Концепции на съвременното естествознание. Мамят листове

Една от науките, която съчетава съдържанието на природните и социалните научни дисциплини, е геронтология.Тази наука изучава стареенето на живите организми, включително и хората.

От една страна, обектът на неговото изследване е по-широк от обекта на много научни дисциплини, изучаващи човека, а от друга страна, той съвпада с техните обекти.

В същото време геронтологията се фокусира предимно върху процеса на стареене на живите организми като цяло и на човека в частност, който е нейният предмет. Именно отчитането на обекта и предмета на изследване ни позволява да видим както общите, така и специфичните аспекти на научните дисциплини, които изучават човека.

Тъй като обект на изучаване на геронтологията са живите организми в процеса на стареене, можем да кажем, че тази наука е едновременно природонаучна и социална научна дисциплина. В първия случай неговото съдържание се определя от биологичната природа на организмите, във втория - от биопсихосоциалните свойства на човек, които са в диалектическо единство, взаимодействие и взаимопроникване.

Една от основните природонаучни дисциплини, която има пряка връзка със социалната работа (и също, разбира се, с геронтологията) е лекарство.Тази област на науката (и в същото време практическа дейност) е насочена към запазване и укрепване на здравето на хората, профилактика и лечение на заболявания. Разполагайки с обширна система от отрасли, медицината в своята научна и практическа дейност решава проблемите на поддържането на здравето и лечението на възрастните хора. Нейният принос към тази свята кауза е огромен, както се вижда от практическия опит на човечеството.

Вероятно трябва да се отбележи специалното значение гериатриякато клон на клиничната медицина, който изучава характеристиките на заболяванията при възрастни и възрастни хора и разработва методи за тяхното лечение и профилактика.

И геронтологията, и медицината се основават на знанието биологиякато набор от науки за живата природа (огромно разнообразие от изчезнали и сега живи същества, обитаващи Земята), за тяхното устройство и функции, произход, разпространение и развитие, връзки помежду си и с неживата природа. Биологичните данни са естествената научна основа за разбиране на природата и мястото на човека в нея.

Въпросът представлява несъмнен интерес относно връзката между социалната работа и рехабилитацията,която играе все по-важна роля в теоретичните изследвания и практическите дейности. В най-общата си форма рехабилитационната наука може да се определи като изследване, науката за рехабилитацията като доста обемен и сложен процес.

Рехабилитация (от късен латински рехабилитация -възстановяване) означава: първо, възстановяване на добро име, предишна репутация; възстановяване на предишни права, включително в административни и съдебни производства (например реабилитация на репресирани лица); второ, прилагане на възпитателни мерки или наказания, които не са свързани с лишаване от свобода, спрямо обвиняеми (предимно непълнолетни) с цел тяхното коригиране; трето, набор от медицински, правни и други мерки, насочени към възстановяване или компенсиране на нарушените функции на тялото и способността за работа на болни и хора с увреждания.

За съжаление, представители на индустрията и конкретни научни дисциплини не винаги посочват (и вземат предвид) последния тип рехабилитация. Докато социалната рехабилитация е от първостепенно значение в живота на хората (възстановяване на основните социални функции на индивид, обществена институция, социална група, тяхната социална роля като субекти на основните сфери на социалния живот). По съдържание социалната рехабилитация по същество, в концентриран вид, включва всички аспекти на рехабилитацията. И в този случай тя може да се разглежда като социална рехабилитация в широк смисъл, тоест включваща всички видове човешки живот. Някои изследователи разграничават така наречената професионална рехабилитация, която се включва в социалната рехабилитация. По-точно може да се нарече този вид социално-трудова рехабилитация.

Следователно рехабилитацията е една от най-важните области и технологии в социалната работа.

За да се изясни връзката между социалната работа и рехабилитацията като научни области, е важно да се разбере обектът и предметът на последната.

Обект на рехабилитация са определени групи от населението, индивиди и слоеве, които се нуждаят от възстановяване на своите права, репутация, социализация и ресоциализация, възстановяване на здравето като цяло или нарушени индивидуални функции на организма. Предметът на рехабилитационната наука е специфичните аспекти на рехабилитацията на тези групи, изучаването на моделите на рехабилитационните процеси. Това разбиране за обекта и предмета на рехабилитацията показва нейната тясна връзка със социалната работа както като наука, така и като специфичен вид практическа дейност.

Социалната работа е методологическата основа на рехабилитационната наука. Изпълнение на функцията за развитие и теоретично систематизиране на знанията за социалната сфера (заедно със социологията), анализ на съществуващите форми и методи на социална работа, разработване на оптимални технологии за решаване на социални проблеми на различни обекти (индивиди, семейства, групи, слоеве, общности от хора). ), социалната работа като наука допринася за - пряко или косвено - решаване на въпроси, които са същността и съдържанието на рехабилитационната наука.

Тясната връзка между социалната работа и рехабилитационните науки като науки се обуславя и от факта, че те са по същество интердисциплинарни и универсални по съдържание. Тази връзка, между другото, в Московския държавен университет по обслужване също беше определена организационно: в рамките на Факултета по социална работа през 1999 г. беше открит нов отдел - медицинска и психологическа рехабилитация. Медицинска и психологическа рехабилитация и сега (след преобразуването на катедрата) остава най-важното структурно звено на катедрата по психология.

Говорейки за методологическата роля на социалната работа във формирането и функционирането на рехабилитационната наука, трябва да се вземе предвид и влиянието на знанията в областта на рехабилитационната наука върху социалната работа. Това знание допринася не само за конкретизирането на концептуалния апарат на социалната работа, но и за обогатяването на разбирането на тези модели, които социономите изучават и идентифицират.

Относно технически науки, то социалната работа е свързана с тях благодарение на процеса на информатизация, тъй като събирането, синтезирането и анализирането на информация в областта на социалната работа се извършва с помощта на компютърни технологии, а разпространението, усвояването и прилагането на знания и умения - др. технически средства, визуална пропаганда, демонстрация на различни инструменти и устройства, специално облекло и обувки и др., предназначени да улеснят самообслужването, движението на улицата, домакинството и др. за определени категории от населението - пенсионери, хора с увреждания и др. .

Техническите науки са важни за създаването на подходяща инфраструктура, която дава възможност за повишаване на ефективността на всички видове и области на социалната работа, включително инфраструктурата на различни сфери на живота като специфични обекти на социална работа.

Химия – наука за трансформациите на веществата, свързани с промени в електронната среда на атомните ядра. В това определение е необходимо допълнително да се изяснят термините „субстанция“ и „наука“.

Според Химическата енциклопедия:

вещество - вид материя, която има маса в покой. Състои се от елементарни частици: електрони, протони, неутрони, мезони и др. Химията изучава основно материята, организирана в атоми, молекули, йони и радикали. Такива вещества обикновено се разделят на прости и сложни (химични съединения). Простите вещества се образуват от атоми на един химикал. елемент и следователно са форма на неговото съществуване в свободно състояние, например сяра, желязо, озон, диамант. Сложните вещества се образуват от различни елементи и могат да имат постоянен състав.

Има много разногласия в тълкуването на термина „наука“. Твърдението на Рене Декарт (1596-1650) е напълно приложимо тук: „Дефинирайте значението на думите и ще избавите човечеството от половината от неговите грешки.“ Наукаобичайно е да се нарича сферата на човешката дейност, чиято функция е развитието и теоретичната схематизация на обективните знания за реалността; клон на културата, който не е съществувал по всяко време и не сред всички народи. Канадският философ Уилям Хатчър определя съвременната наука като „начин за познаване на реалния свят, включващ както реалността, усетена от човешките сетива, така и невидимата реалност, начин на познание, основан на изграждането на тествани модели на тази реалност“. Това определение е близко до разбирането на науката от академик В. И. Вернадски, английския математик А. Уайтхед и други известни учени.

Научните модели на света обикновено разграничават три нива, които в дадена дисциплина могат да бъдат представени в различни пропорции:

* емпиричен материал (експериментални данни);

* идеализирани изображения (физически модели);

*математическо описание (формули и уравнения).

Разглеждането на света чрез визуален модел неизбежно води до приблизителната природа на всеки модел. А. Айнщайн (1879-1955) каза: „Докато математическите закони описват реалността, те са несигурни, а когато престанат да бъдат несигурни, те губят връзка с реалността.“

Химията е една от природните науки, която изучава света около нас с цялото богатство на неговите форми и многообразието от явления, случващи се в него. Спецификата на природонаучното познание може да се определи от три характеристики: истинност, интерсубективност и систематичност. Истинността на научните истини се определя от принципа на достатъчното основание: всяка истинска мисъл трябва да бъде оправдана от други мисли, чиято истинност е доказана. Интерсубективността означава, че всеки изследовател трябва да получи едни и същи резултати, когато изучава един и същ обект при едни и същи условия. Систематичността на научното познание предполага неговата строга индуктивно-дедуктивна структура.

Химията е наука за трансформациите на веществата. Тя изучава състава и структурата на веществата, зависимостта на свойствата на веществата от техния състав и структура, условията и начините за превръщане на едни вещества в други. Химическите промени винаги са свързани с физически промени. Следователно химията е тясно свързана с физиката. Химията също е свързана с биологията, тъй като биологичните процеси са придружени от непрекъснати химични трансформации.

Усъвършенстването на изследователските методи, предимно експерименталните техники, доведе до разделянето на науката на все по-тесни области. В резултат на това количеството и „качеството“, т.е. надеждността на информацията се е увеличила. Невъзможността един човек да има пълни познания дори за сродни научни области породи нови проблеми. Точно както във военната стратегия най-слабите точки на отбраната и настъплението са на кръстовището на фронтовете, в науката най-слабо развитите области остават тези, които не могат да бъдат еднозначно класифицирани. Сред другите причини може да се отбележи трудността при получаване на подходящо ниво на квалификация (научна степен) за учени, работещи в области на „пресека на науките“. Но там са направени и основните открития на нашето време.

