Промышленная технология выращивания картофеля
Содержание
Введение
1 Понятие
химии
2 Химия
в современный период: с начала XX в
3 Химия
будущего
Заключение
Список
использованных источников
Введение
Согласно общепринятому определению, химия – это наука о веществах и их превращениях, или, как вариант, наука о химических элементах и их соединениях. В этих определениях подразумевается структурный уровень изучения вещества и, так сказать, «разделение полномочий» между физикой и химией. Физика изучает строение атома и мир элементарных частиц (атомный и нуклонный уровень микромира), с одной стороны, и проявление физических свойств веществ, пребывающих в разных агрегатных состояниях, – с другой (классические механика и электродинамика, теплофизика как изучение явлений макромира). Химия же рассматривает процессы «сборки» молекул из атомов, традиционно называемые «химическими реакциями», а также проявление химических свойств веществ, то есть способность веществ вступать в химические реакции определенного вида. Таким образом, структурный уровень вещества, изучаемый в химии, оказывается помещенным между двумя «физическими» уровнями структуры вещества, а «химические» явления происходят на границе микромира и макромира.
1 Понятие химии
Химия
– полноправный представитель семейства
точных естественных наук, то есть химическое
научное знание сформировано из теорий,
законов и закономерностей, формулировки
которых исключают
Химия – рациональная наука, даже гипотезы в химии имеют чисто рациональный характер. Современная химия счастливо избежала того «налета» иррациональности, который присутствует в физике, биологии, астрономии, особенно когда обсуждаются вопросы происхождения Вселенной, вещества и жизни. Традиционно также слаба связь химии и философии (в течение последних 250–300 лет после исключения алхимических представлений из химии). И в дискуссиях между ортодоксальными «материалистами» и «идеалистами» химики всегда остаются в стороне, а оппоненты прибегают к разным аспектам химического знания для доказательства своих, порой противоположных по сущности, доводов1.
И хотя современная химия имеет очень мало общего с алхимией средних веков, а алхимические тексты интересны для нас, ученых XXI столетия, с литературно-исторической, но никак не научной точки зрения, забавно, что свое название «химия» получила именно от алхимии. Название же «алхимия» исходит, предположительно, от слова «Кеми»; страна Кеми (или Кемь) – одно из старинных названий современного Египта, откуда, согласно средневековым легендам, были родом первые алхимики.
2 Химия в современный период: с начала XX в
Открытие электрона Э. Вихертом и Дж. Дж. Томсоном (1897) и радиоактивности А. Беккерелем (1896) стали доказательством делимости атома, возможность которой стала обсуждаться после выдвижения У. Праутом гипотезы о протиле (1815). Уже в начале XX века появились первые модели строения атома: «кексовая» (У. Томсон, 1902 и Дж. Дж. Томсон, 1904), планетарная (Ж. Б. Перрен, 1901 и Х. Нагаока, 1903), «динамидическая» (Ф. Ленард, 1904). В 1911 Э. Резерфорд, основываясь на опытах по рассеиванию α-частиц, предложил ядерную модель, ставшую основой для создания классической модели строения атома (Н. Бор, 1913 и А. Зоммерфельд, 1916). Основываясь на ней, Н. Бор в 1921 заложил основы формальной теории периодической системы, объяснившей периодичность свойств элементов периодическим повторением строения внешнего электронного уровня атома. После того, как В. Паули сформулировал принцип запрета (1925), а Ф. Хунд предложил эмпирические правила заполнения электронных оболочек (1925—1927), была в целом установлена электронная структура всех известных к тому времени элементов.
После открытия делимости атома и установления природы электрона как его составной части возникли реальные предпосылки для разработки теорий химической связи. Первой стала концепция электровалентности Р. Абегга (1904), основанная на идее о сродстве атомов к электрону. Модель Бора — Зоммерфельда, представления о валентных электронах (И. Штарк, 1915) и идея об особой стабильности двух- и восьмиэлектронных оболочек атомов инертных газов легли в основу классических теорий химической связи. В. Коссель (1916) разработал теорию гетерополярной (ионной) связи, а Дж. Н. Льюис (1916) и И. Ленгмюр (1919) — теорию гомеополярной (ковалентной) связи2.
В конце 20-х — начале 30-х годов XX века сформировались принципиально новые — квантово-механические — представления о строении атома и природе химической связи. Исходя из идеи французского физика Л. де Бройля о наличии у материальных частиц волновых свойств, австрийский физик Э. Шрёдингер в 1926 вывел основное уравнение т. н. волновой механики, содержащее волновую функцию и позволяющее определить возможные состояния квантовой системы и их изменение во времени. Несколько ранее немецкий физик В. Гейзенберг разработал свой вариант квантовой теории атома в виде матричной механики.
Квантово-механический подход к строению атома привёл к созданию новых теорий, объясняющих образование связи между атомами. Уже в 1927 В. Г. Гейтлер и Ф. Лондон начали разрабатывать квантовомеханическую теорию химической связи и выполнили приближённый расчет молекулы водорода[71]. Распространение метода Гейтлера-Лондона на многоатомные молекулы привело к созданию метода валентных связей, который создают в 1928—1931 гг. Л. Полинг и Дж. К. Слэтер. Основная идея этого метода заключается в предположении, что атомные орбитали сохраняют при образовании молекулы известную индивидуальность. В 1928 Полинг предложил теорию резонанса и идею гибридизации атомных орбиталей, в 1932 — новое количественное понятие электроотрицательности3. В 1929 Ф. Хунд, Р. С. Малликен и Дж. Э. Леннард-Джонс заложили фундамент метода молекулярных орбиталей, основанного на представлении о полной потере индивидуальности атомов, соединившихся в молекулу. Хунд создал также современную классификацию химических связей; в 1931 он пришёл к выводу о существовании двух основных типов химических связей — простой, или σ-связи, и π-связи. Э. Хюккель распространил метод МО на органические соединения, сформулировав в 1931 правило ароматической стабильности, устанавливающее принадлежность вещества к ароматическому ряду. Благодаря квантовой механике к 30-м годам XX века в основном был выяснен способ образования связи между атомами; кроме того, в рамках квантово-механического подхода получило корректную физическую интерпретацию менделеевское учение о периодичности. Создание надёжного теоретического фундамента привело к значительному росту возможностей прогнозирования свойств вещества. Особенностью химии в XX веке стало широкое использования физико-математического аппарата и разнообразных расчётных методов4.
Подлинным переворотом в химии стало появление в XX веке большого числа новых аналитических методов, прежде всего физических и физико-химических (рентгеноструктурный анализ, электронная и колебательная спектроскопия, магнетохимия и масс-спектрометрия, спектроскопия ЭПР и ЯМР, хроматография и т. п.). Эти методы предоставили новые возможности для изучения состава, структуры и реакционной способности вещества.
Отличительной чертой современной химии стало её тесное взаимодействие с другими естественными науками, в результате которого на стыке наук появились биохимия, геохимия и др. разделы. Одновременно с этим процессом интеграции интенсивно протекал и процесс дифференциации самой химии. Хотя границы между разделами химии достаточно условны, коллоидная и координационная химия, кристаллохимия и электрохимия, химия высокомолекулярных соединений и некоторые другие разделы приобрели черты самостоятельных наук5.
Закономерным следствием совершенствования химической теории в XX веке стали новые успехи практической химии — каталитический синтез аммиака, получение синтетических антибиотиков, полимерных материалов и т. п. Успехи химиков в деле получения вещества с желаемыми свойствами в числе прочих достижений прикладной науки к концу XX столетия привели к коренным преобразованиям в жизни человечества.
3
Химия будущего
Главная цель существования человеческой цивилизации - её гармоничное и всестороннее развитие. Что на этом пути может сделать химия? Для понимания химии жизненных процессов необходимо проникнуть в самое сердце основных химических реакций. В последнее время значительно выросли знания о молекулярной структуре важных биологических молекул, что позволяет достичь необычайного прогресса современной биологии и медицины. Биомиметическая химия занимается экспериментальным воспроизведением или моделированием сложных биологических систем, обнаруженных в природе.
Такие исследования позволяют понять химию биологических реакций и ведут к созданию совершенно новых химических процессов и материалов, полезных для промышленности и общества. Генная технология дала возможность анализировать генетическую информацию организма. Генетические исследования расширят знания о наследственных болезнях, создадут более рациональную основу для фармацевтических изысканий. Достижения генной технологии очень плодотворно сказываются на биотехнологии. Компьютерное воссоздание и моделирование - мощное средство изучения структурных, динамических и термодинамических особенностей сложных биохимических систем. Программы моделирования опираются на методы, разработанные теоретической химией, либо на эмпирические сценарии моделей, взятые из наблюдений за простыми молекулами. Такие методики неоценимы в фармацевтической химии6.
Современная биотехнология распространяется на многие области. Системы скрининга, основанные на клонированных рецепторах или перенесенных генах, используются для поиска новых лекарственных веществ повышенной специфичности. Благодаря новым, более точным аналитическим методам можно создавать мутированные протеины с повышенным терапевтическим проявлением улучшенных ферментативных свойств.
Усиливается влияние методов современной биотехнологии на многие отрасли производства, включая фармацевтику, экологические технологии, выращивание растений, изготовление продуктов питания, а также текстиля, бумаги, целлюлозы и кожи. Человеческий организм не может существовать, расти, развиваться, без притока органических веществ, и он не может сам создавать органические соединения из неорганического сырья. Поэтому изучить влияние на поведение людей того, чем они питаются, необходимость сегодняшнего дня7.
Успехи фундаментальной химии в значительной мере определяют современный уровень понимания устройства материального мира, а химические технологии и процессы играют ключевую роль в решении глобальных проблем, таких как изменение климата, обеспечение населения планеты чистой водой, пищей и энергией, сохранение окружающей природной среды.
Химия – необходимый участник производства электроэнергии, особенно в наше время.
Если рассматривать ситуацию с обеспечением человечества энергией, то здесь роль химии особенно велика, потому что, помимо природных источников энергии на основе углерода –нефти и газа, – активно развивается биоэнергетика, которой, наряду с атомной энергетикой, по–видимому, принадлежит будущему. Поэтому, если даже частично смысл девиза «Химия – наша жизнь, наше будущее» будет доведен до сознания возможно большего числа граждан нашей страны, это будет главным итогом и лучшим результатом.
Химия не только наука – это сама жизнь. Мы не только окружены химическими веществами. Мы сами являемся химической фабрикой. Живой организм – это гигантский химический макрореактор. 99 % нашего тела состоят из кислорода, углерода, азота, кальция и фосфора. Эти элементы, связываясь друг с другом, образуют замечательное разнообразие молекул, которые составляют все структуры нашего тела и позволяют нам дышать, двигаться, думать, творить – одним словом, жить.
Очевидно, что, давая нам знания об устройстве жизни, химия предоставляет возможность и ее изменить. Именно поэтому многие надежды людей сегодня обращены к химии. Прогресс медицины и охрана здоровья, изменение климата, обеспечение человечества чистой водой, пищей и энергией, сохранение окружающей природной среды – вот далеко не полный перечень глобальных проблем, в решении которых химические технологии и процессы могут сыграть ключевую роль. Могут, потому что только от человека, его доброй воли, уровня сознания зависит, во благо или во зло распорядится он достижениями химической науки. Человечество должно опасаться не столько химии, сколько своего незнания и необразованности. С химофобией можно бороться только с помощью знаний.
Без химии невозможно решить глобальные проблемы, с которыми в настоящее время столкнулось человечество. Дать адекватные ответы на глобальные вызовы можно, только сблизив фундаментальную и прикладную науку, консолидировав работу ученых в разных областях знания.
За время своего развития химия раскрылась десятками граней. Более того, будучи междисциплинарной наукой, она все время обогащается за счет взаимодействия с биологией, физикой, математикой и другими дисциплинами. Этот фундаментальный принцип комплексности является способом успешного решения различных прикладных задач: будь то поиск альтернативных источников энергии или создание материалов для предметов повседневной жизни8.
Процесс объединения уже происходит, что видно на примере создания междисциплинарных коллабораций, развития исследований, находящихся на стыке наук.
Уже сегодня специалисты по материаловедению и биохимии, физической химии и органическому синтезу часто работают бок о бок, что приводит к получению выдающихся результатов9.
Без
современной развитой химической науки
и химической промышленности не может
быть высокоразвитого государства. Страна,
не опирающаяся на новые технологии, не
имеет перспектив существования в современном
мире. Эта мысль активно внедрялась в общественное
сознание многими видными деятелями нашей
страны, которые ясно представляли значение
химии для экономики страны, ее будущего.
В России есть современные методы переработки
нефти, есть методы извлечения нефти из
сланцев, где ее гораздо больше, но, к сожалению,
все это пока не востребовано.
Заключение
Отличительной чертой современной химии стало её тесное взаимодействие с другими естественными науками, в результате которого на стыке наук появились биохимия, геохимия и др. разделы. Одновременно с этим процессом интеграции интенсивно протекал и процесс дифференциации самой химии. Хотя границы между разделами химии достаточно условны, коллоидная и координационная химия, кристаллохимия и электрохимия, химия высокомолекулярных соединений и некоторые другие разделы приобрели черты самостоятельных наук.
Без современной развитой химической науки и химической промышленности не может
быть высокоразвитого государства. Страна, не опирающаяся на новые технологии, не имеет перспектив существования в современном мире. Эта мысль активно внедрялась в общественное сознание многими видными деятелями нашей страны, которые ясно представляли значение химии для экономики страны, ее будущего.
Мы можем выделить в развитии химии как естественной науки четыре концептуальных этапа, причем каждый новый возникал на основе предыдущего и включал его в себя в преобразованном виде.
1. Учение о составе вещества связано с исследованием различных свойств веществ в зависимости от их химического состава, понятием химического элемента и химического соединения.
2. Структурная химия – положение о том, что свойства веществ обусловливаются не только составом, но и структурой молекул.
3. Учение о химических процессах связано с исследованием механизмов и условий протекания химических процессов, с понятием о катализе.
4. Эволюционная химия изучает процессы самоорганизации химических систем с позиций представлений о всеобщем эволюционном процессе во Вселенной и отборе химических элементов.
Список использованных
источников
- Азимов А. Краткая история химии. Развитие идей и представлений в химии — М.: Мир, 1983. — 187 с.
- Быков Г. В. История органической химии — М.: Химия, 1976. — 360 с.
- Всеобщая история химии. Возникновение и развитие химии с древнейших времен до XVII века / Отв. ред. Ю. И. Соловьев — М.: Наука, 1980. — 399 с.
- Всеобщая история химии. История классической органической химии / Отв. ред. Н. К. Кочетков, Ю. И. Соловьев — М.: Наука, 1992. — 444 с.
- Всеобщая история химии. Становление химии как науки / Отв. ред. Ю. И. Соловьев — М.: Наука, 1999. — 464 с.
- Джуа М. История химии — М.: Мир, 1966. — 452 с.
- Зефирова О. Н. Краткий курс истории и методологии химии — М.: Анабасис, 2007. — 140 с. —
- Миттова И. Я., Самойлов А. М. История химии с древнейших времен до конца XX века: учебное пособие в 2-х томах — Долгопрудный: ИД «Интеллект», 2009. — 416 с.
