Zašto je hemija prirodna nauka? opšta hemija

Kao rezultat proučavanja ovog poglavlja, student treba da: znam

• osnovni pojmovi i specifičnosti hemijske slike sveta;
• uloga alhemije u razvoju hemije kao nauke;
• istorijske faze u razvoju hemije kao nauke;
• vodeći principi doktrine o sastavu i strukturi supstanci;
• glavni faktori u toku hemijskih reakcija i uslovi za njihovu kontrolu;
• osnovni principi evolucijske hemije i njena uloga u objašnjavanju biogeneze; biti u mogućnosti
• otkriti ulogu fizike mikrosvijeta za razumijevanje temelja kemijske nauke;
• provesti komparativnu analizu glavnih faza u razvoju hemije;
• tvrdio je da pokaže ulogu hemije u objašnjavanju strukturnih nivoa sistemske organizacije materije;

vlastiti

• vještine sticanja i primjene znanja za formiranje hemijske slike svijeta;
• vještine korištenja konceptualnog aparata hemije za karakterizaciju hemijskih procesa.

Istorijske faze u razvoju hemijske nauke

Postoje mnoge definicije hemije koje je karakterišu kao nauku:

• o hemijskim elementima i njihovim jedinjenjima;
• supstance, njihov sastav i struktura;
• procesi kvalitativne transformacije supstanci;
• hemijske reakcije, kao i zakonitosti i zakonitosti kojima se te reakcije povinuju.

Očigledno, svaki od njih odražava samo jedan od aspekata opsežnog hemijskog znanja, a sama hemija djeluje kao visoko uređen sistem znanja koji se stalno razvija. Evo definicije iz klasičnog udžbenika: „Hemija je nauka o transformaciji supstanci. Proučava sastav i strukturu supstanci, zavisnost svojstava supstanci od njihovog sastava i strukture, uslove i načine transformacije jedne supstance u drugu.

Hemija je nauka o transformaciji supstanci.

Najvažnija odlika hemije je da je na mnogo načina samostalno formira predmet istraživanja, stvaranje supstanci koje nisu postojale u prirodi. Kao ni jedna druga nauka, hemija istovremeno deluje i kao nauka i kao proizvodnja. Budući da moderna hemija rješava svoje probleme na atomsko-molekularnom nivou, ona je usko povezana sa fizikom, biologijom, kao i sa naukama kao što su geologija, mineralogija itd. Granične oblasti između ovih nauka proučavaju kvantna hemija, hemijska fizika, fizička hemija, geohemija, biohemija itd.

Prije više od 200 godina, veliki M. V. Lomonosov govorio je na javnom skupu Petrogradske akademije nauka. u izvještaju "Nekoliko riječi o prednostima hemije"čitamo proročke stihove: „Hemija široko širi ruke u ljudskim poslovima... Kamo god pogledamo, gdje god pogledamo, svuda pred očima okrenemo uspjehe njene marljivosti.” Hemija je svoju "marljivost" počela širiti čak i u Egiptu - naprednoj zemlji antičkog svijeta. Grane proizvodnje kao što su metalurgija, keramika, staklarstvo, bojenje, parfimerija, kozmetika su tu dostigle značajan razvoj mnogo prije naše ere.

Uporedimo naziv nauke o hemiji na različitim jezicima:

Sve ove riječi sadrže korijen "hemija" ili " chem“, što je u skladu s riječima starogrčkog jezika: “himos” ili “hyumos” značilo je “sok”. Ovo ime se nalazi u rukopisima koji sadrže informacije o medicini i farmaciji.

Postoje i druge tačke gledišta. Prema Plutarhu, izraz "hemija" dolazi od jednog od drevnih imena Egipta - Hemi („crtanje zemlje“). U svom izvornom smislu, izraz je značio "egipatska umjetnost". Hemija kao nauka o supstancama i njihovim interakcijama u Egiptu se smatrala božanskom naukom i bila je u potpunosti u rukama sveštenika.

Jedna od najstarijih grana hemije je metalurgija. Za 4-3 hiljade godina pne. počeo topiti bakar iz ruda, a kasnije proizvoditi leguru bakra i kalaja (bronzu). U II milenijumu pne. naučio kako dobiti željezo iz ruda postupkom sirovog puhanja. Za 1600 godina prije Krista. počeli su koristiti prirodnu indigo boju za bojenje tkanina, a nešto kasnije - ljubičastu i alizarin, kao i pripremati ocat, lijekove od biljnog materijala i druge proizvode čija je proizvodnja povezana s kemijskim procesima.

Na arapskom istoku u V-VI vijeku. izraz "alhemija" se pojavljuje dodavanjem čestice "al-" grčko-egipatskoj "hemiji". Cilj alhemičara je bio da stvore "kamen filozofa" sposoban da pretvori sve osnovne metale u zlato. Bio je zasnovan na praktičnom nalogu: zlatu

u Evropi je bila neophodna za razvoj trgovine, a bilo je malo poznatih nalazišta zlata.

Činjenica iz istorije nauke

Najstariji otkriveni hemijski tekstovi danas se smatraju staroegipatskim "Ebersov papirus"(nazvan po njemačkom egiptologu koji ga je pronašao) - zbirka recepata za proizvodnju lijekova iz 16. stoljeća. pne, kao i „Brugsch papirus“ pronađen u Memfisu sa ljekarskim receptima (XIV vek pne).

Preduslovi za formiranje hemije kao samostalne naučne discipline formirali su se postepeno tokom 17. - prve polovine 18. veka. Istovremeno, uprkos raznovrsnosti empirijskog materijala, u ovoj nauci, sve do otkrića periodnog sistema hemijskih elemenata 1869. od strane D. I. Mendeljejeva (1834-1907), nije postojala opšta teorija koja bi se mogla koristiti za objašnjenje akumuliranih stvarni materijal.

