Какие науки составляют

Фундаментальные основы

Современной химии?

На определенном этапе эволюции Вселенной в ней реали­зуются условия, допускающие формирование атомов веще­ства. Определенный набор атомов способен образовать новую систему — молекулу. Организация материи на атомно-молеку­лярном уровне приводит к появлению новых свойств материи — к возможности существования множества веществ с громадным разнообразием свойств.

Наукой, исследующей закономерности, проявляющиеся на атомно-молекулярном уровне организации материи, явля­ется химия.Задача химии состоит в изучении строения моле­кул и процессов изменения этого строения в результате их взаимодействия.

Фундаментальными основами химии стали квантовая меха­ника, атомная физика, термодинамика, статистическая физи­ка, а также физическая кинетика.На основе физики постро­ена теоретическая химия. Из этого не следует, что химия не существует как самостоятельная наука: химия «выводится» из физики, но не сводится к ней.

На химическом уровне мы имеем дело с очень большим числом частиц, участвующих в квантово-механических про­цессах обмена электронами (химических реакциях).Это обусловливает макроскопичность проявления законов квантовой физики в химических процессах. Базовое понятие химии валентность— это макроскопическое, химическое отображе­ние квантово-механических взаимодействий.

Эмпирическая химическая формула соединения показыва­ет, какие элементы и в каком соотношении входят в состав химического соединения. Эмпирическая формула устанавливается опытным путем. На основе эмпирической формулы некоторого вещества может быть найдена его молекулярная формула. В химии выработаны правила определения молеку­лярной формулы. Молекулярные формулы позволяют отобра­зить химические превращения. Для этого используются хи­мические уравнения, которые являются эффективным и про­стым способом описания химических процессов. Методика составления уравнений химических реакций с учетом характера конкретных веществ и взаимодействий хорошо разработана со­временной химией.

Результаты химического взаимодействия могут быть вычис­лены с помощью методов физики. Однако даже в простых слу­чаях эти расчеты были бы чрезвычайно сложны. На основе методов, выработанных в химии, используя для описания ве­щества и его превращения язык химических формул и уравне­ний, химик решает эти проблемы намного проще и быстрее.

Благодаря тому, что химии удалось выработать свой соб­ственный язык, свое феноменологическое описание свойств веществ и химических превращений, химия стала великой наукой задолго до того, как квантовая механика вскрыла сущ­ность химических явлений.

Язык химии разнообразен; он содержит возможности ото­бражения особенностей химических реакций и различных свойств веществ. Например, структурные формулы показывают последовательность и пространственный порядок соеди­нения атомов вмолекулах.

Таким образом, атомно-молекулярный уровень организации ^материи, чрезвычайно сложно описываемый на фундаменталь­ном уровне, на уровне квантовой механики, потребовал выработ­ки своего химическогоязыка. Сегодня физика, составляющая ядро теоретической химии, служит базой дальнейшего разви­тия этой науки. Развитие современной химии, ее основные кон­цепции оказались тесно связанными не только с физикой, но и с другими естественными науками, особенно с биологией.

В чем состоит особенность

И двуединая задача современной

Химии?

Как и другие составляющие естествознания, химия имеет мно­гочисленные практические приложения. Однако еще Д.И. Мен­делеевым было обращено 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 содержание двуединой централь­ной задачи химии: исследование генезиса(то есть происхожде­ния) свойств веществ и разработка на этой основе методов полу­чения веществ с заранее заданными свойствами.

52. Каковы концептуальные уровни современной химии?

По мере развития химии до ее современного уровня в ней сложились четыре совокупности подходов к решению основной задачи. Развитие этих подходов обусловило формирование че­тырех концептуальных систем химических знаний.Для их пред­ставления воспользуемся наглядной схемой (рис. 2).

Концептуальные подходы к решению основной проблемы химии, показанные на схеме, 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 понятие «реакционная способность», включающее представление о химической активности Ильных 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. Врам­ках этой концепции с помощью методов физической кинети­ки и термодинамики были выявлены факторы, влияющие на направленность и скорость протекания химических превраще­ний и на их результат. 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 химии осуществляется поиск таких условий, при которых в процессе химических превращений идет самосовершенствование ката­лизаторов реакций. По существу, речь идет о самоорганизации химических процессов, происходящих в клетках живых организмов.

Каждая новая концептуальная ступень в развитии химии означает не отрицание подходов, использовавшихся ранее, а опору на них как на основание. Все показанные на схеме концептуальные системы используются не порознь, а во вза­имосвязи. Последовательное дополнение химии названными концептуальными системами составляет логику развития этой науки.

Термин «концептуальная система», а не «концепция», ис­пользован в приведенных выше рассуждениях не случайно. Причина этого заключается в том, что на каждой ступени рассмотренной «лесенки» развития химии, в свою очередь, для решения конкретных проблем были использованы раз­личные научные идеи. Примером тому служит выдающееся открытие в области химии, сделанное на пути решения од­ной из исходных проблем химии — проблемы химического элемента.