Основные уровни строения химии как науки

    Особая  роль отведена природой углероду. Этот элемент способен организовать связи с элементами, противостоящими друг другу, и удерживать их внутри себя. Атомы углерода образуют почти все типы химических связей. На основе шести органогенов и еще около 20 других элементов природа создала около 8 млн различных химических соединений, обнаруженных к настоящему времени. 96% из них приходится на органические соединения.

    Из  такого количества органических соединений в строительстве биомира задействованы природой всего несколько сотен. «Из 100 известных аминокислот в состав белков входит только 20; лишь по четыре нуклеотида ДНК и РНК лежат в основе всех сложных полимерных нуклеиновых кислот, ответственных за наследственность и регуляцию белкового синтеза в любых живых организмах».

    Химики  стремятся открыть секреты природы. Как она из такого ограниченного  количества химических элементов и  химических соединений образовала сложнейший высокоорганизованный комплекс — биосистему? Ответ на этот вопрос может дать возможность из имеющихся в избытке химических продуктов получать необходимые, дефицитные, например, из загрязняющего атмосферу СО2 — сахар и т.д.

    Поиски  различного рода природных катализаторов  позволяют химикам сделать ряд выводов (к этому различными путями пришли также теология, геохимия, космохимия, термодинамика, химическая кинетика):

1. На ранних стадиях химической эволюции мира катализ отсутствовал. Условия высоких температур — выше 5 тыс. градусов по Кельвину, электрических разрядов и радиации препятствуют образованию конденсированного состояния.

2. Проявления катализа начинаются при смягчении условий ниже 5 тыс. град, по Кельвину и образования первичных тел.

3. Роль катализатора возрастала по мере того, как физические условия (главным образом температура) приближались к земным. Но общее значение катализа (вплоть до образования более или менее сложных органических молекул) все еще не могло быть высоким.

4. Появление таких, даже относительно несложных систем, как: СН₃ОН,

 СН₂ = СН₂; НС ≡ СН, Н₂СО, НСООН, НС ≡ М, а тем более оксикислот, аминокислот и первичных Сахаров, было своеобразной некаталитической подготовкой старта для большого катализа.

5. Роль катализа в развитии химических систем после достижения стартового состояния, т.е. известного количественного минимума органических и неорганических соединений, начала возрастать с фантастической быстротой. Отбор активных соединений происходил в природе из тех продуктов, которые получились относительно большим числом химических путей и обладали широким каталитическим спектром».

    Функциональный  подход к объяснению предбиологической эволюции сосредоточен на исследовании процессов самоорганизации материальных систем, выявлении законов, которым подчиняются такие процессы. Это в основном позиции физиков и математиков. Крайняя точка зрения здесь склоняется к тому, что живые системы могут быть смоделированы даже из металлических.

    В 1969 г. появилась общая теория химической эволюции и биогенеза, выдвинутая ранее  в самых общих положениях профессором Московского университета А.П. Руденко. Используя рациональность субстратного и функционального подходов, она отвечает на вопросы «о движущих силах и механизме эволюционного процесса, отборе элементов и структур и их причинной обусловленности, высоте химической организации и иерархии химических систем как следствия эволюции».

Пока  только эта теория в состоянии  определить новую концептуальную систему, которая выходит за пределы учения о составе, структурной химии и учения о химических процессах. «Сущность этой теории состоит в том, что химическая эволюция представляет собой саморазвитие каталитических систем и, следовательно, эволюционирующим веществом являются катализаторы». В основе этой теории лежит утверждение о том, что процесс саморазвития химических катализаторов двигался в сторону их совершенствования, шел постоянный отбор все новых катализаторов с большей реактивной активностью.

    Открытый  А.П. Руденко основной закон химической эволюции гласит, что эволюционные изменения катализатора происходят в том направлении, где проявляется его максимальная активность. Саморазвитие, самоорганизация и самоусложнение каталитических систем происходят за счет энергии базисной реакции. Поэтому эволюционируют каталитические системы с большей энергией. Такие системы разрушают химическое равновесие и в результате являются инструментом отбора наиболее устойчивых эволюционных изменений в катализаторе.

    Теория  саморазвития каталитических систем дает следующие возможности: выявлять этапы химической эволюции и на этой основе классифицировать катализаторы по уровню их организации; использовать принципиально новый метод изучения катализа; дать конкретную характеристику пределов в химической эволюции и перехода от химогенеза (химического становления) к биогенезу, связанного с преодолением второго кинетического предела саморазвития каталитических систем.

    Набирает  теоретический и практический потенциал  новейшее направление, расширяющее представление об эволюции химических систем, — нестационарная кинетика. На ее основе разрабатывается теория управления нестационарными процессами. Уже наработанные в этой области эмпирические материалы приводят исследователей к выводу, что стационарность режима катализаторов является лишь частным случаем нестационарности. Появляются сведения о том, что нестационарные режимы создаются искусственно и способствуют интенсификации реакций в катализаторах.

    Развитие  химических знаний позволяет надеяться  на разрешение многих проблем, которые встали перед человечеством в результате его наукоемкой и энергоемкой практической деятельности. Предполагается значительное ускорение химических превращений за счет освоения катализаторов будущего на принципиально новой основе, бережное и полное использование всех видов углеводородного сырья, а не только нефти, создание полностью безотходных производств.

    Химическая  наука уже имеет предпосылки  для получения водорода из воды как  самого высокоэффективного и экологически чистого топлива, для организации промышленного производства по получению широкого спектра органических продуктов из углекислого газа, а также для промышленного производства различных материалов, где вместо углеводорода будут использоваться фторуглероды. Химическая наука ставит своей целью создание самых экономичных и экологически чистых производств и уже имеет для этого определенный потенциал.

    Химическая  наука на ее высшем эволюционном уровне углубляет представления о мире. Концепции эволюционной химии, в том числе о химической эволюции на Земле, о самоорганизации и самосовершенствовании химических процессов, о переходе от химической эволюции к биогенезу, являются убедительным аргументом, подтверждающим научное понимание происхождения жизни во Вселенной.

Химическая  эволюция на Земле создала все  предпосылки для появления живого из неживой природы. А Земля оказалась  в таких специфических условиях, что эти предпосылки смогли реализоваться. Жизнь во всем ее многообразии возникла на Земле самопроизвольно из неживой материи, она сохранилась и функционирует уже миллиарды лет. Жизнь полностью зависит от сохранения соответствующих условий ее функционирования. А это во многом зависит от самого человека. Видимо, одним из проявлений природы и является появление человека как самосознающей себя материи. На определенном этапе он может оказывать ощутимое воздействие на среду собственного обитания, причем как позитивное, так и негативное.  

Заключение

Развитие  химических знаний стимулируется необходимостью человеком различных веществ  для своей жизнедеятельности. Для этого приходилось искать пути получения из одних веществ другие, осуществляя их качественные превращения. На базе познания глубинных свойств различных веществ возникла теоретическая химия, которая в настоящее время представляет собой высокоупорядоченную и постоянно развивающуюся систему знаний. Современную картину химических знаний объясняют с позиций четырех концептуальных систем: учение о составе, структурная химия, учение о химических процессах, эволюционная химия. Последовательное появление новых концепций в химической  основывается на предыдущих достижениях, сохраняющих в себе все необходимое для дальнейшего развития. В наши дни химическая наука дает возможность получать вещества с заданными свойствами, находить способы управления этими свойствами, что является основной проблемой химии и началом ее как науки. В данной работе мы проследили развитие данных систем как этапов развития химии, отметили их особенности и значение в становлении химии как науки. Кроме того были отмечены задачи, которые решались на каждом уровне, и методы их решения. 

Список  используемой литературы

1. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов/ В.Н.Лавриненко, В.П.Ратников, Г.В.Баранов и др.; Под ред. проф. В.Н.Лавриненко, В.П.Ратникова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА.
2. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. – 25-е изд., исправленное/ Под ред. В.А.Рабиновича. – Л.:Химия.
3. Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. — М.: АГАР.
4. [Электронный ресурс] : CD/Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия .