Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет

информационных технологий, механики и оптики

Факультет ИКВО Кафедра МиПИУ

Направление (специальность) 090900 «Информационная безопасность» Группа 2750

Квалификация (степень) бакалавр

Доклад.

Тема №4

«Химические реакции – связь химии, физики и биологии» 

Выполнил:

Студент 2-го курса

гр. 2750

Черток А.В.

 

 

 

Принял:

к.т.н., доцент каф.ПБКС

  Комарова И.Э.

 

Г.С-Петербург

2012 г.

Оглавление

Введение

Во второй половине XX в. возникло новое объединение физики, химии и биологии - началось построение молекулярной биологии, раскрывающей физическую и химическую сущность основных явлений жизни, построение универсальных областей знания, таких, как кибернетика и теория информации. Одновременно изменилось соотношение фундаментальной науки и ее практических приложений. Резко сократилась дистанция между теоретическими исследованиями и практической реализацией научных открытий. Человечество вступило в эпоху научно-технической революции, охватывающей все области естественных и гуманитарных наук, техники, сельского хозяйства, медицины. 

Физика есть наука, изучающая строение и свойства конкретных видов материи - веществ и полей, форм их существования - пространства и времени. Это очень общее определение. Однако все развитие физики дает для него полное основание. Основные задачи современной физики относятся, с одной стороны, к космологии, к изучению Вселенной в целом, в ее настоящем, прошлом и будущем, с другой стороны - к микромиру - к изучению элементарных частиц.

Две другие фундаментальные области естествознания - химия и биология. Химия - наука о превращениях электронных оболочек атомов и молекул при их взаимодействии, при химических реакциях. Биология - наука о живой природе. 

Как мы видим, определения физики, химии и биологии не совместимы в том смысле, что выделение этих трех областей естествознания производится по разным логическим признакам, Тем не менее названы три великие науки, реально существующие и интенсивно развивающиеся. Дело состоит не в формальной логике, но в реальности материального мира и в реальности человеческого познания. 

Химическая реакция — превращение одного или нескольких исходных веществ) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции). При химических реакциях ядра атомов не меняются, в частности не изменяется их общее число, изотопный состав химических элементов, при этом происходит перераспределение электронов и ядер и образуются новые химические вещества.

Вещества вступают в химические реакции потому, что при этом уменьшается энергия системы, т.е. электронная конфигурация продуктов реакции оказывается энергетически более выгодной, чем конфигурация исходных реагентов.

Взаимосвязь химии и физики

Помимо процессов дифференциации самой химической науки, в настоящее время идут и интеграционные процессы химии с другими отраслями естествознания. Особенно интенсивно развиваются взаимосвязи между физикой и химией. Этот процесс сопровождается возникновением все новых и новых смежных физико-химических отраслей знания.

Развитие современной науки подтвердило глубокую связь между физикой и химией. Связь эта носит генетический характер, то есть образование атомов химических элементов, соединение их в молекулы вещества произошло на определенном этапе развития неорганического мира. Также эта связь основывается на общности строения конкретных видов материи, в том числе и молекул веществ, состоящих в конечном итоге из одних и тех же химических элементов, атомов и элементарных частиц. Возникновение химической формулы движения в природе вызвало дальнейшее развитие представлений об электромагнитном взаимодействии, изучаемом физикой. На основе периодического закона ныне осуществляется прогресс не только в химии, но и в ядерной физике, на границе которой возникли такие смешанные физико-химические теории, как химия изотопов, радиационная химия.

Физика и химия изучают практически одни и те же объекты, но только каждая из них видит в этих объектах свою сторону, свой предмет изучения. Так, молекула является предметом изучения не только химии, но и молекулярной физики. Если первая изучает ее с точки зрения закономерностей образования, состава, химических свойств, связей, условий ее диссоциации на составляющие атомы, то последняя статистически изучает поведение масс молекул, обусловливающее тепловые явления, различные агрегатные состояния, переходы из газообразной в жидкую и твердую фазы и обратно, - явления, не связанные с изменением состава молекул и их внутреннего химического строения. Сопровождение каждой химической реакции механическим перемещением масс молекул реагентов, выделение или поглощение тепла за счет разрыва или образования связей в новых молекулах убедительно свидетельствуют о тесной связи химических и физических явлений. Так, энергетика химических процессов тесно связана с законами термодинамики

В области соприкосновения физики и химии возник и успешно развивается сравнительно молодой из основных разделов химии - физическая химия, которая оформилась в конце XIX века в результате успешных попыток количественного изучения физических свойств химических веществ и смесей, теоретического объяснения молекулярных структур. Экспериментальной и теоретической базой для этого послужили работы Д.И. Менделеева (открытие периодического закона), Вант-Гоффа (термодинамика химических процессов), С. Аррениуса (теория электролитической диссоциации) и т.д. Предметом ее изучения стали общетеоретические вопросы, касающиеся строения и свойств молекул химических соединений, процессов превращения веществ в связи с взаимной обусловленностью их физическими свойствами, изучение условий протекания химических реакций и совершающихся при этом физических явлений. Ныне это разносторонне разветвленная наука, тесно связывающая физику и химию.

Внутри физической химии к настоящему времени выделились и вполне сложились в качестве самостоятельных разделов, обладающих своими особыми методами и объектами исследования, электрохимия, учение о растворах, фотохимия, кристаллохимия. В начале XX века выделилась также в самостоятельную науку выросшая в недрах физической химии коллоидная химия. Со второй половины XX века в связи с интенсивной разработкой проблем ядерной энергии возникла и получила большое развитие новейшая отрасль физической химии - химия высоких энергий, радиационная химия (предметом ее изучения являются реакции, протекающие под действием ионизирующего излучения), химия изотопов.

Вообще физическая химия рассматривается сейчас как наиболее широкий общетеоретический фундамент всей химической науки. Многие ее учения и теории имеют большое значение для развития неорганической и особенно органической химии. С возникновением физической химии изучение вещества стало осуществляться не только традиционными химическими методами исследования, не только с точки зрения его состава и свойств, но и со стороны структуры, термодинамики и кинетики химического процесса, а также со стороны связи и зависимости последнего от воздействия явлений, присущих другим формам движения (световое и радиационное облучение, световое и тепловое воздействие и т.д.).

В первой половине XX века возникает пограничная между химией и новыми разделами физики (квантовая механика, электронная теория атомов и молекул) наука, которую стали позднее называть химической физикой. Она широко применила теоретические и экспериментальные методы новейшей физики к исследованию строения химических элементов и соединений и особенно механизма реакций. Химическая физика изучает взаимосвязь и взаимопереход химической и субатомной форм движения материи.

Постоянно расширяющиеся связи химии и физики привели целый ряд ученых к идее координации и субординации этих наук.

Таким образом, химия XX века предстает перед нами как весьма многообразная и разветвленная система знаний, которая находится в процессе интенсивного развития. В основной своей массе развитие химии идет в виде узкоориентированных прикладных исследований, но вместе с ними сегодня развиваются и концептуальные направления фундаментального характера, которые и определяют статус и положение этой науки в системе современного естествознания. К числу таких концептуальных направлений развития современной химии следует отнести: проблему химического элемента, исследование структуры химических соединений, учение о химических процессах и эволюционную химию.