Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Химия как наука

Химия — наука о веществах, их строении, свойствах и превращениях. В широком понимании, вещество — это любой вид материи, обладающий собственной массой, например элементарные частицы. В химии понятие вещества более узкое, а именно: вещество — это любая совокупность атомов и молекул.

Превращения веществ, сопровождающиеся изменением состава молекул, называются химическими реакциями . Традиционная химия изучает реакции, которые происходят на макроскопическом уровне (в лаборатории или в окружающем мире), и интерпретирует их на атомно-молекулярном уровне. Известно, например, что сера горит на воздухе голубым пламенем, давая резкий запах. Это — макроскопическое явление.

Современная химия способна изучать химические реакции с участием отдельных молекул, обладающих строго определенной энергией. Пользуясь этим, можно управлять течением химических реакций, подавая энергию в определенные участки молекулы. Управление химическими процессами на молекулярном уровне — одна из основных особенностей современной химии.

Химия как метод изучения химических свойств и строения веществ является чрезвычайно многогранной и плодотворной наукой. На сегодняшний день известно около 15 млн. органических и около полумиллиона неорганических веществ, причем каждое из этих веществ может вступать в десятки реакций, и каждое из них имеет внутреннее строение. Внутреннее строение определяет химические свойства; в свою очередь, по химическим свойствам мы часто можем судить о строении вещества.

Современная химия настолько разнообразна как по объектам, так и по методам их исследования, что многие ее разделы представляют собой самостоятельные науки. Взаимодействие химии и физики дало сразу две науки: физическую химию и химическую физику , причем эти науки, несмотря на сходство названий, изучают совершенно разные объекты. Физическая химия исследует вещества, состоящие из большого числа атомов и молекул, с помощью физических методов и на основе законов физики. Химическая физика основной упор делает на физическом исследовании элементарных химических процессов и строения молекул, ее предметом являются отдельные частицы вещества.

Одним из передовых направлений химии является биохимия — наука, изучающая химические основы жизни.

Чрезвычайно интересные результаты получены в области космической химии , которая занимается химическими процессами, протекающими на планетах и звездах, а также в межзвездном пространстве.

Самой молодой областью химии является возникшая буквально в последнее десятилетие математическая химия. Ее задача — применение математических методов для обработки химических закономерностей, поиска связей между строением и свойствами веществ, кодирования веществ по их молекулярной структуре, подсчета числа изомеров органических веществ. Cовременная химия самым тесным образом взаимодействует со всеми другими областями естествознания. Ни одно серьезное химическое исследование не обходится без использования физических методов для установления структуры веществ и математических методов для анализа результатов.

Основу химии составляют атомно-молекулярная теория, теория строения атомов и молекул, закон сохранения массы и энергии и периодический закон.

>> Что такое химия

Что такое химия

Материал параграфа поможет вам:

• выяснить, что означает слово «химия»;
  
• осознать связь науки химии с другими науками;
  
• узнать об использовании человеком достижений
  

химии;

• понять, почему изучают химию.

Слово «химия» имеет несколько значений. Так называют науку и учебный предмет . Иногда слово «химия» употребляют как сокращенное название
одной из отраслей промышленности.

Химия - естественная наука.

На уроках природоведения вы узнали о существовании нескольких наук о природе. К таким наукам относят и химию.

Рис.1 Вещества в природе

Химия - наука о веществах и их превращениях.

Вещества есть везде - в воздухе, природной воде, почве, в живых организмах (рис. I). Они существуют не только на Земле, но и на других планетах.

В природе происходят превращения одних веществ в другие. Живые существа при дыхании потребляют часть кислорода, который содержится в воздухе, а выдыхают воздух с повышенным содержанием углекислого газа.

Этот газ выделяется во время пожаров, при гниении и разложении останков растении и животных. Зеленые листья поглощают углекислый газ и воду, которые вследствие фотосинтеза превращаются в кислород и другие вещества.

В недрах планеты на протяжении миллионов лет происходило образование минералов, нефти, природного газа, угля. Множество химических процессов происходит в реках, морях и океанах.

Вещества и их превращения всегда интересовали человека. Ученые в разные времена осуществляли многочисленные химические эксперименты и стремились объяснить явления, которые наблюдали. Анализируя результаты своих опытов, они выдвигали гипотезы, создавали теории, а затем проверяли их новыми экспериментами. Поэтому химию называют экспериментальной наукой.

Химия и другие науки.

Все естественные науки тесно связаны между собой (схема I), влияют друг на друга и взаимно обогащаются. Обособленное развитие каждой из них невозможно.

Схема I. Связь химии, с другими естественными науками

Превращения одних веществ в другие сопровождаются различными физическими явлениями, например выделением или поглощением теплоты.

Поэтому химикам необходимо знать физику. Основой существования живой природы является обмен веществ. Ученый-биолог, не сведущий в законах химии, не сможет понять и объяснить этот процесс.

1 Термин происходит от греческих слов phos, photos - свет, synthesis - соединение.

Химические знания необходимы и геологу. Используя их, он успешно будет проводить поиск полезных ископаемых. Врач, фармацевт, косметолог, металлург, кулинар, не имея соответствующей химической подготовки, не достигнут вершин мастерства.

Химия является точной наукой. Перед тем как осуществить химический эксперимен и после его завершения, ученый-химик проводит необходимые расчеты. Их результаты дают возможность сделать правильные выводы. Поэтому деятельность химика невозможна без знания математики.

За последние полтора столетия появились новые науки, которые стремительно развиваются.

Среди них - родственные химии биохимия, агрохимия, геохимия, космохимия, физическая химия.

