арифметических вопросов и, таким образом, замедлили прогресс в изучении чисел. Чтобы перейти к тому, что мы называем позиционной системой, им понадобился новое число. Это натолкнуло на философский вопрос: сколько предметов вы видите в пустой коробке? Является ли ваш ответ числом? Это вопрос о нуле. В папирусе Райнда 1650 г. до н. э. писец Ахмес назвал числа «кучами». Эта традиция продолжилась через пифагорейцев, которые в VI веке до н. э. рассматривали числа как «комбинацию или нагромождение единиц».0009
Представление о том, что ноль является количеством, не имело никакого смысла, потому что они думали с точки зрения количества. Это отсутствие нуля вызвало множество проблем.
Еще Аристотель определял число как совокупность или кучу. Кроме того, слово «три» происходит от англо-саксонского слова throp , что также означает «куча» или «куча».
Поскольку у нас не может быть кучи нулевых объектов — с нулевыми объектами вообще не было бы кучи — ноль не рассматривался как число. Представление о том, что ноль является количеством, не имело никакого смысла, потому что они думали в терминах количества. Это отсутствие нуля вызвало множество проблем. Неосторожный шумерский писец мог вызвать двусмысленность, потому что в клинописи разные интервалы между символами могут представлять разные числа. С другой стороны, египетская система не требовала заполнителя, такого как ноль, но их аддитивная запись была громоздкой. В результате за 2000 лет существования египетской системы счисления они мало продвинулись в арифметике или, в более общем плане, в математике. Интересно наблюдать, как нотация влияет на наше понимание, интуицию и наше дальнейшее стремление рассматривать числа.
Узнайте больше о том, чем интересны все числа
Появляется пустой заполнительУ майя также был символ нуля в форме глаза, который они использовали только как заполнитель.
Сначала ноль появился как пустой заполнитель, а не как число. К 300 г. до н. э. у вавилонян был символ нуля. Это был скорее заполнитель, чем число, потому что они думали о кучах, но им нужно было различать числа. У майя также был символ нуля в форме глаза, который они также использовали только в качестве заполнителя. Эволюцию символа нуля трудно проследить. Современный символ «0», возможно, возник из-за использования таблиц с песком, которые использовались для вычислений, в которых камешки помещались и перемещались вперед и назад для сложения или вычитания. Когда гальку удаляли, в песке оставалась вмятина или ямка, отражающая «0», который мы видим сегодня. Вычисления, выполненные на песчаных столах, возможно, фактически привели к развитию систем счисления на основе мест.
Узнайте больше о парадоксах движения, пространства и времени Зенона
Рождение нуля Птолемей использовал греческую букву омикрон, которая выглядит как «О», для обозначения «ничто».
(Изображение: Everett Historical/Shutterstock)Позже, во II веке нашей эры, Птолемей использовал греческую букву омикрон, которая выглядит как «О», для обозначения «ничего». Итак, это символ нуля, «0», который мы видим, — круг. Птолемей рассматривал это не как число, а просто как идею ничего. Но вы можете видеть, опять же, что эти вещи медленно складывались воедино. Ноль как число возник, скорее всего, в Индии.
К 7 веку индийский астроном Бхрамагупта предложил трактовку отрицательных чисел и понимал ноль как число, а не просто как заполнитель. На самом деле он изучал 0, деленный на 0, и 1, деленный на 0, и он ошибочно решил, что 0, деленный на 0, равно 0, но просто не знал, что делать с 1, деленным на 0.
Индийский астроном Бхрамагупта предложил метод отрицательных чисел и фактически понимал ноль как число. (Изображение: Неизвестный автор – «Индусы», том II, Библиотека занимательных знаний (1835 г.), страница 318/Общественное достояние) Здесь снова мы видим пару вещей.
Во-первых, сегодня мы знаем, что мы не можем делить на 0. Если мы разделим на 0, это не даст числа — это то, чему нас учат в школе, поэтому мы покидаем область чисел. Но мы также видим прекрасное развитие. Бхрамагупта, этот важный, великий ум, совершил ошибку, которую следует прославлять, а не стыдиться. Хотя он не совсем понял это, его вклад был огромен. Наконец, человечество расширило свой взгляд на число, включив в него ноль.
Узнайте больше о демонстрации Курта Гёделя о том, что математическая непротиворечивость — это мираж и что ценой избегания парадоксов является неполнота
От пустого к нулю к нулю с 6-го по 8-й века на санскрите было «сун-йах», что означало «пустой», для обозначения нуля, как мы его думаем. К IX веку в арабском языке появилось «вздох-фр». К латыни 13-го века было «zef-ear-e-um». От итальянского 14 века произошло «zef-ear-row». К английскому языку 15-го века у нас есть «ноль». Здесь мы видим медленную эволюцию этого слова.Узнайте больше о том, почему парадоксы, связанные с бесконечностью, бесконечны
Из-за вычислительной мощности нуля некоторые считают его таинственным и почти волшебным.
В результате слово «ноль» имеет то же происхождение, что и другое слово, означающее «скрытый или таинственный код», и это слово, конечно же, «шифр». Мы можем видеть, что «шифр» на самом деле произошел от таинственных качеств, которыми ноль обладал в глазах наших предков.
Общие вопросы о числе ноль
В: Кто несет ответственность за изобретение нуля?
Хотя он использовался в качестве заполнителя на протяжении тысячелетий до этого, число ноль официально считается изобретенным Брахмагуптой около 628 года, хотя это все еще в основном научное предположение.
В: Является ли ноль числом?
Число ноль абсолютно натуральное число на числовой прямой между положительным и отрицательным 1 и может использоваться в наборах для идентификации чисел. Однако, поскольку числа используются для счета, а ноль ничего не может считать, его также можно считать не числом!
В: Ноль занимает положительную или отрицательную позицию?
Технически число ноль не может быть больше или меньше самого себя, как может быть единица или отрицательная единица, так что это ни то, ни другое.
Однако в теории множеств ноль входит в набор неотрицательных чисел , но не входит в набор положительных чисел. Ноль уникален.
В: Имеет ли ноль значение?
Число ноль не имеет значения. Zero лучше всего рассматривать как заполнитель и инструмент для расширения математика .
Эта статья была обновлена 15 декабря 2020 г.
Продолжайте читать
Существуют ли абсолютные истины в математике?
Математика в литературе: изображение крушения достоверности
Рационализм в математике вступает в шаткую почву Целые степени 1.3 Отрицательные целые степени 1.4 Дробные степени 2 Корни 2.1 Квадратные корни 2.2 Кубические корни 2.3 Обобщение корней 3 Экспоненциальные законы 3.1 Правило 13.2 Правило 23.3 Правило 3 4 Проверьте себя 5 Внешние ресурсы 92}=7$.
Примечание : Напомним, что квадрат отрицательного числа равен квадрату того же положительного числа.