Kemi och kemiutbildning vid sekelskiftet: förändrade mål, metoder och generationer.
Yuri Alexandrovich Ustynyuk – Doktor i kemi, hedrad professor vid Moscow State University, chef för NMR-laboratoriet vid kemifakulteten vid Moscow State University. Forskningsintressen - metallorganisk och koordinationskemi, fysikalisk organisk kemi, spektroskopi, katalys, problem med kemisk utbildning.
I diskussionen om vad som är kemivetenskap som helhet och dess separata områden vid sekelskiftet har redan många mycket auktoritativa författare uttalat sig. Med vissa skillnader i detaljer är den allmänna tonen i alla uttalanden helt klart stor. Enastående prestationer inom alla större områden av kemisk forskning noteras enhälligt. Alla experter noterar den exceptionellt viktiga roll som nya och senaste metoder för att studera materiens struktur och dynamiken i kemiska processer har spelat för att uppnå dessa framgångar. Lika enig är åsikten om den enorma inverkan på utvecklingen av kemi som har skett under de senaste två decennierna, inför våra ögon, den universella och genomgripande datoriseringen av vetenskapen. Alla författare stöder avhandlingen om förstärkning av tvärvetenskaplig interaktion både i knutpunkterna mellan kemiska discipliner och mellan alla naturvetenskaper och exakta vetenskaper i allmänhet under denna period. Det finns betydligt fler skillnader i prognoserna för kemivetenskapens framtid, i bedömningar av de viktigaste trenderna i dess utveckling på kort och lång sikt. Men även här råder optimismen. Alla är överens om att framstegen kommer att fortsätta i snabbare takt, även om vissa författare inte förväntar sig nya grundläggande upptäckter inom kemin inom en snar framtid, jämförbara i sin betydelse med upptäckterna i början och mitten av det senaste århundradet /1/.
Det råder ingen tvekan om att det vetenskapliga kemiska samfundet har mycket att vara stolta över.
Uppenbarligen har kemin under det senaste århundradet inte bara tagit en central plats inom naturvetenskapen, utan också skapat en ny grund för den moderna civilisationens materiella kultur. Det är uppenbart att denna viktiga roll kommer att fortsätta inom en snar framtid. Och därför, som det verkar vid första anblicken, finns det ingen speciell anledning att tvivla på vår vetenskaps ljusa framtid. Men förvirrar det inte er, kära kollegor, av det faktum att det i den harmoniska kören, som i dag förkunnar kemins och kemisters lovord, uppenbarligen inte finns tillräckligt med nyktra röster av "motvindare". Enligt min åsikt utgör förfalskare en viktig, men inte särskilt talrik, del av alla hälsosamma forskarsamhällen. Den "motmotoriska skeptikern", tvärtemot den vanliga uppfattningen, försöker släcka utbrotten av allmän entusiasm över nästa enastående framgångar så mycket som möjligt. Tvärtom, den "optimistiska motmotorn" slätar ut attacker av lika allmän förtvivlan vid tiden för kollapsen av ännu ett ouppfyllt hopp. Låt oss försöka, mentalt placera dessa nästan antipoder vid ett bord, att se på problemet med kemi vid sekelskiftet från en lite annan synvinkel.
Åldern är över. Tillsammans med honom avslutar en briljant generation kemister sitt aktiva liv inom vetenskapen, genom vars ansträngningar enastående framgångar kända för alla och erkända av alla uppnåddes. En ny generation av kemister-forskare, kemister-utbildare, kemister-ingenjörer kommer att ersätta dem. Vilka är dessa unga män och kvinnor i dag, vars ansikten vi ser framför oss i klassrummen? Vad och hur ska vi lära dem för att deras yrkesverksamhet ska bli framgångsrik? Vilka färdigheter ska komplettera de förvärvade kunskaperna? Vad från vår livserfarenhet kan vi förmedla till dem, och de kommer att gå med på att acceptera i form av råd och instruktioner, så att den omhuldade drömmen för var och en av dem kommer att gå i uppfyllelse - drömmen om personlig lycka och välbefinnande? I en kort notis är det omöjligt att svara på alla dessa komplexa och eviga frågor. Låt det bli en inbjudan till en djupare diskussion och ett frö till ledig personlig reflektion.
En av mina goda vänner, en vördnadsvärd professor i kemi med fyrtio års erfarenhet, berättade nyligen irriterat för mig när jag, medan jag funderade över denna lapp, listade ovanstående frågor till honom: "Vad hände egentligen som var speciellt och oväntat? Vad har förändrats så mycket? Vi lärde oss alla lite i taget av våra lärare, lärde oss något och på något sätt. Nu lär de, studenter, detsamma av oss. Och så går det från århundrade till århundrade. Så här kommer det alltid gå. Och det finns inget att bygga en ny trädgård här." Jag hoppas att det jag sa som svar då och det jag skrev här inte kommer att orsaka bråk mellan oss. Men mitt svar till honom lät väldigt avgörande. Jag hävdade att allt förändrades inom kemivetenskapen vid sekelskiftet! Det är exceptionellt svårt att hitta ens ett litet område i den (naturligtvis pratar vi inte om bakgator där marginella reliker bekvämt har slagit sig ner) där djupgående kardinalförändringar inte skulle ha inträffat under det senaste kvartssekelet.
^ Metodisk arsenal av kemisk forskning.
Som S.G. Kara-Murza med rätta noterade /2/, kan den kemiska vetenskapens historia betraktas inte bara inom ramen för det traditionella tillvägagångssättet som utvecklingen av grundläggande begrepp och idéer mot bakgrund av upptäckter och ackumulering av nya experimentella fakta. Det kan med rätta anges i ett annat sammanhang som historien om förbättringen och utvecklingen av den kemiska vetenskapens metodiska arsenal. Nya metoders roll är faktiskt inte begränsad till det faktum att de avsevärt utökar forskningskapaciteten hos det vetenskapliga samfundet som behärskar dem. I tvärvetenskapligt samspel är metoden som en trojansk häst. Tillsammans med metoden tränger dess teoretiska och matematiska apparat in i det nya vetenskapsområdet, som effektivt används i skapandet av nya begrepp. Den överträffande karaktären av utvecklingen av den metodologiska arsenalen av kemi manifesterades särskilt tydligt just under det sista kvartalet av det senaste århundradet.
Bland de mest slående landvinningarna på detta område bör man förvisso inkludera det praktiska uppnåendet av fysiska gränser i rumslig, tidsmässig och koncentrationsupplösning i ett antal nya metoder för kemisk forskning. Så skapandet av skanningstunnelmikroskopi med en rumslig upplösning på 0,1 nm säkerställer observation av enskilda atomer och molekyler. Utvecklingen av laserfemtosekundspektroskopi med en tidsupplösning på 1–10 fs öppnar för möjligheter att studera elementära handlingar av kemiska processer i tidsintervall motsvarande en period av atomvibrationer i en molekyl. Slutligen gör upptäckten av tunnelvibrationsspektroskopi det nu möjligt att övervaka beteendet och omvandlingarna av en enskild molekyl på ytan av fasta ämnen. Inte mindre viktigt är kanske också det faktum att det praktiskt taget inte fanns någon tidsskillnad mellan skapandet av de fysikaliska principerna för var och en av dessa metoder och deras direkta tillämpning för att lösa kemiska problem. Det senare är knappast förvånande, eftersom alla dessa och många andra viktigaste resultat under de senaste åren har erhållits av team av tvärvetenskaplig karaktär, som sammanför fysiker, kemister, ingenjörer och andra specialister.
Genombrottet till en ny nivå av upplösning och känslighet stöddes kraftfullt av den exceptionellt snabba förbättringen av de fysikaliska metoder som länge har legat till grund för forskningskemistens arsenal. Under de senaste 10 åren har upplösningen och känsligheten för alla spektrala metoder förbättrats med en storleksordning eller mer, och produktiviteten hos vetenskapliga instrument har ökat med två eller flera storleksordningar. I ledande forskningslaboratorier är basen för instrumenteringsparken nu 5:e generationens instrument - de mest komplexa mät- och beräkningssystemen som ger full automatisering av mätningar och bearbetning av resultat, och även gör det möjligt att använda databaser och banker med vetenskapliga data online i deras tolkning. En forskningskemist som använder ett komplex av sådana enheter får ungefär 2000 gånger mer information per tidsenhet än för 50 år sedan. Här är bara några exempel.
Röntgendiffraktionsanalys av enkristaller för 10 år sedan var ett av de mest arbetskrävande och tidskrävande experimenten. Att bestämma molekyl- och kristallstrukturen hos ett nytt ämne krävde månaders arbete, och ibland drog ut på tiden i flera år. De senaste automatiska röntgendiffraktometrarna gör det idag möjligt att, när man studerar föreningar med inte alltför stor molekylvikt, erhålla hela den nödvändiga uppsättningen av reflektioner på några timmar och ställer inte för höga krav på kristallens storlek och kvalitet. En fullständig bearbetning av experimentella data med hjälp av moderna program på en persondator tar flera timmar till. Därmed har den tidigare orealiserbara drömmen om "en dag - en komplett struktur" blivit en vardaglig verklighet. Under de senaste 20 åren har röntgendiffraktionsanalys uppenbarligen utforskat fler molekylära strukturer än under hela den tidigare användningsperioden. Inom vissa områden av kemivetenskapen har användningen av XRD som rutinmetod lett till ett genombrott till en ny kunskapsnivå. Till exempel var de data som erhölls om den detaljerade strukturen av globulära proteiner, inklusive de viktigaste enzymerna, såväl som andra typer av biologiskt viktiga molekyler, av grundläggande betydelse för utvecklingen av molekylärbiologi, biokemi, biofysik och relaterade discipliner. Att genomföra experiment vid låga temperaturer har öppnat möjligheten att konstruera precisionskartor över skillnaden i elektrondensitet i komplexa molekyler, lämpliga för direkt jämförelse med resultaten av teoretiska beräkningar.
Att öka känsligheten hos masspektrometrar ger redan tillförlitlig analys av femtogramkvantiteter av ett ämne. Nya joniseringsmetoder och tillräckligt högupplösta flygtids-masspektrometrar (MALDI-TOF-system) i kombination med tvådimensionell elektrofores gör det nu möjligt att identifiera och studera strukturen hos biomolekyler med mycket stor molekylvikt, såsom cellulära proteiner. Detta möjliggjorde uppkomsten av ett nytt snabbt växande område i skärningspunkten mellan kemi och biologi - proteomik /3/. Moderna möjligheter till högupplöst masspektrometri i elementaranalys beskrivs väl av G.I. Ramendik /4/.
Ett nytt steg framåt togs med NMR-spektroskopi. Användningen av magiska vinkelprovrotationsmetoder med korspolarisering gör det möjligt att erhålla högupplösta spektra i fasta ämnen. Användningen av komplexa sekvenser av RF-pulser i kombination med pulsade gradienter av det polariserande fältet, såväl som invers detektering av spektra av tunga och sällsynta kärnor, gör det möjligt att direkt bestämma den tredimensionella strukturen och dynamiken hos proteiner med en molekylär vikt upp till 50 kDa i lösning.
Ökningen av känsligheten hos metoderna för analys, separation och studier av ämnen hade en annan viktig konsekvens. Inom alla områden av kemin har miniatyrisering av kemiska experiment förekommit eller äger rum, inklusive övergången i kemisk laboratoriesyntes från en halvmikron till en mikroskala. Detta minskar kostnaden för reagens och lösningsmedel avsevärt, och påskyndar avsevärt hela forskningscykeln. Framsteg i utvecklingen av nya effektiva allmänna syntesmetoder, som ger typiska kemiska reaktioner med höga utbyten nära kvantitativa, har lett till uppkomsten av "kombinatorisk kemi". I den är målet med syntesen att erhålla inte en, utan samtidigt hundratals, och ibland tusentals ämnen med liknande struktur (syntes av ett "kombinatoriskt bibliotek"), som utförs i separata mikroreaktorer för varje produkt, placerade i en stor reaktor, och ibland i en gemensam reaktor. En sådan radikal förändring av syntesens uppgifter ledde till utvecklingen av en helt ny strategi för planering och genomförande av experiment, och även, vilket är särskilt viktigt i ljuset av de problem vi diskuterar, till en fullständig renovering av tekniken och utrustningen. för dess genomförande, verkligen sätta på agendan frågan om det utbredda införandet av kemiska robotar i praktiken. .
Slutligen, den sista förändringen i uppräkningsordningen i detta avsnitt, men inte på något sätt den sista förändringen i den metodologiska arsenalen av kemisk forskning, är den nya roll som idag spelas inom kemin av metoder för teoretiska beräkningar och datormodellering av strukturen och egenskaperna. av ämnen, såväl som kemiska processer. Till exempel såg en teoretisk kemist ganska nyligen sin huvuduppgift i att systematisera kända experimentella fakta och att konstruera teoretiska begrepp av kvalitativ karaktär baserat på deras analys. Den oöverträffade snabba tillväxten av datorteknikens kapacitet har lett till att kvantkemimetoder på hög nivå som ger tillförlitlig kvantitativ information har blivit ett verkligt verktyg för att studera komplexa molekylära och supramolekylära strukturer, inklusive hundratals atomer, inklusive atomer av tunga grundämnen . I detta avseende kan ab initio-beräkningar av LCAO MO SSP med korrelations- och relativistiska korrigeringar, såväl som kvantkemiska beräkningar med densitetsfunktionella metoden i icke-lokala approximationer i utökade och delade baser, nu användas i de inledande stadierna av studien, före utförandet av ett syntetiskt experiment, vilket blir mycket mer ändamålsenligt. Sådana beräkningar är lätta att hantera av grund- och doktorander. Mycket karakteristiska förändringar äger rum i sammansättningen av de bästa forskarlag som bedriver experimentell forskning. Teoretiska kemister ingår alltmer organiskt i dem. I vetenskapliga publikationer på hög nivå ges ofta beskrivningar av nya kemiska föremål eller fenomen tillsammans med deras detaljerade teoretiska analys. De anmärkningsvärda möjligheterna med datorsimulering av kinetiken för komplexa katalytiska processer med flera vägar och de fantastiska framgångar som uppnåtts på detta område beskrivs väl i artikeln av ON Temkin /5/.
Även en mycket kort och långt ifrån fullständig lista över de viktigaste förändringarna i den metodologiska arsenalen av kemi vid sekelskiftet, som ges ovan, tillåter oss att dra ett antal viktiga och ganska bestämda slutsatser:
dessa förändringar är av kardinal, grundläggande karaktär;
takten i att bemästra nya metoder och tekniker inom kemi under de senaste decennierna har varit och är fortfarande mycket hög;
En ny metodisk arsenal har skapat möjligheten att ställa och framgångsrikt lösa kemiska problem av oöverträffad komplexitet inom en exceptionellt kort tidsram.
Det är enligt min mening lämpligt att hävda att kemisk forskning under denna period förvandlades till ett område för storskalig tillämpning av ett helt komplex av nya och senaste högteknologier förknippade med användningen av sofistikerad utrustning. Uppenbarligen håller utvecklingen av dessa teknologier på att bli en av de viktigaste uppgifterna för att utbilda en ny generation kemister.
^ 2. Informationsstöd för kemisk vetenskap och ny informations- och kommunikationsteknik.
Tiden för att fördubbla mängden vetenskaplig kemisk information, enligt de senaste uppskattningarna av IV Melikhov /6/, är nu 11-12 år. Antalet vetenskapliga tidskrifter och deras volymer, antalet publicerade monografier och recensioner växer snabbt. Forskning inom vart och ett av de relevanta vetenskapliga områdena bedrivs samtidigt i dussintals forskarlag i olika länder. Fri tillgång till källor för vetenskaplig information, som alltid har varit en nödvändig förutsättning för produktivt vetenskapligt arbete, såväl som förmågan att snabbt utbyta aktuell information med kollegor under de nya villkoren för fullständig internationalisering av vetenskapen, har blivit begränsande faktorer som inte bara avgör framgången, men också genomförbarheten av ett vetenskapligt projekt. Utan ständig operativ kommunikation med kärnan i forskarsamhället blir forskaren nu snabbt marginaliserad även om han får resultat av hög kvalitet. Denna situation är särskilt typisk för den betydande del av ryska kemister som inte har tillgång till INTERNET och som sällan publicerar i internationella kemiska tidskrifter. Deras resultat blir kända för medlemmar av det internationella samfundet med en tidsfördröjning på flera månader, och ibland väcker de inte uppmärksamhet alls, och publiceras i svåråtkomliga och låga auktoritetspublikationer, som tyvärr fortfarande omfattar de flesta ryska kemiska tidskrifter. Zapodada, även om värdefull information har nästan ingen effekt på förloppet av den globala forskningsprocessen, och därför går huvudinnebörden av allt vetenskapligt arbete förlorat. I samband med fattigdomen i våra bibliotek har INTERNET blivit den huvudsakliga källan för vetenskaplig information, och e-post har blivit den huvudsakliga kommunikationskanalen. Vi måste än en gång böja oss för George Soros, som var den förste att tilldela medel för att koppla upp våra universitet och forskningsinstitut till INTERNET. Tyvärr har inte alla forskarlag tillgång till elektroniska kommunikationskanaler, och det kommer förmodligen att ta minst ett decennium innan INTERNET blir allmänt tillgängligt.
Idag har vår ryska vetenskapliga kemiska gemenskap splittrats i två ojämlika delar. En betydande, förmodligen de flesta av forskarna, upplever en akut informationshunger, utan fri tillgång till informationskällor. Detta märks starkt av till exempel RFBR-experter som måste granska initiativtagande vetenskapliga projekt. I kemiprojekttävlingen 2000, till exempel, enligt några av de auktoritativa experter som deltog i deras utvärdering, hade upp till en tredjedel av projektförfattarna inte den mest uppdaterade informationen om sitt föreslagna ämne. Som ett resultat var de arbetsprogram de föreslog suboptimala. Förseningen i behandlingen av vetenskaplig information för dem, enligt preliminära uppskattningar, kan vara från ett och ett halvt till två år. Dessutom fanns det också projekt som syftade till att lösa problem som antingen redan hade lösts eller, i ljuset av de resultat som erhållits inom närliggande områden, hade förlorat sin relevans. Deras författare hade tydligen inte tillgång till modern information på minst 4-5 år.
Den andra delen av kemiforskare, som jag inkluderar mig själv, upplever svårigheter av ett annat slag. Det är i ett tillstånd av konstant informationsöverbelastning. Enorma mängder information är helt enkelt överväldigade. Här är det senaste exemplet från personlig praktik. När jag förberedde en nyckelpublikation i en ny serie vetenskapliga artiklar, bestämde jag mig för att noggrant samla in och analysera all relevant litteratur. Maskinsökning på tre databaser efter nyckelord under de senaste 5 åren avslöjade 677 källor med en total volym på 5489 sidor. Införandet av ytterligare strängare urvalskriterier reducerade antalet källor till 235. Arbetet med sammanfattningen av dessa vetenskapliga artiklar gjorde det möjligt att sålla bort ytterligare 47 inte särskilt betydande publikationer. Av de återstående 188 tidningarna kände jag till och hade redan studerat 143. Av de 45 nya källorna visade sig 34 vara tillgängliga för direkt visning från andra positioner. Rörelsen längs de vetenskapliga referenserna till ursprunget avslöjade så småningom 55 fler källor. En översiktlig blick på de två recensionerna som var bland dem fick mig att lägga till 27 fler artiklar från relaterade områden till listan för studier. Av dessa fanns redan 17 på den ursprungliga listan med 677 källor. Efter tre månader av mycket hårt arbete hade jag alltså en lista med 270 papper som var direkt relaterade till problemet. Bland dem stack den höga kvaliteten på publikationer från 6 vetenskapliga grupper klart ut. Jag skrev till ledarna för dessa team om mina huvudsakliga resultat och bad dem skicka länkar till deras senaste arbete med problemet. Två svarade att de inte längre sysslar med det och inte har publicerat något nytt. Tre av dem skickade 14 papper, av vilka några precis hade blivit färdiga och ännu inte slutförts. En av kollegorna svarade inte på begäran. Två av kollegorna nämnde i sina brev namnet på en ung japansk vetenskapsman som startade forskning i samma riktning för bara två år sedan, hade bara två publikationer om ämnet, men gjorde, enligt deras recensioner, en lysande vetenskaplig rapport till sist internationell konferans. Jag skrev omedelbart till honom och fick som svar en lista med 11 publikationer som använde samma forskningsmetod som jag använde, men med några ytterligare modifieringar. Han uppmärksammade mig också på några felaktigheter i texten i mitt brev när han presenterade sina egna resultat. Efter att ha utarbetat i detalj endast 203 verk av 295 som är direkt relaterade till ämnet, avslutar jag äntligen förberedelserna av publikationen. Det finns mer än 100 titlar i bibliografin, vilket är helt oacceptabelt enligt våra tidskrifters regler. Insamlingen och behandlingen av information tog nästan 10 månader. Av denna ganska typiska berättelse följer enligt min mening fyra viktiga slutsatser:
En modern kemist måste lägga upp till hälften eller mer av sin arbetstid på insamling och analys av information om forskningens profil, vilket är två eller tre gånger mer än ett halvt sekel sedan.
Snabb operativ kommunikation med kollegor som arbetar inom samma område i olika länder i världen, d.v.s. inkludering i det "osynliga forskarteamet" ökar dramatiskt effektiviteten av sådant arbete.
En viktig uppgift för att utbilda en ny generation kemister är att behärska modern informationsteknik.
Av exceptionell betydelse är språkutbildningen för den unga generationen specialister.
Därför håller vi i vårt laboratorium några kollokvier på engelska, även om det inte finns några utländska gäster hos dem, vilket inte är ovanligt för oss. Förra året bad eleverna i min specialiserade grupp, efter att ha fått veta att jag hade föreläst utomlands, mig att läsa en del av kursen i organisk kemi på engelska. Upplevelsen i allmänhet verkade intressant och framgångsrik för mig. Ungefär hälften av eleverna behärskade inte bara materialet väl, utan deltog också aktivt i diskussionen, föreläsningsnärvaron ökade. Men ungefär en fjärdedel av eleverna från gruppen, som hade svårt att bemästra komplext material även på ryska, gillade uppenbarligen inte denna idé.
Jag noterar också att situationen jag har beskrivit gör det möjligt för oss att i ett verkligt ljus förstå ursprunget till den välkända tesen om oärligheten och sveket hos några av våra utländska kollegor som inte aktivt citerar ryska kemisters verk, påstås för att att ge sig själva någon annans prioritet. Den verkliga orsaken är allvarlig informationsöverbelastning. Det är tydligt att det är omöjligt att samla, läsa och citera alla nödvändiga verk. Naturligtvis citerar jag alltid arbetet av dem som jag ständigt samarbetar med, utbyter information och diskuterar resultaten innan de publiceras. Ibland, när mitt arbete förbisetts, var jag tvungen att skicka artiga brev till kollegor och bad dem rätta till förbiseendet. Och hon rättade sig alltid, fast utan större glädje. I min tur fick jag en gång be om ursäkt för slarvet.
^ 3. Nya mål och ny struktur för den kemiska forskningsfronten.
A.L. Buchachenko skrev briljant om nya mål och nya trender i utvecklingen av kemi vid sekelskiftet i sin recension /7/, och jag ska begränsa mig till en kort kommentar. Trenden mot integration av enskilda kemiska discipliner, som har dominerat under de senaste två decennierna, indikerar att kemivetenskapen har nått den grad av "gyllene mognad" när de redan tillgängliga medel och resurser är tillräckliga för att lösa de traditionella problemen för var och en av de områden. Ett slående exempel är modern organisk kemi. Idag kan syntesen av en organisk molekyl av vilken komplexitet som helst utföras med hjälp av redan utvecklade metoder. Därför kan även mycket komplexa problem av denna typ betraktas som rent tekniska problem. Det föregående betyder naturligtvis inte att utvecklingen av nya metoder för organisk syntes bör stoppas. Verk av denna typ kommer alltid att vara relevanta, men i det nya skedet är de inte huvudet, utan bakgrundsriktningen för utvecklingen av disciplinen. I /7/ identifieras åtta allmänna riktningar för modern kemisk vetenskap (kemisk syntes; kemisk struktur och funktion; kontroll av kemiska processer; kemisk materialvetenskap; kemisk teknologi; kemisk analys och diagnostik; livets kemi). I verklig vetenskaplig verksamhet, i varje vetenskapligt projekt, i en eller annan grad, ställs och löses alltid särskilda uppgifter, relaterade till flera allmänna områden samtidigt. Och detta kräver i sin tur mycket mångsidig träning från varje medlem av det vetenskapliga laget.
Det är också viktigt att notera att det inom vart och ett av ovanstående områden av kemi finns en tydlig övergång till mer och mer komplexa studieobjekt. Supramolekylära system och strukturer står alltmer i centrum för uppmärksamheten. Ett nytt skede i den kemiska vetenskapens utveckling, som började vid sekelskiftet, kan därför kallas för den supramolekylära kemin.
^ 4. Drag av rysk kemivetenskap idag.
Tio år av så kallad perestrojka satte ett fruktansvärt slag mot rysk vetenskap i allmänhet och rysk kemi i synnerhet. Det har skrivits mycket om detta, och det är inte värt att upprepa här. Tyvärr måste vi konstatera att bland de vetenskapliga team som har bevisat sin livskraft under de nya förhållandena finns det praktiskt taget inga tidigare kemiska institut. Den enorma potentialen i denna industri är praktiskt taget förstörd, och materiella och intellektuella värden plundras. Tiggande finansiering av akademisk och universitetskemi, under hela denna period begränsad till löner på eller under existensminimum, ledde till en betydande minskning av antalet anställda. De flesta av de energiska och begåvade ungdomarna lämnade universitet och institut. Medelåldern för lärare på de allra flesta universitet har passerat den kritiska gränsen på 60 år. Det finns en generationsklyfta - bland de anställda på kemiska institut och lärare finns det väldigt få personer i den mest produktiva åldern 30-40 år. Det finns gamla professorer och unga doktorander som ofta går in på forskarskolan med bara ett mål - att bli befriade från militärtjänst.
De flesta forskarlag kan hänföras till en av två typer, även om denna uppdelning naturligtvis är mycket godtycklig. "Producing scientific teams" genomför nya stora oberoende forskningsprojekt och tar emot betydande mängder primär information. "Expertforskarteam" är vanligtvis mindre till antalet än de producerande, men de har också mycket högt kvalificerade specialister i sin sammansättning. De är fokuserade på analys av informationsflöden, på generalisering och systematisering av de resultat som erhållits i andra vetenskapliga team i världen. Följaktligen är deras vetenskapliga produkter huvudsakligen recensioner och monografier. På grund av den enorma ökningen av mängden vetenskaplig information blir denna typ av arbete mycket viktigt om det utförs i enlighet med de krav som gäller för sådana sekundära informationskällor som en recension och en monografi / 8 /. Under förhållanden av tiggande finansiering, brist på modern vetenskaplig utrustning och en neddragning i det ryska vetenskapliga kemiska samhället har antalet producerande team minskat, medan antalet expertteam har ökat något. I arbetet i de flesta team av båda typerna har andelen komplexa experimentella studier minskat. Sådana förändringar i det vetenskapliga samfundets struktur under ogynnsamma förhållanden är ganska naturliga och reversibla i ett visst skede. Om situationen förbättras kan expertteamet enkelt fyllas på med ungdomar och förvandlas till ett produktivt sådant. Men om perioden med ogynnsamma förhållanden drar ut på tiden, går expertteam under, eftersom ledarna i dem är äldre vetenskapsmän som av naturliga skäl stoppar sin vetenskapliga verksamhet.
Andelen ryska kemisters verk av den totala forskningsvolymen och av världens informationsflöden minskar snabbt. Vårt land kan inte längre betrakta sig som en "stor kemisk makt". I ett tiotal år, på grund av ledarnas avgång och avsaknaden av en likvärdig ersättare, har vi redan förlorat ett betydande antal vetenskapliga skolor som var stoltheten för inte bara vår utan också världsvetenskap. Tydligen kommer vi inom en snar framtid att fortsätta att förlora dem. Enligt min mening har rysk kemivetenskap idag nått en kritisk punkt, bortom vilken upplösningen av samhället blir en lavinliknande och mer okontrollerbar process.