Издавна люди жили в гармонии с природой. Ho в последнее время ситуация ухудшилась. Окружающая среда все больше загрязняется из-за внесения чрезмерного количества удобрений в почву, выделения выхлопных газов автомобилей в воздух, вредных веществ различных производств в водоемы, а также бытовыми отходами. Все это приводит к уничтожению растений, гибели животных, ухудшению здоровья людей. Серьезную угрозу для всего живого представляет химическое оружие - особые, чрезвычайно ядовитые вещества. Уничтожение запасов такого оружия требует немалых усилий, средств и времени.

Взаимосвязь человека и природы изучает молодая естественная наука экология\ В поле зрения ученых-экологов постоянно находятся проблемы защиты окружающей среды от загрязнений. Сохранение природы для будущих поколений зависит от бережного отношения к ней каждого из нас, от уровня нашей культуры, химических знаний (рис. 2).

Рис. 2. Сохраним окружающую среду

1 Название происходит от греческих слов oikos - дом, помещение и logos - слово, учение.

Схема 2. Химия - человеку

Химия - сокращенное название химической промышленности.

На химических заводах производят вещества, не существующие в природе, но необходимые людям для обеспечения надлежащего уровня жизни, удовлетворения разнообразных потребностей, сохранения здоровья (схема 2).

Еще в середине XVIII в., в период становления науки химии, выдающийся русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов писал: «Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие... Куда ни посмотрим, куда ни оглянемся, везде обращаются перед очами нашими успехи ее прилежания». В наше время слова ученого приобрели особую актуальность.

Химия в повседневной жизни.

Каждый из нас ежедневно осуществляет превращения веществ, даже не догадываясь об этом. Утром мы моем руки и чистим зубы. При растворении мыла в воде образуются вещества с моющим действием. Зубная паста нейтрализует остатки кислот во рту. Во время приготовления пищи одни вещества превращаются в другие, имеющие новый вкус, цвет, запах. Из питьевой соды, которую добавляют в муку, при нагревании выделяется углекислый газ, разрыхляющий тесто. Уксусом можно удалить накипь в чайнике, а соком лимона - некоторые пятна на одежде. Все эти явления объясняет наука химия.

Химия - учебный предмет.

Химию, как и физику, и математику, называют фундаментальной наукой. Поэтому предмет «химия» является обязательным для изучения в школе.

Химические знания помогают выяснить, что происходит с веществами в природе, живых организмах, чем богата наша планета, как изменяется все, что на ней существует. Без этих знаний мы не сможем правильно обращаться с веществами, эффективно и безопасно их использовать.

Выводы

Химия - наука о веществах и их превращениях.

Она является одной из естественных наук и тесно связана с физикой, биологией, математикой, другими науками.

Химией называют также учебный предмет и одну из отраслей промышленности.

Благодаря достижениям химии человек получает и использует различные вещества.

Некоторые вещества, попадая в окружающую среду, загрязняют ее. Одной из важнейших задач человечества и каждого из нас в частности является сохранение природы. Успешное выполнение этой задачи невозможно без применения химических знаний.

?
1. Дайте определение науки химии и прокомментируйте его.
2. Найдите соответствие (запишите номер каждого предложения, а по­ том - букву а, б или в с соответствующим значением слова «химия»):

1) химия имеет свои законы; а) учебный предмет;
2) мировая продукция химии - б) отрасль промышленности;
миллионы тонн различных веществ; в) наука.
3) химию преподают в школах всех стран мира;

3. Назовите несколько веществ, которые не существуют в природе, а получены человеком и используются в повседневной жизни.

4. Приведите примеры загрязнения окружающей среды веществами искусственного (промышленного) происхождения.

Попель П. П., Крикля Л. С., Хімія: Підруч. для 7 кл. загальноосвіт. навч. закл. - К.: ВЦ «Академія», 2008. - 136 с.: іл.

Содержание урока конспект урока и опорный каркас презентация урока интерактивные технологии акселеративные методы обучения Практика тесты, тестирование онлайн задачи и упражнения домашние задания практикумы и тренинги вопросы для дискуссий в классе Иллюстрации видео- и аудиоматериалы фотографии, картинки графики, таблицы, схемы комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты Дополнения рефераты шпаргалки фишки для любознательных статьи (МАН) литература основная и дополнительная словарь терминов Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике замена устаревших знаний новыми Только для учителей календарные планы учебные программы методические рекомендации

Химия как наука

Химия - наука, изучающая строение веществ и их превращения, сопровождающиеся изменением состава и(или) строения. Перед современной химией стоят три главные задачи:

• во-первых, основополагающим направлением развития химии является исследование строения вещества, развитие теории строения и свойств молекул и материалов. Важно установление связи между строением и разнообразными свойствами веществ и на этой основе построение теорий реакционной способности вещества, кинетики и механизма химических реакций и каталитических явлений. Осуществление химических превращений в том или ином направлении определяется составом и строением молекул, ионов, радикалов, других короткоживущих образований. Знание этого позволяет находить способы получения новых продуктов, обладающих качественно или количественно иными свойствами, чем имеющиеся.
• во-вторых - осуществление направленного синтеза новых веществ с заданными свойствами. Здесь также важно найти новые реакции и катализаторы для более эффективного сушествления синтеза уже известных и имеющих промышленное значение соединений.
• в-третьих - анализ. Эта традиционная задача химии приобрела особое значение. Оно связано как с увеличением числа химических объектов и изучаемых свойств, так и с необходимостью определения и уменьшения последствий воздействия человека на природу.

Химические свойства веществ определяются главным образом состоянием внешних электронных оболочек атомов и молекул, образующих вещества; состояния ядер и внутренних электронов в химических процессах почти не изменяются. Объектом химических исследований являются элементы химические и их комбинации, т.е. атомы, простые (одноэлементные) и сложные (молекулы, ионы, ион-радикалы, карбеиы, свободные радикалы) химические соединения, их объединения (ассоциаты, кластеры, сольваты, клатраты и т.п.), материалы и др.

