Locul chimiei în tabloul științific modern al lumii. Conceptul de unitate a transformărilor structurale ale materiei și tabloul chimic al lumii - abstract

Istoria chimiei: alchimie; perioada de unificare a chimiei (iatrochimia, chimia pneumatică, teoria flogistului și adversarii ei, perioada legilor cantitative (chimia atomică)); structurarea cunoștințelor chimice moderne.

Substanță și element. Sisteme chimice. Energia proceselor chimice. Legătura fizică și reacția chimică. Abordări ale clasificării reacțiilor chimice. Viteza unei reacții chimice.

Tabelul periodic al elementelor de D. Mendeleev.

Chimia Pământului: geochimie. Chimia vieții: biochimia.

Aplicarea cunoștințelor chimice în industrie, agricultură, medicină.

Modulul 3 Științe ale vieții sălbatice

Tema 6. Specificul unui obiect biologic și problema originii vieții

Specificitatea naturii vii. Concepte de haos și ordine. Unitatea dintre viu și neviu. Granițele vieții. Fenomenul vieții și interpretarea ei.

Abordări pentru identificarea specificului viețuitoarelor: substrat, energie, informații. Abordări ale definirii vieții: monoatributive, poliatributive.

Specificitatea și structura cunoștințelor biologice. Sarcinile biologiei moderne: rezolvarea problemei apariției unui obiect biologic, organizarea sistemică a viețuitoarelor, evoluția unui obiect biologic.

Semnificația metodologică a principiului istoricismului în rezolvarea problemei originii vieții. Extrapolare istorică.

Evoluția conceptelor despre originea vieții. Biogeneza si abiogeneza. Conceptul de generare spontană a vieții. Experimente de L. Pasteur. Conceptul de panspermie și evoluția sa (S. Arrhenius, V.I. Vernadsky, Hoaldane, Crick). Conceptul de substrat al originii vieții.

Tema 7. Natura sistematică a viețuitoarelor și problema dezvoltării lumii organice

Principiul consistenței în studiul viețuitoarelor. Polemica tendințelor mecaniciste și vitaliste în biologie. Trăsăturile sistemelor vii: evoluționism, iritabilitate, disponibilitate și utilizare a informațiilor, autoguvernare etc.

Criterii de identificare a nivelurilor de organizare a vieţuitoarelor. Ordinea unui obiect biologic: aspecte spațiale, funcționale, temporale. Niveluri de organizare a viețuitoarelor: celula și componentele sale, organismul și proprietățile sale; specie, biogeocenoză.

Originea ideii de dezvoltare a naturii vii în filosofia naturală antică. Transformism naiv. Creaționismul. Sistematizarea materialului din botanica si zoologie. Primele clasificări taxonomice.

Doctrina evoluționistă a lui Charles Darwin și aprobarea ideii de dezvoltare în biologie. Forțe motrice și factori de evoluție. Conceptele de „ereditate”, „variabilitate”, „selecție naturală”. Studiul experimental al factorilor individuali de evoluție. Genetica si evolutie. Teoria sintetică a evoluției.

Problema identificării unităților sistemice de evoluție: abordări centrate pe organism și populație. Filogenie și ontogenie. Problema gestionării procesului evolutiv.

Tema 8. Problema originii și esenței proceselor ideale

Conceptul și proprietățile sistemelor cibernetice. Principalele etape ale procesului de cefalizare. O reflectare avansată a realității. Iritabilitate, sensibilitate, psihic.

Proprietăți de reflectare mentală a realității: intenție, integritate, subiectivitate, obiectivitate, selectivitate, experiență, reglementare.

Conștiința și structura ei. Diferențele dintre conștiința umană și psihicul animalelor.

Slide 2

întrebări

1. Chimia ca știință. 2. Alchimia ca preistorie a chimiei. 3. Evolutie stiinta chimica. 4. Idei ale lui D. I. Mendeleev și A. M. Butlerov. 5. Chimia antropogenă și impactul acesteia asupra mediului.

Slide 3

de la cuvântul egiptean „hemi”, care însemna Egipt și, de asemenea, „negru”. Istoricii științei traduc acest termen ca „artă egipteană”. chimie înseamnă arta de a produce substanțe necesare, inclusiv arta de a transforma metalele obișnuite în aur și argint sau aliajele acestora

Slide 4

Cuvântul „chimie” provine din termenul grecesc „chemos”, care poate fi tradus ca „suc de plante”. „chimie” înseamnă „arta extragerii sucurilor”, dar sucul în cauză ar putea fi și metal topit. Chimia poate însemna „arta metalurgiei”.

Slide 5

Chimia este o ramură a științei naturii care studiază proprietățile materiei și transformările acestora

Principala problemă a chimiei este obținerea de substanțe cu proprietățile dorite. chimia organică anorganică studiază proprietățile elementelor chimice și compușii lor simpli: alcalii, acizi, săruri. studiază compuși complecși pe bază de carbon - polimeri, inclusiv cei creați de om: gaze, alcooli, grăsimi, zaharuri

Slide 6

Principalele perioade de dezvoltare a chimiei

1. Perioada alchimiei – din antichitate până în secolul al XVI-lea. AD. Caracterizat prin căutarea pietrei filozofale, elixirul longevității și alkahest (solventul universal). 2. Perioada din secolele XVI - XVIII. Au fost create teoriile lui Paracelsus, teoriile gazelor lui Boyle, Cavendish și alții, teoria flogistului a lui G. Stahl și teoria elementelor chimice a lui Lavoisier. A fost îmbunătățită chimia aplicată, asociată cu dezvoltarea metalurgiei, producției de sticlă și porțelan, arta distilării lichidelor etc. LA sfârşitul secolului al XVIII-lea secolul, chimia a fost consolidată ca știință independentă de alte științe ale naturii.

Slide 7

3. Primii şaizeci anii XIX secol. Caracterizată prin apariția și dezvoltarea teoriei atomice a lui Dalton, teoria atomo-moleculară a lui Avogadro și formarea conceptelor de bază ale chimiei: atom, moleculă etc. 4. Din anii 60 ai secolului al XIX-lea până în zilele noastre. Au fost dezvoltate clasificarea periodică a elementelor, teoria compușilor aromatici și stereochimia, teoria electronică a materiei etc. Gama de componente chimice s-a extins, cum ar fi Nu chimie organică, chimie organică, chimie fizică, chimie farmaceutică, chimie produse alimentare, agrochimie, geochimie, biochimie etc.

Slide 8

ALCHIMIE

„Alchimia” este un arabizat cuvânt grecesc, care este înțeles ca „suc de plante”. 3 tipuri: greco-egiptean, arab, vest european

Slide 9

Locul de naștere al alchimiei este Egiptul.

Teoria filozofică a lui Empedocle despre cele patru elemente ale Pământului (apă, aer, pământ, foc). Potrivit acesteia, diferite substanțe de pe Pământ diferă doar prin natura combinației acestor elemente. Aceste patru elemente pot fi amestecate în substanțe omogene. Căutarea pietrei filozofale a fost considerată cea mai importantă problemă a alchimiei. S-a îmbunătățit procesul de rafinare a aurului prin cupelare (încălzirea minereului bogat în aur cu plumb și nitrat). Izolarea argintului prin alierea minereului cu plumb. S-a dezvoltat metalurgia metalelor obișnuite. Procesul de producere a mercurului este cunoscut.

Slide 10

ALCHIMIA ARABĂ

„khemi” în „al-chemistry” Jabir ibn Khayyam a descris amoniacul, tehnologia de preparare a plumbului alb și metoda de distilare a oțetului pentru a obține acid acetic; toate cele șapte metale de bază sunt formate dintr-un amestec de mercur și sulf. şi

Slide 11

ALCHIMIA EUROPEANĂ DE VEST

Călugărul dominican Albert von Bolstedt (1193-1280) - Albert cel Mare a descris în detaliu proprietățile arsenicului, și-a exprimat opinia că metalele constau din mercur, sulf, arsen și amoniac.

