Химия и научная картина мира

Негосударственное образовательное учреждение среднего профессионального образования «ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

по дисциплине: Концепции современного естествознания 

(наименование дисциплины)

Тема:         Химия и научная картина мира 

(наименование темы)

Выполнил(а) студент(ка) Копытова В.С. группа М1-14-С(и5) 

(инициалы, фамилия, группа)

 

 

Дата сдачи работы

 

«_____»  _________________ 20__г.

 

______________________________

подпись студента

М.П.

                                                                                                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пермь 2014

План

1. Введение 3
2. Алхимия как предыстория химии 4-5
3. Эволюция химической науки 6-8
4.   Идеи Д.И. Менделеева и А.М. Бутлерова 9-10
5. Антропогенный химизм и его влияние на среду обитания 11-13
6. Список использованной литературы 14

 

Введение

 

Химия - раздел естествознания, исследующий свойства вещества и их превращения. Основной проблемой химии является получение веществ с заданными свойствами.

Химию обычно подразделяют на два направления: неорганическую и органическую.

Неорганическая химия исследует свойства химических элементов и их простых соединений: щелочи, кислоты, соли.

Органическая химия изучает сложные соединения на основе углерода - полимеры, в том числе, созданные человеком: газы, спирты, жиры, сахара.

Начало химии связывают с алхимическими опытами древности, Средних Веков, Нового Времени.

 

 

Алхимия как предыстория химии

«Алхимия» - это арабизированное греческое слово, которое в буквальном смысле понимается как «сок растений»

Алхимия в Средние Века и Новое Время – весьма популярное занятие многих серьезных людей.

Во все времена алхимики страстно пытались решить две задачи: трансмутации и обнаружения эликсира бессмертия и вечной жизни. При решении первой задачи возникла химическая наука. При решении второй возникли научная медицина и фармакология.

Трансмутация - это процесс превращения неблагородных металлов – ртути, цинка, свинца в благородные – золото и серебро при помощи философского камня, который пытались безуспешно обнаружить алхимики. В основе идеи взаимного превращения металлов лежало убеждение в единой природе всех существующих веществ, что давало возможность при определенных условиях превращать их по желанию человека в любые другие.

В ходе манипуляций с различными веществами, алхимики сделали ряд важных наблюдений и открытий:

- были подробно изучены  и описаны цинк, свинец, ртуть, сурьма, железо и медь – наиболее  известные химические элементы  того времени;

- произведено разделение  всех веществ на металлы и  неметаллы по принципу ковкости;

- введено понятие «газы»  и изучены их свойства, в частности, свойства углекислоты;

- было высказано предположение, что все химические реакции  завершаются образованием свинца. Эта гипотеза алхимиков получила  некоторое подтверждение в ХХ  в., когда были созданы ядерные реакторы и можно было наблюдать процесс последовательного преобразования радиоактивного урана вначале в радий, затем в полоний, а в конце возникал свинец.

Алхимикам удавались опыты, которые явно опережали свое время. Так, сравнительно недавно был обнаружен алхимический тигль ХУI в., предназначенный для расплава химических веществ. Как выяснилось, он был создан из тугоплавких соединений муллита, который был вторично открыт и описан только в ХХ в.

Мы все еще не способны выплавлять абсолютно чистый металл, состоящий на 99,9% из нужного нам химического элемента. В сплаве всегда оказываются примеси других элементов. Однако в Индии, которая также славилась алхимическими изысканиями, уже 1,5 тыс. лет в центре одного из городов находится 8-метровая башня из чистого железа, которая не подвержена коррозии и окислению. Технология ее изготовления все еще загадочна.

Сама идея трансмутаций на фоне открытий в области ядерной физики не кажется уже такой абсурдной. В современных атомных реакторах происходит процесс преобразования химических элементов. Это «трансмутации» на уровне атомного ядра. Уже Эрнест Резерфорд подтвердил возможность превращения неблагородных металлов в благородные с небольшой оговоркой: «Я знаю способ превратить ртуть в золото, но он будет настолько дорогим, что в нем просто не будет смысла».

Неустанный поиск эликсира жизни и бессмертия привели к созданию медицины и фармакологии, которые в свое время алхимики назвали ятрохимией.

