Понятие концептуальной системы химии
Химия – наука, изучающая вещества и их
превращения, одна из важнейших отраслей естествознания. Поскольку вещества –
это самые разнообразные сочетания атомов химических элементов, то именно
элементы являются объектами исследований в химии. Превращение веществ
происходит в результате химических реакций.
Первые сведения о химических превращениях
относятся к очень древним временам, когда еще не было понятия химического
элемента. Но люди плавили металл, изготовляли стекла, красили ткани. Так
постепенно накапливались факты и сведения, которые легли в основу
первоначальной практической химии.
Много столетий подряд господствовала
алхимия. Алхимики в поисках философского камня занимались различными
химическими манипуляциями, проводили различные химические реакции, они изобрели
приборы, необходимые для химических исследований: печи, реторты, колбы,
приготовили некоторые кислоты, соли, описали некоторые способы разложения руд и
минералов. Практические навыки алхимии оказались очень полезными. Но постепенно
алхимия утрачивала свое значение. И в то же время росли человеческие познания
об окружающем мире, постепенно создавались понятия, которые легли в основу
химии.
Возникновение научной химии связано с
именем Р.Бойля. Он впервые попытался дать определение химического элемента.
Новое учение об элементах – тот вклад в химическую науку, который навсегда
обессмертил имя Роберта Бойля в ее истории. Представление об
элементах-веществах было крупнейшим теоретическим достижением химии за двадцать
веков со времени Аристотеля. Бойль считал эксперимент основным способом
постижения истины.
Выдающимися достижениями русского
ученого-энциклопедиста М.В.Ломоносова в области химии являются создание
корпускулярной теории строения веществ, открытие закона сохранения материи и
движения – основополагающего закона природы.
В конце X VIII века А. Лавуазье разработал кислородную теорию
горения, в начале XIX века Дж. Дальтон ввел понятие атомного веса,
возникло и стало стремительно развиваться атомно-молекулярное учение. Оно
сделалось основой теоретической химии. Это учение способствовало открытиям
периодического закона химических элементов Д.И.Менделеева, теории химического
строения А.М.Бутлерова. Получили четкое определение важнейшие понятия химии:
атом, молекула, элемент, простое вещество, химическое соединение.
В XIX веке сформировались два основных раздела химии –
неорганическая и органическая. Результаты химических исследований стали шире
внедряться в практику, стала развиваться химическая технология. Химия стала
использовать достижения других наук. В результате взаимодействия наук возникли
биохимия, геохимия, космохимия.
Однако, основные материалы например,
стекло, железо, сталь, медь, цемент, керамика, натуральные волокна, были
известны еще древним людям.
Казалось, что химии суждено извечно
двигаться в границах, очерченных природой. И только с появлением в первой
половине XX века синтетических веществ химикам удалось
преодолеть этот «природный барьер».
Сейчас в лаборатории ученые создают
такие вещества, для которых в природе нет никакого образца и подобия: вещества
с пока еще непредсказуемыми, необычными свойствами или комбинацией таких
свойств.
Возможности химии безграничны. Химики
берут у природы нефть, газ, уголь, минеральные соли, силикаты и руды. И
превращают их в миллионы разнообразных веществ: краски, лаки, мыло, удобрения,
моторное топливо, пластмассы, искусственные волокна, средства защиты растений,
биологически активные вещества, косметику.
РОДОНАЧАЛЬНИКИ РОССИЙСКОЙ
ХИМИИ
Основы отечественной
химии заложил в XVIII веке
выдающийся русский ученый
М.В.Ломоносов
(1711-1765).
Сын крестьянина-помора, выходец из глухой
деревушки Архангельской губернии, Ломоносов с огромным трудом пробивал себе
путь к знаниям, к науке. С юных лет его неодолимо влекло к книгам, но только
достигнув двадцатилетнего возраста, смог Ломоносов впервые попасть в школу – в
духовную академию при одном из московских монастырей, где великовозрастного
ученика встретили насмешками. Жизнь в академии была далеко не легкой. Но труднее
всех приходилось Михайле Ломоносову: своевольному сыну отец отказался присылать
деньги на содержание в академии. Порой ломоть хлеба да чашка кваса составляли
весь его скудный рацион за день, однако пищи для разума пытливого юноши было
предостаточно. С 1735 года Ломоносов учился в Петербурге, затем был
командирован петербургским Академическим университетом в Германию для
усовершенствования в науках. Лекции опытных профессоров, чтение научных трудов,
а главное – посещение рудников, шахт, металлургических и химических заводов в
соединении с неутомимой любознательностью и гигантской работоспособностью
сделали из него всесторонне образованного человека. Ломоносов возвращался на
родину обогащенный глубоким знанием новейших достижений, полный сил и желания
работать «для пользы Отечества, для приращения науки и для славы Академии».