Slide 12

Filosof britanic al secolului al XII-lea. – Roger Bacon (aproximativ 1214 - după 1294). posibil inventator al prafului de pușcă; a scris despre stingerea substanțelor fără acces la aer, a scris despre capacitatea salitrului de a exploda cu cărbune arzând.

Slide 13

Medicul spaniol Arnaldo de Villanova (1240-1313) și Raymond Lullia (1235-1313). încercările de a obține piatra filosofală și aur (fără succes), au produs bicarbonat de potasiu. Alchimistul italian Cardinal Giovanni Fidanza (1121-1274) - Bonaventura a primit o soluție de amoniac în acid azotic Cel mai proeminent alchimist a fost un spaniol, a trăit în secolul al XIV-lea - Geber. a descris acidul sulfuric, a descris modul în care se formează acidul azotic, a remarcat proprietatea acva regiei de a afecta aurul, care până atunci era considerat neschimbabil.

Slide 14

Vasily Valentin (secolul XIV) a descoperit eterul sulfuric, acidul clorhidric, mulți compuși ai arsenului și ai antimoniului, a descris metode de obținere a antimoniului și utilizarea sa medicală

Slide 15

Theophrastus von Hohenheim (Paracelsus) (1493-1541), fondatorul iatrochimiei - chimie medicinală, a obținut un oarecare succes în lupta împotriva sifilisului, a fost unul dintre primii care a dezvoltat medicamente pentru combaterea tulburărilor mintale și este creditat cu descoperirea eterului.

Vizualizați toate diapozitivele

Cursul 10.Sistem chimic.

1. Principala problemă a chimiei. Sisteme conceptuale ale chimiei.

2. Doctrina compoziţiei materiei. Rezolvarea problemelor cu elemente chimice și compuși chimici. Tabelul periodic al elementelor.

3. Chimie structurală.

4. Chimie cinetică.

5. Chimie evolutivă.

Principala problemă a chimiei ca știință. Sisteme conceptuale ale chimiei. D.I Mendeleev a numit chimia „știința elementelor chimice și a compușilor lor”. În unele manuale, chimia este definită ca „știința substanțelor și a transformărilor lor”, în altele - ca „o știință care studiază procesele de transformare calitativă a substanțelor” etc. Toate aceste definiții sunt bune în felul lor, dar nu țin cont de faptul că chimia nu este doar o sumă de cunoștințe despre substanțe, ci un sistem ordonat, în continuă evoluție de cunoștințe, care are un anumit scop social și locul său printre alte științe.

Întreaga istorie a dezvoltării chimiei este un proces natural de schimbare a metodelor de rezolvare a problemei sale principale. Toate cunoștințele chimice care au fost dobândite de-a lungul mai multor secole sunt subordonate unei singure sarcina principală a chimiei - sarcina de a obţine substanţe cu proprietăţile necesare.

Aşa, dubla problemă de bază a chimiei- Asta:

1. Obținerea de substanțe cu proprietăți date este o sarcină de producție.

2. Identificarea modalităților de control al proprietăților unei substanțe este o sarcină a cercetării științifice.

Pe măsură ce știința s-a dezvoltat, ideile despre organizarea materiei, compoziția substanțelor și structura moleculelor s-au schimbat, s-au obținut noi date despre procesele chimice în sine, care, desigur, au schimbat radical atât metodele de sinteză a noilor compuși, cât și metodele. de studierea proprietăţilor lor. Există doar patru moduri de a rezolva această problemă , care sunt asociate, în primul rând, cu prezența a doar patru factori naturali principali de care depind proprietățile substanțelor rezultate:

1. Compoziția substanței (elementară, moleculară).

2. Structura moleculelor.

3. Condiţiile termodinamice şi cinetice ale reacţiei chimice în timpul căreia se obţine această substanţă.

4. Nivelul de organizare a materiei.

Apariția secvențială a primei metode, apoi a doua, a treia și, în cele din urmă, a patra metode de rezolvare a problemei principale a chimiei duce la apariția și coexistența secvențială a patru niveluri de dezvoltare a cunoștințelor chimice sau, așa cum sunt acum. numit în mod obișnuit, patru sisteme conceptuale , situat într-o relație de ierarhie, adică de subordonare. În sistemul întregii chimie, ele sunt subsisteme, la fel cum chimia însăși este un subsistem al tuturor Științelor Naturii în ansamblu. Existența a doar patru moduri de rezolvare a problemei de bază a chimiei se reflectă în împărțirea Sistemului Chimiei în patru subsisteme.

Astfel, în dezvoltarea chimiei nu există o schimbare, ci o apariție strict naturală, consistentă a sistemelor conceptuale. Mai mult, fiecare sistem nou apărut nu îl neagă pe cel anterior, ci, dimpotrivă, se bazează pe el și îl include într-o formă transformată.

Pentru a rezuma, putem da următoarea definiție: Sistem chimic -integritatea unificată a tuturor cunoștințelor chimice care apar și există nu separat unele de altele, ci în strânsă interconexiune, se completează reciproc și sunt combinate în sisteme conceptuale de cunoștințe chimice care se află într-o ierarhie de relații.

La fiecare dintre cele patru etape istorice ale extragerii cunostintelor chimice au aparut propriile probleme care au necesitat solutii.

Prima etapă a dezvoltării chimiei - secolul XVII: Doctrina compoziției materiei. Principalele probleme cu care se confruntă oamenii de știință în prima etapă - etapa studiind compoziția materiei :

1. Problema elementului chimic.

2. Problema compusului chimic.

3. Problema creării de noi materiale care conțin elemente chimice nou descoperite.

O modalitate eficientă de a rezolva problema origineproprietățile materiei a apărut în a doua jumătate a secolului al XVII-lea. în lucrările savantului englez Robert Boyle. Cercetările sale au arătat că calitățile și proprietățile corpurilor nu sunt absolute și depind de elementele materiale din care sunt compuse aceste corpuri.

Boyle a contribuit astfel la rezolvarea problemei de bază a chimiei prin stabilirea relației:

COMPOZIȚIA SUBSTANȚEI ---------> PROPRIETĂȚI ALE SUBSTANȚEI

Această metodă a pus bazele doctrinei compoziției substanțelor, care a fost primul nivel cunoștințe chimice științifice . Până în prima jumătate a secolului al XIX-lea. studiul compoziţiei substanţelor a reprezentat întreaga chimie a acelui timp.

Rezolvarea problemei unui element chimic. Rădăcinile istorice ale rezolvării acestei probleme se întorc din cele mai vechi timpuri. ÎN Grecia antică apar primele teorii atomiste despre structura lumii și, spre deosebire de acestea, idei despre elemente; proprietăţi şi elemente – calităţi preluate mai târziu de învăţăturile false ale alchimiştilor.

R.Boyle a pus bazele conceptului modern de element chimic ca corp „simplu” sau ca limită de descompunere chimică a unei substanțe. Chimiștii, încercând să obțină „substanțe simple”, au folosit cea mai comună metodă la acea vreme - calcinarea. substanțe complexe" Calcinarea a dus la scară, care a fost confundată cu un element nou. În consecință, metalele - fierul, de exemplu, au fost luate ca corpuri complexe constând din elementul corespunzător și un „corp fără greutate” universal - flogiston (phlogistos - lit grecesc). Teoria flogistului (inerent falsă) a fost prima teorie chimică științifică și a inspirat multe cercetări.

În 1680-1760 exacte metode cantitative de analiză substanțe și acestea, la rândul lor, au contribuit la descoperirea unor adevărate elemente chimice. În acest moment erau deschise fosfor, cobalt, nichel, hidrogen, fluor, azot, clor și mangan .