Denna fara är ganska tydligt erkänd av det internationella vetenskapssamfundet, som försöker ge vår vetenskap all möjlig hjälp genom olika kanaler. Jag har intrycket att makthavarna inom vår vetenskap och utbildning ännu inte fullt ut har insett verkligheten av en sådan kollaps. Man kan faktiskt inte på allvar räkna med det faktum att det kan förhindras genom att implementera ett program för att stödja vetenskapliga skolor genom den ryska stiftelsen för grundforskning och programmet "Integration". Man inser inte att de medel som tilldelas för dessa program är väsentligt (enligt grova uppskattningar, i en storleksordning) lägre än minimigränsen, efter att effekten av effekten blir annorlunda än noll.
Som svar på ett uttalande i denna ton i en konversation med en person nära de maktstrukturer som anges ovan, hörde jag: "Koka inte förgäves, läs" Sök ". Tack och lov är de värsta tiderna bakom oss. Naturligtvis är den allmänna bakgrunden fortfarande ganska dyster, men det finns ganska välmående forskarlag och hela institut som har anpassat sig till de nya förutsättningarna och uppvisar en märkbar produktivitetsökning. Så det finns ingen anledning att hamna i hysteri och begrava vår vetenskap.”
Det finns faktiskt sådana grupper. Jag gjorde en lista över tio sådana laboratorier, som arbetade nära mitt vetenskapliga intresse, klättrade in på INTERNET, arbetade i biblioteket med databasen Chemical Abstracts. Här är de omedelbart slående gemensamma egenskaperna som är inneboende i dessa laboratorier:
Alla tio kollektiv har direkt tillgång till INTERNET, fem av tio har egna väldesignade sidor med ganska komplett och aktuell information om sitt arbete.
Alla tio laboratorier samarbetar aktivt med utländska team. Sex har anslag från internationella organisationer, tre bedriver forskning under kontrakt med stora utländska företag.
Mer än hälften av medlemmarna i forskarteamen, som information om vilka hittades, reste utomlands minst en gång om året för att delta i internationella konferenser eller för vetenskapligt arbete.
Nio av tio laboratoriers arbete stöds av RFBR-bidrag (i snitt 2 anslag per laboratorium).
Sex av 10 laboratorier representerar institut i den ryska vetenskapsakademin, men tre av dem är mycket aktivt involverade i samarbetet med Higher Chemical College of the Russian Academy of Sciences, och därför finns det ganska många studenter i deras team. Av de fyra universitetsteamen leds tre av medlemmar från den ryska vetenskapsakademin.
Från 15 % till 35 % av laboratoriechefernas vetenskapliga publikationer under de senaste 5 åren har publicerats i internationella tidskrifter. Under denna period publicerade fem av dem gemensamma artiklar och sju presenterade gemensamma rapporter vid vetenskapliga konferenser med utländska kollegor.
Avslutningsvis kommer jag att säga det viktigaste - helt anmärkningsvärda personligheter står i spetsen för alla dessa laboratorier. Mycket kultiverade, diversifierade människor som brinner för sitt arbete.
En kvalificerad läsare kommer omedelbart att märka att det inte är meningsfullt att dra några slutsatser av generell karaktär på grundval av ett så litet och icke-representativt urval av vetenskapliga team. Jag erkänner att jag inte har fullständiga uppgifter om andra framgångsrikt arbetande vetenskapliga team av kemister i landet. Det skulle vara intressant att samla in och analysera dem. Men från erfarenheten av mitt laboratorium, som inte är det svagaste i allmänhet, kan jag ansvarsfullt deklarera att utan deltagande i internationellt samarbete, utan konstant hjälp från utländska kollegor, från vilka vi fått nästan 4 000 $ i kemiska reagenser och böcker under det förflutna år, utan ständiga tjänsteresor av anställda, doktorander och studenter utomlands, skulle vi inte kunna arbeta alls. Slutsatsen tyder på sig själv:
Idag, inom området grundforskning inom vår kemivetenskap, arbetar främst team som ingår i det internationella vetenskapssamfundet produktivt, får stöd från utlandet och har fri tillgång till källor för vetenskaplig information. Integrationen av den ryska kemin som överlevde omstruktureringen i världens kemiska vetenskap närmar sig sitt slut.
Och i så fall måste våra kriterier för kvaliteten på vetenskapliga produkter uppfylla de högsta internationella standarderna. Nästan berövade möjligheten att skaffa modern vetenskaplig utrustning måste vi fokusera på att använda de mycket begränsade faciliteterna i centra för kollektivt bruk och / eller på att utföra de mest komplexa och subtila experimenten utomlands.
^ 5. Låt oss återgå till problemet med att förbereda vårt skifte.
Mycket om detta ämne sägs väl i artikeln av dekanerna för kemiavdelningarna vid de två obestridligt bästa universiteten i landet / 9 /, och därför är det inte nödvändigt att gå in på många detaljer. Låt oss försöka röra oss i ordning i enlighet med listan med frågor formulerad i början av denna anteckning.
Så vilka är de, ungdomarna som sitter på studentbänken framför oss? Lyckligtvis finns det en liten andel individer i den mänskliga befolkningen som är genetiskt förutbestämda att bli vetenskapsmän. Du behöver bara hitta dem och involvera dem i kemilektioner. Lyckligtvis finns det långa och härliga traditioner i vårt land att identifiera begåvade barn genom kemi-olympiader, genom att skapa specialiserade klasser och skolor. Anmärkningsvärda entusiaster av klasser med begåvade skolbarn lever fortfarande och arbetar aktivt. Ledande kemiska universitet, som tar den mest aktiva delen i detta arbete, trots utbildningsministeriets intriger, skördar verkligen den gyllene skörden. Upp till en tredjedel av studenterna vid fakulteten för kemi vid Moscow State University under de senaste åren, redan under det första året, bestämmer området för sina intressen, och nästan hälften börjar vetenskapligt arbete i början av det tredje året .
