Химия как фундаментальная наука

Современный этап в развитии химической технологии

 

 

Выполнила:

студентка гр. 240100.62-01-11оп

Бурышева Д.С.

Руководитель:

ст. преп. Аксенчик К.В.

 

Череповец, 2012

Химия как фундаментальная наука

 

Как фундаментальная наука химия сформировалась в начале XX века, вместе с новой, квантовой механикой. И это бесспорная истина, потому что все объекты химии - атомы, молекулы, ионы, и т.д. - являются квантовыми объектами. Главное, центральное событие в химии - химическая реакция, т.е. перегруппировка атомных ядер и преобразование электронных оболочек, электронных одежд молекул-реагентов в молекулы продуктов - также является квантовым событием. Три главных элемента квантовой механики составили прочный и надёжный физический фундамент химии:

- понятие волновой функции электрона как распределённого в пространстве и времени заряда и спина углового момента);

- принцип Паули, организующий электроны по энергетическим уровням и спиновым состояниям, "рассаживающий" электроны по их собственным орбиталям (волновым функциям);

- уравнение Шредингера как квантовый наследник уравнений классической механики.

В химии (как, впрочем, и во всякой живой науке) постоянно рождаются новые идеи, совершаются крупные прорывы, формируются новые тенденции. Главные, ключевые события происходят в химическом синтезе; здесь совершаются каждодневные открытия - большие и малые, значимые и мало заметные.

Оценивая основные тенденции и уже имеющиеся результаты научно-технического развития химии можно говорить о том, что мир вступает в новую эволюционную фазу, которую можно назвать вторичной эволюцией, когда в противостоянии «технология – эволюция», влияние технологии начинает превалировать, радикально меняя и биосферу, и самого человека. Преображаются глубинные основы химической технологии. Во-первых, такая теория строения вещества в сочетании с моделирующими возможностями супер-ЭВМ позволяет точно прогнозировать свойства синтезируемого вещества и путь его синтеза.

Во-вторых, развитие тонких методов катализа, «прицельной» химии расщепления и сшивки крупных молекулярных фрагментов и другие подобные методы превращают химика как бы в зодчего новых химических форм. Наконец, ведется интенсивный поиск путей самоформирования все более высокоорганизованных химических структур. Почти фантастические перспективы развития в этом направлении наметились в области химии быстропротекающих процессов - взрыва, пламени, плазмы. Эти процессы, играющие ключевую роль в автомобильном, воздушном и морском транспорте, космонавтике, гидрометаллургии и т.д., остаются до настоящего времени мало изученными. Основные направления развития современной химии на рубеже ХХ – ХХI веков:

- синтез новых, не существующих в природе, химических элементов;

- разработка метода полярографии;

- создание фундаментальной пограничной дисциплины — квантовой химии;

- расшифровка структуры (двойной спирали) дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК);

- синтез дендримеров (молекулы, построенные по фрактальному типу - когда всё вещество составлено одной гигантской молекулой (по принципу алмаза));

- синтез неметаллических (в том числе стеклообразных) полупроводников;

- синтез неметаллических (керамических) высокотемпературных сверхпроводников;

- создание мультисенсорных систем типа «электронный нос», «электронный язык» на основе неселективных сенсоров, разработка методов распознавания образов (с применением искусственных нейронных сетей) при интеграции химии, физики, математики.

Подводя итог вышесказанному, можно выделить основные направления развития химии в 21 веке:

- компьютерная химия, компьютерное моделирование молекул (молекулярный дизайн) и химических реакций;

- спиновая химия;

- синтез и исследование наноструктур, развитие и применение нанотехнологий;

- синтез полимерных полупроводников;

- химия чрезвычайно быстротекущих реакций (фемтохимия);

- синтез фуллеренов и нанотрубок;

- развитие химии одиночной молекулы;

- развитие электроники на молекулярном уровне;

- создание «молекулярных машин»;

- электровзрывная активация пульпы и растворов;

- создание и развитие «химической медицины», решение проблемы «химического бессмертия».

Я рассмотрю подробнее некоторые, более перспективные направления современной химии.