В съвременния живот, особено в човешките производствени дейности, химията играе изключително важна роля. Почти няма индустрия, която да не включва използването на химия. Природата ни дава само суровини - дърво, руда, нефт и др. Подлагайки естествените материали на химическа обработка, ние получаваме различни вещества, необходими за селското стопанство, промишленото производство, медицината, бита - торове, метали, пластмаси, лакове, бои, лекарства вещества, сапун и др. За да се преработват природни суровини, е необходимо да се познават законите на превръщането на веществата и това знание се предоставя от химията. Развитието на химическата промишленост е едно от най-важните условия за техническия прогрес.

Химични системи

Обект на изучаване на химията - химическа система . Химическата система е съвкупност от вещества, които взаимодействат и са психически или действително изолирани от околната среда. Примери за система могат да бъдат напълно различни обекти.

Най-простият носител на химични свойства е атом - система, състояща се от ядро ​​и електрони, движещи се около него. В резултат на химичното взаимодействие на атомите се образуват молекули (радикали, йони, атомни кристали) - системи, състоящи се от няколко ядра, в общото поле на които се движат електрони. Макросистемите се състоят от набор от голям брой молекули - разтвори на различни соли, смес от газове над повърхността на катализатор в химическа реакция и др.

В зависимост от характера на взаимодействието на системата с околната среда се разграничават отворени, затворени и изолирани системи. Отворена система е система, способна да обменя енергия и маса с околната среда. Например, при смесване на сода с разтвор на солна киселина в отворен съд се получава следната реакция:

Na 2 CO 3 + 2HCl → 2NaCl + CO 2 + H 2 O.

Масата на тази система намалява (въглеродният диоксид и частично водната пара се изпаряват), част от освободената топлина се изразходва за нагряване на околния въздух.

Затворено е система, която може да обменя енергия само със своята среда. Обсъдената по-горе система, разположена в затворен съд, би била пример за затворена система. В този случай обменът на маса е невъзможен и масата на системата остава постоянна, но топлината на реакцията се предава на околната среда през стените на епруветката.

Изолиран Системата е система с постоянен обем, в която нито маса, нито енергия се обменят с околната среда. Концепцията за изолирана система е абстрактна, т.к На практика напълно изолирана система не съществува.

Извиква се отделна част от системата, ограничена от останалите с поне един интерфейс фаза . Например, система, състояща се от вода, лед и пара, включва три фази и два интерфейса (фиг. 1.1). Фазата може да бъде механично отделена от другите фази на системата.

Фиг. 1.1 – Многофазна система.

Фазата не винаги има еднакви физични свойства и хомогенен химичен състав навсякъде. Пример за това е земната атмосфера. В долните слоеве на атмосферата концентрацията на газове е по-висока и температурата на въздуха е по-висока, докато в горните слоеве въздухът се разрежда и температурата се понижава. Тези. В този случай не се наблюдава еднаквост на химичния състав и физичните свойства през цялата фаза. Също така фазата може да бъде прекъсната, например парчета лед, плаващи на повърхността на водата, мъгла, дим, пяна - двуфазни системи, в които едната фаза е прекъсната.

Нарича се система, състояща се от вещества в една и съща фаза хомогенен . Нарича се система, състояща се от вещества в различни фази и имаща поне една повърхност разнородни .

Веществата, които изграждат една химична система, са компоненти. Компонент могат да бъдат отделени от системата и да съществуват извън нея. Например, известно е, че когато натриевият хлорид се разтваря във вода, той се разпада на Na + и Cl – йони, но тези йони не могат да се считат за компоненти на система - разтвор на сол във вода, т.к. те не могат да бъдат изолирани от дадено решение и съществуват отделно. Съставките ще бъдат вода и натриев хлорид.

Състоянието на системата се определя от нейните параметри. Параметрите могат да се задават както на молекулярно ниво (координати, импулс на всяка молекула, ъгли на свързване и т.н.), така и на макро ниво (например налягане, температура).

Структурата на атома.

Свързана информация.

Един от моделите на развитие на естествените науки е взаимодействието на природните науки, взаимовръзката на всички клонове на естествените науки. Следователно науката е едно цяло.

Основните начини за взаимодействие са следните:

Изучаването на един предмет едновременно от няколко науки (например изследване на човека);

Използването от една наука на знания, получени от други науки, например постиженията на физиката са тясно свързани с развитието на астрономията, химията, минералогията, математиката и използват знанията, получени от тези науки;

Използване на методите на една наука за изучаване на обекти и процеси на друга. Чисто физически метод - методът на „белязаните атоми“ - се използва широко в биологията, ботаниката, медицината и др. Електронният микроскоп се използва не само във физиката: той е необходим и за изследване на вируси. Явлението парамагнитен резонанс се използва в много клонове на науката. В много живи обекти природата съдържа чисто физически инструменти; например гърмящата змия има орган, способен да възприема инфрачервеното лъчение и да открива температурни промени от хилядна от градуса; прилепът има ултразвуков локатор, който му позволява да се ориентира в пространството и да не се блъска в стените на пещерите, където обикновено живее и др.;

Взаимодействие чрез технология и производство, осъществявано, когато се използват данни от няколко науки, например в приборостроенето, корабостроенето, космоса, автоматизацията, военната индустрия и др.;

Взаимодействие чрез изучаване на общите свойства на различни видове материя, ярък пример за което е кибернетиката - науката за управление в сложни динамични системи от всякакво естество (технически, биологични, икономически, социални, административни и др.), които използват обратна връзка . Процесът на управление в тях се осъществява в съответствие с възложената задача и протича до постигане на целта на управлението.