Det speciella med den nya tiden är att en ung person, när han börjar sina studier på universitetet, ofta ännu inte vet inom vilket område han kommer att behöva arbeta efter avslutad utbildning. De flesta forskare och ingenjörer måste byta verksamhetsområde flera gånger under sin yrkeskarriär. Därför måste den framtida specialisten på studentbänken förvärva gedigna färdigheter i förmågan att självständigt bemästra nya vetenskapsområden. Självständigt individuellt arbete av studenten är grunden för modern utbildning. Huvudvillkoret för effektiviteten av sådant arbete är tillgången till bra moderna läroböcker och läromedel. "Livstiden" för en modern lärobok borde tydligen vara ungefär lika med tiden för fördubbling av volymen av vetenskaplig information, d.v.s. ska vara 11-12 år gammal. Ett av de största problemen med vår utbildning är att vi inte bara inte har nya gymnasieböcker om grundläggande kemiska discipliner, utan även de gamla saknas i hög grad. Ett effektivt program för att skriva och skriva ut läroböcker i kemiska discipliner för universitet behövs.
Begåvade och välmotiverade studenter har en egenhet som R. Feiman lade märke till i sina berömda föreläsningar. De, sådana elever, behöver i princip ingen standardutbildning. De behöver en miljö
Kemisk och kemisk-teknisk utbildning, ett system för att behärska kunskaper i kemi och kemisk teknik i utbildningsinstitutioner, sätt att tillämpa dem för att lösa tekniska, tekniska och forskningsproblem. Den är uppdelad i allmän kemiutbildning, som ger behärskning av kunskaper i grunderna för kemivetenskap, och särskild kemisk utbildning, som utrustar med kunskaper om kemi och kemisk teknik, nödvändiga för specialister av högre och sekundär kompetens för produktionsverksamhet, forskning och undervisningsarbete både inom kemiområdet och därmed förknippade grenar av naturvetenskap och teknik. Allmän kemisk utbildning ges i gymnasieskolor, gymnasieskolor och specialiserade utbildningsinstitutioner. Särskild kemisk och kemisk-teknisk utbildning förvärvas vid olika högre och sekundära specialiserade utbildningsinstitutioner (universitet, institut, tekniska skolor, högskolor). Dess uppgifter, volym och innehåll beror på profilen hos utbildningsspecialister inom dem (kemi-, gruv-, livsmedels-, läkemedels-, metallurgisk industri, jordbruk, medicin, värmekraftteknik, etc.). Innehållet av kemikalier och varierar beroende på utvecklingen av kemi och produktionskrav.
Förbättringen av strukturen och innehållet i kemisk och kemisk-teknologisk utbildning är förknippad med den vetenskapliga och pedagogiska verksamheten hos många sovjetiska forskare - A.. E. Arbuzov, B. A. Arbuzov, A. N. Bakh, S. I. Volfkovich, N. D. Zelinsky A E. Poray- Koshitsa, A. N. Reformatsky, S. N. Reformatsky, N. N. Semenov, Ya. K. Syrkin, V. E. Tishchenko, A. E. Favorsky och andra i speciella kemiska tidskrifter, vilket hjälper till att förbättra den vetenskapliga nivån på kurser i kemi och kemisk teknik inom högre utbildning. Tidskriften "Kemi i skolan" ges ut för lärare.
I andra socialistiska länder bedrivs utbildning av specialister med kemisk och kemi-teknisk utbildning vid universitet och specialiserade högskolor. Stora centra för sådan utbildning är: i NRB - Sofia University, Sofia; i Ungern - universitetet i Budapest, Veszpremsky; i DDR - Berlin, Dresden tekniska, Rostock universitet, Magdeburg Högre Tekniska Skola; i Polen - Warszawa, Lodz, Lublin universitet, Warszawas polytekniska institut; i SRR - Bukarest, Cluj Universities, Bukarest, Iasi Polytechnic Institutes; i Tjeckoslovakien - Prags universitet, Prag, Pardubice Higher School of Chemical Technology; i SFRY - Zagreb, Sarajevo, Split universitet, etc.
I de kapitalistiska länderna är stora centra för kemisk och kemisk-teknologisk utbildning: i Storbritannien, universiteten i Cambridge, Oxford, Bath, Birmingham och Manchester Polytechnic Institute; i Italien - Bologna, Milanos universitet; i USA - Kalifornien, Columbia, Michigan Technological University, University of Toledo, Kalifornien, Massachusetts Institutes of Technology; i Frankrike - Grenoble 1:a, Marseilles 1:a, Clermont-Ferrand, Compiegne Technological, Lyons 1:a, Montpellier 2:a, Paris 6:e och 7:e universitet, Laurent, Toulouse Polytechnic Institutes; i Tyskland - Dortmund, Hannover, Stuttgarts universitet, Högre tekniska skolor i Darmstadt och Karlsruhe; i Japan - Kyoto, Okayama, Osaka, Tokyo universitet, etc.
Lit .: Figurovsky N. A., Bykov G. V., Komarova T. A., Kemi vid Moskvas universitet i 200 år, M., 1955; De kemiska vetenskapernas historia, M., 1958; Remennikov B. M., Ushakov G. I., Universitetsutbildning i USSR, M., 1960; Zinoviev S. I., Remennikov B. M., Högre utbildningsinstitutioner i USSR, [M.], 1962; Parmenov K. Ya., Kemi som akademiskt ämne i förrevolutionära och sovjetiska skolor, M., 1963; Undervisar i kemi i en ny läroplan på gymnasiet. [lör. Art.], M., 1974; Joua M., kemihistoria, övers. från Italian, M., 1975.
Adress: S:t Petersburg, emb. R. Moiki, d. 48
E-post från organisationskommittén: [e-postskyddad]
Arrangörer: Russian State Pedagogical University im. A.I. Herzen
Villkor för deltagande och bostad: 400 rubel.
Kära kollegor!