Pokušaji periodizacije hemijskog znanja vršeni su još u 19. veku. Prema njemačkom naučniku G. Koppu - autoru četverotomne monografije "Istorija hemije"(1843-1847), razvoj hemije odvijao se pod uticajem izvesnih ideja vodilja. On je identifikovao pet faza:

• doba akumulacije empirijskih znanja bez pokušaja da se oni teorijski objasne (od antičkih vremena do 4. vijeka nove ere);
• alhemijski period (IV - početak 16. veka);
• period jatrohemije, tj. "Hemija lečenja" (druga četvrtina 16. - sredina 17. veka);
• period nastanka i dominacije prve hemijske teorije - teorije flogistona (sredina 17. - treća četvrtina 18. veka);
• period kvantitativnih istraživanja (poslednja četvrtina 18. - 1840. godine) 1 .

Međutim, prema savremenim konceptima, ova klasifikacija se odnosi na one faze kada hemijska nauka još nije konstituisana kao sistemsko teorijsko znanje.

Domaći istoričari hemije razlikuju četiri konceptualna nivoa, koji se zasnivaju na načinu rešavanja centralnog problema hemije kao nauke i kao proizvodnje (slika 13.1).

Prvi konceptualni nivo - proučavanje strukture hemijske supstance. Na ovom nivou proučavana su različita svojstva i transformacije supstanci u zavisnosti od njihovog hemijskog sastava.

Rice. 13.1.

Lako je uočiti analogiju ovog koncepta sa fizičkim konceptom atomizma. I fizičari i kemičari tražili su izvornu osnovu na kojoj bi bilo moguće objasniti svojstva svih jednostavnih i složenih supstanci. Ovaj koncept je formulisan prilično kasno - 1860. godine, na prvom međunarodnom kongresu hemičara u Karlsrueu u Nemačkoj. Hemičari su polazili od toga Sve supstance se sastoje od molekula i svih molekula, zauzvrat se sastoje od atoma. I atomi i molekuli su u neprekidnom kretanju, dok su atomi najmanji, a zatim i nedjeljivi dijelovi molekula 1.

Značaj Kongresa jasno je izrazio D. I. Mendeljejev: G. A.), hemičari svih zemalja prihvatili su početak unitarnog sistema; sada bi to bila velika nedoslednost, prepoznati početak, ne prepoznati njegove posledice.

Drugi konceptualni nivo - proučavanje strukture hemikalija, identifikacija specifične metode interakcije elemenata u sastavu specifičnih hemikalija. Utvrđeno je da svojstva supstanci ne zavise samo od sastavnih hemijskih elemenata, već i od odnosa i interakcije ovih elemenata u toku hemijske reakcije. Dakle, dijamant i ugalj imaju različita svojstva upravo zbog razlike u strukturi, iako im je hemijski sastav sličan.

Treći konceptualni nivo Hemija je generisana potrebama povećanja produktivnosti hemijskih industrija i istražuje unutrašnje mehanizme i spoljašnje uslove za nastanak hemijskih procesa: temperaturu, pritisak, brzinu reakcije itd.

Četvrti konceptualni nivo - nivo evolucione hemije. Na ovoj razini detaljnije se proučava priroda reagenasa uključenih u kemijske reakcije, specifičnosti djelovanja katalizatora koji značajno ubrzavaju njihovu brzinu. Na ovom nivou se shvata proces nastanka. živ materija od inertne materije.

• Glinka II. L. Opća hemija. 2b ed. L.: Hemija: Lenjingradski ogranak, 1987. S. 13.
• Cit. Citirano prema: Koltun M. World of Chemistry. M.: Dječija književnost, 1988. S. 7.
• Mendeljejev D. I. Op. u 25 tomova L. - M.: Izdavačka kuća Akademije nauka SSSR, 1949. T. 15. S. 171-172.

Lekcija #1

Predmet: Hemija je prirodna nauka.

Cilj: dati pojam hemije kao nauke; pokazati mjesto hemije među prirodnim naukama; upoznati istoriju nastanka hemije; razmotriti značaj hemije u ljudskom životu; naučiti pravila ponašanja u učionici hemije; upoznati naučne metode saznanja u hemiji; razvijati logiku razmišljanja, sposobnost zapažanja; gajiti interesovanje za predmet koji se izučava, istrajnost, marljivost u proučavanju predmeta.

Tokom nastave.

IOrganizacija razreda.

IIAžuriranje osnovnih znanja.

Koje prirodne nauke znaš, studiraš?

Zašto se nazivaju prirodnim?

IIIPoruka teme, ciljevi časa, motivacija obrazovnih aktivnosti.

Nakon izvještavanja o temi i svrsi lekcije, nastavnik postavlja problematično pitanje.

Šta mislite o studijama hemije? (Učenici iznose svoje pretpostavke, sve su napisane na tabli). Zatim nastavnik kaže da ćemo tokom lekcije saznati koje su pretpostavke tačne.

IIIUčenje novog gradiva.

Prije nego započnemo našu lekciju, moramo naučiti pravila ponašanja u kabinetu za hemiju. Pogledajte ispred sebe na zidnom postolju na kojem su ispisana ova pravila. Svaki put kada uđete u kancelariju, morate ponoviti ova pravila, znati ih i striktno ih se pridržavati.

(Čitamo naglas pravila ponašanja u kabinetu hemije.)

Pravila ponašanja učenika u učionici hemije.

U kabinet hemije možete ući samo uz dozvolu nastavnika

U kabinetu za hemiju morate hodati odmjerenim korakom. Ni u kom slučaju se ne smijete naglo kretati, jer možete prevrnuti opremu i reagense koji stoje na stolovima

Tokom eksperimentalnog rada u kabinetu hemije potrebno je biti u kućnom ogrtaču.

Prilikom izvođenja eksperimentalnog rada možete započeti s radom samo nakon dozvole nastavnika.

Kada izvodite eksperimente, radite mirno, bez gužve. Ne guraj svog cimera. Zapamtite! Tačnost je ključ uspjeha!

Nakon završetka eksperimenata, potrebno je dovesti u red radno mjesto i dobro oprati ruke sapunom i vodom.

Hemija je prirodna nauka, mjesto hemije među prirodnim naukama.

Prirodne nauke obuhvataju fizičku geografiju, astronomiju, fiziku, biologiju, ekologiju i druge. Proučavaju predmete i pojave prirode.

