История становления химической науки. Современная химия

ТЕМА 7. ХИМИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

Вопросы:

1. История становления химической науки. Современная химия

2. Атомно-молекулярное учение. Химический элемент

Ключевые понятия: химия, алхимия, металлургия, ятрохимия, атомный вес, валентность, периодическая система элементов, периодический закон, термохимия, учение о растворах, ядерная химия, электрохимия, химические реакции, химические элементы, молекула, атом, электрон, протон, нейтрон

История становления химической науки. Современная химия

Как область практической деятельности химия уходит корнями в глубокую древность (Египет, Индия, Китай и др. страны).

Задолго до нашей эры человек познакомился с превращениями различных веществ и научился пользоваться ими для своих нужд. Одна из древнейших ветвей химии металлургия. За 4 – 3 тыс. лет до н.э. начали выплавлять медь из руды, а позже изготовлять сплав меди с оловом (бронзу). Во втором тысячелетии до н.э. научились получать из руды железо сыродутным процессом. За 1600 лет до н.э. начали применять для крашения тканей природную краску индиго, а несколько позже – пурпур, готовить уксус, лекарства из растительных материалов и др. продукты, выработка которых связана с химическими процессами.

В 3 – 4 вв. н.э. в Александрии зародилась алхимия, признававшая возможным превращение с помощью философского камня неблагородных металлов в благородные – золото и серебро. Главным в химии этого периода было наблюдение отдельных свойств веществ и объяснение их с помощью субстанций (начал), входящих в состав этих веществ.

Начиная с эпохи Возрождения в связи с развитием производства всё большее значение в алхимии приобретает практическое направление: металлургия, стеклоделие, изготовление керамики и красок. Возникает особое медицинское направление – ятрохимия. В этот период были накоплены навыки экспериментальной работы и наблюдений в области химии, в частности разработаны и усовершенствованы конструкции печей и лабораторных приборов, методы очистки веществ (кристаллизация, перегонка и др.), получены новые химические препараты.

Оформление химии как науки происходит во второй половине XVII в. Р. Бойль доказал несостоятельность алхимических представлений и дал первое научное определение понятия химического элемента. Процесс превращения химии в науку занял более ста лет и завершился открытиями А. Л. Лавуазье.

В 1748 г. М. В. Ломоносов и позднее А. Лавуазье открыли закон сохранения веса (массы) вещества при химических реакциях.

Химия XIX в. характеризуется развитием химической атомистики. В начале XIX в. сформировались два фундаментальных понятия химии – атомный вес и валентность.

По мере открытия новых химических элементов остро ощущалась необходимость их систематизации. В 1869 г. Д. И. Менделеев создал периодическую систему элементов и открыл периодический закон, лежащий в ее основе. На основе периодической системы Д. И. Менделеев исправил ранее принятые значения атомных весов многих элементов и предсказал ряд не открытых ещё элементов, подробно описав предполагаемые свойства трёх из них. В дальнейшем периодический закон лег в основу развития химии и всего учения о веществе.

Изучение тепловых эффектов химических процессов завершилось созданием одного из разделов физической химии – термохимия. С возникновением термодинамики и развитием термохимии начинает развиваться химическая термодинамика, изучающая энергетические эффекты, которыми сопровождаются химические процессы.

Развивается в химии XIX в. и учение о растворах.

Уже в начале XIX в. были получены первые сведения об ускорении химических реакций под действием небольших количеств некоторых веществ. К концу XIX в. учение о катализе и практическое использование катализаторов заняли важное место в химической науке.

С середины XIX в. развивается учение о скоростях химических реакций и химическом равновесии.

Конец XIX в. ознаменовался тремя выдающимися открытиями в области физики, в результате которых была доказана сложная структура атома, прежде считавшегося неделимым, – были открыты рентгеновские лучи, явление радиоактивности и электрон. Это положило начало новому этапу в развитии химии. После того, как Э. Резерфорд установил существование атомных ядер и предложил планетарную модель атома (1911 г.), началась успешная разработка теории строения атома, появились новые представления об электрической природе химических сил.

С решением проблемы строения атома связан вопрос о природе химической связи. В. Коссель (1916 г.) и Г. Льюис (1916 г.) предложили первые электронные теории валентности и химической связи. Описательная сторона этих теорий, хорошо согласующаяся с моделью атома Бора и объясняющая некоторые характерные особенности химической связи, сохраняет в известной мере своё значение до сих пор. Однако только на основе квантовой механики удалось объяснить природу химической связи, точно рассчитать энергию связи для простейшей молекулы – молекулы водорода.

Ядерные превращения и сопутствующие им физико-химические явления, продукты ядерных реакций, радиоактивные изотопы, элементы и вещества служат объектами изучения ядерной химии и радиохимии. Работы в этом направлении имеют большое значение для получения и извлечения атомного сырья, разделения изотопов, использования расщепляющихся материалов.

В электрохимии накоплен большой материал по исследованию электролитов, их электропроводности, электрохимических процессов, создана электрохимическая кинетика, изучаются неравновесные электродные потенциалы, процессы коррозии металлов, разрабатываются новые химические источники тока.

Влияние магнитных полей на химическое поведение молекул рассматривается магнетохимией. Область термохимических исследований расширилась в результате изучения взаимодействия вещества с плазмой, в частности в целях использования в плазмохимической технологии.

Химические превращения совершаются во всех агрегатных состояниях вещества.

В современной химии накапливаются данные о химической эволюции вещества во Вселенной, что позволяет составить общую картину эволюции природы. Современная ядерная физика и астрофизика сформировали представление о возникновении химических элементов.