Химические концепции естествознания Химия как наука. Эволюция химических знаний

– наука о веществах и превращениях их друг в друга.

Химия, как известно, изучает химическую форму движения.
Признаком химической формы движения является превращение одних веществ в другие в результате перераспределения связей атомов и перестройки электронных оболочек атомов.

обладающий при определенных условиях постоянными физическими свойствами, такими как удельный

вес, температура плавления, температура кипения, растворимость, теплоемкость, теплопроводность и многое другое.
Только чистое вещество обладает определенными, постоянными свойствами. В большинстве случаев природные вещества – смеси.
Абсолютно чистые вещества – не известны.

или нескольких химических элементов.
Элемент -совокупность атомов с одинаковым зарядом

ядра.
Атом представляет собой электронейтральную частицу, состоящую из положительно заряженного атомного ядра (протоны), отрицательно заряженных электронов и нейтральных нейтронов.

иметь семь оболочек таких как: K, L, M, N, ….,Q.

Эти оболочки состоят из 4-х типов уровней: s, p, d и f, которые могут содержать 1, 3, 5, или 7 электронных орбит.
Внешние электроны (на внешних электронных орбитах) слабее связаны с ядром, чем внутренние . Эти электроны по существу и обуславливают свойства тех или иных веществ: окислов, оснований , кислот, солей.

их соединениях. Любое вещество состоит из химических элементов и их

соединений.
Причем свойства веществ определяются:
Его элементным и молекулярным составом;
Структурой его молекул;
Термодинамическими и кинетическими условиями, в которых вещество находится в процессе химической реакции;
Уровнем химической организации вещества.

облеченных в мистическую форму, возникла в начале нашей эры в

Александрии (Египет).
Она прошла следующие этапы развития:
I этап (с 1-12 век), алхимия;
II этап (с 12 по 17 век), алхимия, патрохимия;
III этап (с 17 по 19 века) – становление химии как науки, количественная и теоретическая химия;
IV этап – с 20 века по настоящее время , теоретическая и эволюционная химия.

химических знаний, лежащие в основе современной химии:
I уровень – учение

о составе вещества (1660-1800 г.);
II уровень химических знаний – развитие структурной химии (1800-1950 г.);
III уровень химических знаний – учение о химических процессах (1950-1970 г.);
IV уровень химических знаний – концепции эволюционной химии (1970 – по настоящее время).

от схоластического подхода (его главная цель – защита христианской религии)

к изучению природы и строить выводы на основе точного эксперимента, опыта. Начало было положено в химии английским физиком и химиком Робертом Бойлем (1627-1691), который говорил: «Познания возникают из обобщения опытных данных, наблюдаемых явлений природы. Цель химии – познать строение тел, а средство познания – химический анализ, состоящий в разложении тел на элементы».
Учение о составе вещества охватывает три проблемы:
анализ состава химического элемента;
определение состава химического соединения;
применение все большего числа химических элементов для производства новых материалов.

после утверждения атомно-молекулярного учения, основные положения которого можно сформулировать следующим

образом:
все вещества состоят из атомов ;
атомы каждого вида (элемента) одинаковы между собой, но отличаются от атомов любого другого вида (элемента);
при взаимодействии атомов образуются молекулы: гомоядерные ( при взаимодействии атомов одного элемента) или гетероядерные ( при взаимодействии атомов разных элементов );
при физических явлениях молекулы сохраняются, при химических – разрушаются;
при химических реакциях атомы в отличие от молекул сохраняются;
химические реакции заключаются в образовании новых веществ из тех же самых атомов, из которых состоят первоначальные вещества.

химических реакциях не только сохраняется общая масса веществ, но и

масса каждого из элементов, входящих в состав взаимодействующих веществ, остается постоянной.
Следовательно, при химических реакциях элементы не превращаются друг в друга.
Это был удар по алхимии.

превращается из науки преимущественно аналитической в науку главным образом синтетическую.

В 1861 г. выдающимся русским химиком А. М. Бутлеровым (1828-1886) были предложены «Основные положения теории химического строения органических веществ», которые сводятся к следующему:
1.Все атомы, образующие молекулы органических веществ, связаны в определенной последовательности согласно их валентностям.
2. Свойства веществ зависят не только от того, какие атомы, сколько их входит в состав молекул, но и от порядка соединения атомов в молекулах. Важным понятием является изомерия. Изомерия – явление, при котором могут существовать несколько веществ, имеющих один и тот же состав и одну и ту же молекулярную массу, но различающихся строением молекул.
3. По свойствам данного вещества можно определить строение его молекулы, а по строению молекулы предвидеть свойства.
4. Атомы и группы в молекулах веществ взаимно влияют друг на друга.

состоит из химических элементов и их соединений. Свойства вещества определяются:

его элементным и молекулярным составом;
структурой его молекул;
термодинамическими и кинетическими условиями, в которых вещество, находится в процессе химической реакции;
уровнем химической организации вещества.
Согласно современным представлениям структура молекул – это пространственная и энергетическая упорядоченность квантово-механической системы, состоящей из атомных ядер и электронов.
Период становления структурной химии иногда называют «триумфальным маршем органического синтеза».

и приборостроения в первой половине XX века выдвинуло новые требования

к производству материалов (синтетические каучуки, высокооктановое топливо, пластмассы, надежные изоляторы, жаропрочные органические полимеры, полупроводники).
Для получения этих материалов необходимы: температура, давление, растворители и другие факторы, воздействующие на направление и скорость химических процессов.

1950 по 1970г. широко развивается химическая наука, связанная с

учением о химических процессах.
Химия становится наукой уже не только и не столько о веществах как законченных предметах, но наукой о процессах и механизмах изменения вещества.

исследование внутренних механизмов и условий протекания химических процессов.
Такие факторы,

как температура, давление, объем, время оказывают громадное влияние на характер процессов и объемы получаемых веществ, что имеет первостепенное значение для массового производства. Это и было свойственно XX столетию, так как
Химия стала основной производительной
силой общества.

четвертый и последний уровень развития химических знаний, который назван эволюционной

химией. В сущности речь идет об использовании химического опыта живой природы; это своеобразная биологизация химии. В процессах получения различных продуктов используют более совершенные катализаторы химических реакций, речь идет о самоорганизации химических систем.

материалов. Современную материально-техническую базу производства примерно на 90% составляют всего

лишь 2 вида материалов: металлы и керамика. В мире производится 600 млн. тонн металла (150 кг на каждого жителя). Основное преимущество керамики: ее плотность на 40% ниже плотности металла. В 1960 году получен у нас сверхтвердый материал гексанит – P (разновидность нитрида бора). Керамика может также иметь сверхпроводимость при t > температуры кипения азота.

химия экстремальных состояний. Химия экстремальных состояний включает: плазмохимию, радиационную химию,

химию высоких энергий, высоких давлений и температур. Например, радиационное облучение гамма- лучами полиэтилена позволило повысить его прочность.

уровня, связан с более глубоким изучением природы реагентов, участвующих в

химических реакциях, а также применением катализаторов, значительно ускоряющих скорость их протекания. На этом этапе мы встречаемся уже с простейшими явлениями самоорганизации, которые изучаются синергетикой.
Эволюционная химия считается предтечей биологии, наукой о самоорганизации и саморазвитии химических систем.

( эволюционной химии ) является применение катализа, который в настоящее

время творит чудеса. Например, синтез аммиака благодаря катализу стал возможен при нормальном давлении и комнатной температуре. Горох, фасоль, другие бобовые не требуют подкормки азотом. Они содержат микрореактор – азотобактер, извлекающий азот прямо и воздуха и перерабатывающей его в амины.