Тема 2.6. Химические процессы в макросистемах Химия как наука

Важнейшим разделом современного естествознания является химия. С течением времени определение понятие “химия” изменялось. Великий химикXIXв. Д. И. Менделеев определял ее как учение об элементах и их соединениях. В современной науке существует множество определений химии. Вот некоторые из них.

ХИМИЯ – это:

         наука о веществах и превращениях их друг в друга;

         наука, изучающая свойства веществ и их превращения, сопровождающиеся изменением состава и строения;

         наука о превращениях веществ, сопровождающихся перераспределением связей между атомами, как входящими в состав химических частиц (молекул, ионов, радикалов и т. п.), так и свободными;

         совокупность наук, изучающих строение и свойства веществ, а также закономерности процессов их превращений в другие вещества.

Особенность и двуединая задача современной химии

Как и другие составляющие естествознания, химия имеет многочисленные практические приложения. Однако еще Д. И. Менделеев обратил внимание на существенную особенность этой науки:химия в значительной мере сама создает свой объект изучения. Самые разнообразные исследования в ней направлены на раскрытие закономерностей химических превращений, которые реализованы искусственно, на получение и изучение веществ, большинство из которых в природе не встречается. Химия как наука теснейшим образом связана с химией как производством. Д. И. Менделеев рассматривал химические заводы как лаборатории больших размеров. Основная цель современной химии, вокруг которой строится вся исследовательская работа, заключается в получении веществ с заданными свойствами. Это и определяет содержаниедвуединой центральной задачи химии: исследование генезиса (то есть происхождения) свойств веществ и разработка на этой основе методов получения веществ с заранее заданными свойствами.

Химию делят по предмету исследования на органическую инеорганическую. Выделениеаналитической химии связано с методами исследования. Появлениебиологической ифизической химии обусловлено близостью предметов и методов исследования со смежными науками. Появилисьхимия твердого тела, химия поверхности, химия комплексных соединений, химия растворов, химия полимеров, химия нефти и др.

Основные химические концепции: учение о составе, структурная химия, химическая кинетика и термодинамика, эволюционная химия

По мере развития химии до ее современного уровня в ней сложилось четыре совокупности подходов к решению основной задачи. Развитие этих подходов обусловило формирование четырех концептуальных систем химических знаний (см. рис. 9).

Рис. 9.Системы химических знаний

Концептуальные подходы к решению основной проблемы химии, показанные на рисунке, появлялись последовательно.

Первоначально свойства веществ связывались исключительно с их составом (в этом суть учения о составе). На этом уровне развития содержание химии исчерпывалось ее традиционным, менделеевским определением – как науки о химических элементах и их соединениях.

Далее учение о составе было дополнено концепцией структурной химии. Структурная концепция объединяет теоретические представления в химии, устанавливающие связь свойств веществ не только с составом, но и со структурой молекул. В рамках этого подхода возникло понятиереакционная способность, включающее представление о химической активности фрагментов молекулы – отдельных ее атомов (и даже отдельных химических связей) или целых атомных групп. Структурная концепция позволила превратить химию из преимущественно аналитической науки в науку синтетическую. Этот подход позволил в конечном итоге создать промышленные технологии синтеза многих органических веществ.

Затем было развито учение о химических процессах. В рамках этой концепции химия вскрыла механизмы управления реакциями и предложила способы изменения свойств получаемых веществ.

Последний этап концептуального развития химии связан с использованием в ней некоторых принципов, реализованных в химизме живой природы. В рамках эволюционной химииосуществляется поиск таких условий, при которых в процессе химических превращений идет самосовершенствование катализаторов реакций. По существу, речь идет осамоорганизации химических процессов, происходящих в клетках живых организмов.

Последовательное дополнение химии названными концептуальными системами составляет логику развития этой науки.