În 1772-1776. a fost deschis simultan în Suedia, Anglia și Franța oxigen . În Franța, descoperitorul său a fost un chimist remarcabil A.L. Lavoisier(1743-1794). El a stabilit rolul oxigenului în formarea acizilor, oxizilor și apei, a infirmat teoria flogistului și a creat în mod fundamental noua teorie chimie. A făcut și prima încercare de sistematizare a elementelor chimice, care a fost corectată ulterior de D.I. Mendeleev.

Legea periodică și sistemul periodic al elementelor chimice D.I. Mendeleev. Chimistul rus D.I Mendeleev a făcut această descoperire în 1869, făcând o revoluție în știința naturii, deoarece nu numai că a stabilit legătura dintre proprietățile chimice și fizice ale elementelor individuale, ci și relația reciprocă dintre toate elementele chimice. Grupurile și seriile sistemului periodic au devenit o bază de încredere pentru identificarea familiilor de elemente înrudite.

N. B! Prima aplicare practică a legii periodice a fost de a corecta valențele și greutățile atomice ale anumitor elemente pentru care erau acceptate valori incorecte în acel moment. Acest lucru s-a aplicat, în special, la indiu, ceriu și alte elemente de pământ rare: toriu, uraniu.

Principiul de bază prin care Mendeleev și-a construit masa a fost plasarea elementelor în ordinea crescătoare a greutăților lor atomice. Pe baza valenței și proprietăților chimice ale elementelor, Mendeleev a aranjat toate elementele în 8 grupuri, fiecare dintre ele conținând elemente cu proprietăți similare.

Motivul modificărilor periodice ale proprietăților fizice și chimice ale elementelor constă înperiodicitatea structurii învelișurilor electronice ale atomilor .

N. B! La începutul fiecărei perioade, electronii de valență sunt localizați în subnivelurile s ale nivelurilor de energie corespunzătoare din atomi. Apoi, în perioade mici, subnivelurile s și p sunt umplute cu electroni, iar în perioade mari, subnivelurile d sunt de asemenea umplute. În perioadele VI și VII, în plus, se observă umplerea subnivelurilor f. Atomii gazelor nobile conțin întotdeauna electroni exteriori în subnivelurile s și p complet formate. Astfel, elementele chimice ale subgrupurilor identice ale tabelului periodic sunt caracterizate de o structură similară a învelișurilor de electroni ale atomului.

Una dintre cele mai importante proprietăți ale atomilor legate de structura învelișurilor lor de electroni este razele atomice și ionice efective. Rezultă că și ele se schimbă periodic în funcție de numărul atomic al elementului. Pentru elementele din aceeași perioadă, pe măsură ce numărul atomic crește, se observă mai întâi o scădere a razelor atomice, iar apoi, spre sfârșitul perioadei, creșterea acestora. Această proprietate fizică neobișnuită are o explicație simplă bazată pe cunoașterea structurii învelișului electronic exterior al atomilor care aparțin aceleiași perioade: totul tine de electrostatica.

Dar cel mai important lucru a fost că tabelul periodic nu explica pur și simplu proprietățile fizice ale elementelor, ci le punea și în corespondență. proprietăți chimice. Principalul postulat al tabelului a fost că valenţă un element chimic este determinat de numărul de electroni din învelișul exterior al electronilor(acești electroni se numesc - electroni de valență ).

Rolul important al legii periodice este că stabilește o legătură între structura atomilor și influența acestei structuri asupra proprietăților fizice și chimice ale elementelor.

Rezolvarea problemei compușilor chimici. Soluția la această problemă a început datorită muncii unui chimist francez J. Proust, care în 1801-1808. instalat legea constanței compoziției , conform căruia orice compus chimic individual are o compoziție strict definită, neschimbătoare - o atracție puternică a părților sale constitutive (atomi) și, prin urmare, diferă de amestecuri.

Justificarea teoretică a legii lui Proust a fost dată de un englez J. Dalton, care este autorul unei alte legi fundamentale în doctrina compoziției substanțelor - legea raporturilor multiple . El a arătat că toate substanțele constau din molecule, iar toate moleculele, la rândul lor, sunt formate din atomi și că compoziția oricărei substanțe poate fi imaginată ca o formulă simplă precum AB, AB2, A2 B3 etc., unde simbolurile sunt A și B indică numele celor doi atomi care alcătuiesc molecula. Conform acestei legi a echivalentelor, „componentele moleculei” - atomi A și B - pot fi înlocuite cu alți atomi - C și D, de exemplu, în funcție de reacțiile:

AB + C --> AC + B sau

A2B3 + 3D ---> A2D3 + 3B

Legea lui Dalton a raporturilor multiple (1803) spune: Dacă o anumită cantitate dintr-un element se combină cu un alt element în mai multe rapoarte de greutate, atunci cantitățile celui de-al doilea element sunt legate între ele ca numere întregi.

Teoria moleculară a structurii materiei ne-a permis să aruncăm o privire nouă asupra proceselor care au loc în faza gazoasă și a dat naștere unei noi științe care se află la intersecția dintre chimie și fizică - fizica moleculara . Descoperirea a fost o adevărată senzație legea lui Avogadroîn 1811 savant italian Amadeo Avogadro(1776-1856) a stabilit că cu acelasi condiţiile fizice(presiune și temperatură) conțin volume egale de gaze diferite număr egal molecule. Cu alte cuvinte, asta înseamnă că moleculă gram orice gaz la aceeași temperatură și presiune ocupă același volum.

Cu toate acestea, dezvoltarea chimiei și studiul unui număr tot mai mare de compuși i-au condus pe chimiști la ideea că, împreună cu substanțele care au o anumită compoziție , există și conexiuni compoziție variabilă - și acesta a fost motivul revizuirii ideilor despre moleculă în ansamblu. O moleculă, ca și înainte, a continuat să fie numită cea mai mică particulă a unei substanțe capabile să-și determine proprietățile și să existe independent, dar acum sistemele mecanice cuantice neobișnuite precum cele ionice, atomice și metalice au început să fie clasificate ca molecule. monocristale , și de asemenea polimeri formate din legături de hidrogen.

Ca urmare a aplicării metodelor fizice pentru studierea materiei, a devenit clar că proprietățile unui corp real sunt determinate nu atât de faptul că compoziția unui compus chimic este constantă sau nu, ci mai degrabă. natura fizică a chimiei, adică natura acelor forțe care fac ca mai mulți atomi să se combine într-o singură moleculă. Deci acum sub compus chimic înţelege o anumită substanță constând din unul sau mai multe elemente chimice, ale căror atomi, datorită interacțiunii unul cu celălalt, sunt combinați într-o particulă cu o structură stabilă - o moleculă, complex, monocristal sau alt agregat. Acesta este un concept mai larg decât conceptul de „substanță complexă”. Într-adevăr, toată lumea cunoaște compuși chimici constând nu din elemente diferite, ci din elemente identice. Acestea sunt molecule de hidrogen, oxigen, clor, grafit, diamant etc.

O poziție specială în seria particulelor moleculare este ocupată de macromolecule polimerice . Ele conțin un număr mare de unități structurale repetate legate chimic între ele într-un singur întreg - fragmente de molecule de monomer având aceleași proprietăți chimice.

O complicație suplimentară a organizării chimice a materiei urmează calea formării unui set mai complex de particule atomice și moleculare care interacționează, așa-numitele molecular asociati si unitati , precum și combinațiile acestora. În timpul formării agregatelor, starea de fază a sistemului se modifică, ceea ce nu se întâmplă în timpul formării asociaților. F stare de bază -este starea fizică de bază în care poate exista orice substanță(gaz, lichid, solid).

Problema creării de noi materiale. Natura și-a împrăștiat cu generozitate resursele materiale pe întreaga planetă. Dar iată un model ciudat pe care oamenii de știință l-au descoperit: se dovedește că cel mai adesea în activitățile lor oamenii folosesc acele substanțe ale căror rezerve în natură sunt limitate.

Prin urmare, chimiștii se confruntă în prezent cu trei sarcini:

1. Alinierea practicii utilizării elementelor chimice în producție cu resursele lor reale din natură.

2. Înlocuirea constantă a metalelor cu diverse tipuri de ceramică.

3. Extinderea producției de compuși organoelementali pe baza sintezei organice. Compuși organici eu-este vorba de compuși care conțin atât elemente organice (carbon, hidrogen, sulf, azot, oxigen) cât și derivați ai unui număr de alte elemente chimice: siliciu, fluor, magneziu, calciu, zinc, sodiu, litiu etc.

Se propune să se concentreze pe creșterea utilizării în producția de elemente precum aluminiu, magneziu, calciu și siliciu. În natură, aceste elemente se găsesc destul de des, iar extragerea lor nu este dificilă. În plus, utilizarea acestor substanțe, compuse din cele mai întâlnite elemente naturale, va duce la o poluare mai mică a mediului prin deșeuri, o problemă care este atât de acut resimțită de toată lumea în prezent.

Nevoia crescută de a înlocui metalele cu ceramică se datorează faptului că producția de ceramică este mai ușoară și mai economică și, în plus, în unele industrii pur și simplu nu poate fi înlocuită cu metale. Chimiștii au învățat să producă ceramică ignifugă, rezistentă la căldură, rezistentă chimic, de înaltă duritate, precum și ceramică pentru inginerie electrică. Recent, s-a descoperit că uimitoarea proprietate a unor produse ceramice are supraconductivitate la temperatură înaltă, adică. supraconductivitate la temperaturi peste punctul de fierbere al azotului. Descoperirea acestei proprietăți fizice unice a fost facilitată de munca chimiștilor de a crea noi ceramice bazate pe complexe cu bariu, lantan și cupru, luate într-un singur complex.

Chimia materialelor organo-element care utilizează siliciu (chimia organosiliciului) stă la baza creării producției multor polimeri care au proprietăți valoroase și sunt de neînlocuit în aviație și energie. Iar compușii organofluorinați au o stabilitate excepțională (chiar și în acizi și alcalii) și activitate de suprafață deosebită și, prin urmare, pot transporta, de exemplu, oxigenul ca o moleculă de hemoglobină! Compușii organofluorinați sunt utilizați activ în medicină pentru a crea tot felul de acoperiri etc.

Rezolvarea problemelor practice cu care se confruntă chimiștii în prezent presupune sinteza de noi substanțe și analiza compoziției lor chimice. Prin urmare, ca și cu mulți ani în urmă, problema compoziției substanțelor rămâne relevantă în chimie.

A doua etapă în dezvoltarea chimiei ca știință - secolul XIX: Chimia structurală.

În 1820 - 1830 etapa de fabricație a producției cu tehnologia sa manuală a fost înlocuită cu etapa de fabrică. În producție au apărut mașini noi și a apărut nevoia de a găsi noi materii prime pentru utilizare în industrie. Producția chimică a început să fie dominată de prelucrarea unor mase uriașe de substanțe de origine vegetală și animală, a căror diversitate calitativă era uimitor de mare, iar compoziția era uniformă: carbon, hidrogen, oxigen, sulf, azot, fosfor. Aceasta înseamnă că proprietățile substanțelor sunt determinate nu numai de compoziție - au concluzionat chimiștii.

Chimiștii au descoperit că proprietățile substanțelor și, prin urmare, diversitatea lor calitativă, sunt determinate nu numai de compoziția lor, ci și de structura moleculelor. Dacă cunoştinţecompoziția substanței răspunde la întrebarea din ce elemente chimice constă molecula unei substanțe date, Asta cunoştinţestructura materiei oferă o idee despre aranjarea spațială a atomilor chiar în această moleculă.

În același timp, a devenit clar că nu toți atomii care alcătuiesc molecula unei anumite substanțe interacționează la fel de bine cu atomii altor molecule. Fiecare moleculă poate fi împărțită condiționat în mai multe așa-numite blocuri funcționale sau reactive, care includ grupuri de atomi, doar atomi individuali sau chiar legături chimice individuale. Fiecare dintre aceste structuri are propria sa capacitate unică de a intra în reacții chimice, de exemplu. luireactivitate .

Al doilea nivel de dezvoltare a cunoștințelor chimice a primit denumirea convențională chimie structurală Principala realizare a acestei etape ar putea fi numită stabilirea unei legături între structura moleculei și activitatea funcțională a compusului:

STRUCTURA MOLECULEI ---> FUNCȚIE (REACTIVITATE)

Astfel, cunoașterea structurii moleculelor a transferat chimia la al doilea nivel de dezvoltare a cunoștințelor chimice și a contribuit la transformarea chimiei din predominant. analitic știință la știință sintetic . A mai fost tehnologie organică , care nu exista înainte.

Evoluția conceptului de „structură” în chimie. Conform teoriei prezentate J. Dalton, orice substanță chimică este o colecție de molecule care au o compoziție calitativă și cantitativă strict definită, adică constând dintr-un anumit număr de atomi din unul, două sau trei elemente chimice. Teoria lui J. Dalton asupra structurii materiei a răspuns la întrebarea: Cum poți distinge o substanță individuală de amestecurile de substanțe?, dar nu a răspuns la multe alte întrebări: cum sunt combinați atomii într-o moleculă, există o ordine în aranjarea atomilor într-o moleculă sau sunt uniți la întâmplare, întâmplător?

Un chimist suedez a încercat să răspundă la aceste întrebări SI EU. Berzelius, care a trăit în prima jumătate a secolului al XIX-lea. I. Ya Berzelius credea că o moleculă nu este o simplă acumulare de atomi, ci o anumită structură ordonată de atomi conectați între ei prin forțe electrostatice. El a oferit unul nou model atomic în formă dipol electric . SI EU. Berzelius a înaintat ipoteza că toți atomii diferitelor elemente chimice au electronegativitate diferită și i-au aranjat într-un fel de rând pe măsură ce crește.

N. B! SI EU. Berzelius, pe baza determinării sale a compoziției procentuale a multor substanțe și a căutării elementare stoichiometrice modele, precum și studierea descompunerii substanțelor complexe în soluție sub influența curentului electric, am pus întrebarea: ce afectează semnul și magnitudinea sarcinii electrice a unei anumite substanțe? De ce există substanțe electropozitive și electronegative? Care este diferența în structura moleculelor unui acid și a unei alcalii sau a unei alcalii și a unei sări neutre?

În 1840, în lucrările savantului francez C. Gerard s-a demonstrat că structurile lui I. Ya Berzelius nu sunt valabile în toate cazurile: există o mulțime de substanțe ale căror molecule nu pot fi descompuse în atomi individuali sub influența unui curent electric, ele reprezintă, parcă, un singur. întregul sistem și chiar așa un sistem indivizibil de atomi interconectați între ei C. Gerard a sugerat să sune moleculă . El a dezvoltat o teorie a tipurilor de compuși organici.

În 1857, un chimist german A. Kekuleși-a publicat observațiile privind proprietățile elementelor individuale care pot înlocui atomii de hidrogen într-un număr de compuși. El a ajuns la concluzia că unii dintre ei ar putea înlocui trei atomi de hidrogen, în timp ce alții ar putea înlocui doar doi sau chiar unul. A. Kekule a mai stabilit că „un atom de carbon... este echivalent cu patru atomi de hidrogen”. Acestea au fost principiile fundamentale teorii ale valenței substanțelor .

A. Kekule a introdus în uz un nou termen chimic afinitate , care denota numărul de atomi de hidrogen care pot înlocui un anumit element chimic. El a atribuit trei, două sau, respectiv, o unitate de afinitate tuturor elementelor. În același timp, carbonul se afla într-o poziție neobișnuită - atomul său avea patru unități de afinitate. Omul de știință a numit numărul de unități de afinitate inerente unui element chimic datvalența atomului .

Când atomii se combină într-o moleculă, unitățile de afinitate libere sunt închise.

Concept structura moleculei cu mâna ușoară a lui A. Kekule, s-a ajuns la construirea unor diagrame vizuale cu formule care le-au servit chimiștilor drept ghid în munca lor practică, o indicație specifică despre ce substanțe inițiale trebuie luate pentru a obține produsul chimic necesar.

N. B! Schemele lui A. Kekule, însă, nu au putut fi întotdeauna implementate în practică: o reacție bine gândită (sau inventată) nu a vrut să se desfășoare după schema frumoasă. Acest lucru s-a întâmplat deoarece schematismul formulei nu a ținut cont de reactivitatea substanțelor care intră în interacțiune chimică între ele.

Teoria a oferit răspunsuri la întrebările de interes pentru chimiștii practicieni. structura chimica om de știință rus Alexandru Mihailovici Butlerov. Butlerov, ca și Kekule, a recunoscut că formarea moleculelor din atomi are loc datorită închiderii unităților de afinitate libere, dar în același timp a subliniat importanța „cu ce tensiune, energia mai mare sau mai mică (această afinitate) leagă substanțele între ele. "

Teoria lui A. M. Butlerov a devenit un ghid pentru chimiști în activitățile lor practice. Mai târziu și-a găsit confirmarea și justificarea fizică în mecanica cuantică.

Legatura chimica. O legătură chimică este interacțiunea dintre atomi de elemente, determinând combinarea lor în molecule și cristale.

Tipul de legătură este determinat de natura interacțiunii fizice a particulelor atomo-moleculare între ele. Teoria fundamentală a legăturilor chimice a fost creată în anii 30 ai secolului XX de un chimist american Linus Pauling.

În prezent, conceptul de „legătură chimică” a devenit mai larg . Acum sub legătură chimică înțeles ca atare un tip de interacțiune nu doar între atomi individuali, ci uneori între particule atomo-moleculare, care se datorează împărtășirii electronilor lor.. Aceasta înseamnă că o astfel de împărțire a electronilor prin particule care interacționează poate varia în limite largi. Sunt legături covalente (polare, nepolare), hidrogen și ionice (ionic-covalente), precum și legături metalice.

Legătura ionică se formează atunci când, combinându-se într-o moleculă, unul dintre atomi pierde electroni din învelișul său exterior (cation), iar celălalt îi câștigă (ionii încărcați opus sunt atrași unul de celălalt, formând legături puternice); Compușii ionici sunt de obicei substanțe solide care au un punct de topire foarte ridicat (săruri, alcalii, de exemplu, sare de masă).

Legătura covalentă se formează ca urmare a unei perechi de electroni aparținând simultan ambilor atomi creând o moleculă a unei substanțe. Deoarece astfel de molecule sunt ținute împreună de forțe slabe, ele sunt instabile și există sub formă de lichide sau gaze cu puncte de topire și de fierbere scăzute (oxigen, butan).

Legăturile de hidrogen se datorează polarizării legăturilor covalente, când electronii în comun sunt localizați de cele mai multe ori la atomul elementului legat de atomul de hidrogen. Drept urmare, un astfel de atom primește o ușoară sarcină negativă, ceea ce face compușii cu legături de hidrogen mai puternici decât alți compuși covalenti (apa).

Legăturile metalice sunt cauzate de mișcarea liberă a electronilor din învelișurile exterioare ale atomilor de metal. Atomii din metale sunt aranjați în rânduri precis aliniate, ținuți împreună de un câmp de electroni.

Datorită dezvoltării ideilor structurale în 1860-1880. termenul a apărut în chimie sinteza organica , desemnând nu numai acțiuni de obținere de noi substanțe organice, ci și un întreg domeniu al științei, numit astfel în contrast cu pasiunea generală pentru analiza substanțelor naturale.

Deci, sub valența particulelor atomice le-au înțeles proprietatea de a intra într-o interacțiune chimică, a cărei măsură cantitativă este numărul total de electroni nepereche, perechi de electroni singuri și orbitali liberi implicați în formarea legăturilor chimice. Valența unei particule atomice nu este o valoare constantă și poate varia de la unitate la o anumită valoare maximă în funcție de natura particulelor partenere și de condițiile de formare a compusului chimic.

Sub concept structura înţelege ordinea stabilă a unui sistem neschimbat calitativ.

Sub structura moleculara înţelege o combinație a unui număr limitat de atomi care au un aranjament regulat în spațiu și sunt conectați între ei printr-o legătură chimică folosind electroni de valență. Structura moleculară este împărțită în atomic (geometric) și electronic .

La prima aproximare structura atomica ar trebui înțeles o colecție stabilă de nucleu și electroni care îl înconjoară care sunt în interacțiune electromagnetică unul cu celălalt.

A treia etapă în dezvoltarea chimiei ca știință - prima jumătate a secolului XX: Studiul proceselor chimice - chimia cinetică.

În legătură cu dezvoltarea tehnologiei și tocmai în acest moment, chimia devine o știință nu numai și nu atât despre substanțe, ci ca știință despre procesele și mecanismele de schimbare a substanțelor.

Dezvoltarea intensivă a industriei auto, a aviației, a energiei și a producției de instrumente la începutul acestui secol a necesitat combustibil de înaltă calitate pentru funcționarea motorului. Cauciucuri speciale de înaltă rezistență pentru anvelopele auto, materiale plastice pentru a le ușura greutatea, tot felul de polimeri și semiconductori - toate acestea trebuiau produse în cantități mari, dar, din păcate, dezvoltarea competențelor chimice nu a îndeplinit cerințele producției.

Faptul este că reacția chimică în sine este un lucru destul de capricios. Interacțiunea substanțelor în timpul reacției duce la o modificare a compoziției substanței. Pentru a face acest lucru, o combinație de atomi trebuie distrusă și trebuie creată alta. Este nevoie de energie pentru a distruge vechea conexiune. Formarea unui nou compus este de obicei însoțită de eliberarea de energie.

Reacțiile chimice sunt descrise prin ecuații bazate pelegea conservării materiei . Conform acestei legi, masa totală a substanțelor care intră într-o reacție trebuie să corespundă exact cu masa substanțelor formate. Pentru calculele de masă, unitatea de numărare utilizată este molul, care conține același număr de particule (6 10 23, numărul lui Avogadro)

Doctrina proceselor chimice. Metode de control al proceselor chimice. Studiul proceselor chimice este un domeniu al științei în care există cea mai profundă întrepătrundere a fizicii, chimiei și biologiei. Această doctrină se bazează pe termodinamica chimica si cinetica , prin urmare, toată această învățătură despre procesele chimice se aplică în mod egal atât chimiei, cât și fizicii.

Există un număr mare de probleme de rezolvat în legătură cu crearea doctrinei proceselor chimice. Descrierea lor detaliată poate fi găsită în orice manual modern de pe chimie fizică. Dar, poate, una dintre cele mai de bază probleme a fost sarcina de a crea metode care să facă posibilă controlul proceselor chimice.

În chiar vedere generală Toate metodele de control pot fi împărțite în două grupe mari: termodinamice și cinetice. primul grup - metode termodinamice - Asta metode care afectează deplasarea echilibru chimic reactii; al doilea grup - metode cinetice -Acestea sunt metode care afectează viteza de reacție.

În 1884, a apărut o carte a unui chimist olandez remarcabil J. van't Hoff, în care a fundamentat legile care stabilesc dependența direcției unei reacții chimice de schimbările de temperatură și efectul termic al reacției. În același an, chimistul francez A. Le Chatelier a formulat celebrul său principiul echilibrului mobil , armând chimiștii cu metode de deplasare a echilibrului către formarea produselor de reacție. Principalele pârghii de control în acest caz au fost temperatura, presiunea si concentratia substanțe care reacţionează. De aceea, aceste metode de management și-au primit numele - termodinamic .