Razmotrimo koje mjesto hemija zauzima među ostalim naukama. Pruža im supstance, materijale i moderne tehnologije. I istovremeno koristi dostignuća matematike, fizike, biologije, ekologije za svoj dalji razvoj. Dakle, hemija je centralna, fundamentalna nauka.

Granice između hemije i drugih prirodnih nauka su sve nejasnije. Fizička hemija i hemijska fizika nastale su na granici proučavanja fizičkih i hemijskih pojava. Biohemija - biološka hemija - proučava hemijski sastav i strukturu jedinjenja koja se nalaze u živim organizmima.

Istorija nastanka hemije.

Nauka o supstancama i njihovim transformacijama nastala je u Egiptu, tehnički najnaprednijoj zemlji antičkog svijeta. Egipatski svećenici su bili prvi hemičari. Imali su mnoge do sada nerazjašnjene hemijske tajne. Na primjer, tehnike balzamiranja tijela mrtvih faraona i plemića, kao i dobivanje nekih boja.

Grane proizvodnje kao što su grnčarstvo, staklarstvo, farbanje, parfimerija, dostigle su značajan razvoj u Egiptu mnogo prije naše ere. Hemija se smatrala "božanskom" naukom, bila je u potpunosti u rukama svećenika i pažljivo je skrivana od svih neupućenih. Međutim, neke informacije su ipak prodrle izvan Egipta.

Otprilike u 7. vijeku. AD Arapi su usvojili imovinu i metode rada egipatskih svećenika i obogatili čovječanstvo novim saznanjima. Arapi su dodali prefiks al riječi Hemi, a vodstvo u proučavanju supstanci, koje je postalo poznato kao alhemija, prešlo je na Arape. Treba napomenuti da alkemija nije bila rasprostranjena u Rusiji, iako su djela alhemičara bila poznata, pa čak i prevedena na crkvenoslavenski. Alhemija je srednjovekovna umetnost dobijanja i obrade raznih supstanci za praktične potrebe.Za razliku od starogrčkih filozofa, koji su samo posmatrali svet, a objašnjenje se zasnivalo na pretpostavkama i razmišljanjima, alhemičari su delovali, eksperimentisali, dolazili do neočekivanih otkrića i usavršavali eksperimentalnu metodologiju. . Alhemičari su vjerovali da su metali tvari koje se sastoje od tri glavna elementa: soli – kao simbol tvrdoće i sposobnosti rastvaranja; sumpor - kao tvar koja se može zagrijati i izgorjeti na visokim temperaturama; živa - kao supstanca sposobna da ispari i posjeduje sjaj. S tim u vezi, pretpostavljalo se da, na primjer, zlato, koje je bio plemeniti metal, također ima potpuno iste elemente, što znači da se može dobiti od bilo kojeg metala! Vjerovalo se da je dobivanje zlata iz bilo kojeg drugog metala povezano s djelovanjem kamena filozofa, koji su alkemičari bezuspješno pokušavali pronaći. Osim toga, vjerovali su da ako popijete eliksir napravljen od kamena filozofa, steći ćete vječnu mladost! Ali alhemičari nisu uspjeli pronaći i dobiti ni filozofski kamen ni zlato od drugih metala.

Uloga hemije u ljudskom životu.

Učenici navode sve aspekte pozitivnog uticaja hemije na ljudski život. Nastavnik pomaže i usmjerava misli učenika.

Učitelj: Ali da li je hemija korisna samo u društvu? Koji problemi nastaju u vezi sa upotrebom hemijskih proizvoda?

(Učenici pokušavaju pronaći odgovor i na ovo pitanje.)

Metode znanja iz hemije.

Osoba dobiva znanje o prirodi uz pomoć tako važne metode kao što je promatranje.

Opservacija- ovo je koncentracija pažnje na prepoznatljive objekte u cilju njihovog proučavanja.

Uz pomoć promatranja, osoba akumulira informacije o svijetu oko sebe, koje zatim sistematizira, otkrivajući opće obrasce rezultata promatranja. Sljedeći važan korak je potraga za razlozima koji objašnjavaju pronađene obrasce.

Da bi posmatranje bilo plodno, potrebno je ispuniti nekoliko uslova:

jasno definisati predmet posmatranja, odnosno na šta će biti skrenuta pažnja posmatrača - na konkretnu supstancu, njena svojstva ili transformaciju jednih supstanci u druge, uslove za sprovođenje tih transformacija itd.;

da bi formulisao svrhu posmatranja, posmatrač mora znati zašto sprovodi posmatranje;

razviti plan posmatranja za postizanje cilja. Da biste to učinili, bolje je iznijeti pretpostavku, odnosno hipotezu (od grčkog. Hipoteza - temelj, pretpostavka) o tome kako će se posmatrani fenomen dogoditi. Hipoteza se može postaviti i kao rezultat posmatranja, odnosno kada se dobije rezultat koji treba objasniti.

Naučno posmatranje se razlikuje od posmatranja u svakodnevnom smislu te reči. Naučno posmatranje se po pravilu vrši u strogo kontrolisanim uslovima, a ti uslovi se mogu menjati na zahtev posmatrača. Najčešće se takvo promatranje provodi u posebnoj prostoriji - laboratoriji.

Eksperimentiraj- naučna reprodukcija fenomena u svrhu njegovog proučavanja, testiranja pod određenim uslovima.

Eksperiment (od lat. experimentum - iskustvo, testiranje) omogućava vam da potvrdite ili opovrgnete hipotezu koja je nastala tokom posmatranja i formulirate zaključak.

Provedimo mali eksperiment kako bismo proučili strukturu plamena.

Upalite svijeću i pažljivo pregledajte plamen. Heterogene je boje, ima tri zone. Tamna zona (1) je na dnu plamena. Ona je najhladnija među ostalima. Tamna zona je oivičena svijetlim dijelom plamena (2), čija je temperatura viša nego u tamnoj zoni. Međutim, najviša temperatura je u gornjem bezbojnom dijelu plamena (zona 3).

Da biste bili sigurni da različite zone plamena imaju različite temperature, možete provesti takav eksperiment. Stavimo iver ili šibicu u plamen tako da pređe sve tri zone. Videćete da je iver ugljenisan u zonama 2 i 3. To znači da je temperatura plamena najviša tamo.