Современная химия достигла такого уровня развития, что существует целый ряд ее специальных разделов, являющихся самостоятельными науками. В зависимости от атомарной природы изучаемого вещества, типов химических связей между атомами различают неорганическую, органическую и элементоорганическую химии. Объектом неорганической химии являются все химические элементы и их соединения, другие вещества на их основе. Органическая химия изучает свойства обширного класса соединений, обрадованных посредством химических связей углерода с углеродом и другими органогенными элементами: водородом, азотом, кислородом, серой, хлором, бромом и йодом. Элементоорганическая химия находится на стыке неорганической и органической химии. Эта «третья» химия относится к соединениям, включающим химические связи углерода с остальными элементами периодической системы, не являющимися органогенами. Молекулярная структура, степень агрегации (объединения) атомов в составе молекул и крупных молекул - макромолекул привносят свои характерные особенности в химическую форму движения материи. Поэтому существуют химия высокомолекулярных соединений, кристаллохимия, геохимия, биохимия и другие науки. Они изучают крупные объединения атомов и гигантские полимерные образования различной природы. Везде центральным вопросом для химии является вопрос о химических свойствах. Предметом изучения являются также физические, физико-химические и биохимические свойства веществ. Поэтому не только интенсивно разрабатываются собственные методы, но и привлекаются к изучению веществ другие науки. Так важными составными частями химии являются физическая химия и химическая физика, исследующие химические объекты, процессы и сопровождающие их явления с помощью расчетного аппарата физики и физических экспериментальных методов. Сегодня эти науки объединяют целый ряд других: квантовая химия, химическая термодинамика (термохимия), химическая кинетика, электрохимия, фотохимия, химия высоких энергий, компьютерная химия и др. Только перечень фундаментальных наук химического направления уже говорит об исключительном разнообразии проявления химической формы движения материи и влиянии ее на нашу повседневную жизнь. Существует множество направлений развития прикладной химии, призванной решать конкретные задачи практической деятельности человека. Химическая наука достигла такого уровня развития, что стала порождать новые производства и технологии.

Химия как система знания

Химия как система знания о веществах и их превращениях содержится в запасе фактов - надежно установленных и проверенных сведений о химических элементах и соединениях, их реакциях и поведении в природных и искусственных, средах. Критерии надежности фактов и способы их систематизации постоянно развиваются. Крупные обобщения, надежно связывающие большие совокупности фактов, становятся научными законами, формулировка которых открывает новые этапы химии (например, законы сохранения массы и энергии, законы Дальтона, периодический закон Менделеева). Теории, используя специфические понятия, объясняют и прогнозируют факты более частной предметной области. По сути, опытное знание становится фактом только тогда, когда получает теоретическое толкование. Так, первая химическая теория - теория флогистона, будучи неверной, способствовала становлению химии, т.к. соединяла факты в систему и позволяла формулировать новые вопросы. Структурная теория (Бутлеров, Кекуле) упорядочила и объяснила огромный материал органической химии и обусловила быстрое развитие химического синтеза и исследования структуры органических соединений.

Химия как знание - система очень динамичная. Эволюционное накопление знаний прерывается революциями - глубокой перестройкой системы фактов, теорий и методов, с возникновением нового набора понятий или даже нового стиля мышления. Так, революцию вызвали труды Лавуазье (материалистическая теория окисления, внедрение количеств, методов эксперимента, разработка химической номенклатуры), открытие периодического закона Менделеева, создание в начале 20 века новых аналитичесских методов (микроанализ, хроматография). Революцией можно считать и появление новых областей, вырабатывающих новое видение предмета химии и влияющих на все ее области (например, возникновение физической химии на базе химической термодинамики и химической кинетики).

Химия как учебная дисциплина

Химия является общетеоретической дисциплиной. Она призвана дать студентам современное научное представление о веществе как одном из видов движущейся материи, о путях, механизмах и способах превращения одних веществ в другие. Знание основных химических законов, владение техникой химических расчетов, понимание возможностей, предоставляемых химией с помощью других специалистов, работающих в отдельных и узких ее областях, значительно ускоряют получение нужного результата в различных сферах инженерной и научной деятельности. Химия знакомит будущего специалиста с конкретными проявлениями вещества, дает возможность с помощью лабораторного эксперимента «почувствовать» вещество, узнать его новые виды и свойства. Особенностью химии как дисциплины для студентов нехимических специальностей является то, что в небольшом по объему курсе необходимо иметь сведения практически из всех отраслей химии, оформившихся как самостоятельные науки и изучаемые химиками и химиками-технологами в специальных дисциплинах. Кроме того, разнообразие интересов представителей разных специальностей часто приводит к созданию специализированных курсов химии. При всех положительных сторонах такой ориентации существует и серьезный ее недостаток - сужается мировоззрение специалиста, уменьшается свобода его ориентации в свойствах вещества и методах его получения и применения. Поэтому курс химии для будущих специалистов не в области химии и химической технологии должен быть достаточно широк и, в необходимой мере, основателен, чтобы дать целостное представление о возможностях химии как науки, как отрасли промышленности, как основы для научно-технического прогресса. Теоретические основы для понимания многообразной и сложной картины химических явлений закладывает общая химия. Химия элементов вводит в конкретный мир веществ, образуемых химическими элементами. Современному инженеру, не имеющему специальной химической подготовки, необходимо разбираться в свойствах различных видов материалов, составов и соединений. Нередко, в той или иной мере, ему приходится иметь дело с топливами, маслами, смазками, моющими средствами, вяжущими, керамическими, конструкционными, электротехническими материалами, волокнами, тканями, биологическими объектами, минеральными удобрениями и многим другим. Другие курсы не всегда могут дать первичное представление об этом. Необходимо восполнять этот пробел. Данный раздел относится к наиболее динамично меняющейся части химии и, конечно, достаточно быстро устаревает. Поэтому, своевременный и тщательный отбор материала здесь является крайне необходимым для регулярного обновления дисциплины. Все это и ведет к целесообразности введения в курсе химии для студентов нехимических специальностей отдельного раздела прикладной химии.