Să ne amintim că orice reacție chimică este reversibilă. De exemplu, o reacție ca:

AB+CD<=>AC+BD

Reversibilitatea reacțiilor servește drept bază pentru echilibrul dintre reacțiile directe și inverse. În practică, echilibrul se schimbă într-o direcție sau alta. Pentru ca o reacție chimică să se îndrepte spre o creștere a produselor de reacție AC și BD este necesară fie creșterea concentrației substanțelor AB și CD, fie modificarea temperaturii sau presiunii.

Dar termodinamic metode permis doar să controleze direcţie reacții, nu vitezele lor. Controlul vitezeireactii chimiceîn funcție de diverși factori, o știință specială se ocupă de - cinetica chimică . Viteza unei reacții chimice poate fi influențată de multe lucruri, chiar și de pereții vasului în care are loc reacția.

A treia modalitate de a rezolva problema principală, ținând cont de complexitatea organizării proceselor chimice și asigurând performanța acceptabilă din punct de vedere economic a acestor procese în reactoarele chimice, poate fi reprezentată prin următoarea diagramă:

ORGANIZARE CHIMICA ---> PRODUCTIVITATE

PROCES ÎN REACTORUL REACTOR

Cataliza și chimia stărilor extreme.În 1812, academician rus K.S. Kirchhoff s-a descoperit un fenomen cataliză chimică .Catalizăeste cea mai generală și răspândită metodă de desfășurare a reacțiilor chimice, a căror particularitate este activarea moleculelor de reactiv la contactul lor cu catalizatorul.. În acest caz, există un fel de „relaxare” a legăturilor chimice din substanța originală, „despărțindu-l” în părți separate, care apoi interacționează mai ușor între ele.

Cinetică instabilă. Dezvoltarea ideilor despre evoluția sistemelor.În anii 1970, au fost descoperite multe sisteme chimice care foloseau catalizatori, în care de-a lungul timpului s-a întâmplat opusul - procesul nu s-a stabilizat ca de obicei, ci a devenit nestaționare . Au fost descoperite mai multe tipuri reacții chimice auto-oscilante , în care în timp apar modificări periodice ale randamentului produselor de reacție. Cu alte cuvinte, produsul necesar al unei reacții chimice fie este eliberat în cantități mari, fie, dimpotrivă, reacția are loc cu greu sau chiar își schimbă direcția, iar apoi toate acestea se repetă din nou. Sa dovedit că, într-un număr de cazuri, cantitatea totală de substanță obținută în timpul astfel instabil reacție chimică, chiar depășește cantitatea de substanță care ar fi eliberată în timpul reacției dacă aceasta ar avea loc staţionar sau, adică ar fi avut viteza constanta .

Studiind cinetică non-staționară început recent. Dar există deja rezultate practice. Cu ajutorul acestuia au fost studiate unele procese cuplate energetic, adică. astfel de procese chimice la care iau parte mai multe reacții simultan, schimbând energie între ele. Procesele chimice non-staționare au fost descoperite și în natura vie.

A patra etapă în dezvoltarea chimiei ca știință - a doua jumătate a secolului XX: Chimia evolutivă.În 1960 - 1979, a apărut o nouă modalitate de rezolvare a problemei principale a chimiei, care s-a numit chimie evolutivă . Această metodă se bazează pe principiul utilizării condițiilor în procesele de producere a produselor chimice care conduc la auto-îmbunătățirea catalizatorilor pentru reacții chimice, de exemplu. la autoorganizarea sistemelor chimice.

Astfel, a patra etapă a dezvoltării chimiei, care continuă până în zilele noastre, stabilește o legătură între autoorganizarea unui sistem reactiv și comportamentul acestui sistem:

AUTO-ORGANIZARE -----> COMPORTAMENTUL UNUI SISTEM REACTIV SISTEM REACTIV

Probleme evolutive ale chimiei.Început chimie evolutivă asociat cu 1950-1960. Sub probleme evolutive ar trebui înțeles probleme de sinteză de noi compuși complecși, foarte organizați, fără intervenția umană.

Teoria evoluției chimice și biogenezei A.P. Rudenko.În anii 1960, au existat cazuri în care unii catalizatori chimici s-au îmbunătățit în timpul unei reacții chimice. Catalizatorii convenționali în cele din urmă (ca orice altceva) îmbătrânesc și se uzează. Dar chimiștii au reușit să descopere catalizatori care nu numai că nu au îmbătrânit, ci, dimpotrivă, au devenit „mai tineri” cu fiecare reacție chimică. Teoria evoluției chimice și a biogenezei, propusă de oameni de știință din lumeîn 1964 de un profesor rus A. P. Rudenko. Esența acestei teorii este că evoluția chimică este autodezvoltarea sistemelor catalitice . În timpul reacției, are loc selecția acelor centri catalitici care au cea mai mare activitate (legea de bază a evoluției chimice): Modificările evolutive ale catalizatorului apar în direcția în care se manifestă activitatea maximă a acestuia. Autodezvoltarea sistemelor se produce datorită absorbției constante de către catalizatori a fluxului de energie care este eliberat în timpul reacției chimice în sine, de aceea evoluează sisteme catalitice cu energie mai mare. Astfel de sisteme distrug echilibrul chimic și, ca rezultat, sunt un instrument pentru selectarea celor mai stabile modificări evolutive ale catalizatorului.

Studiul structurii și funcționării enzimelor în natura vie este o etapă a cunoașterii chimice care va deschide și mai mult crearea de tehnologii chimice fundamental noi.

În ciuda faptului că în prezent chimia este încă departe de perfecțiunea pe care o posedă un „laborator al unui organism viu”, calea către acest ideal a fost conturată. Astăzi, chimiștii au ajuns la concluzia că folosind aceleași principii pe care se construiește chimia organismelor vii, în viitor (fără a repeta natura exact) va fi posibil să se „construiască” o chimie fundamental nouă, un nou control al chimiei. procese - la fel cum se întâmplă în orice celulă vie. Chimiștii speră să obțină o nouă generație de catalizatori care să facă posibilă crearea, de exemplu, de convertoare de lumină solară neobișnuite.

Oamenii de știință se străduiesc să creeze analogi industriali ai proceselor chimice care au loc în natura vie. Ei studiază experiența catalizatorilor biochimici și creează astfel de catalizatori în laborator. Dificultatea deosebită de a lucra cu catalizatori biochimici - enzime , este faptul că sunt foarte instabile în timpul depozitării și se deteriorează rapid, pierzându-și activitatea. Prin urmare, chimiștii au lucrat de mult timp pentru a crea stabilizarea enzimelor și, ca urmare, au învățat să obțină așa-numita enzime imobilizate - Asta enzime izolate dintr-un organism viu și atașate de o suprafață solidă prin adsorbție. Astfel de biocatalizatori sunt foarte stabili și stabili în reacții chimice și pot fi utilizați în mod repetat. Fondator chimia sistemelor imobilizate este un chimist rus I. V. Berezin.

Printre direcții promițătoare chimia secolului 21 prezintă un interes deosebit pentru:

Chimia creierului

Macrochimia Pământului

Chimie coerentă

Chimia spinului și radiofizică chimică

Chimia stărilor extreme

Fuziune la rece

Fizica reacțiilor chimice.

Este ușor să trimiți munca ta bună la baza de cunoștințe. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Postat pe http://www.allbest.ru/

Agenția Federală pentru Educație

Instituția de învățământ bugetară de stat federală

studii profesionale superioare

Universitatea de Stat Penza

Departamentul de Zoologie și Ecologie

Rezumat pe tema: „Tabloul chimic al lumii. Etape de dezvoltare"

Finalizat:

Şkutova Olesya Olegovna

Referent:

Ph.D. biol. Stiinte, Conf. univ. - Ilyina N.L.

1. Principalele etape ale dezvoltării chimiei

Istoria chimiei studiază și descrie procesul complex de acumulare a cunoștințelor specifice legate de studiul proprietăților și transformărilor substanțelor; poate fi considerată ca o zonă limită de cunoaștere care leagă fenomene și procese legate de dezvoltarea chimiei cu istoria societatea umană. Când studiem istoria dezvoltării chimiei, sunt posibile două abordări complementare reciproc: cronologică și de fond.

Cu o abordare cronologică, istoria chimiei este de obicei împărțită în mai multe perioade. Trebuie avut în vedere că periodizarea istoriei chimiei, fiind destul de condiționată și relativă, are mai degrabă un sens didactic. Mai mult, în etapele ulterioare ale dezvoltării științei (în cazul chimiei - deja de la începutul XIX secolul) în legătură cu diferenţierea ei, abateri de la ordine cronologică prezentare, deoarece trebuie să luăm în considerare separat dezvoltarea fiecăreia dintre principalele ramuri ale științei.

De regulă, majoritatea istoricilor chimiei identifică următoarele etape principale ale dezvoltării sale:

1. Perioada prealchimică: până în secolul al III-lea. AD

În perioada pre-alchimică, aspectele teoretice și practice ale cunoștințelor despre materie s-au dezvoltat relativ independent unele de altele. Originea proprietăților materiei a fost considerată de filozofia naturală antică operațiile practice cu materia erau apanajul chimiei artizanale.

2. Perioada alchimică: secolele III - XVII.

Perioada alchimică, la rândul ei, este împărțită în trei subperioade - alchimia alexandrină (greco-egipteană), arabă și europeană. Perioada alchimică a fost timpul căutării pietrei filozofale, care era considerată necesară pentru transmutarea metalelor. În această perioadă a avut loc apariția chimiei experimentale și acumularea de cunoștințe despre materie; teoria alchimică, bazată pe ideile filozofice antice despre elemente, era strâns legată de astrologia și misticismul. Alături de „fabricarea aurului” chimică și tehnică, perioada alchimică se remarcă și prin crearea unui sistem unic de filozofie mistică.

3. Perioada de formare (unificare): secolele XVII - XVIII.

În timpul formării chimiei ca știință, a avut loc raționalizarea completă a acesteia. Chimia s-a eliberat de opiniile filozofice și alchimice naturale asupra elementelor ca purtători ai anumitor calități. Odată cu extinderea cunoștințelor practice despre materie, a început să se dezvolte o viziune unificată asupra proceselor chimice și a fost utilizată pe deplin metoda experimentală. S-a încheiat această perioadă revoluție chimicăîn cele din urmă a dat chimiei aspectul unei științe independente (deși strâns legate de alte ramuri ale științelor naturale), angajată în studiul experimental al compoziției corpurilor.

4. Perioada legilor cantitative (teoria atomo-moleculară): 1789 - 1860.

Perioada legilor cantitative, marcată de descoperirea principalelor legi cantitative ale chimiei - legi stoichiometrice, și de formarea teoriei atomo-moleculare, a finalizat în cele din urmă transformarea chimiei într-o știință exactă bazată nu numai pe observație, ci și pe măsurare. .

5. Perioada chimiei clasice: 1860 - sfarsitul secolului al XIX-lea*

Se caracterizează perioada chimiei clasice dezvoltare rapidăștiințe: au fost create tabel periodic elemente, teoria valenței și structura chimică a moleculelor, stereochimia, termodinamica chimică și cinetica chimică; Chimia anorganică aplicată și sinteza organică au obținut un succes strălucit. În legătură cu volumul tot mai mare de cunoștințe despre materie și proprietățile ei, a început diferențierea chimiei - separarea ramurilor sale individuale, dobândind trăsăturile științelor independente.

În majoritatea manualelor școlare și mijloace didactice Când se consideră periodizarea istoriei chimiei, perioada legilor cantitative este urmată de perioada modernă. Cu toate acestea, potrivit autorului, acest lucru nu este în întregime corect, deoarece la începutul secolului al XX-lea. Bazele teoretice ale chimiei au suferit modificări semnificative. A doua jumătate a secolului al XIX-lea. este o etapă specială extrem de importantă în dezvoltarea cunoștințelor chimice. În această perioadă s-au format în sfârșit teoria atomo-moleculară și doctrina elementelor chimice, ramurile clasice ale chimiei, iar lege periodică, apar două noi sisteme conceptuale ale chimiei - chimia structurală și doctrina lui proces chimic.

6. Perioada modernă: de la începutul secolului al XX-lea până în prezent

La începutul secolului al XX-lea a avut loc o revoluție în fizică: sistemul de cunoaștere a materiei bazat pe mecanica newtoniană a fost înlocuit cu teoria cuantică și teoria relativității. Stabilirea divizibilității atomului și crearea mecanicii cuantice au introdus conținut nou în conceptele de bază ale chimiei. Progresele fizicii de la începutul secolului al XX-lea au făcut posibilă înțelegerea motivelor periodicității proprietăților elementelor și compușilor acestora, explicarea naturii forțelor de valență și crearea teoriilor legăturilor chimice dintre atomi. Apariția fundamentalmentelor noi metode fizice cercetarea a oferit chimiștilor oportunități fără precedent de a studia compoziția, structura și reactivitatea unei substanțe. Toate acestea împreună au condus, printre alte realizări, la succesele strălucitoare ale chimiei biologice în a doua jumătate a secolului al XX-lea - stabilirea structurii proteinelor și ADN-ului, cunoașterea mecanismelor de funcționare a celulelor unui organism viu.

2. Sisteme conceptuale ale chimiei

O abordare semnificativă a istoriei chimiei se bazează pe studiul modului în care fundamentele teoretice ale științei s-au schimbat de-a lungul timpului. Datorită schimbărilor în teorii de-a lungul existenței chimiei, definiția acesteia s-a schimbat constant. Chimia își are originea ca „arta de a transforma metalele comune în metale nobile”; Mendeleev în 1882 îl definește ca „studiul elementelor și al compușilor lor”. Definiția dintr-un manual școlar modern, la rândul său, diferă semnificativ de cea a lui Mendeleev: „Chimia este știința substanțelor, compoziția, structura, proprietățile lor, transformările reciproce și legile acestor transformări.”

Trebuie remarcat faptul că studierea structurii științei face puțin pentru a crea o idee despre modalitățile de dezvoltare a chimiei în ansamblu: împărțirea general acceptată a chimiei în secțiuni se bazează pe o serie de principii diferite. Împărțirea chimiei în organice și anorganice se face în funcție de diferența dintre subiectele lor (care diferență, de altfel, poate fi înțeleasă corect doar prin considerație istorică). Selecția chimiei fizice se bazează pe apropierea sa de fizică, chimia analitică se distinge pe baza metodei de cercetare utilizate. În general, împărțirea general acceptată a chimiei în secțiuni este în mare măsură un tribut adus tradiției istorice; fiecare secțiune se intersectează cu toate celelalte într-o măsură sau alta.

Sarcina principală a unei abordări semnificative a istoriei chimiei este, în cuvintele lui D.I Mendeleev, de a evidenția „neschimbabilul și generalul în schimbător și particular”. Atât de neschimbător și comun cu cunoștințele chimice din toate perioadele istorice este scopul chimiei. Scopul științei este nu numai nucleul său teoretic, ci și istoric.

Scopul chimiei în toate etapele dezvoltării sale este obținerea unei substanțe cu proprietăți date. Acest obiectiv, numit uneori problema fundamentală a chimiei, include două probleme majore - practice și teoretice, care nu pot fi rezolvate separat una de cealaltă. Obținerea unei substanțe cu proprietăți date nu poate fi efectuată fără a identifica modalități de control al proprietăților substanței sau, ceea ce este același, fără a înțelege motivele originii și condiționalității proprietăților substanței. Astfel, chimia este atât un scop, cât și un mijloc, o teorie și o practică.

Problema teoretică a chimiei are un număr limitat și strict definit de soluții, care sunt determinate de ierarhia structurală a substanței în sine, pentru care se pot distinge următoarele niveluri de organizare:

1. Particule subatomice.

2. Atomi ai elementelor chimice.

3. Molecule de substanțe chimice ca sisteme unitare (single).

4. Sisteme micro și macroscopice de molecule care reacţionează.

5. Megasisteme ( sistemul solar, Galaxy etc.)

Obiectele de studiu ale chimiei sunt materia la 2 - 4 niveluri de organizare. Pe baza acestui fapt, pentru a rezolva problema originii proprietăților, este necesar să se ia în considerare dependența proprietăților unei substanțe de trei factori:

1. Din compoziţia elementară;

2. Din structura moleculei substanței;

3. Din organizarea sistemului.

Astfel, ierarhia obiectelor materiale studiate predetermina ierarhia așa-ziselor. sisteme conceptuale ale chimiei - sisteme relativ independente de teorii și principii metodologice utilizate pentru a descrie și studia proprietățile materiei la orice nivel de organizare. În mod obișnuit, se disting trei sisteme conceptuale și anume:

1. Doctrina compoziției;

2. Chimie structurală;

3. Doctrina procesului chimic.

Doctrina compoziției a apărut mult mai devreme decât celelalte două sisteme conceptuale - deja în filosofia naturală veche a apărut conceptul de elemente ca părți constitutive ale corpului. Chimia științifică percepe această învățătură, dar deja bazată pe idei fundamental noi despre elemente, ca alte corpuri (particule) necompuse, din care constau toate „corpurile amestecate” (compușii). Teza principală a doctrinei compoziției este următoarea: proprietățile unei substanțe sunt determinate de compoziția sa, i.e. din ce elemente este formată o anumită substanță și în ce raport. Obiectul studiului compoziției este materia ca colecție de atomi. molecular atomic alchimic

Chimia structurală, apărută în prima jumătate a secolului al XIX-lea, se bazează pe următoarea teză: proprietățile unei substanțe sunt determinate de structura moleculei substanței, adică. compoziția sa elementară, ordinea conexiunii atomilor între ei și localizarea lor în spațiu. Motivul apariției chimiei structurale a fost descoperirea fenomenelor de izomerie și metalepsie (vezi capitolul 5.2.), care nu au putut fi explicate în cadrul conceptelor existente. Sunt propuse noi teorii pentru a explica aceste fapte experimentale; obiectul chimiei structurale devine o moleculă substanta chimica ca un întreg. În raport cu practica chimică, apariția unui nou sistem conceptual în acest caz a însemnat și transformarea chimiei dintr-o știință predominant analitică într-o știință sintetică.

Doctrina procesului chimic, formată în a doua jumătate a secolului al XIX-lea, se bazează pe premisa că proprietățile unei substanțe sunt determinate de compoziția sa, structura și organizarea sistemului în care se află această substanță. Doctrina procesului iese în evidență ca un concept independent de chimie atunci când faptele experimentale se acumulează, indicând faptul că legile care guvernează reactii chimice, nu poate fi redus la compoziția unei substanțe și la structura moleculei acesteia. Cunoașterea compoziției unei substanțe și a structurii moleculelor nu este adesea suficientă pentru a prezice proprietățile unei substanțe, care, în cazul general, sunt determinate și de natura coreagenților, sume relative reactivi, condiții externe în care se află sistemul, prezența în sistem a unor substanțe care nu sunt implicate stoechiometric în reacție (impurități, catalizatori, solvent etc.). Subiectul studierii chimiei la acest nivel este întregul sistem cinetic, în care compoziția unei substanțe și structura moleculelor acesteia sunt prezentate doar ca detalii. Conceptele empirice de afinitate și reactivitate chimică primesc justificare teoretică în termodinamica chimică, cinetica chimică și studiul catalizei. Crearea doctrinei procesului chimic a făcut posibilă rezolvarea celor mai importante probleme practice de control al transformărilor chimice și introducerea unor procese fundamental noi în tehnologia chimică.

Uneori este evidențiat un alt sistem conceptual - chimia evolutivă, care, potrivit susținătorilor acestei abordări, este doctrina forme superioare chimia si evolutia chimica a materiei. Chimia evoluționistă studiază procesele de auto-organizare a materiei: de la atomi și cele mai simple molecule până la organismele vii.

Astfel, în cadrul unei abordări de fond, istoria chimiei poate fi considerată ca istoria apariției și dezvoltării sistemelor conceptuale, fiecare dintre acestea fiind fundamental mod nou rezolvarea problemei principale a chimiei. Trebuie remarcat faptul că aceste sisteme conceptuale nu se contrazic și nu se înlocuiesc, ci se completează reciproc.

Postat pe Allbest.ru

...

Documente similare

Etapele dezvoltării chimiei, evoluția aspectelor teoretice și practice ale cunoștințelor despre materie. Principalele caracteristici ale filosofiei naturale, soluția la întrebarea divizibilității materiei. Tendințe în alchimia medievală. Perioada legilor cantitative (teoria atomo-moleculară).

rezumat, adăugat 26.01.2015


De la alchimie la chimie stiintifica: calea științei reale despre transformările materiei. Revoluția în chimie și știința atomo-moleculară ca bază conceptuală chimia modernă.Probleme ecologice ale componentei chimice a civilizaţiei moderne.

rezumat, adăugat 06.05.2008


Principalele etape ale dezvoltării chimiei. Alchimia ca fenomen al culturii medievale. Apariția și dezvoltarea chimiei științifice. Originile chimiei. Lavoisier: revoluție în chimie. Victoria științei atomo-moleculare. Originile chimiei moderne și problemele ei în secolul XXI.

rezumat, adăugat 20.11.2006


Originea termenului „chimie”. Principalele perioade de dezvoltare a științei chimice. Tipuri cea mai mare dezvoltare alchimie. Perioada nașterii chimiei științifice. Descoperirea legilor de bază ale chimiei. Abordare sistematicăîn chimie. Perioada modernă de dezvoltare a științei chimice.

rezumat, adăugat 03.11.2009


Contribuția lui Lomonosov la dezvoltarea chimiei ca știință: fundamentarea legii conservării masei materiei, studiul naturii stării gazului, studiul fenomenului de cristalizare. Principalele direcții de dezvoltare a chimiei fizice în a doua jumătate a secolelor XVIII-XX.

rezumat, adăugat 26.08.2014


Baza teoretică chimie analitică. Metode spectrale de analiză. Relația chimiei analitice cu științe și industrii. Sensul chimiei analitice. Aplicarea unor metode precise de analiză chimică. Compuși metalici complecși.

rezumat, adăugat 24.07.2008


Scurtă prezentare generală a direcțiilor conceptuale în dezvoltarea chimiei moderne. Studiu de structură compuși chimici. Ciocniri eficiente și ineficiente ale particulelor care reacţionează. Industria chimică si cel mai important probleme de mediu chimia modernă.

rezumat, adăugat 27.08.2012


Originile și dezvoltarea chimiei, legătura ei cu religia și alchimia. Cele mai importante caracteristici ale chimiei moderne. Nivelurile structurale de bază ale chimiei și secțiunile acesteia. Principiile de bază și legile chimiei. Legături chimice și cinetică chimică. Doctrina proceselor chimice.

rezumat, adăugat 30.10.2009


Procesul de origine și formare a chimiei ca știință. Elemente chimice antichități. Principalele secrete ale „transmutației”. De la alchimie la chimia științifică. Teoria arderii a lui Lavoisier. Dezvoltarea teoriei corpusculare. Revoluție în chimie. Victoria științei atomo-moleculare.

rezumat, adăugat 20.05.2014


Legile teoriei atomo-moleculare. Raporturi stoichiometrice, amestecuri de gaze. Rezolvarea de probleme multivariate standard și complexe; derivarea formulelor compuşilor chimici. Calculul unui mineral natural, substanță într-un lichid, într-un amestec solid; concentraţie.