В процеса на развитие на човешкото познание науката все повече се обособява в отделни отрасли, които изучават конкретни проблеми на многостранната реалност. От друга страна, науката развива единна картина на света, отразяваща общите закономерности на неговото развитие, което води до по-широк синтез на науки, т.е. все по-задълбочени познания за природата. Единството на света е в основата на единството на науките, към което в крайна сметка е насочено развитието на знанието към всеки отделен завой на човешкото познание. Пътят към единството на науките лежи чрез интеграцията на отделните й клонове, което включва интегрирането на различни теории и методи на изследване. Така в процеса на развитие на съвременните науки процесите на диференциация се преплитат с процесите на интеграция на науките: физиката се разделя на механика, а тя от своя страна на кинематика, динамика и статика; молекулярна, атомна, ядрена физика, термодинамика, електричество, магнетизъм, оптика и др.; В медицинските институти се обучават лекари от различни специалности: терапевти, хирурзи, психиатри, кардиолози, офталмолози, уролози и др. – наборът от специализации е много широк, но всеки завършил медицински институт е лекар.

Обособяването на научното познание в отделни области ни подтиква да идентифицираме необходимите връзки между тях. Възникват много гранични науки, например на границата между физиката и химията възникнаха нови клонове на науката: физическа химия и химическа физика (в Москва, към Руската академия на науките (РАН), има институти по физическа химия и химическа физика); на границата между биологията и химията – биохимия; биология и физика – биофизика. Поради единството на науката, интегрирането на принципите в една от нейните области е задължително свързано с интегрирането в друга. Обобщавайки гореизложеното, можем да констатираме факта, че диференциацията и интеграцията на природните науки е незавършен, отворен процес. Природонауката не е затворена система и въпросът за същността на естествената наука става все по-ясен с всяко ново откритие.

Според общата теория на системите (ОТС) най-важното свойство на системите със сложна структура е тяхната йерархичност (от гръцки hierarchia - стълба на подчинение), характеризираща се с наличието на субординация или субординация на нейните подсистеми или структурни нива. В природните науки също има йерархия. За първи път е посочен от френския физик Андре Ампер (1775-1836), който се опитва да намери принципа на естествената класификация на всички природни науки, известни по негово време. Той поставя физиката на първо място като по-фундаментална наука.

Идеите за подчинение на естествените науки днес са широко дискутирани. В този случай има две направления в науката: редукционизъм(от лат. редукция - връщане), според която всичко "по-висше" се свежда до по-просто - "нисше", т.е. всички биологични явления към химични, а химичните към физични, и интегратизъм(обратно е).

Разликата между редукционизма и интегратизма е само в посоката на мисълта на учения. Освен това йерархията на основните природни науки има циклично затворен характер. Цикличност– това е свойство, присъщо на самата Природа. Нека дадем примери: цикълът на веществата в природата, смяната на деня и нощта, смяната на сезоните, растението, когато умира, оставя семена на Земята, от които след това се появява нов живот. Следователно естествената наука, която има един-единствен обект на изследване - Природата, която има това свойство, също го има.

ПРИРОДОНАУЧНИ И ХУМАНИТАРНИ КУЛТУРИ

Културата е една от най-важните характеристики на човешкия живот. Всеки индивид е сложна биосоциална система, която съществува чрез взаимодействие с околната среда. Необходимите естествени връзки с околната среда определят неговите потребности, които са важни за нормалното му функциониране, живот и развитие. Човек задоволява голяма част от нуждите си чрез работа.

По този начин системата на човешката култура може да се разбира като светът на нещата, предметите, създадени от човека (неговата дейност, труд) като част от неговото историческо развитие. Като оставим настрана въпроса за сложността и многозначността на понятието култура, можем да се спрем на едно от най-простите му определения. Културата е съвкупността от материални и духовни ценности, създадени от човека, както и самата човешка способност да произвежда и използва тези ценности.

Както виждаме, понятието култура е много широко. Тя всъщност обхваща безкрайно многообразие от много разнообразни неща и процеси, свързани с човешката дейност и резултатите от нея.Разнообразната система на съвременната култура в зависимост от целите на дейността обикновено се разделя на две големи и тясно свързани области – материална (естествознание) и духовна (хуманитарна) култура.

Предметната област на първия са чисто природни явления и свойства, връзки и отношения на нещата, „работещи“ в света на човешката култура под формата на природни науки, технически изобретения и устройства, производствени отношения и др. Вторият тип на културата (хуманитарна) обхваща областта от явления, в които се представят свойствата, връзките и отношенията на самите хора, както социални, така и духовни (религия, морал, закон и др.).

Страница 7

Феномените на човешкото съзнание и психика (мислене, знание, оценка, воля, чувства, преживявания и др.) принадлежат към света на идеала, духовното. Духовното съзнание е много важно, но само едно от свойствата на сложната система, която е човек. Човек обаче трябва да съществува материално, за да се прояви способността му да произвежда идеални, духовни неща. Материалният живот на хората е област от човешката дейност, която е свързана с производството на предмети, неща, които осигуряват самото съществуване, жизнената дейност на човек и задоволяват неговите нужди (храна, облекло, жилище и др.).

В хода на човешката история много поколения са създали колосален свят на материална култура. Къщи, улици, заводи, фабрики, транспорт, комуникационна инфраструктура, битови институции, снабдяване с храна, облекло и т.н. – всичко това са най-важните показатели за характера и степента на развитие на обществото. По останките на материалната култура археолозите могат доста точно да определят етапите на историческото развитие, характеристиките на обществата, държавите, народите, етническите групи и цивилизациите.

Духовната култура е свързана с дейности, насочени към задоволяване не на материалните, а на духовните потребности на индивида, т.е. нуждите от развитие, усъвършенстване на вътрешния свят на човека, неговото съзнание, психология, мислене, знания, емоции, преживявания и др. , Наличието на духовни нужди и отличава човека от животното. Тези потребности се задоволяват в хода не на материалното, а на духовното производство, в процеса на духовната дейност.

Продуктите на духовното производство са идеи, концепции, представи, научни хипотези, теории, художествени образи, морални норми и правни закони, религиозни възгледи и др., които са въплътени в техните специални материални носители. Такива носители са езикът, книгите, произведенията на изкуството, графиките, рисунките и др.

Анализът на системата на духовната култура като цяло ни позволява да идентифицираме следните основни компоненти: политическо съзнание, морал, изкуство, религия, философия, правно съзнание, наука. Всеки от тези компоненти има специфичен предмет, свой начин на отразяване, изпълнява специфични социални функции в живота на обществото, съдържа познавателни и оценъчни аспекти - система от знания и система от оценки.

Страница 8

Науката е един от най-важните компоненти на материалната и духовна култура. Особеното му място в духовната култура се определя от значението на познанието в начина на съществуване на човека в света, в практиката, в материалното и обективно преобразуване на света.

Науката е исторически установена система от знания за обективните закони на света. Научните знания, получени въз основа на проверени от практиката методи на познание, се изразяват в различни форми: в понятия, категории, закони, хипотези, теории, научна картина на света и др. То позволява да се предвиди и трансформира реалността в интересите на обществото и хората.

Съвременната наука е сложна и разнообразна система от отделни научни дисциплини, от които има няколко хиляди и които могат да бъдат обединени в две области: фундаментални и приложни науки.

Фундаменталните науки имат за цел да разберат обективните закони на света, които съществуват независимо от интересите и нуждите на човека. Те включват математически науки, природни науки (механика, астрономия, физика, химия, геология, география и др.), хуманитарни науки (психология, логика, лингвистика, филология и др.). Фундаменталните науки се наричат ​​фундаментални, защото техните заключения, резултати и теории определят съдържанието на научната картина на света.

Приложните науки са насочени към разработване на начини за прилагане на знанията, получени от фундаменталните науки за обективните закони на света, за да отговорят на нуждите и интересите на хората. Приложните науки включват кибернетика, технически науки (приложна механика, технология на машините и механизмите, якостни материали, металургия, минно дело, електротехника, ядрена енергия, космонавтика и др.), селскостопански, медицински и педагогически науки. В приложните науки фундаменталните знания придобиват практическо значение и се използват за развитие на производителните сили на обществото, подобряване на предметната област на човешкото съществуване и материалната култура.

Има широко разпространени идеи за "две култури" в науката - естествените науки и хуманитарните науки. Според английския историк и писател Чарлз Сноу съществува огромна пропаст между тези култури и учените, изучаващи хуманитарните науки и точните клонове на знанието, все повече не се разбират (спорове между „физици” и „лирици”).

Този проблем има два аспекта. Първият е свързан с моделите на взаимодействие между науката и изкуството, вторият - с проблема за единството на науката.

Страница 9

В системата на духовната култура науката и изкуството не се изключват, а се предполагат и допълват взаимно, когато говорим за формирането на цялостна, хармонична личност, за пълнотата на човешкия мироглед.

Естествената наука, която е в основата на всяко познание, винаги е оказвала влияние върху развитието на хуманитарните науки (чрез методология, мироглед, образи, идеи и др.). Без използването на методите на природните науки биха били немислими изключителните постижения на съвременната наука за произхода на човека и обществото, историята, психологията и пр. Нови перспективи за взаимно обогатяване на естествените и хуманитарните знания се откриват с създаване на теорията за самоорганизацията – синергетика.

Така че не противопоставянето на различни „култури в науката“, а тяхното тясно единство, взаимодействие и взаимопроникване е естествена тенденция на съвременното научно познание.

Качеството на подготовката на инженерите значително зависи от нивото на тяхното образование в областта на фундаменталните науки: математика, физика и химия. Ролята и мястото на химията в системата на природонаучните дисциплини се определя от факта, че в областта на материалното производство човек винаги има работа с материята.

В ежедневието наблюдаваме, че веществата претърпяват различни промени: стоманен предмет става ръждясал във влажен въздух; дървата в печката изгарят, оставяйки само малка купчина пепел; бензинът изгаря в автомобилен двигател, освобождавайки около двеста различни вещества в околната среда, включително токсични и канцерогенни; падналите листа на дърветата постепенно се разлагат, превръщайки се в хумус и т.н.

Познаването на свойствата на веществото, структурата, химическата природа на неговите частици, механизмите на тяхното взаимодействие, възможните начини за превръщане на едно вещество в друго - тези проблеми съставляват предмета на химията.

Химията е наука за веществата и законите на техните превръщания.

Като един от клоновете на природните науки, химията е свързана с други природни науки. Химическите промени винаги са придружени от физически промени. Широкото използване на физични методи на изследване и математически апарат в химията я доближава до физиката и математиката. Химията също е свързана с биологията, тъй като биологичните процеси са придружени от непрекъснати химични трансформации. Химическите методи се използват за решаване на геоложки проблеми. Връзката между различните природни науки е много тясна; в пресечните точки на науките възникват нови науки, например ядрена химия, биохимия, геохимия, космохимия и др.

Изследването на редица технически проблеми чрез химични методи свързва химията с инженерни, технически и специални дисциплини, необходими за практическата дейност на инженера. По този начин производството на стомана и други сплави, чисти метали и полупроводници, производството на продукти от тях и по-нататъшното им използване, работата на различни механизми в съответните газови и течни среди - всичко това изисква специфични химически познания и способност за прилагане то на практика.

Почти няма индустрия, която да не включва използването на химия. Природата ни дава суровини: дърво, руда, нефт, газ и др. Подлагайки естествените материали на химическа обработка, човек получава различни вещества, необходими за селското стопанство, промишлеността и бита: торове, метали, пластмаси, бои, лекарства вещества, сапун, сода и др. Човечеството се нуждае от химия, за да получи всичко необходимо от природни вещества - метали, цимент и бетон, керамика, порцелан и стъкло, каучук, пластмаси, изкуствени влакна, фармацевтични продукти. За химическата обработка на природните суровини е необходимо да се познават общите закони на превръщането на веществата и това знание се предоставя от химията.

В съвременните условия, когато стана ясно, че запасите от много природни ресурси са ограничени и не се възстановяват, когато натоварването на околната среда от човека е станало толкова голямо, а способността на природата за самопречистване е ограничена, редица на преден план излизат принципно нови проблеми, чието решение е невъзможно без химически познания. Те включват предимно въпроси за опазване на околната среда и спазване на екологичните изисквания в новите технологични процеси, създаване на затворени производствени цикли и безотпадни технологии, теоретична обосновка и развитие на енерго- и ресурсоспестяващи технологии. Прилагането на изискванията за високо качество на продуктите и тяхната дълготрайност е немислимо без разбирането, че контролът върху химичния състав е най-важният етап от технологичния цикъл. Борбата с корозията на материалите и продуктите, направени от тях, както и новите методи за повърхностна обработка изискват от инженера дълбоко разбиране на същността на химичните процеси.

Горепосочените проблеми могат да бъдат решени от изчерпателно компетентни инженери, които, наред с други задачи, могат да разбират и самостоятелно да се ориентират в химически проблеми.

Основни понятия по химия

Обект на изучаване на химията са химичните елементи и техните съединения.

Химическият елемент е вид атоми с еднакъв ядрен заряд. Атомът е най-малката частица от елемент, която има неговите химични свойства.

Молекулата е най-малката частица от индивидуално вещество, способна да съществува самостоятелно, притежаваща основните си химични свойства и състояща се от еднакви или различни атоми.

Ако молекулите се състоят от еднакви атоми, тогава веществото се нарича просто или елементарно, например He, Ar, H 2, O 2, S 4. Простото вещество е форма на съществуване на химичен елемент в свободно състояние. Ако една молекула на вещество се състои от различни атоми, тогава веществото се нарича комплекс (или химично съединение), например CO, H2O, H3PO4.

Химичните свойства на веществото характеризират способността му да участва в химични реакции, тоест в процесите на превръщане на едни вещества в други.

Масите на атомите и молекулите са много малки. Например, масите на отделните атоми са 10 -24 - 10 -22 g. Масите на атомите и молекулите се изразяват или в относителни единици (чрез масата на всеки конкретен тип атом), или в единици за атомна маса (amu) .

1 amu е 1/12 от масата на атом на въглероден изотоп С. 1a.u.m.=1,66053*10 -24 g.

Стойността на относителната атомна (A r) или молекулна маса (M r) показва колко пъти масата на атом или молекула е по-голяма от 1/12 от масата на атом на въглеродния изотоп C (скала на въглеродна атомна маса). A r и M r са безразмерни. Стойностите на Ar са дадени в периодичната таблица на елементите от D.I. Менделеев под символа на елемента. Числено A r и A (amu) съвпадат. Като знаете относителната атомна маса, лесно можете да намерите атомната маса, изразена в грамове. Така масата на атом въглерод-12 в g е равна на: 12* 1,66053*10 -24 = 1,992636*10 -23 g . Масата на една молекула е равна на сумата от масите на атомите, които съставляват нейния състав.

Количеството вещество (n;n) е броят на структурните единици (атоми, молекули, йони, еквиваленти, електрони и др.) в системата. Мерната единица за количеството вещество е молът. Мол е количеството вещество, което съдържа толкова специфични структурни единици, колкото атоми се съдържат в 12 g от въглеродния изотоп 12 C. Броят на структурните единици, съдържащи се в 1 мол от което и да е вещество във всяко състояние на агрегиране, е константата на Авогадро: N A = 6,02 * 10 23 mol -1 .

Количеството вещество (n) е равно на съотношението на броя на структурните единици (атоми, молекули, йони, еквиваленти, електрони и др.) в системата (N) към техния брой в 1 мол от веществото (N A ):

Моларна маса (M) е масата на 1 мол вещество, равна на отношението на масата на веществото (m) към неговото количество (n):

Основната единица за моларна маса е g/mol (kg/mol). Моларната маса на дадено вещество, изразена в грамове, е числено равна на относителната молекулна маса на това вещество.

Моларен обем (V m) е обемът, зает от 1 мол газообразно вещество, равен на съотношението на обема на газообразно вещество (V) към неговото количество ():

На бр. (273,15 K и 101,325 kPa) за всяко вещество в газообразно състояние V m = 22,4 l/mol.

Еквивалентът (E) е реална или фиктивна частица от вещество, която може да замени, добави, освободи или по друг начин да бъде еквивалентна на един водороден йон в киселинно-основни или йонообменни реакции или на един електрон в редокс реакции(OVR). Еквивалентът е безразмерен, съставът му се изразява със знаци и формули по същия начин, както в случая на молекули, атоми или йони.

За да се определят формулите на еквивалента на дадено вещество и правилно да се напише неговата химична формула, трябва да се изхожда от специфичната реакция, в която веществото участва.

Нека да разгледаме няколко примера за дефиниране на еквивалентна формула:

A. 2NaOH+H2SO4 =2H2O+Na2SO4.

Кратко йонно-молекулно уравнение на процеса:

2OH - +2H + =2H 2 O.

Тази йонообменна реакция включва два водородни йона. За един водороден йон има:

NaOH+1/2H2SO4 =H2O+1/2Na2SO4,

тези. един водороден йон съответства на: една молекула NaOH, 1/2 молекула H 2 SO 4, една молекула H 2 O, 1/2 молекула Na 2 SO 4, следователно E(NaOH) = NaOH; E(H2SO4) = 1/2H2SO4; E(H2O)=H2O; E(Na 2 SO 4) = 1/2Na 2 SO 4.

B. Zn+2HCl=ZnCl2 +H2

Йонно-електронни уравнения на процесите на окисление и редукция:

Този ORR включва два електрона. За един електрон има:

1/2Zn+HCl=1/2ZnCl2 +1/2H2,

тези. един електрон съответства на 1/2 от Zn атом, една HCl молекула, 1/2 ZnCl 2 молекула и 1/2 H 2 молекула, следователно E(Zn) = 1/2Zn; Е(НС1) = НС1; E(ZnCl2) = 1/2ZnCl2; E(H2) = 1/2H2.

Числото, показващо каква част от реална частица е еквивалентна на един водороден йон или един електрон, се нарича фактор на еквивалентност f e. Например, в разглежданите реакции, f e (Zn) = 1/2, f e (NaOH) = 1.

За редокс реакции се използва понятието „еквивалентно число“ (Z), което е равно на броя на електроните, прикрепени от една молекула от окислител или отдадени от една молекула от редуциращ агент.

Молният еквивалент е количеството вещество, съдържащо 6,02*10 23 еквивалента. Масата на един мол еквивалент от вещество се нарича моларна маса на еквивалентното вещество (M e),измерено в g/mol и изчислено по формулите:

M e =m/n e; M e =f e *M,

където М е моларната маса на веществото, g/mol; ν e – количество еквивалент на веществото, mol.

За да изчислите еквивалента на моларна маса на вещество, можете да използвате следните формули:

1. За просто вещество:

M e = M A / B, f e = 1 / B,

където M A е моларната маса на атомите на дадено вещество; B е валентността на атома, например M e (Al) = 27/3 = 9 g/mol.

2. За сложно вещество:

M e =M/B*n, f e = 1/B*n,

където В е валентността на функционалната група; n е броят на функционалните групи във формулата на молекулата на веществото.

За киселини функционалната група е водороден йон, за основи - хидроксилен йон, за соли - метален йон, за оксиди - оксидообразуващ елемент.

M e киселина = M киселина / основност на киселината.

Основността на киселината се определя от броя на протоните, които една киселинна молекула отдава, когато реагира с основа..