Химия как социальная система

Химия как социальная система - крупнейшая часть всего сообщества ученых. На формирование химика как типа ученого оказали влияние особенности объекта его науки и способа деятельности (химического эксперимента). Трудности математической формализации объекта (по сравнению с физикой) и в то же время многообразие чувственных проявлений (запах, цвет, биологическая и другая активность) с самого начала ограничивали господство механицизма в мышлении химика и оставляли значит, поле для интуиции и артистизма. Кроме того, химик всегда применял инструмент немеханическоц природы - огонь. С другой стороны, в отличие от устойчивых, данных природой объектов биолога, мир химика обладает неисчерпаемым и быстро нарастающим многообразием. Неустранимая таинственность нового веществава придала мироощущению химика ответственность и осторожность (как социальный тип химик консервативен). Химическая лаборатория выработала жесткий механизм «естественного отбора», отторжения самонадеянных и склонных к ошибкам людей. Это придает своеобразие не только стилю мышления, но и духовно-нравственной организации химика.

Сообщество химиков состоит из людей, профессионально занимающихся химией и относящих самих себя к этой области. Примерно половина из них работает, однако, в других областях, обеспечивая их химическими знанием. Кроме того, к ним примыкает множество ученых и технологов - в большой мере химиков, хотя уже и не относящих себя к химикам (освоение навыков и умений химика учеными других областей затруднено из-за указанных выше особенностей предмета).

Как и любое другое сплоченное сообщество, химики имеют свой профессиональный язык, систему воспроизводства кадров, систему коммуникаций [журналы, конгрессы и т.д.], свою историю, свои культурные нормы и стиль поведения.

Химия как отрасль промышленности

Современный уровень жизни человечества просто невозможен без продуктов и методов химии. Они в решающей мере определяют современное лицо окружающего нас мира. Продуктов химии требуется так много, что в развитых странах существуют химические отрасли промышленности. Химическая отрасль - одна из важнейших отраслей промышленности и в нашей стране. Производимые ею химические соединения, различные композиции и материалы применяются повсюду: в машиностроении, металлургии, сельском хозяйстве, строительстве, электротехнической и электронной промышленности, связи, транспорте, космической технике, медицине, быту, и др. Только для изготовления пищевых продуктов применяется около тысячи различных химических соединений, а всего для практических нужд промышленностью выпускается более миллиона веществ. От химии во многом зависит экономическое благосостояние и обороноспособность страны. Поэтому, чтобы не сдерживать развитие других отраслей промышленности, своевременно предоставлять им новые соединения и материалы с требуемым набором свойств, химическая наука и химическая промышленность должны развиваться опережающими темпами, расширяя ассортимент продуктов, повышая их качество и увеличивая объемы выпуска. В нашей стране существуют:

• неорганические производства основной химии, выпускающие кислоты, щелочи, соли и другие соединения, удобрения;
• нефтехимические производства: получение топлива, масел, растворителей, мономеров органической химии (углеводородов, спиртов, альдегидов, кислот), разнообразых полимеров и материалов на их основе, синтетического каучука, химических волокон, препаратов для защиты растений, кормов и добавок к кормам, товаров бытовой химии;
• малая химия, когда объемы выпускаемой продукции невелики, но ассортимент ее очень широк. К такой продукции относятся вспомогательные вещества для производства полимерных материалов (катализаторы, стабилизаторы, пластификаторы, антипирены), красители, лекарственные препараты, дезинфицирующие средства и другие препараты санитарии и гигиены, средства химизации сельского хозяйства - гербициды, инсектициды, фунгициды, дефолианты и др.

Главными направлениями развития современной химической промышленности являются: производство новых соединений и материалов и повышение эффективности существующих производств. Для этого важно найти новые реакции и катализаторы, выяснить механизмы протекающих процессов. Это определяет химический подход при решении инженерных задач повышения эффективности производства. Типичной чертой химической промышленности является сравнительно небольшое количество работающих и высокие требования к их квалификации, причем относительное количество специалистов-химиков невелико, а больше представителей других специальностей (механиков, теплоэнергетиков, специалистов по автоматизации производства и др.). Характерны крупные размеры энерго- и водопотребления, высокие экологические требованиям к производству. В нехимических отраслях многие технологические операции связаны с подготовкой и очисткой сырья и материалов, окраской, склеиванием, и другими химическими процессами.

Химия - основа научно-технического прогресса

Соединения, составы и материалы, создаваемые химией, играют важнейшую роль для повышения производительности труда, снижения энергетических затрат на производство необходимой продукции, освоения новых технологий и техники. Примеров успешного влияния химии на методы машиностроительной технологии, приемы эксплуатации машин и аппаратов, развитие электронной промышленности, космической техники и реактивной авиации и многих других направлений научно-технического прогресса множество:

• внедрение химических и электрохимических методов обработки металлов резко снижает количество отходов, неизбежных при обработке металлов резанием. При этом снимаются ограничения по прочности и твердости металлов и сплавов, форме детали, достигаются высокая чистота поверхности и точность размеров деталей.
• такие материалы как синтетический графит (который при высоких температурах более прочен, чем металлы), корундовая (на основе оксида алюминия) и кварцевая (на основе диоксида кремния) керамики, синтетические полимерные материалы, стекла могут проявлять уникальные свойства.
• закристаллизованные стекла (ситаллы) получают введением в расплавленное стекло веществ, способствующих возникновению центров кристаллизации и последующему росту кристаллов. Такой ситалл как «пирокерам» в девять раз прочнее прокатанного стекла, тверже высокоуглеродистой стали, легче алюминия и по термостойкости близок к кварцу.
• современные смазочные материалы позволяют существенно снизить коэффициент трения и повысить износостойкость материалов. Применение масел и смазок, содержащих дисульфид молибдена, увеличивает срок эксплуатации узлов и деталей автомобиля в 1,5 раза, отдельных частей - до двух раз, а коэффициент трения при этом удается снизить более, чем в 5 раз.
• элементоорганические вещества - полиорганосилоксаны отличаются гибкостью и спиралеобразной структурой молекул, образующих клубки по мере понижения температуры. Таким образом они сохраняют незначительно меняющуюся вязкость в широком диапазоне температур. Это позволяет их использовать в качестве гидравлической жидкости в самых разнообразных условиях.
• защита металлов от коррозии приобрела целенаправленность действия после создания электрохимической теории коррозии и позволяет избежать значительных экономических затрат на возобновление изделий из металлов.

В настоящее время перед химией совместно с другими науками, техникой и промышленностью стоит много актуальных и сложных задач. Синтез и практическое применение подходящих высокотемпературных и, далее, горячих сверхпроводников позволит существенно изменить способы хранения и передачи энергии. Необходимы новые материалы, среди которых выделяются материалы на основе металлов, полимеры, керамика и композиты. Так проблема создания экологически чистого двигателя, в основе которого лежит реакция сгорания водорода в кислороде, заключается в создании материалов или процессов, препятствующих проникновению водорода через стенки резервуаров-аккумуляторов водорода. Создание новых химических технологий - также важное направление научно-технического прогресса. Так, стоит задача обеспечения новыми видами жидкого и газообразного топлива, получаемого при переработке угля, сланцев, торфа, древесины. Это возможно на основе новых каталитических процессов.

Химия - это наука о веществе (предмет, имеющий массу и занимающий какой-то объем).

Химия исследует строение и свойства вещества, а также происходящих с ним изменений.

Любое вещество бывает либо в чистом виде, либо состоит из смеси чистых веществ. Вследствие химически реакций вещества могут превращаться в новое вещество.

Химия очень обширная наука. Поэтому, принято выделять отдельные разделы химии:

• Аналитическая химия. Делает количественный анализ (сколько вещества содержится) и качественный анализ (какие вещества содержатся) смесей.
• Биохимия . Изучает химические реакции в живых организмах: пищеварение, размножение, дыхание, обмен веществ… Как правило, изучение ведется на молекулярном уровне.
• Неорганическая химия. Изучает все элементы (структуру и свойства соединений) периодической таблицы Менделеева за исключением углерода.
• Органическая химия. Это химия соединений углерода. Известны миллионы органических соединений, которые используются в нефтехимии, фармацевтике, производстве полимеров.
• Физическая химия. Изучает физические явления и закономерности химических реакций.

Этапы развития химии, как науки

Химические процессы (получение металлов из руд, крашение тканей, выделка кожи...) использовались человечеством уже на заре его культурной жизни.

В 3-4 веках зародилась алхимия , задачей которой было превращение неблагородных металлов в благородные.

С эпохи Возрождения химические исследования все в большей степени стали использовать для практических целей (металлургия, стеклоделие, производство керамики, красок...); возникло также особое медицинское направление алхимии - ятрохимия .

Во второй половине 17 века Р. Бойль дал первое научное определение понятия «химический элемент» .

Период превращения химии в подлинную науку завершился во второй половине 18 века, когда был сформулирован закон сохранения массы при химических реакциях.

В начале 19 века Джон Дальтон заложил основы химической атомистики, Амедео Авогардо ввел понятие «молекула» . Эти атомно-молекулярные представления утвердились лишь в 60-х годах 19 века. Тогда же А.М. Бутлеров создал теорию строения химических соединений, а Д.И. Менделеев открыл периодический закон.

Химия - одна из важнейших областей естествознания, сыгравшая огромную роль в создании современной научной картины мира. Обычно ее определяют как науку, которая изучает вещества и их превращения. Этому определению нельзя отказать в справедливости, хотя оно не совсем точно. Ведь физика тоже изучает вещества и их превращения, разумеется, своими специфическими методами и в своих собственных целях. В химии же свойства простых и сложных веществ выявляются и проявляются в ходе тех химических взаимодействий, в которых эти вещества участвуют. Поэтому химическими превращениями являются такие, в результате которых образуются новые химические индивидуумы со своими характерными свойствами. Все химические превращения обязательно связаны с перестройкой внешних электронных оболочек атомов элементов, участвующих в реакциях, тогда как внутренние оболочки и атомное ядро остаются незатронутыми.

Ныне в сферу действия химической науки вовлечены примерно 100 доступных для химических исследований элементов (существующих в природе и полученных посредством ядерного синтеза) и их самых разнообразных соединений.

Хотя с различными химическими превращениями человек имел дело еще в древние времена, становление химии как самостоятельной науки - со своими целями и задачами, с собственным арсеналом понятий и терминов - фактически начало происходить во второй половине XVIII в. Это становление подготавливалось исподволь, на протяжении многих столетий. Первоначальные сведения о химических явлениях и процессах накапливались в результате практической деятельности людей - в ходе выплавки металлов, изготовления стекла и керамики, изготовления и крашения тканей, получения различных продуктов питания и т. д. В этом плане историки науки часто используют термин «ремесленная химия». Конечно, она еще не была наукой, а лишь своеобразным сводом определенных химических приемов и рецептов. Некоторые задатки будущей химии сформировались и в период господства алхимии. Хотя алхимики преследовали мистические цели, им принадлежали и многие важные практические достижения: они предложили способы разложения различных руд и минералов, получили некоторые необходимые реактивы (например, азотную, серную и соляную кислоты, царскую водку, ряд солей и щелочей), изобрели приборы, необходимые для химических исследований (колбы, реторты, нагревательные печи), описали такие процессы, как прокаливание, перегонка, дистилляция, растворение и осаждение. Далее внесла свой вклад в фундамент будущей химической науки и ятрохимия - область знаний, которая, в частности, ставила целью изготовление различных лекарств для лечения людей.

