Тема №13. Предмет, задачи и методы химии

План:

13.1 История формирования химии.

13.2 Алхимики и их вклад.

13.3 Концептуальные уровни химии.

13.4 Задачи современной химии.

Химия - это наука о составе, свойствах и взаимодействии различных веществ. Химия изучает свойства вещества, отвечающие за его способность вступать в реакции с другими веществами. Примерами химических реакций могут служить следующие процессы: скисание молока, ржавление металла, горение топлива.

Развитие химических знаний происходило с древних времён. Уже первобытные люди овладели процессами дубления кож, приготовления пищи. Однако научный этап изучения превращений веществ наступил только в античности. Древнегреческие учёные Эмпедокл и Аристотель считали, что все химические вещества происходят от основных стихий, к которым относили землю, воду, огонь, воздух. В средние века получила развитие алхимия, давшая начало современной химии. Алхимики эмпирическим путём изучали результаты взаимодействия различных веществ друг с другом, и связывали результаты химических превращений со свойствами самих вещей. Отличие алхимии от современной химии состоит в том, что знания о превращениях веществ друг в друга не были систематизированы и не имели научного обоснования. Например, алхимики совершенно серьёзно рассматривали вопрос поиска путей превращения железа и меди в золото.

Весьма любопытно, что отношение самих алхимиков к алхимии было различным. Среди них было много людей действительно выдающихся, много сделавших и для самой алхимии, как они её понимали, и для будущей научно-технической химии и для естествознания в целом. Были и шарлатаны, использовавшие псевдонаучные представления для удовлетворения личных потребностей. Учёный Роджер Бекон (XIII век) так осмысливает статус собственного дела: «Алхимия есть наука о том, как приготовить некий состав или элексир, который, если его прибавить к металлам неблагородным, превратит их в совершенные металлы… Алхимия есть непреложная наука, работающая над телами с помощью теории и опыта и стремящаяся путем естественных соединений превратить низшие из них в более высокие и более драгоценные видоизменения». Однако у этой точки зрения были и оппоненты. Например, учёный Авиценна писал: «Алхимики утверждают, что они будто бы могут осуществить подлинные превращения веществ… Я считаю это невозможным, ибо нет путей для превращения одного металла в другой».

Развитие алхимии послужило как раз тем основанием, на котором была построена наука Нового времени. Алхимия служило основой мировоззрения средневековых людей. Она имела практические приложения. Однако теоретической основы знаний в алхимии не было. Именно в этом и состоит принципиальное отличие алхимии от химии нового времени. Возможно, именно в результате взаимодействия средневековой схоластики и ремесла в алхимии появилась новая научная химия XVII–XVIII веков.

Алхимические рецепты были надежным руководством для золотых дел мастеров, рудознатцев и металлургов, изготовлявших разные сплавы и амальгамы, металлические покрытия, металл для оружия и инструментов. Изготовление цветных стекол и эмалей, светопрочных красок для окрашивания тканей – все это несомненный успех древнего химико-технического мастерства. Для полноты картины следует отметить, что ремесленная химия была включена в алхимию в качестве фона, на котором осуществлялось построение единой алхимической картины мира.

Первый концептуальный уровень (учение о составе) в познании веществ можно назвать исследованием различных свойств и превращений веществ в зависимости от их химического состава, определяемого их элементами. Здесь мы видим поразительную аналогию с той концепцией атомизма, о которой шла ранее. Химики, как и физики, искали ту первоначальную основу (элемент), с помощью которой пытались объяснить свойства всех простых и сложных веществ.

Второй концептуальный уровень (структурная химия) связан с исследованием структуры, т.е. способа взаимодействия элементов в составе веществ и их соединений. Эксперимент и производственная практика убедительно доказывали, что свойства веществ, полученных в результате химических реакций, зависят не только от элементов, но и от взаимосвязи и взаимодействия этих элементов в процессе реакции.

Третий уровень познания (учение о закономерностях процессов) представляет собой исследование внутренних механизмов и условий протекания химических процессов, таких, как температура, давление, скорость протекания реакций и некоторые другие. Все эти факторы оказывают существенное влияние на характер процессов и объем получаемых веществ, что имеет первостепенное значение для массового производства.

Наконец, четвертый концептуальный уровень (эволюционная химия) является дальнейшим развитием предыдущего уровня, связанным с более глубоким изучением природы реагентов, участвующих в химических реакциях, а также с применением катализаторов, ускоряющих скорость их протекания. На этом уровне мы встречаемся также с простейшими явлениями самоорганизации, изучаемыми синергетикой.

Для определения свойств веществ необходимо установить, из каких элементов они состоят, а это предполагает наличие точного понятия химического элемента. Ошибочное представление, существовавшее в XVIII в., было связан с господствовавшей в то время ложной гипотезой флогистона, которую впервые выдвинул немецкий врач и химик Г. Шталь. С ее помощью он пытался дать общее объяснение химическим реакциям, и предположил, что существует особое невесомое вещество, которое он назвал флогистоном (от греч.– зажигать, гореть). Г. Шталь считал, что металлы состоят из окалины и флогистона, который при нагревании улетучивается, и остается чистый элемент. В состав пчелиного воска и угля, по его мнению, входит преимущественно флогистон, который при горении улетучивается, и в результате остается лишь немного золы.

Эта гипотеза была опровергнута французским естествоиспытателем А. Лавуазье после открытия кислорода и выявления его роли в процессах окисления и горения. Он же первый предпринял попытку систематизации открытых к тому времени 33 химических элементов, хотя при этом отнес к ним и некоторые химические соединения (известь, магнезию и др.), и даже теплоту и свет. Лавуазье считал элементами только такие тела, которые не поддавались в его время реакции разложения. Действительно, с помощью такой реакции можно разложить, например, поваренную соль на составляющие элементы – натрий и хлор: NaCl → Na + С1. Однако он отнес к элементам негашеную известь (окись кальция СаО) и гашеную известь Са(ОН)₂, которые являются сложными веществами.

В настоящее время химия – это наука о химических элементах и их соединениях, о веществах, их свойствах, превращениях веществ и явлениях, сопровождающих эти превращения, энергетике химических процессов, реакционной способности веществ, катализаторах и т.д.

Задачи, решаемые химией, можно разбить на 2 группы.

1. Получение веществ с заданными свойствами. Решение этих задач обеспечивается производственной деятельностью людей.

2. Выявление и определение методов (способов) управления свойствами вещества. Возможность решения этих задач определяется уровнем химического знания и организацией научно- исследовательской деятельности.

Контрольные вопросы:

1. Что такое химия?

2. Каковы задачи современной химии?

3. Какую роль сыграли алхимики в формировании химии?

Рекомендуемая литература:

1. Садохин А.П. Концепции современного естествознания: Учебное пособие для вузов Изд. 2-е, испр./ 3-е, стереотип.. Москва, Омега-Л, 2008 – 239 с. ISBN: 5-365-00851-0, 978-5-365-00851-9; 978-5-370-00567-1.

2. Самыгин С. И., Голубинцев В. О., Зарубин А. Г. и др. Концепции современного естествознания Учеб. пособие, под общ. ред. С. И. Самыгина. Ростов Н/Д: Феникс 2007 -413 с. ISBN: 978-5-222-10869-7.

Интернет ресурсы:

1. http://chemistry.ru/index.php - проект «Химия».

2. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4995.html - сайт «Химик».