Например, M e (H 2 SO 4) = 98/2 = 49 g/mol.

M e на основата = M на основата / киселинност на основата.

Киселинността на основата се определя от броя на протоните, добавени към основната молекула, когато тя взаимодейства с киселината.

Например, M e (NaOH) = 40/1 = 40 g/mol.

M e сол = M сол / (брой метални атоми * метална валентност).

Например, M e (Al 2 (SO 4) 3) = 342/(2*3) = 57 g/mol.

M e оксид = M оксид / (брой атоми на оксидообразуващия елемент * валентност на елемента).

Например, M e (Al 2 O 3) = 102/(2*3) = 17 g/mol.

Като цяло, еквивалентът на моларната маса на химичното съединение е равен на сумата от еквивалентите на моларната маса на неговите съставни части.

3. За окислител, редуциращ агент:

където Z е еквивалентното число (Z=1/f e).

Както е известно, един мол от всеки газ при нормални условия (T=273,15 K, P=101,325 kPa или 760 mmHg) заема обем, равен на 22,4 литра; този обем се нарича моларен обем V m. Въз основа на тази стойност е възможно да се изчисли обемът на един мол газов еквивалент (V e, l/mol) при нормални условия. Например, за водород E(H 2) = 1/2H 2, мол еквивалент на водород е два пъти по-малък от неговия мол молекули и следователно обемът на един мол еквивалент водород също е два пъти по-малък от неговия моларен обем: 22,4 л/2 = 11,2 л. За кислород E(O 2) = 1/4 O 2, следователно обемът на един мол кислороден еквивалент е четири пъти по-малък от неговия моларен обем: 22,4 l/4 = 5,6 l.

Най-общо: V e =f e *V m; V e = V/ .

Основни закони на химията

1. Закон за запазване на масата на веществата(М. В. Ломоносов; 1756 г.):

масата на веществата, влезли в реакцията, е равна на масата на веществата, образувани в резултат на реакцията.

2. Закон за постоянството на състава.

Има различни формулировки:

Съставът на молекулярната структура на съединенията е постоянен независимо от метода на получаване (по-прецизна съвременна формулировка);

- всяко сложно вещество, независимо от начина на получаване, има постоянен качествен и количествен състав;

Съотношенията между масите на елементите, които изграждат дадено съединение, са постоянни и не зависят от начина на получаване на това съединение.

3. Закон на кратните(Далтън, 1803):

ако два елемента образуват няколко химични съединения един с друг, тогава масите на един от елементите, които попадат в тези съединения към същата маса на другия, са свързани помежду си като малки цели числа.

Законът свидетелства, че елементите са включени в съединенията само в определени части и потвърждава атомистичните идеи. Най-малкото количество елемент, което влиза в съединение, е атом. Следователно само цял брой атоми могат да влязат в съединение, а не частична. Например масовите съотношения на C:O в оксидите CO 2 и CO са 12:32 и 12:16. Следователно съотношението на масата на кислорода, свързано с постоянната маса на въглерода в CO 2 и CO, е 2:1.

4. Закон за обемните отношения(закон на Гей-Люсак):

Обемите на реагиращите газове се отнасят един към друг и към обемите на получените газообразни реакционни продукти като малки цели числа.

5.Закон на Авогадро( 1811) :

равни обеми от всякакви газове, взети при същата температура и при същото налягане, съдържат еднакъв брой молекули.Константа на Авогадро N A = 6.02*10 23 mol -1 – броят на структурните единици в един мол вещество.

Следствия от закона на Авогадро:

а) при определена температура и налягане 1 мол от всяко вещество в газообразно състояние заема същия обем;

б) на бр. (273,15 K и 101,325 kPa) моларният обем (V m) на всеки газ е 22,4 L mol.

6. Уравнение на състоянието на идеален газ - Менделеев-Клапейрон:

където P – налягане на газа, Pa; V – обем на газа, m3; m – маса на веществото, g; M е неговата моларна маса, g/mol; T – абсолютна температура, K; R е универсалната газова константа, равна на 8,314 J/mol*K.

7. Закон за парциалните налягания(закон на Далтон):

Налягането на смес от газове, които не взаимодействат химически един с друг, е равно на сумата от парциалните налягания на газовете, съставляващи сместа.

8. Закон за еквивалентите.

Има няколко формулировки:

1) масите на веществата, участващи в реакцията, са пропорционални на техните еквивалентни моларни маси:

m 1 / m 2 = M E1 / M E2 = ...;

2) всички вещества реагират едно с друго в еквивалентни количества,тези. броят на моловете еквивалентни вещества, участващи в реакцията, са равни един на друг:

ν e1 =ν e2 = …;

m 1 / M E1 = m 2 / M E2 =…. .

3) за реагиращи вещества в разтвор, закон на еквивалентитенаписан по следния начин:

S E 1 *V 1 =C E 2 *V 2,

където SE 1, SE 2 са нормални концентрации или моларни концентрации на еквивалента на първия и втория разтвор, mol/l; V 1 и V 2 – обеми на реагиращите разтвори, l.