Лекция 6. Концептуальные уровни познания химизма

Вопросы:

1. Предмет и особенности химии

2. Основные этапы развития представлений о природе химизма

Предмет химии, ее особенности и основные понятия

Химия - наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающихся изменением их состава и строения. Теоретической основой химии выступает атомно-молекулярная теория в ее современной квантово механической форме. Химия опирается на ряд общих законов: закон сохранения массы вещества при химических реакциях (сумма масс веществ, вступивших в реакцию, равна сумме масс веществ, полученных в ее результате); закон сохранения тепловой энергии при химических процессах (количество теплоты, принесенной в зону взаимодействия веществ, равно количеству энергии, вынесенной веществами из этой зоны).

Одним из отличительных свойств химии выступает ее технологическая направленность, химическое знание с самого своего зарождения направлено на удовлетворение потребностей человека в веществах различных свойств. Концептуальное значение химии связано с пониманием механизмов электромагнитного взаимодействия, ответственного за взаимопревращения веществ и внешних проявлениях их свойств. В структуре естествознания химия занимает промежуточное положение между физикой – наукой о фундаментальных законах природы, и биологией – наукой о жизни. Вместе с тем, химические представления характеризуются известной самостоятельностью. Химию часто разделяют на неорганическую и органическую. Под неорганической химией понимают превращения веществ, полученных из природы, помимо состава и продуктов жизнедеятельности живых организмов. Эта часть химии близка к физике. Органические молекулы в целом много сложнее неорганических. Если первые насчитывают порядка десятков атомов, то вторые могут состоять из сотен тысяч и даже миллионов атомов. Химия органических соединений и биохимия, лежащие в основании современного биологического знания, как разделы химии сформировались позже в силу сложности предмета и методов анализа.

Химические знания относятся к разряду древнейших, но химия, как наука, сравнительно молода. В известном смысле, датой возникновения химии, как особой области знаний, опирающейся на собственные фундаментальные положения и определившей теоретически и практически предмет своего исследования, можно считать 1869 год - год рождения гениальной периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева(1834-1907).

В ходе своего развития химия выработала ряд основных понятий, раскрывающих особенности природы на уровне познания тех специфических ее свойств, которые анализирует и изучает эта наука.

Одними из важнейших понятий химии выступают понятия атома и химического элемента. С современной точки зрения атом представляет собой квантово-механическую частицу, которая состоит из положительно заряженного ядра и отрицательных электронных оболочек.

Под химическим элементом понимают совокупность атомов, обладающих одинаковым электрическим зарядом атомного ядра. Заряд атомного ядра непосредственно определяет химические свойства элемента, что находит свое выражение в месте, которое занимает данный элемент в периодической таблице (законе) химических элементов Д.И. Менделеева.

В природе химические элементы встречаются в виде химических соединений - молекул [94], что обусловлено строением электронных оболочек атомов, стремлением внешних электронов занять наиболее выгодную энергетически позицию. Это стремление выражается в способности отдавать или, наоборот, получать электроны внешних оболочек, получившей название валентности. Перераспределение внешних электронов в наиболее выгодные энергетические позиции является силой, создающей химические соединения, – относительно устойчивые объединения элементов, приобретающие принципиально новые химические и физические свойства.

Превращение одних (исходных) веществ в другие, отличные от первых по своим свойствам, называется химической реакцией. С физической точки зрения химические реакции представляют собой перестройку электронных оболочек, не затрагивающую ядер атомов. Химические реакции характеризуются скоростью протекания, степенью превращения и обратимостью. Самопроизвольно химические реакции идут только в сторону уменьшения свободной энергии и, следовательно, в сторону возрастания энтропии. Направление химической реакции определяется превращением (рассеянием) энергии и изучается химической термодинамикой. Скорость протекания химических реакций изучается химической кинетикой.

Химические соединения характеризуются разной степенью устойчивости. Чтобы осуществить непроизвольную химическую реакцию необходимо создать соответствующие условия: ослабить связи исходного химического соединения и направить реагенты к организации новых связей. Эта задача зачастую решается путем катализа. Катализатор – вещество, участвующее в реакции, но не входящее в состав ее конечных продуктов. Катализаторы обеспечивают возможность и ускоряют ход реакций. Ингибитором называется катализатор, замедляющий ход химической реакции. Катализаторы живого происхождения называются ферментами.