XIV-XVI века вошли в историю человечества как эпоха Возрождения. Для нее характерен расцвет многих наук - механики, математики, физики. Что касается химии, то она лишь начала осознавать свое истинное место в системе человеческих знаний.

В XVII столетии засверкали имена многих ученых, которые своими идеями и трудами подготавливали приобретение химией статуса определенной области познания. Французский физик П. Гассенди ввел понятие «молекула», которое обозначало соединение «атомов». Его соотечественник Ж. Рей установил: при прокаливании металлов их вес увеличивается. Англичане Р. Гук и Дж. Майов значительно обогнали время, сформулировав правильные представления о процессах горения и дыхания. Голландский естествоиспытатель Я. ван Гельмонт ввел термин «газ» (от греческого слова «хаос») и фактически впервые наблюдал выделение углекислого газа. Французский ученый Н. Лемерй написал первый фундаментальный учебник «Курс химии», в котором четко определил химию как искусство разделять различные вещества, содержащиеся в смешанных телах, существующих в природе,- минералах, растительных и животных телах.

Выдающегося английского естествоиспытателя Р. Бойля Фридрих Энгельс назвал создателем научной химии: «Бойль делает из химии науку». Книга Бойля, называвшаяся «Химик-спектик» (увидела свет в 1661 г.), критически пересматривала многие прежние химические воззрения. Главная заслуга ученого состояла в том, что он стал рассматривать химические элементы не как некие отвлеченные понятия, а как реально существующие минеральные вещества. Он считал: в действительности химических элементов может быть много - и тем самым нацеливал на их поиск в природе. Бойль дал и определение элементов как простых тел, не составленных друг из друга, а являющихся составными частями всех смешанных (сложных) тел. И наконец, Бойль широко ввел в практику химический анализ как главный метод изучения состава веществ. Бойля даже считают основоположником аналитической химии. Столетие спустя именно химико-аналитический метод стал приносить обильные плоды в виде большого числа открываемых химических элементов.

Анализ позволил химии решать одну из ее важнейших задач: изучать, что из чего состоит. Так возникло учение о составе химических соединений. Позднее возникли проблемы познания их свойств и строения. Этот классический «треугольник познания»: состав - строение - свойства определил основное содержание химии фактически вплоть до нашего времени.

На рубеже XVII и XVIII вв. немецкий химик Г. Шталь предложил так называемую теорию флогистона,- по существу, первую химическую теорию. Хотя она и оказалась ошибочной, но позволила систематизировать процессы горения и обжига (кальцинации) металлов, объяснив эти процессы с единой точки зрения. Шталь считал, что различные вещества и металлы содержат в своем составе особое «начало горючести» - флогистон. При прокаливании металлы теряли флогистон, превращаясь в оксиды, т. е. процессы окисления заключались в потере окислявшимися веществами флогистона. Напротив, в ходе процессов восстановления оксиды приобретали флогистон, вновь становясь металлами. Критика учения о флогистоне во многом способствовала развитию химического мышления.

Выдающимися достижениями русского ученого-эн-циклопедиста М. В. Ломоносова в области естествознания, и в частности химии, являются материалистическое толкование химических явлений, создание корпускулярной теории веществ, формулировка основополагающего закона природы - закона сохранения массы веществ и движения.

В середине XVIII в. на авансцену вышла так называемая пневматическая химия, изучавшая газы с химической точки зрения. Одним из выдающихся ее достижений стало открытие кислорода. Понимание его природы как самостоятельного газообразного химического элемента позволило А. Лавуазье развенчать концепцию флогистона и сформулировать кислородную теорию горения и дыхания. Вместе с крупными достижениями химического анализа это событие положило начало первой химической революции. Эту революцию трудно ограничить четкими временными рамками. В последние десятилетия XVIII в. начал развиваться количественный подход к изучению химических процессов, была разработана первая номенклатура химических названий; А. Лавуазье предложил «Таблицу простых тел», которая, по существу, стала первой систематикой известных к тому времени (1789) химических элементов.

Важнейшей составляющей первой химической революции стала атомистика Дж. Дальтона. В самом начале XIX в. он четко сформулировал основы атомистического учения: тождественность атомов одного и того же вещества; способность различных атомов соединяться в различных соотношениях; абсолютную неделимость атомов. Наконец, Дальтон ввел фундаментально важное понятие атомного веса, т. е. практически первый измеримый количественный параметр, характеризующий атом. Ф. Энгельс вполне справедливо полагал, что «новая эпоха начинается в химии с атомистики (следовательно, не Лавуазье, а Дальтон- отец современной химии)» (см. Атомно-моле-кулярное учение).

Первая химическая революция имела основным своим результатом создание атомно-молекулярного учения. Под его прямым и непосредственным влиянием проходило развитие химии на протяжении всего XIX столетия. Химия полностью обрела статус самостоятельной науки в ряду других естественных наук. Она создала свои специфические понятия и термины; ее практическое значение с каждым годом все отчетливее осознавалось; она становилась предметом преподавания во многих учебных заведениях. Во многих странах возникали химические общества, появлялись новые химические журналы.

К началу 1890-х гг. сформировалась та совокупность химических знаний, которая составила так называемую классическую химию. Она достаточно четко подразделялась на четыре фундаментальных раздела: неорганическую, органическую, физическую и аналитическую химии. К краеугольным камням классической химии относились, в частности, учение о периодичности; учение о строении органических соединений; учение о координационных соединениях; учение о валентности; учение о химическом процессе (включающее проблемы кинетики и катализа); учение о растворах (вместе с теорией электролитической диссоциации). Достаточное развитие получили аналитические методы. Таким «богатством» располагала химия на исходе XIX в. Но на пути ее дальнейшего развития вставали вполне определенные трудности и преграды.

Дело в том, что первая химическая революция уже в значительной степени исчерпала себя. Атомно-моле-кулярное учение достигло больших высот развития, но ведь никто не знал, как устроен атом. Никакой заслуживающей внимания модели его строения наука прошлого столетия предложить не могла. А без этого знания многие фундаментальные теории и идеи химии не могли получить необходимого объяснения и обоснования. В том числе учение Д. И. Менделеева о периодичности свойств элементов (см. Периодический закон химических элементов), химического строения теория А. М. Бутлерова. Поэтому становилась неизбежной новая, вторая революция в химии. Ее основное содержание составила разработка учения об атоме (см. Атом). Оно стало своеобразным «знаменем» новейшей химии, химической науки XX в., подобно тому как компасом химии прошлого века было атомно-молекулярное учение.

Попробуем теперь вкратце охарактеризовать основные особенности новейшей химии. Что же представляет ныне эта область человеческого знания?

Первая отличительная черта новейшей химии - химия оказывается мощной «производительной силой». И не в том очевидном смысле, что она производит обширный ассортимент самых разнообразных практически важных продуктов. Она синтезирует, извлекает из природного сырья, растительных и животных организмов огромное количество новых химических соединений. Тем самым химия порождает непрерывно и в массовом масштабе объекты своего исследования, и, видимо, о каких-либо пределах получения новых соединений нет смысла ставить вопрос. Каждую неделю становятся известными более десятка не известных ранее химических индивидуумов. Правда, лишь очень немногие «новорожденные» соединения получают путевку в практику: в основном они имеют теоретический интерес. Но вот что особенно важно: получение новых соединений проводится, как правило, по заранее разработанному плану. Исследователь уже заранее, хотя бы в общих чертах, видит цель эксперимента.

С этой чертой связана весьма тесно вторая черта новейшей химии - решение задачи получения веществ с заранее заданными свойствами. Такими, которые характеризуются необходимыми параметрами, удовлетворяющими определенным потребностям практики. Конечно, даже на заре своего существования химия преследовала цели извлечения и получения веществ, практически ценных. Но все это делалось, разумеется, ощупью: достаточная осмысленность начала приобретаться в XIX в. Ныне поставленная задача решается с начала до конца осмысленно: выбираются наиболее рациональные методы синтеза и способы проведения эксперимента; при предварительных расчетах нередко прибегают к помощи ЭВМ. Между прочим, без широкого получения веществ с заданными свойствами современная научно-техническая революция не могла бы развиваться столь стремительно...

Однако, очевидно,- говорим мы о синтезе «просто» веществ или веществ с необходимыми свойствами - сама постановка задачи должна широко опираться на теорию. На самую современную строгую научную теорию, притом такую, которая дает реальные возможности прогнозировать. А отсюда - третья характерная черта новейшей химии - наличие у нее фундаментальных теоретических основ. Одна из основ - учение о строении атома и химической связи с многочисленными следствиями. Теоретический аппарат химии включает также многоплановое учение о химическом процессе, объединившее в себе современные представления о химической кинетике, катализе и реакционной способности. Без широчайшего использования физических и математических знаний современному химику делать нечего. Ныне сплошь да рядом говорят о «физикализации» и «математизации» химии. А это означает, что новейшая химия, безусловно, может быть отнесена к разряду точных наук. Кстати, само возникновение новейшей химии нередко связывают с появлением и стремительным развитием квантовомеханических методов исследования (см. Квантовая химия).

Химия начала процесс своего осознания с анализа минералов. Фактически вся история классической и новейшей химии - это история становления и развития самых разнообразных аналитических методов: химических, физико-химических и физических. Высокой чувствительности достиг спектральный анализ в самых разных своих направлениях и приложениях. Следы примесей в исследуемых материалах позволяет определять радиоактивационный анализ. В арсеналах лабораторий - методы ЭПР (электронного парамагнитного резонанса), ЯМР (ядерного магнитного резонанса), радиоспектроскопия, масс-спектроскопия, спектрофотометрия. Этот перечень не составляет труда продолжить. Названные методы позволяют изучать тончайшие особенности строения молекул и механизмов протекания химических реакций. С каждым годом химия становится все более и более «зрячей». И отсюда следует четвертая черта новейшей химии - широкое использование аналитических методов. Ученые затрудняются дать вполне однозначное определение аналитической химии, настолько всеобъемлющей и всепроникающей научной дисциплиной стала она в наше время.

В новом свете ныне предстают и три других фундаментальных раздела химической науки: неорганическая, органическая и физическая химия. Все более и более размываются границы между неорганикой и органикой. Вот два обширных класса химических соединений: элементоорганические и координационные. Их количество стремительно возрастает. Между тем многие из них не так-то просто отнести к неорганическим или органическим. Химики-органики включают в сферу своих интересов все большее число элементов. В то же время неорганики синтезируют постоянно новые координационные соединения с органическими лигандами. Многие аналитические методы с одинаковым успехом используются в обоих фундаментальных разделах химии.

Наблюдается дифференциация (дробление) химии на отдельные самостоятельные химические дисциплины - и в этом состоит пятая характерная черта новейшей химической науки. Современная неорганическая химия включает в себя «химии» как отдельных элементов, так и их совокупностей. Привычными стали, например, понятия: химия азота, химия фосфора, химия фтора, химия урана; исследования некоторых наиболее важных элементов достигли такого размаха, что оформились в самостоятельные подразделы неорганической химии. А ведь есть еще химия редких элементов и химия редкоземельных элементов, химия трансурановых элементов и химия инертных газов. Наконец, обрели самостоятельность и направления, изучающие отдельные классы неорганических соединений,- химия гидридов, химия карбидов и т. д.