По возвращении М.В.Ломоносов основал в
Петербурге Академию наук, затем первую в России химическую лабораторию, где
проводились и опыты, и обучение студентов. Ученый изучал минералы и руды,
которые к нему присылались из разных мест России, вместе со своими учениками
получал окрашенные стекла. Впоследствии из этих стекол Ломоносов составлял
мозаичные картины.
В своих трудах М.В.Ломоносов писал о
том, что вещества состоят из атомов и молекул, что пламя – это не особое
вещество «теплород», как думали тогда многие ученые, и веса не имеет.
М.В.Ломоносова многое интересовало: кроме
научных исследований, он увлекался историей, рисовал, сочинял стихи. В 1755
году по его инициативе в Москве открылся первый университет, который теперь
носит имя своего основателя.
Действительным членом Петербургской Академии
Наук М.В.Ломоносов был избран по кафедре химии. И не случайно. Химия была
настоящей научной страстью Ломоносова, которая овладела им в ранней молодости и
не утратила своей силы до конца его жизни. Химия привлекала его не
совершенством внешних форм, не строгой законченностью содержания – ничего этого
не было в то время у химии. Наоборот, все здесь было еще неясно, все находилось
в движении и становлении. Но это-то и составляло для Ломоносова главную
прелесть химии. Он смело пускался в неизведанные области науки, пролагая в них
свои собственные пути, приводя их к тому совершенству, которым восхищался в
математике и механике. В 1741 году Ломоносов написал сочинение, изумившее всех
своим названием: «Элементы математической химии». Химия и математика!
Современникам Ломоносова одно сопоставление этих слов казалось нелепым. Для
большинства ученых XVIII века химия все еще оставалась ремеслом,
«искусством».
Ломоносов решительно покончил с
подобными взглядами. Для Ломоносова химия – настоящая наука. Химия – наука об
изменениях, происходящих в телах. «Все изменения происходят посредством движения».
Наука о движении – механика, а «потому изменения эти могут быть объяснены
законами механики». Механику же нельзя постичь без знания математики, поэтому
«стремящийся к ближайшему изучению химии должен быть сведущ и в математике».
Во всех научных трудах он применял строго
логический метод, принятый в математике и других точных науках. Он начинал с
описания наблюдений над фактами и, обобщая эти наблюдения, приходил к аксиомам
– положениям, не требующим доказательств. Основываясь на аксиомах, он формулировал
и доказывал теоремы и разбирал все вытекающие из них следствия. Тем самым
Ломоносов не давал фантазии увлечь себя в область беспочвенных измышлений:
факты, с которых он начинал опыты и которыми заканчивал рассуждения, прочно
привязывали его к реальной действительности.
Именно так выводил Ломоносов свою теорию
строения тел. Что делается с металлами, когда они растворяются в кислотах? Куда
деваются летучие тела при испарении? Что происходит с горючими телами в жарком
пламени? Исчезают ли они бесследно? Нет, - отвечал Ломоносов, - они только
разделяются на такие ничтожно мелкие частички, которые в отдельности невозможно
разглядеть.
АТОМНАЯ ТЕОРИЯ – ОСНОВА
ХИМИЧЕСКОЙ НАУКИ
Атомная теория сразу разъяснила все
загадки, к которым привели химиков новые факты.
Если каждая молекула воды построена из двух
атомов водорода и одного атома кислорода, то где бы мы ни брали эту воду: в
море, горной речки или роднике, какими бы способами
ее ни получали, она всегда будет иметь один и
тот же состав ,
ибо соединение из иного числа водородных и
кислородных атомов никак не может быть водой.
Если каждая молекула углекислого газа
состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода, то как бы ни
получался углекислый газ- сжигание дерева, графита, каменного
угля или алмаза, при брожении кваса или
дыхании животных-
он всегда будет иметь один и тот же состав,
ибо соединение
иного числа углеродных и кислородных атомов
будет уже не
углекислым газом, а каким –то другим
веществом,
Если каждая молекула хлористого серебра и
одного атома хлора , то независимо где оно будет получено, оно все равно будет
иметь неизменный химический состав.
Причина постоянства состава вещества в том
и заключается, что в соответствии с атомной теорией каждая молекула
определенного вещества всегда построена из одного и того же числа атомов одних
и тех же элементов независимо от времени, места и способа приготовления этого
вещества.
ХИМИЧЕСКОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ веществ изменением
числа и вида атомов, входящих в состав их
молекул. Впервые
в истории химии она позволила рассчитывать
химические
процессы математически.