КОНЦЕПТУАЛЬНІ РІВНІ В ПІЗНАННІ РЕЧОВИН

Чув я: під ударами гончаря Глина таємниці свої видавати початку:

«Не топчи мене! - глина йому говорила:

Я сама людиною була лише вчора ».

О. Хайям

Сукупність атомів і молекул утворює макроскопическое тіло, або речовина. Закономірності, що відбуваються в речовинах, процеси їх пре обертання, при яких відбувається зміна їх складу і структури, вивчає розділ природознавства - хімія.

Хімія - це природна наука, що вивчає хімічні перетворення речовини і досліджує умови, при яких ці перетворення відбуваються. Вона займається також явищами природи, які супроводжують хімічні зміни речовини, вивчає причини і закони управління хімічними процесами, а також розглядає складові частини речовин і їх застосування на практиці. Окремі хімічні процеси (отримання металів з руд, фарбування тканин і ін.) Використовувалися ще на зар становлення людської цивілізації. Пізніше, в III-IV ст., Зароділас алхімія, завданням якої було перетворення неблагородних метало в благородні (золото, срібло). Починаючи з епохи Відродження результати хімічних досліджень все в більшій мірі стали іспользоват для практичних цілей (металургія, стеклоделие, кераміка, получени фарб і т.д.).

Хімію можна визначити як науку, що вивчає речовини та процеси їх перетворення, що супроводжуються зміною складу і структур і обов'язково енергетичними змінами в реагує системі Внаслідок взаємозв'язку форм руху матерії і їх взаімопрев-ращаемості в результаті хімічних реакцій має місце перетворення хімічної енергії в теплоту, світло тощо . Хімія потрібна людству дл того, щоб з речовини природи отримувати по можливості все необхідне - метали, цемент, бетон, кераміку, фарфор, скло, каучук, пластмаси, позов сственние волокна, ліки та багато іншого.

Основою хімічної науки є атомно-молекулярне вчення (AMУ), закон збереження матерії, періодичний закон та теорія будови речовини, вчення про хімічний процесі (кінетика). Хімічно процеси підкоряються загальним законам природи - закон збереження маси речовини і закону збереження енергії. Закон збереження мас речовини встановили М.В. Ломоносов і А. Л. Лавуазьє майже незалежний один від одного. Їх заслуга в розвитку хімії складається і в тому, що при хімічних реакціях вони застосували фізичні методи, зокрема зважування. Закон збереження маси в хімічних процесах можна сформулювати так: сума мас вихідних речовин (сполук) дорівнює сумі мас продуктів хімічної реакції. Наприклад, при розкладанні води мас води буде дорівнює сумі маси водню і маси кисню. З закон збереження речовини випливає, що речовина не можна ні створити з нічого ні знищити зовсім. Кількісним виразом закону збереження маси речовин стосовно до виробничого хімічному процесу є матеріальний баланс, в якому підтверджується, чт маса речовин, що надійшли на технологічну операцію, дорівнює мас отриманих речовин. Закон збереження енергії діє у всіх випадку і всюди, де одна форма енергії переходить в іншу.

Незважаючи на велику кількість емпіричного матеріалу про властивості різних речовин та їхніх сполук, особливості протікання різноманітних реакцій, в хімії до відкриття в 1869 р періодичної системи хімічно елементів Д. І. Менделєєва не існувало тієї об'єднуючої концепції, за допомогою якої можна було пояснити весь накопичений фактичний матеріал. Було б, однак, неправильно не враховувати то величезної дослідницької роботи, яка привела до затвердженого системного погляду на хімічні знання. Розвиток теоретичних осно хімії диктується потребою хімічного виробництва удосконалювати управління хімічним процесом для отримання речовин з зарані заданими властивостями.

Історію розвитку теоретичних основ хімії можна представити у вигляді наступних етапів.

У період зародження хімії як науки (друга половина XVII ст.) Виникло перше концептуальне вчення про склад. Пояснення свойст речовин пов'язувалося з їх складом, а зміною складу об'яснялос хімічне перетворення. Подальше становлення вчення (на концептуальному рівні) про склад зумовило відкриття стехіометрично законів (закону сталості складу, закону еквівалентів та закону кратних відносин), розвиток поняття хімічного елемента, подання платниками податку на про валентності, періодичний закон і періодичної системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва, методах дослідження складу з'єднань і ін.