Алхимики ХУI-ХУII вв. – Парацельс и Ван Гельмонт предположили, что все биологические и физиологические процессы в человеческом теле протекают в соответствии с химическими законами. На основе этой гипотезы возникла идея лекарства.

Лекарство – это химическое вещество, которое способно воздействовать на процессы, происходящие в организме человека. Так произошло открытие эфира – летучего вещества, способного вызывать сон и даже аспирина – все еще лучшего средства при простудах и гриппе.

Сокрушительный удар алхимии нанесла структурная химия ХУIII столетия. Стало известно, что у всех веществ и химических элементов своя уникальная атомная структура. Поскольку их природа различна, алхимические трансмутации невозможны.

Несмотря на свою наивность и явную ненаучность, алхимия была «занятием людей благородных», поскольку эта была сакральная процедура, которая требовала определенного психологического и нравственного состояния и даже предварительного очищения. Как заметил французский историк науки Луи Повель: «Алхимики при проведении своих манипуляций всегда учитывали моральный и религиозный аспекты, в то время как современная наука – наука без совести»

Достижения современной косметологии, геронтологии, терапии можно считать неожиданным итогом ятрохимии. Сегодня создаются препараты для борьбы со старением – антиоксиданты, которые извлекают из почек, семян, зародышей растений. Некоторые из них синтезируют искусственно. Появляются действенные препараты для снижения зависимости от никотина, алкоголя, наркотических веществ. Важное завоевание медицины и фармакологии – синтетические медикаменты, направленные на ослабление и замедление процессов развития диабета, рака, спида. Не столь однозначны, но не менее впечатляющи опыты по созданию фармацевтических средств – антидепрессантов, снотворных и седативных препаратов.

 

Эволюция химической науки

Химическая наука прошла длительную эволюцию. Современное состояние химии – это синтез нескольких направлений, возникших в определенное время.

В ХУII в. возникает учение о химическом составе и зависимости от него физических и химических свойств вещества. Во многом это заслуга шотландского химика ХУII в. Роберта Бойля . Он первым дал определение химическому элементу.

Химический элемент Бойль понимал как наиболее простое состояние вещества, предел химического разложения, переходящий из одного сложного состояния вещества в другое. Бойль пришел к выводу о том, что свойства веществ зависят от состава химических элементов.

Поскольку большая часть химических элементов была открыта в ХУIII -ХIХ в., это время стало наиболее продуктивным с точки зрения развития химической науки. Возникает несколько направлений. Например, структурная химия, т.е. исследование химической структуры как способа взаимодействия составных элементов вещества.

Англичанин Джон Дальтон пришел к выводу, что любое вещество – это различные комбинации определенных атомов, поэтому химический состав может быть один и тот же, а вещества разные, так как атомы по-разному располагаются. Составил первую таблицу атомных весов химических элементов, предложил удобную систему записи химических элементов, стал автором закона кратных отношений – принципа соединения двух или нескольких атомов в составе вещества.

Французский химик Антуан Лавуазье попытался классифицировать химические элементы. Убедился в ходе многочисленных экспериментов, что горение – это соединение кислорода с веществом. Полностью разрушил теорию флогистона, которая царила в химии ХУIII в.

Существование флогистона – известная гипотеза немецкого химика ХУIII в. Георга Шталя. Он полагал, что во всех, способных гореть, веществах содержится этот загадочный элемент. При нагревании флогистон выделяется, и тело меняет свои свойства.

В 1772 г. Лавуазье выясняет, что при горении тела вовсе не теряют, как полагал Шталь, а прибавляют в весе. Через 10 лет он пишет свою работу «Размышления о флогистоне». После ее опубликования идея флогистона утратила всякий смысл. Также он исследовал химический состав воздуха и пришел к выводу, что это смесь различных газов таких как кислород, водород, азот. Лавуазье синтезировал воду, доказав, что в ее состав входят кислород и водород. Он измерил количество газа перед реакцией и объем полученной в ходе химической реакции воды, что позволило высказать гипотезу об атомарном составе воды. В последние годы жизни Лавуазье изучал проблемы биохимии: химию дыхания и синтеза крови.