Postavlja se pitanje da li će plamen alkoholne lampe ili suvog goriva imati istu strukturu kao plamen svijeće? Odgovor na ovo pitanje mogu biti dvije pretpostavke – hipoteze: 1) struktura plamena će biti ista kao i plamen svijeće, jer se zasniva na istom procesu – sagorijevanju; 2) struktura plamena će biti drugačija, jer nastaje kao rezultat sagorijevanja različitih tvari. Da bismo potvrdili ili opovrgli jednu od ovih hipoteza, okrenimo se eksperimentu - mi ćemo provesti eksperiment.

Uz pomoć šibice ili ivera istražujemo strukturu plamena alkoholne lampe.

Unatoč razlikama u obliku, veličini i ravnomjernoj boji, u oba slučaja plamen ima istu strukturu - iste tri zone: unutrašnja tamna (najhladnija), srednja svijetleća (vruća) i vanjska bezbojna (najtoplija).

Stoga, na osnovu eksperimenta, možemo zaključiti da je struktura bilo kojeg plamena ista. Praktični značaj ovog zaključka je sljedeći: da bi se bilo koji predmet zagrijao u plamenu, potrebno ga je unijeti u gornji, odnosno najtopliji dio plamena.

Uobičajeno je da se eksperimentalni podaci izrađuju u posebnom laboratorijskom časopisu, za koji je prikladna obična bilježnica, ali u njoj se unose strogo definirani unosi. Oni bilježe datum eksperimenta, njegov naziv, tok eksperimenta, koji se često sastavlja u obliku tabele.

Pokušajte na ovaj način opisati eksperiment sa strukturom plamena.

Sve prirodne nauke su eksperimentalne. A za postavljanje eksperimenta često je potrebna posebna oprema. Na primjer, u biologiji se široko koriste optički instrumenti koji vam omogućavaju višestruko povećanje slike promatranog objekta: lupa, mikroskop.

Fizičari u proučavanju električnih kola koriste instrumente za mjerenje napona, struje i električnog otpora.

Naučnici-geografi su naoružani posebnim instrumentima - od najjednostavnijih (kompas, meteorološke sonde) do istraživačkih brodova, jedinstvenih svemirskih orbitalnih stanica.

Hemičari također koriste posebnu opremu u svojim istraživanjima. Najjednostavniji od njih je, na primjer, već poznati uređaj za grijanje - alkoholna lampa i razno kemijsko posuđe u kojem se provode transformacije tvari, odnosno kemijske reakcije.

IV Generalizacija i sistematizacija stečenih znanja.

Dakle, šta proučava hemija? (Nastavnik je tokom časa obratio pažnju na ispravnost ili netačnost dječijih pretpostavki o predmetu hemije. I sada je došlo vrijeme da sumiramo i damo konačan odgovor. Izvodimo definiciju hemije).

Kakvu ulogu hemija igra u ljudskom životu i društvu?

Koje metode znanja iz hemije sada znate.

Šta je posmatranje? Koji uslovi moraju biti ispunjeni da bi posmatranje bilo efektivno?

Koja je razlika između hipoteze i zaključka?

Šta je eksperiment?

Kakva je struktura plamena?

Kako bi trebalo obaviti grijanje?

V Refleksija, sumiranje lekcije, ocjenjivanje.

VI Saopštavanje domaćeg zadatka, brifing o njegovoj realizaciji.

Učitelj: Morate:

Naučite osnovne napomene za ovu lekciju.

Opišite eksperiment za proučavanje strukture plamena koristeći donju tablicu.

Hemija kao nauka

hemija- nauka koja proučava strukturu supstanci i njihove transformacije, praćene promjenom sastava i (ili) strukture. Moderna hemija se suočava sa tri glavna zadatka:

• Prvo, osnovni pravac u razvoju hemije je proučavanje strukture materije, razvoj teorije strukture i svojstava molekula i materijala. Važno je uspostaviti vezu između strukture i različitih svojstava supstanci i na osnovu toga izgraditi teorije reaktivnosti neke supstance, kinetike i mehanizma hemijskih reakcija i katalitičkih pojava. Provođenje kemijskih transformacija u jednom ili drugom smjeru određeno je sastavom i strukturom molekula, jona, radikala i drugih kratkotrajnih formacija. Poznavanje ovoga omogućava pronalaženje načina za dobijanje novih proizvoda koji imaju kvalitativno ili kvantitativno drugačija svojstva od postojećih.
• drugo, implementacija usmjerene sinteze novih supstanci sa željenim svojstvima. Ovdje je također važno pronaći nove reakcije i katalizatore za efikasniju sintezu već poznatih i komercijalno važnih spojeva.
• treće - analiza. Ovaj tradicionalni problem hemije dobio je poseban značaj. Povezan je kako sa povećanjem broja hemijskih objekata i proučavanih svojstava, tako i sa potrebom utvrđivanja i smanjenja posledica ljudskog uticaja na prirodu.

Hemijska svojstva tvari određuju se uglavnom stanjem vanjskih elektronskih omotača atoma i molekula koji formiraju tvari; stanja jezgara i unutrašnjih elektrona u hemijskim procesima se gotovo ne menjaju. Predmet hemijskog istraživanja su hemijski elementi i njihove kombinacije, tj. atomi, jednostavni (jednoelementni) i složeni (molekuli, joni, ioni radikala, karbiji, slobodni radikali) hemijski spojevi, njihove asocijacije (saradnici, klasteri, solvati, klatrati, itd.), materijali itd.

Savremena hemija je dostigla takav nivo razvoja da postoji niz njenih posebnih sekcija, koje su samostalne nauke. Ovisno o atomskoj prirodi ispitivane tvari, razlikuju se vrste kemijskih veza između atoma, anorganska, organska i organoelementna kemija. Predmet neorganske hemije su svi hemijski elementi i njihova jedinjenja, druge supstance na njihovoj osnovi. Organska hemija proučava svojstva široke klase jedinjenja nastalih hemijskim vezama ugljenika sa ugljenikom i drugim organogenim elementima: vodonikom, azotom, kiseonikom, sumporom, hlorom, bromom i jodom. Hemija organskih elemenata je na granici između neorganske i organske hemije. Ova "treća" hemija se odnosi na jedinjenja koja uključuju hemijske veze ugljenika sa ostatkom neorganogenih elemenata u periodnom sistemu. Molekularna struktura, stepen agregacije (kombinacije) atoma u sastavu molekula i velikih molekula - makromolekula donose svoje karakteristične osobine u hemijski oblik kretanja materije. Dakle, postoje hemija makromolekularnih jedinjenja, kristalohemija, geohemija, biohemija i druge nauke. Oni proučavaju velike asocijacije atoma i gigantske polimerne formacije različite prirode. Svugdje je centralno pitanje za hemiju pitanje hemijskih svojstava. Predmet proučavanja su i fizička, fizičko-hemijska i biohemijska svojstva supstanci. Stoga se ne samo da se njihove vlastite metode intenzivno razvijaju, već su i druge nauke uključene u proučavanje supstanci. Tako važne komponente hemije su fizička hemija i hemijska fizika, koje proučavaju hemijske objekte, procese i prateće pojave uz pomoć računskog aparata fizike i fizičkih eksperimentalnih metoda. Danas ove nauke kombinuju niz drugih: kvantnu hemiju, hemijsku termodinamiku (termohemiju), hemijsku kinetiku, elektrohemiju, fotohemiju, hemiju visokih energija, kompjutersku hemiju itd. njen uticaj na naš svakodnevni život. Postoji mnogo pravaca u razvoju primijenjene hemije, osmišljenih za rješavanje specifičnih problema ljudske praktične aktivnosti. Hemijska nauka je dostigla takav nivo razvoja da je počela da stvara nove industrije i tehnologije.

Hemija kao sistem znanja

Hemija kao sistem znanja o supstancama i njihovim transformacijama sadržana je u fondu činjenica – pouzdano utvrđenih i provjerenih informacija o hemijskim elementima i jedinjenjima, njihovim reakcijama i ponašanju u prirodnim i vještačkim sredinama. Kriterijumi za pouzdanost činjenica i načini za njihovu sistematizaciju stalno se razvijaju. Velike generalizacije koje pouzdano povezuju velike skupove činjenica postaju naučni zakoni, čija formulacija otvara nove faze u hemiji (na primjer, zakoni održanja mase i energije, Daltonovi zakoni, Mendeljejevljev periodični zakon). Teorije, koristeći specifične koncepte, objašnjavaju i predviđaju činjenice određene predmetne oblasti. Zapravo, iskustveno znanje postaje činjenica tek kada dobije teorijsku interpretaciju. Dakle, prva hemijska teorija - teorija flogistona, budući da je netačna, doprinela je formiranju hemije, jer. povezao činjenice u sistem i omogućio formulisanje novih pitanja. Strukturna teorija (Butlerov, Kekule) je pojednostavila i objasnila ogroman materijal organske hemije i dovela do brzog razvoja hemijske sinteze i proučavanja strukture organskih jedinjenja.

Hemija kao znanje je veoma dinamičan sistem. Evolucionu akumulaciju znanja prekidaju revolucije – duboko restrukturiranje sistema činjenica, teorija i metoda, sa pojavom novog skupa koncepata ili čak novog stila razmišljanja. Dakle, revoluciju su izazvali radovi Lavoisier-a (materijalistička teorija oksidacije, uvođenje veličina, eksperimentalne metode, razvoj hemijske nomenklature), otkriće Mendeljejevljevog periodičnog zakona, stvaranje novih analitičkih metoda na početku 20. vijek (mikroanaliza, hromatografija). Revolucijom se može smatrati i pojava novih oblasti koje razvijaju novu viziju predmeta hemije i utiču na sve njegove oblasti (npr. pojava fizičke hemije zasnovane na hemijskoj termodinamici i hemijskoj kinetici).

Hemija kao naučna disciplina

Hemija je opća teorijska disciplina. Osmišljen je tako da studentima pruži savremeno naučno razumijevanje materije kao jedne od vrsta pokretne materije, o načinima, mehanizmima i metodama transformacije jedne supstance u drugu. Poznavanje osnovnih hemijskih zakona, poznavanje tehnike hemijskih proračuna, razumevanje mogućnosti koje hemija pruža uz pomoć drugih stručnjaka koji rade u njenim pojedinačnim i užim oblastima, značajno ubrzavaju dobijanje željenog rezultata u različitim oblastima inženjerstva i naučna djelatnost. Hemija upoznaje budućeg stručnjaka sa specifičnim manifestacijama tvari, omogućava da se "osjeti" supstanca uz pomoć laboratorijskog eksperimenta, da nauči njene nove vrste i svojstva. Karakteristika hemije kao discipline za studente nehemijskih specijalnosti je da je u malom predmetu potrebno imati informacije iz gotovo svih grana hemije koje su se oblikovale kao samostalne nauke i koje izučavaju hemičari i hemičari-tehnolozi u specijalnom discipline. Osim toga, različitost interesovanja predstavnika različitih specijalnosti često dovodi do stvaranja specijalizovanih kurseva iz hemije. Uz sve pozitivne aspekte takve orijentacije, postoji i ozbiljan nedostatak - svjetonazor stručnjaka se sužava, smanjuje se sloboda njegove orijentacije u svojstvima tvari i metodama njene proizvodnje i primjene. Stoga bi kurs hemije za buduće specijaliste koji nisu iz oblasti hemije i hemijske tehnologije trebalo da bude dovoljno širok i, u meri u kojoj je to potrebno, temeljan da da holistički pogled na mogućnosti hemije kao nauke, kao grane industrije, kao osnova naučnog i tehnološkog napretka. Teorijske osnove za razumijevanje raznolike i složene slike hemijskih pojava postavlja opšta hemija. Hemija elemenata uvodi u konkretan svijet tvari koje formiraju kemijski elementi. Savremeni inženjer koji nema posebnu hemijsku obuku treba da razume svojstva različitih vrsta materijala, sastava i jedinjenja. Često, na ovaj ili onaj način, ima posla sa gorivima, uljima, mazivima, deterdžentima, vezivnim, keramičkim, strukturalnim, električnim materijalima, vlaknima, tkaninama, biološkim objektima, mineralnim đubrivima i mnogim drugim. Drugi kursevi možda neće uvijek dati prvi utisak o tome. Ovu prazninu treba popuniti. Ovaj dio spada u dio hemije koji se najdinamičnije mijenja i, naravno, brzo zastarijeva. Stoga je pravovremena i pažljiva selekcija materijala ovdje neophodna za redovno obnavljanje discipline. Sve to dovodi do svrsishodnosti uvođenja posebnog dijela primijenjene hemije u kurs hemije za studente nehemijskih specijalnosti.