Другий концептуальний рівень розвитку хімії пов'язаний із зародженням структурної хімії (XIX ст.). Було відмічено, що величезна різноманітність речовин рослинного і тваринного походження пов'язане з набором вельми невеликого числа хімічних елементів (вуглецю, водню, кисню, азоту та деяких інших). До того ж при однаковому склад речовини (ізомери) мають різні властивості. Це означало, що властивостей речовин залежать не тільки від складу, але і від структури. (Л. М. Бутлеров розробив основні положення.) Якщо при зародженні хімії як наук головним напрямком був хімічний аналіз, то з появою структурної хімії став органічний синтез. Сьогодні структурна хімія строітс на квантово-механічних уявленнях про хімічний зв'язок, будова молекул і кристалів, на методах дослідження структури речовин, вивченні впливу структури на властивості речовин і ін.

Третій рівень у розвитку хімії пов'язаний з виникненням (кінець XIX ст.) І розвитком вчення про хімічний процесі - про його принципову можливість та умови протікання. Це було викликано різким зростанням потреб і масштабів виробництва продукто хімічної переробки нафтової сировини. Вчення про хімічний процес розглядає енергетику хімічних процесів, хімічна рівновага і умови його зміщення, кінетику і механізми реакцій і т.д. Цей рівень пізнання являє собою дослідження внутрішніх механізмів і умов протікання хімічних процесів, таких як температура, тиск, швидкість протікання реакцій і ін.

Нарешті, четвертий концептуальний рівень є подальшим розвитком попереднього рівня, пов'язаним з більш глибоким вивчення природи реагентів, що беруть участь в хімічних реакціях, а також застосуванням каталізаторів, значно збільшують швидкість їх нротеканія. На цьому рівні ми зустрічаємося вже з найпростішими явищами самоорганізації, що вивчаються синергетикою.

У наші дні спостерігається новий рівень розвитку хімії, який спрямований на створення найбільш економічного і екологічно чістог хімічного виробництва, використання в промислових масштабу закономірностей хімічних перетворень живої природи.

Тридцяті роки ознаменувалися наступним стрибком - появою теорії молекулярних орбіталей (МО). Теорія МО дозволила успешн описати будову, електронний пристрій багатьох органічних сполук. Так, наприклад, були виведені правила, що дозволяють передбачити чи буде ще не синтезоване з'єднання ароматичним. Концептуальні системи хімії найбільш наочно можна зобразити посередництвом наведеної схеми (рис. 8.1), в якій вертикальна координата у представляє масив всієї теоретичної і емпіричної інформації, накопиченої з часів Бойля і до теперішнього часу, а горизонтальна координата - історичний час - період 1660-1990 рр .

Концептуальні рівні розвитку хімії

Мал. 8.1. Концептуальні рівні розвитку хімії

Як видно, в розвитку хімії відбувається не зміна, а строго закономірне послідовне поява концептуальних систем. При цьому кожна знову з'являється система не заперечує нижележащую попередню, а, навпаки, спирається на неї і включає її в себе в перетвореному вигляді Так, вчення про хімічні процеси передбачає наявність знань про склад вихідної сировини, про будову молекул вихідних реагентів і про їх реакційної здатності , тому що ці знання дозволяють хіміку підібрати вихідна сировина для отримання цільового продукту. Але цих знань недостаточн для того, щоб здійснити хімічний процес з максимальним економічним ефектом і дотриманням екологічних вимог охорони навколишнього середовища. Для цього додаткові знання дає вчення про хімічно процесах - термодинаміка, хімічна кінетика, хімічна технологія.

Основна мета сучасної хімії, навколо якої будується вся дослідницька робота, полягає в отриманні речовин із заданими властивостями. Це і визначає зміст двоєдиної центральної завдання хімії: дослідження генезису (тобто походження) властивостей речовин; розробка на цій основі методів отримання речовин з наперед заданим властивостями.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >