Місце хімії серед наук про природу

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

на тему:

Місце хімії серед наук про природу

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконала учениця 11 класу

Вацеба Христина

 

 

 

 

 

 

Сучасна хімія являє собою широкий комплекс наук, що поступово склався в ході її тривалого історичного розвитку. Практичне знайомство людини з хімічними процесами восходит до глибокої стародавності. Протягом  багатьох сторіч теоретичне пояснення хімічних процесів ґрунтувалося на натурфілософському навчанні про елементи-якості. У модифікованому виді воно послужило основою для алхімії, що виникла приблизно в ІІІ-І вв. н.е. і стремившейся вирішити задачу перетворення неблагородних металів у шляхетні. Не домігшись успіху в рішенні цієї задачі, алхіміки, проте  , виробили ряд прийомів дослідження речовин, відкрили деякі хімічні сполуки, чим деякою мірою  сприяли виникненню наукової хімії.

Натурфілософські погляди лежали також в основі виниклої в XVІ в. ятрохимии (попередниці медичної хімії), стремившейся знайти в хімічних препаратах засобу лікування численних хвороб. У середні століття одержали прискорений розвиток хімічні виробництва: металургія, склоробство, виготовлення барвників. Це сприяло виробленню перших теоретичних установок у  хімічному знанні, що розвивалося.

Власне наукова хімія веде свій початок із другої половини XVІІ в., коли Р. Бойль і його однодумці дали перше наукове визначення поняття "хімічний елемент". Важливою віхою на шляху створення наукової хімії стало відкриття завдяки роботам М.В. Ломоносова й А. Лавуазьє, закону збереження маси при хімічних реакціях. Важливу роль у становленні хімії як самостійної науки зіграло відкриття наприкінці  XVІІ - початку XІ вв. стехиометрических законів.

Розробка хімічних поглядів у XІ в. почалася зі створення Д. Дальтоном основ хімічної атомістики. Незабаром А. Авогадро ввів поняття "молекула". Однак атомно-молекулярні представлення затвердилися в науці лише в 60-х роках XІ в. У той же період у пізнавальному прицілі хімії зайняла основне місце, поряд зі складом, також структура речовин. Цьому у вирішальній ступені сприяло створення А.М. Бутлеров теорії хімічної будівлі. ДО числа найбільш значних віх розвитку наукової хімії і всього природознавства належить відкриття Д.И. Менделєєв періодичного закону хімічних елементів. НАПРИКІНЦІ  XІ - початку XX вв. до ведучого напрямкам розвитку хімії стало відноситися вивчення закономірностей хімічного процесу. З другої половини XX в. у хімії плідно розвивається концепція, націлена на вивчення можливостей використання в процесах одержання цільових продуктів таких умов, що приводять до самовдосконалення каталізаторів хімічних реакцій, тобто до самоорганізації хімічних систем. Еволюційна хімія звернулася до збагнення шляхів одержання найбільш високоорганізованих хімічних систем, що тільки можливі в даний час.

У хімії історично склалися, таким чином, чотири рівні вивчення речовин: з позицій їхнього складу, будівлі, хімічної дії і самоорганізації. Проте  , специфіка хімії не може бути зведена тільки до дослідження речовин з позицій цього багаторівневого підходу. Найбільш специфічним для неї є збагнення хімізмі взаємин речовин. Причому осмислення феномена хімізму, знаходить своє концентроване вираження в сучасному трактуванні предмета хімії.

Хімія - дуже древня наука. Існує кілька пояснень слова "хімія". Відповідно до одній з наявних теорій, воно походить від древньої назви Єгипту - Kham і, отже, повинне означати "єгипетське мистецтво". Відповідно до іншої теорії, слово "хімія" відбулося від грецького слова cumoz (сік рослини) і означає "мистецтво виділення соків". Цей сік може бути розплавленим металом, так що при подібному розширеному тлумаченні даного терміна в нього приходиться включати і мистецтво металургії.

З хімією тісно зв'язані елементи стихій давньогрецької натурфілософії, атомістика Левкиппа і Демокрита. Але, звичайно, найбільший внесок у становлення цієї науки внесли єгиптяни. Ім'я першого з    хіміків, що дійшли до нас - Болос з Менда, що жили в дельті Нілу на рубежі ІІІ й ІІ вв. до н.е. ДО 300 р. н.е. єгиптянин Зосима написав енциклопедію, що охоплювала всі зібрані на той час знання по хімії. Але хімія, представлена в цій праці, ще не була наукою в повному розумінні слова, а залишалася тісно зв'язаної з давньоєгипетською релігією і не виходила у своєму розвитку за межі формування феноменологического рівня. У хімії виявлялися властивості, установлювалися закономірності між ними, сутність же явищ підмінювалася їхньою містичною інтерпретацією. Хімію (хіміків) викорінювали і переслідували давньоримські імператори, фанатики християнства: учені виганялися, книги їхній спалювалися, сама наука заборонялася. Одні побоювалися, наприклад, того, що хіміки займалися одержанням золота; другі переслідували вчених за тісний зв'язок хімії з давньоєгипетською релігією, що, з погляду  християнства, була язичеством.

Починаючи з останніх століть І тис. до н.е. хімія бурхливо розвивалася в арабському світі, а в першій половині нинішнього тисячоріччя вона одержала широке поширення в Західній Європі. З одного боку, розвиток хімії в цей період йшло слідом за розвитком техніки, однак, з іншого боку, вона залишалася тісно зв'язаної з релігійно-філософською думкою. У той період хімія існувала головним чином як алхімія.

У хімії необхідно відзначити, насамперед , існування особливого "хімічного погляду" на природу, що не може бути зведений до фізичного, незважаючи на всі успіхи фізичної хімії в нинішнім сторіччі. Тобто  в хімії давно були виявлені якості деякого особливого типу. Так, відповідно до відомого хіміка А. А. Бутакову, хімічні реакції "не можна пояснити тільки дією сил електричного притягання і відштовхування. Їхньою дією порозумівається лише фізична сторона хімічного процесу. Хімічна форма руху матерії являє собою процеси зміни часток речовини, що, у кінцевому рахунку, визначаються чинністю періодичного закону". Подібної думки дотримують і багато інших учених-хіміків. Відомий російський фізико-хімік Н. Н. Семенов зводив основні відмінності між фізичним і хімічним процесом до трьох: "Історії системи, відсутності миттєвих параметрів для швидкостей хімічних реакцій, можливості користатися рівноважними параметрами для фізичних процесів і неможливості - для хімічних".

У хімії добре використовується підхід індуктивний, набагато менш продуктивним тут виявився дедуктивний підхід. При дедуктивному підході вся сукупність відомих природно-наукових фактів (не тільки хімічних, але і фізичних, біологічних) представляється, що випливає з ряду основних законів. Такий підхід, як правило, виявляється досить ефективним у фізику і там, де можуть бути використані фізичні ідеї (у хімії). Індуктивний підхід - це рух у зворотному напрямку, коли на основі хімічної фактологии виявляються більш-менш   загальні закономірності (правила, закони), а потім уже створюються узагальнені моделі, що складають основу сучасної теоретичної хімії.

Найважливіші особливості сучасної хімії такі.

1.  У хімії, насамперед  у фізичній  хімії, з'являються численні самостійні наукові дисципліни (хімічна термодинаміка, хімічна кінетика, електрохімія, термохімія, радіаційна хімія, фотохімія, плазмохімія, лазерна хімія).

2.  Хімія активно інтегрується  з іншими науками, результатом  чого була поява біохімії, молекулярної біології, космохимии, геохімії, біогеохімії. Перші вивчають хімічні процеси в живих організмах, геохімія - закономірності поводження хімічних елементів у земній корі. Біогеохімія - це наука про процеси переміщення, розподілу, розсіювання і концентрації хімічних елементів у біосфері при участі організмів. Основоположником біогеохімії є В. И. Вернадский. Космохимия вивчає хімічний склад речовини у Вселеної, його поширеність і розподіл по окремих космічних тілах.

3. У хімії з'являються принципово нові методи дослідження (структурний рентгенівський аналіз, мас-спектроскопія, радіоспектроскопія й ін.).

Хімія сприяла інтенсивному розвитку деяких напрямків людської діяльності. Наприклад, хірургії хімія дала три головних засоби, завдяки яким сучасні операції стали безболісними і взагалі можливими: 1) введення в практику ефірного наркозу, а потім і інших наркотичних речовин; 2) використання антисептичних засобів для попередження інфекції; 3) одержання нових, що не маються в природі аллопластических матеріалів-полімерів.

У хімії дуже чітко виявляється нерівноцінність окремих хімічних елементів. Переважна більшість хімічних сполук (96% з більш 8,5 тис. відомих у даний час) - це органічні сполуки. У їхній основі лежать 18 елементів), і більше поширення мають всего 6 з них). Це відбувається в силу того, що, по-перше, хімічні зв'язки міцні (енергоємні) і, по-друге, вони ще і лабильны. Вуглець як ніякий інший елемент відповідає всім цим вимогам енергоємності і лабільності зв'язків. Він сполучає в собі хімічні протилежності, реалізуючи їхню єдність.

Однак підкреслимо, що матеріальна основа життя не зводиться ні до яким, навіть самим складним, хімічним утворенням. Вона не просто агрегат визначеного хімічного складу, але одночасно і структура, що має функції і здійснює процеси. Тому неможливо дати життя тільки функціональне визначення.

Останнім часом  хімія всі частіше починає штурм сусідніх з нею рівнів структурної організації природи. Наприклад, хімія усе більш і більш вторгається в біологію, намагаючись пояснити основи життя.

Сучасна хімія вивчає перетворення, при яких  молекули одного з'єднання обмінюються атомами з молекулами інших з'єднань, розпадаються на молекули з меншим числом атомів, а також вступають у хімічні реакції, у результаті яких утворяться нові речовини. Атоми перетерплюють у хімічних процесах деякі зміни лише в зовнішніх електронних оболонках, атомне ядро і внутрішні електронні оболонки при цьому не змінюються.

При визначенні предмета хімії нерідко акцентують увага на тім, що його складають, насамперед , з'єднання атомів і перетворення цих з'єднань, що відбуває з розривом одних і утворенням інших межатомных зв'язків.

Різні хімічні науки відрізняються тим, що вони займаються вивченням або різними класами з'єднань (таке розходження покладене в основу розмежування органічної і неорганічної хімії), або різних типів реакцій (радіохімія, радіаційна хімія, каталітичний синтез, хімія полімерів), або використанням різних методів дослідження (фізична хімія в її різних напрямках). Отграничение однієї хімічної дисципліни від іншої, що зберігає в нинішніх умовах історично сформовані розмежувальні лінії, має відносний характер.

До кінця XІ століття хімія в основному була цілісною єдиною наукою. Внутрішній її розподіл на органічну і неорганічну не порушувало цієї єдності. Але   численні відкриття, що пішли незабаром, як у самій хімії, так і в біології, фізику поклали початок швидкої її диференціації.

Сучасна хімічна наука, спираючи в" міцні теоретичні основи, безупинно розвивається вшир і всередину. ЗОКРЕМА , відбувається відкриття і вивчення нових, якісно різних дискретних хімічних часток. Так, ще в першій половині XІ століття при вивченні електролізу були виявлені іони - особливі частки, утворені з атомів і молекул, але электрически заряджені. Іони є структурними одиницями багатьох кристалів, кристалічних ґрат металів, вони існують в атмосфері, у розчинах і т.д.

НА початку XX в. хіміки відкрили радикали як одну з активних форм хімічної речовини. Вони утворяться з молекул шляхом відщіплення окремих  чи атомів груп і містять атоми елементів у незвичайному для них валентному стані, що зв'язано з наявністю одиночних (неспарених) електронів, що пояснюють їхня виняткова хімічна активність.

ДО особливих форм хімічної речовини відносяться також макромолекули. Вони складаються із сотень і тисяч атомів і внаслідок цього здобувають на відміну від звичайної молекули якісно нові властивості.

Характерний для новітньої хімії, як і для всієї науки XX в., процес глибокої внутрішньої диференціації в значній мірі зв'язаний з відкриттям цього якісного різноманіття хімічних речовин. Їхня будівля, перетворення і властивості стали предметом вивчення спеціальних розділів хімії: електрохімії, хімічної кінетики, хімії полімерів, хімії комплексних з'єднань, колоїдної хімії, хімії високомолекулярних з'єднань.

Уже до початку XX в. усередині самої хімії чітко розрізняються загальна і неорганічна хімія, і органічна хімія. Предметом вивчення загальної і тісно зв'язаної з нею неорганічної хімії стали хімічні елементи, утворені ними найпростіші неорганічні з'єднання і їхні загальні закони (насамперед  Періодичний закон Д.И. Менделєєва).

Сильний поштовх розвитку неорганічної хімії дали проникнення в надра атома і вивчення ядерних процесів. Пошуки елементів, найбільш придатних для розщеплення в ядерних реакторах, сприяли дослідженню маловивчених і синтезу нових елементів за допомогою ядерних реакцій. Вивченням їхніх властивостей, а також фізико-хімічних основ і хімічних властивостей радіоактивних ізотопів, методикою їхнього виділення і концентрації зайнялася радіохімія, що виникла в другій чверті XX в.

Органічна хімія остаточно склалася в самостійну науку в другій половині XіXв. Цьому сприяло одержання великого емпіричного і теоретичного матеріалу про з'єднання вуглецю і його похідних. Визначальним фактором для всіх органічних сполук є особливості валентного стану вуглецю - здатність його атомів зв'язуватися між собою як одинарної, так і подвійним, потрійним зв'язком у довгі лінійні і розгалужені ланцюги. Завдяки нескінченному різноманіттю форм зчеплення вуглецевих атомів, наявності ізомерії і гомологических рядів майже у всіх класах органічних сполук можливості одержання цих з'єднань практично безмежні.

У XX в. багато розділів органічної хімії стали поступово перетворюватися у великі, відносно самостійні галузі зі своїми об'єктами вивчення. Так з'явилися хімія элементоорганических з'єднань, хімія полімерів, хімія високомолекулярних з'єднань, хімія антибіотиків, барвників, запашних з'єднань, фармакохімія і т.д.

Наприкінці  XX в. виникає хімія металоорганічних з'єднань, тобто  з'єднань, що містять одну (чи більш) пряму зв'язок металу з вуглецем. До закінчення століття були відкриті органічні сполуки ртуті, кадмію, цинку, свинцю й ін. У даний час отримані углеродистые з'єднання зі значним змістом не тільки металів, але і неметалів (фосфор, бор, кремній, миш'як і т.д.). Тепер цю область хімії стали називати хімією элементоорганических з'єднань, вона знаходиться на стику органічної і неорганічної хімії.