Еще более «пестрая» картина в органической химии. Назовем белки, жиры, углеводы, ароматические и алифатические соединения, насыщенные и ненасыщенные соединения, ферменты и гормоны, терпены и полимеры. У каждого класса из этих соединений - своя, самостоятельная химия.

Дифференциация химии - веяние времени. Объем накапливаемой химической информации поражал воображение еще в середине прошлого века. Ныне он поистине безбрежен. Поэтому даже самый высокоодаренный химик не может быть специалистом-химиком «широкого профиля», как это было присуще некоторым величайшим ученым в первой половине XIX в. Он даже не может «охватить» всю органику или неорганику. Даже в отдельной химической дисциплине он не всегда одинаково уверенно ориентируется от А до Я. А потому узкая специализация в новейшей химии, как и вообще в науке, неизбежна.

Мы не сказали еще о физической химии. Как фундаментальная химическая наука, она оформилась в 1880-х гг., объединив в себе такие направления исследований, как электрохимия, термохимия, учение о кинетике, учение о катализе, учение о растворах наряду с развившимся теоретическим аппаратом химической термодинамики. В XX в. она также испытала процесс дифференциации, когда от классических дисциплин физической химии отпочковывались новые. Но в то же время возникли и совершенно новые: радиохимия, радиационная химия, плазмохимия и ряд других. Физическую химию иногда считают плодом тесного взаимодействия, интеграции химии и физики. С этим представлением нельзя целиком согласиться. Однако процесс взаимопроникновения естественных наук в нашем столетии развивался интенсивно. Примером такого рода «интегрированных» наук могут служить биохимия, геохимия, биогеохимия, космохимия. Поэтому тенденцию химии вкладывать накопленные ею знания в развитие других наук можно рассматривать как еще одну, шестую ее характерную черту.

Как и другие области знаний, химия переживает информационный взрыв. Объем новой химической информации возрастает прямо-таки в геометрической прогрессии. В настоящее время в мире выходит более 250 химических журналов, которые публикуют результаты, достигнутые химиками разных стран. Сведения о достижениях химии публикуются и в журналах более общего профиля. Издаются многие сотни монографий по химии. Чуть ли не каждую неделю происходят съезды и конференции по различным химическим проблемам. Чтобы как-то облегчить исследователям ознакомление с информацией по химии, во многих странах мира выходят специальные реферативные журналы. Все большую роль играет компьютерная обработка информации.

Вот, пожалуй, основные особенности химической науки нашего времени. Науки, без которой немыслима современная цивилизация. Науки, которая кормит, поит, одевает, обувает, строит, добывает полезные ископаемые, позволяет покорять космос и опускаться на дно океана, создавать материалы, которые не знает природа. В содружестве с другими науками она помогает все глубже постигать тайны мироздания.

Душу химии составляют химические реакции. Они протекают в различных условиях. Одни - на холоде, другие - при комнатной температуре, третьи - при небольшом нагревании, четвертые - при высоких температурах. Одни реакции происходят мгновенно, иногда со взрывом. Другие в обычных условиях или вообще не идут, или протекают чрезвычайно медленно, но их можно ускорить с помощью катализаторов. В перечне современных химических дисциплин не могут быть не упомянуты такие, как химия высоких температур и химия низких температур. Они изучают химические процессы, происходящие в экстремальных условиях: с одной стороны - десятки тысяч градусов, с другой - температуры, близкие к абсолютному нулю. Частью новейшей химии является химия плазмы: здесь предмет химического исследования - четвертое состояние вещества. Мы можем назвать, далее, химию высоких давлений. Именно на этом направлении исследований были приготовлены искусственные алмазы, получено такое удивительное вещество, как водород в металлическом состоянии.

Химия оперирует различными материальными структурами. На одном «полюсе» - огромные, состоящие из многих тысяч атомов молекулы, например молекулы белков; на другом - единичные атомы химических элементов, которые к тому же имеют чрезвычайно малую продолжительность жизни,- атомы синтезированных тяжелых трансурановых элементов. На одном «полюсе» - простейшая молекула водорода, на другом - сложнейшая по структуре молекула инсулина... Поистине химия выглядит наукой контрастов.

Классической химия становилась во многом благодаря самой себе, своим собственным теоретическим представлениям, идеям и понятиям. Новейшая химия своим возникновением и развитием существенно обязана физике. Прежде всего физическому учению о строении атома. Нередко утверждают, что химия ныне вообще не должна рассматриваться как самостоятельная наука. Что она не более, чем раздел физики. На чем основано это утверждение? На том, что в основе механизмов любых химических процессов лежат физические закономерности. Ведь даже самая простая реакция - это в конечном счете перераспределение электронов между участвующими в ней атомами. А описывается это перераспределение языком физики, понятиями квантовой механики (см. Квантовая химия). Все это трудно оспаривать. Но мир химических превращений и явлений настолько сложен, ярок, многообразен и беспределен, что свести его к попыткам объяснения через физические реалии и математические уравнения было бы совершенно неоправданным упрощением, «выхолащиванием» вечно юной души науки химии. Ведь это то же самое, что свести очарование какого-нибудь музыкального

произведения к совокупности математических уравнений, описывающих колебания воздуха, вызываемые звуками музыкального инструмента.

Конечно, физика и впредь будет помогать химии глубже познавать природу вещей и процессов, на своем языке объяснять открываемые ею законы и закономерности. Но она не отнимет у химии ее важнейшей цели - получения новых фактов и сведений о свойствах химических элементов и их соединений и разработки методов получения бесконечного множества новых веществ и материалов.