В ХIХ в. структурная химия развивалась, во многом, благодаря работам француза Шарля Жерара и шведа Йенса Берцелиуса. Они высказали гипотезу о том, что элементарной структурной единицей химического вещества является молекула, которая состоит из атомов. Атомы влияют на химические свойства вещества.

Берцелиус утверждал, что молекула – результат взаимодействия разноименно заряженных атомов.

Жерар полагал, что при образовании молекул атомы не просто взаимодействуют, но взаимно преобразуют друг друга. В результате возникает определенная химическая система.

Вторая половина ХIХ в. – время рождения органического синтеза и органической химии.

Немецкий химик Фридрих Кекуле (7 сентября 1829 г. - 13 июля 1896 г.) синтезировал несколько органических кислот, красители, исследовал свойства бензола, открыл его структуру. Он предположил, что бензол похож на правильный шестиугольник, образованный атомарными связями углерода и водорода. Эта идея была взята на вооружение при анализе структуры всех циклических, или ароматических соединений.

Заслуга Кекуле для развития структурной химии – в создании теории валентности. За несколько лет до этого английский химик Эдуард Франкланд ввел понятие «насыщения» – способности одних атомов удерживать атомы других химических веществ. Кекуле продолжил развивать идеи Франкланда и разделил все элементы на одноосновные (одноатомные), двухосновные (двухатомные), трехосновные (трехатомные). К двухосновным химическим элементам Кекуле отнес серу и кислород. В 1857 году он вводит термин «валентность», заменяя термины насыщения и основности. Одновременно со своими коллегами он приходит к выводу о четырех валентностях углерода и в 1858 г. выявляет способность углерода соединяться в цепи. Во многом благодаря работам Кекуле в 60-е гг. ХХ в. появляется термин «органический синтез»: синтезированы анилиновые красители, лекарственные препараты, взрывчатые вещества.

В 1858 г. Дмитрий Иванович Менделеев предложил периодическую систему химических элементов.

Почти в то же время Александр Михайлович Бутлеров упорядочил органические вещества. Им же была разработана теория строения органических веществ.

Вторая половина ХIХ в. – начало ХХ в. – время, когда в химии набирает силу учение о химических процессах. Этот раздел химической науки исследует условия и механизм протекания химических реакций: химия преобразуется в науку об изменении и создании заданного вещества.

Самоорганизация – самопроизвольный синтез новых химических соединений, которые являются более сложными, высокоорганизованными по сравнению с исходными веществами: белки, аминокислоты, ДНК, ферменты – пробионты - все то, что можно назвать химической основой живого. Эволюционная химия развивается на стыке химии и биологии, преобразуясь в биохимию.

Если попытаться сконструировать химический базис жизни, то все мы знаем, что углерод – основа жизни на нашей планете. 97% живого организма образованы из углерода, водорода, кислорода, азота.

Жизнедеятельность обеспечивают другие химические элементы: натрий и калий ускоряют процессы обмена веществ в организме; железо участвует в образовании гемоглобина крови, кальций - в формировании костных тканей и зубов; нормальная работа щитовидной железы немыслима без йода; фосфор отвечает за целостность тканей и интеллектуальные процессы; магний участвует в работе пищеварительной системы и предохраняет от судорожных сокращений мышечной ткани. Недостаток тех или иных химических элементов приводит к нарушению нормальной работы

Вещество, из которого состоят ткани нашего организма, не могут быть синтезированы непосредственно из химических элементов. Белки, как известно, образуются из комбинации 22 аминокислот и только 10 из них способно синтезировать наше тело: 12 должны поступать в готовом виде. В искусственных условиях человек научился синтезировать пробионты. Практический скачок от органической химии к неорганической мы уже совершили, но создать живое из неживого нам не под силу.

 

Идеи Д.И. Менделеева и А.М. Бутлерова

К середине ХIХ века были известны уже 60 типов атомов химических элементов. Возникла необходимость их упорядочить. Многие химики пытались это сделать, начиная с Иенса Берцелиуса в ХУIII столетии.

Гениальность Дмитрия Ивановича Менделеева заключается в том, что он предложил в качестве основы для классификации возрастание атомного веса химических элементов.

Расположение химических элементов в порядке возрастания атомного веса привело к выявлению периодической зависимости: стало ясно, что химические свойства повторяются через каждые семь элементов на восьмой.