Hemija kao društveni sistem

Hemija kao društveni sistem je najveći dio cjelokupne zajednice naučnika. Na formiranje hemičara kao vrste naučnika uticale su karakteristike predmeta njegove nauke i način delovanja (hemijski eksperiment). Poteškoće matematičke formalizacije predmeta (u poređenju sa fizikom) i istovremeno raznovrsnost čulnih manifestacija (miris, boja, biološka i druga aktivnost) od samog početka ograničavaju dominaciju mehanizma u razmišljanju hemičara i hemičara. ostavio je, dakle, polje za intuiciju i umjetnost. Osim toga, hemičar je uvijek koristio instrument nemehaničke prirode - vatru. S druge strane, za razliku od biologovih stabilnih objekata koje daje priroda, svijet hemičara ima neiscrpnu i brzo rastuću raznolikost. Neotklonjiva misterija nove supstance dala je hemičarskom odnosu prema svetu odgovornost i oprez (kao društveni tip, hemičar je konzervativan). Hemijska laboratorija razvila je kruti mehanizam "prirodne selekcije", odbijanja drskih i grešaka sklonih ljudi. To daje originalnost ne samo stilu razmišljanja, već i duhovnoj i moralnoj organizaciji hemičara.

Zajednicu hemičara čine ljudi koji se profesionalno bave hemijom i koji se poistovjećuju sa ovom oblasti. Međutim, otprilike polovina njih radi u drugim oblastima, pružajući im hemijsko znanje. Osim toga, mnogi naučnici i tehnolozi im se pridruže - u velikoj mjeri hemičari, iako sebe više ne smatraju hemičarima (ovladavanje vještinama i sposobnostima kemičara od strane naučnika u drugim oblastima je teško zbog gore navedenih karakteristika predmeta).

Kao i svaka druga blisko povezana zajednica, hemičari imaju svoj profesionalni jezik, sistem reprodukcije kadrova, sistem komunikacije [časopisi, kongresi, itd.], svoju istoriju, sopstvene kulturne norme i stil ponašanja.

Hemija kao industrija

Savremeni životni standard čovječanstva jednostavno je nemoguć bez proizvoda i metoda hemije. One odlučujuće određuju moderno lice svijeta oko nas. Toliko je hemijskih proizvoda potrebno da u razvijenim zemljama postoje hemijske industrije. Hemijska industrija je jedna od najvažnijih industrija u našoj zemlji. Hemijska jedinjenja koja se njime proizvode, različiti sastavi i materijali koriste se svuda: u mašinstvu, metalurgiji, poljoprivredi, građevinarstvu, elektro i elektronskoj industriji, komunikacijama, transportu, svemirskoj tehnologiji, medicini, svakodnevnom životu itd. Oko hiljadu različitih hemijskih jedinjenja , a ukupno za praktične potrebe industrija proizvodi više od milion supstanci. Ekonomsko blagostanje i odbrambena sposobnost zemlje u velikoj mjeri zavise od hemije. Stoga, kako ne bi ometali razvoj drugih industrija i kako bi im pravovremeno obezbijedili nove spojeve i materijale sa traženim skupom svojstava, hemijska nauka i hemijska industrija moraju se razvijati bržim tempom, šireći asortiman proizvoda. , poboljšanje njihovog kvaliteta i povećanje obima proizvodnje. U našoj zemlji postoje:

• neorganska proizvodnja osnovne hemije, proizvodnja kiselina, lužina, soli i drugih jedinjenja, đubriva;
• petrohemijska proizvodnja: proizvodnja goriva, ulja, rastvarača, monomera organske hemije (ugljovodonici, alkoholi, aldehidi, kiseline), raznih polimera i materijala na njihovoj bazi, sintetičke gume, hemijskih vlakana, sredstava za zaštitu bilja, aditiva za stočnu hranu i stočne hrane, potrepština za domaćinstvo hemija;
• mala hemija, kada su količine proizvedenih proizvoda male, ali je njen asortiman veoma širok. U takve proizvode spadaju pomoćna sredstva za proizvodnju polimernih materijala (katalizatori, stabilizatori, plastifikatori, usporivači plamena), boje, lijekovi, dezinficijensi i drugi sanitarni i higijenski proizvodi, hemikalije za poljoprivredu - herbicidi, insekticidi, fungicidi, defolijanti itd.

Glavni pravci razvoja savremene hemijske industrije su: proizvodnja novih jedinjenja i materijala i povećanje efikasnosti postojećih industrija. Da bi se to postiglo, važno je pronaći nove reakcije i katalizatore, kako bi se razjasnili mehanizmi tekućih procesa. Ovo određuje hemijski pristup u rešavanju inženjerskih problema povećanja efikasnosti proizvodnje. Tipična karakteristika hemijske industrije je relativno mali broj zaposlenih i visoki zahtevi za njihovim kvalifikacijama, a relativni broj hemijskih specijalista je mali, a više je predstavnika drugih specijalnosti (mehaničari, termoenergetičari, specijalisti za automatizaciju proizvodnje). , itd.). Karakteriziraju ga velika potrošnja energije i vode, visoki ekološki zahtjevi za proizvodnju. U nehemijskoj industriji mnoge tehnološke operacije su povezane sa pripremom i čišćenjem sirovina i materijala, farbanjem, lepljenjem i drugim hemijskim procesima.

Hemija je osnova naučnog i tehnološkog napretka

Jedinjenja, sastavi i materijali stvoreni hemijom igraju ključnu ulogu u povećanju produktivnosti rada, smanjenju troškova energije za proizvodnju potrebnih proizvoda i ovladavanju novim tehnologijama i opremom. Brojni su primjeri uspješnog uticaja hemije na metode mašinogradnje, metode rada mašina i uređaja, razvoj elektronske industrije, svemirske tehnologije i mlazne avijacije i mnoge druge oblasti naučno-tehnološkog napretka:

• uvođenjem hemijskih i elektrohemijskih metoda obrade metala drastično se smanjuje količina otpada koji je neizbežan pri rezanju metala. Istovremeno se uklanjaju ograničenja čvrstoće i tvrdoće metala i legura, oblika dijela, postiže se visoka čistoća površine i točnost dimenzija dijelova.
• materijali kao što su sintetički grafit (koji je jači od metala na visokim temperaturama), korund (na bazi glinice) i kvarc (na bazi silicijuma) keramika, sintetički polimerni materijali i stakla mogu pokazati jedinstvena svojstva.
• kristalizovana stakla (sitali) se dobijaju unošenjem supstanci u rastopljeno staklo koje potiču nastanak kristalizacionih centara i kasniji rast kristala. Takva staklokeramika kao što je "pyroceram" je devet puta jača od valjanog stakla, tvrđa od čelika s visokim udjelom ugljika, lakša od aluminija i blizu kvarca po otpornosti na toplinu.
• moderna maziva mogu značajno smanjiti koeficijent trenja i povećati otpornost materijala na habanje. Upotreba ulja i maziva koji sadrže molibden disulfid produžavaju vijek trajanja komponenti i dijelova vozila za 1,5 puta, pojedinih dijelova - do dva puta, dok se koeficijent trenja može smanjiti za više od 5 puta.
• organoelementne supstance - poliorganosiloksane karakteriše fleksibilnost i spiralna struktura molekula koje formiraju zavojnice kako temperatura pada. Dakle, oni zadržavaju blago promjenljiv viskozitet u širokom temperaturnom rasponu. To im omogućava da se koriste kao hidraulične tekućine u raznim uvjetima.
• Zaštita metala od korozije dobila je svrsishodnost djelovanja nakon stvaranja elektrohemijske teorije korozije i omogućava izbjegavanje značajnih ekonomskih troškova za obnovu metalnih proizvoda.

Danas se hemija, zajedno sa drugim naukama, tehnologijom i industrijom, suočava sa mnogim hitnim i složenim zadacima. Sinteza i praktična primjena odgovarajućih visokotemperaturnih i, dalje, vrućih supravodiča značajno će promijeniti metode skladištenja i prijenosa energije. Potrebni su novi materijali, među kojima se ističu materijali na bazi metala, polimeri, keramika i kompoziti. Dakle, problem stvaranja ekološki prihvatljivog motora, koji se zasniva na reakciji sagorijevanja vodika u kisiku, je stvaranje materijala ili procesa koji sprječavaju prodiranje vodika kroz zidove rezervoara za skladištenje vodonika. Stvaranje novih hemijskih tehnologija je takođe važno područje naučnog i tehnološkog napretka. Dakle, zadatak je obezbeđivanje novih vrsta tečnih i gasovitih goriva dobijenih pri preradi uglja, škriljaca, treseta i drveta. To je moguće na osnovu novih katalitičkih procesa.

Cijeli raznolik svijet oko nas jeste stvar koji se pojavljuje u dva oblika: tvari i polja. Supstanca sastoji se od čestica koje imaju svoju masu. Polje- oblik postojanja materije, koji karakteriše energija.

Svojstvo materije je pokret. Oblici kretanja materije proučavaju različite prirodne nauke: fizika, hemija, biologija itd.

Ne treba pretpostaviti da postoji nedvosmislena striktna korespondencija između nauka s jedne strane i oblika kretanja materije s druge strane. Mora se imati na umu da općenito ne postoji takav oblik kretanja materije koji bi postojao u svom čistom obliku, odvojeno od drugih oblika. Sve ovo naglašava teškoću klasifikacije nauka.

X imyu može se definisati kao nauka koja proučava hemijski oblik kretanja materije, koji se shvata kao kvalitativna promena u supstancama: Hemija proučava strukturu, svojstva i transformacije supstanci.

TO hemijske pojave odnosi se na pojave u kojima se jedna supstanca pretvara u drugu. Hemijske pojave su inače poznate kao hemijske reakcije. Fizičke pojave ne prati transformacija jedne supstance u drugu.

U srcu svake nauke je neki skup prethodnih vjerovanja, fundamentalnih filozofija i odgovora na pitanje o prirodi stvarnosti i ljudskog znanja. Ovaj skup vjerovanja, vrijednosti koje dijele članovi određene naučne zajednice naziva se paradigmama.

Glavne paradigme moderne hemije:

1. Atomska i molekularna struktura materije

2. Zakon održanja materije

3. Elektronska priroda hemijske veze

4. Nedvosmislen odnos između strukture materije i njenih hemijskih svojstava (periodični zakon)

Hemija, fizika, biologija samo na prvi pogled mogu izgledati kao nauke daleko jedna od druge. Iako su laboratorije fizičara, hemičara i biologa veoma različite, svi ovi istraživači se bave prirodnim (prirodnim) objektima. To razlikuje prirodne nauke od matematike, istorije, ekonomije i mnogih drugih nauka koje proučavaju ono što nije stvorila priroda, već prvenstveno sam čovek.

Ekologija je bliska prirodnim naukama. Ne treba misliti da je ekologija "dobra" hemija, za razliku od klasične "loše" hemije koja zagađuje životnu sredinu. Nema "loše" hemije ili "loše" nuklearne fizike - postoji naučno-tehnološki napredak ili njegov nedostatak u nekoj oblasti delovanja. Zadatak ekologa je da koristi nova dostignuća prirodnih nauka kako bi se smanjio rizik od narušavanja staništa živih bića uz maksimalnu korist. Ravnoteža "rizik-korist" je predmet proučavanja ekologa.

Ne postoje stroge granice između prirodnih nauka. Na primjer, otkrivanje i proučavanje svojstava novih vrsta atoma nekada se smatralo zadatkom kemičara. Međutim, pokazalo se da su od trenutno poznatih vrsta atoma neke otkrili kemičari, a neke - fizičari. Ovo je samo jedan od mnogih primjera "otvorenih granica" između fizike i hemije.

Život je složen lanac hemijskih transformacija. Svi živi organizmi upijaju neke tvari iz okoline, a oslobađaju druge. To znači da ozbiljan biolog (botaničar, zoolog, doktor) ne može bez znanja iz hemije.

Kasnije ćemo vidjeti da ne postoji apsolutno precizna granica između fizičkih i kemijskih transformacija. Priroda je jedna, pa uvijek moramo imati na umu da je nemoguće razumjeti strukturu svijeta oko nas, zadubljujući se samo u jedno od područja ljudskog znanja.

Disciplina "Hemija" je interdisciplinarnim vezama povezana sa ostalim prirodno-naučnim disciplinama: prethodnim - sa matematikom, fizikom, biologijom, geologijom i drugim disciplinama.

Savremena hemija je razgranati sistem mnogih nauka: neorganske, organske, fizičke, analitičke hemije, elektrohemije, biohemije, koje studenti savladavaju u narednim predmetima.

Poznavanje kursa hemije neophodno je za uspešno izučavanje drugih opštih naučnih i specijalnih disciplina.

Slika 1.2.1 - Mjesto hemije u sistemu prirodnih nauka

Unapređenje istraživačkih metoda, prvenstveno eksperimentalne tehnologije, dovelo je do podjele nauke na sve uža područja. Kao rezultat toga, kvantitet i "kvalitet", tj. povećana je pouzdanost informacija. Međutim, nemogućnost da jedna osoba ima kompletno znanje čak i za srodne naučne oblasti stvorila je nove probleme. Kao što su u vojnoj strategiji najslabije tačke odbrane i ofanzive na spoju frontova, u nauci su najmanje razvijene oblasti koje se ne mogu jednoznačno klasifikovati. Između ostalih razloga, može se istaći i teškoća u sticanju odgovarajućeg nivoa kvalifikacije (akademskog stepena) za naučnike koji rade u oblastima „spojnice nauka“. Ali glavna otkrića našeg vremena se takođe dešavaju tamo.

Hemija je prirodna nauka. Hemija u okolini. Kratke informacije iz istorije hemije

Hemija spada u prirodne nauke. Hemija je nauka o supstancama, njihovim svojstvima i transformacijama. Predmet hemije su hemijski elementi i njihova jedinjenja, kao i obrasci po kojima se odvijaju hemijske reakcije. Savremena hemija je veoma raznolika kako po predmetima tako i po metodama njihovog proučavanja, pa su mnogi njeni delovi samostalne nauke. Sada su glavne grane hemije neorganska hemija, organska hemija i fizička hemija. Istovremeno, značajni dijelovi hemije nastali su na granici s drugim naukama. Tako je interakcija hemije i fizike dala, pored fizičke hemije, i hemijsku fiziku. Jedno od naprednih oblasti hemije je biohemija – nauka koja proučava hemijske osnove života. Gotovo svaka naučna studija zahtijeva korištenje fizičkih metoda za utvrđivanje strukture materije i matematičkih metoda za analizu rezultata.

Hemija igra važnu ulogu u naučnom i tehnološkom napretku. Našao je primenu u svim granama nauke, tehnologije i proizvodnje. Hemija osigurava preradu minerala u vrijedne proizvode. Hemija ima značajan uticaj na produktivnost poljoprivredne proizvodnje. Jednako značajna je i uloga hemije u proizvodnji plastike, boja, građevinskih materijala, sintetičkih tkanina, sintetičkih deterdženata, parfema i farmaceutskih proizvoda. Studij hemije pomaže osobi ne samo da poveća opću erudiciju, već i da upozna sebe i svijet oko sebe.

Termin "hemija" se prvi put pojavio u raspravi egipatskog Grka Zosima 400. godine nove ere, u kojoj Zosimus kaže da su "hemiji" ljude učili demoni koji su sišli na zemlju s neba. Naziv "hemija" potiče od reči "Khemi" ili "Humana", koju su stari Egipćani nazivali svojom zemljom, kao i nilskom crnom zemljom.

Prvi hemičari bili su egipatski sveštenici. Značajan eksperimentalni materijal već je sakupljen i opisan u trećem veku pre nove ere. U poznatoj Aleksandrijskoj biblioteci bilo je oko sedamsto rukom pisanih knjiga, čuvani su brojni radovi iz hemije. Grčki filozof Demokrit, koji je živeo u petom veku pre nove ere, prvi je sugerisao da su sva tela sastavljena od malih, nevidljivih, nedeljivih čestica čvrste materije koje se kreću. On je te čestice nazvao "atomima". Od trećeg veka nove ere u istoriji hemije počinje period alhemije, čija je svrha bila da se pronađu načini da se prosti metali pretvore u plemenite (srebro i zlato) pomoću filozofskog kamena. U Rusiji alhemija nije bila široko rasprostranjena, iako su traktati alhemičara bili poznati. Početkom šestog veka, alhemičari su počeli da primenjuju svoje znanje na potrebe proizvodnje i tretmana. U periodu sedamnaestog i osamnaestog veka eksperimentalne metode su počele da se koriste u hemijskim istraživanjima.

Prva teorija naučne hemije bila je teorija flogistona (betežinske supstance koja se oslobađa iz supstance tokom sagorevanja supstanci), koju je predložio G. Stahl u osamnaestom veku. Ispostavilo se da je ova teorija pogrešna, iako je trajala skoro jedno stoljeće. Francuski hemičar A. Lavoisier i ruski hemičar M. V. Lomonosov koristili su precizna merenja u proučavanju hemijskih reakcija, opovrgli teoriju flogistona i formulisali zakon održanja mase. Od 1789. do 1860. godine nastavlja se period kvantitativnih hemijskih zakona (atomska i molekularna nauka). Moderna faza u razvoju hemijske nauke, koja je započela u dvadesetom veku, nastavlja se do danas. Svaki napredak u praktičnoj hemiji danas zasniva se na dostignućima fundamentalne nauke.