Vi inbjuder dig att ta del avII Allrysk studentkonferens med internationellt deltagande "Kemi och kemiutbildning XXI århundradet", tillägnad 50-årsjubileet för fakulteten för kemi vid det ryska statliga pedagogiska universitetet. A.I. Herzen och 100-årsdagen av födelsen av professor V.V. perekalina.
Konferensen kommer att hållas på grundval av Russian State Pedagogical University. A.I. Herzen.
Datum för konferensen - från 15 till 17 april 2013 Syftet med konferensen är att utbyta resultaten av att studera moderna problem med kemi och kemiutbildning mellan unga forskare och att aktivt involvera studenter i forskningsarbete. Konferensen kommer att presentera sektionerad(upp till 10 min) och posterpresentationer av studenterstudenter, cn ecialite och magistrat. Det är möjligt att delta i frånvaro vid publicering av rapportens sammandrag.. Sammandragen av de rapporter som valts ut av organisationskommittén kommer att publiceras i samlingen av konferensmaterial med tilldelning av ISBN-nummer. Plenarpresentationer kommer att hållas av inbjudna ledande kemister från St. Petersburg.
De viktigaste vetenskapliga riktlinjerna för konferensen:
- Avsnitt 1 - organisk, biologisk och farmaceutisk kemi
- Avsnitt 2 - fysikalisk, analytisk och miljökemi
- Avsnitt 3 - oorganisk kemi och koordinationskemi, nanoteknik
- 4 § - kemiutbildning
För att delta i konferensen behöver du:
Senast den 15 februari 2013 skicka deltagarens registreringsformulär och sammanfattningar av rapporten, upprättade i enlighet med kraven, till konferensens e-postadress: konferens [e-postskyddad].ru
Ett kemiskt element är en samling atomer med samma laddning. Hur bildas enkla och komplexa kemiska grundämnen?
Kemiskt element
All mångfald i naturen omkring oss består av kombinationer av ett relativt litet antal kemiska grundämnen.
Under olika historiska epoker lades olika betydelser in i begreppet "element". Forntida grekiska filosofer betraktade fyra "element" som "element" - värme, kyla, torrhet och fuktighet. Genom att kombinera i par bildade de alla tings fyra "ursprung" - eld, luft, vatten och jord. I mitten av seklet tillsattes salt, svavel och kvicksilver till dessa principer. På 1700-talet påpekade R. Boyle att alla element är av materiell natur och att deras antal kan vara ganska stort.
År 1787 skapade den franske kemisten A. Lavoisier "Table of Simple Bodies". Den inkluderade alla element som var kända vid den tiden. De senare uppfattades som enkla kroppar som inte kunde brytas ned med kemiska metoder till ännu enklare. Därefter visade det sig att vissa komplexa ämnen fanns med i tabellen.
Ris. 1. A. Lavoisier.
För närvarande är begreppet "kemiskt element" etablerat exakt. Ett grundämne är en typ av atom med samma positiva kärnladdning. Det senare är lika med serienumret för elementet i det periodiska systemet.
För närvarande är 118 element kända. Cirka 90 av dem finns i naturen. Resten erhålls artificiellt med hjälp av kärnreaktioner.
104-107 element syntetiserades av fysiker. För närvarande fortsätter forskningen om konstgjord produktion av kemiska grundämnen med högre serienummer.
Alla grundämnen är indelade i metaller och icke-metaller. Icke-metaller inkluderar sådana element som: helium, neon, argon, krypton, fluor, klor, brom, jod, astatin, syre, svavel, selen, kväve, telurium, fosfor, arsenik, kisel, bor, väte. Uppdelningen i metaller och icke-metaller är dock villkorad. Under vissa förhållanden kan vissa metaller få icke-metalliska egenskaper, och vissa icke-metaller kan bli metalliska.
Bildandet av kemiska grundämnen och ämnen
Kemiska grundämnen kan existera i form av enstaka atomer, i form av enstaka fria joner, men vanligtvis är de en del av enkla och komplexa ämnen.
Ris. 2. Schema för bildandet av kemiska element.
Enkla ämnen består av atomer av samma typ och bildas som ett resultat av kombinationen av atomer till molekyler och kristaller. De flesta av de kemiska grundämnena är metalliska, eftersom de enkla ämnen som bildas av dem är metaller. Metaller har gemensamma fysikaliska egenskaper: de är alla fasta (förutom kvicksilver), ogenomskinliga, har en metallisk lyster, termisk och elektrisk ledningsförmåga, formbarhet. Metaller bildar sådana kemiska grundämnen som till exempel magnesium, kalcium, järn, koppar.
Icke-metalliska grundämnen bildar enkla ämnen relaterade till icke-metaller. De har inte karakteristiska metalliska egenskaper, de är gaser (syre, kväve), vätskor (brom) och fasta ämnen (svavel, jod).
Ett och samma grundämne kan bilda flera olika enkla ämnen med olika fysikaliska och kemiska egenskaper. De kallas allotropiska former, och fenomenet med deras existens kallas allotropi. Exempel är diamant, grafit och karbin, enkla ämnen som är allotropa former av grundämnet kol.
Ris. 3. Diamant, grafit, karbin.
Föreningar är uppbyggda av atomer av olika typer av grundämnen. Till exempel är järnsulfid sammansatt av atomer av det kemiska elementet järn och det kemiska elementet svavel. Samtidigt behåller ett komplext ämne inte på något sätt egenskaperna hos enkla ämnen av järn och svavel: de finns inte där, men det finns atomer av motsvarande element.
Vad har vi lärt oss?
För närvarande är 118 kemiska grundämnen kända, som är uppdelade i metaller och icke-metaller. Alla element kan delas in i enkla och komplexa ämnen. den första är uppbyggd av atomer av samma slag och den andra består av atomer av olika slag.
Ämnesquiz
Rapportutvärdering
Genomsnittligt betyg: 4.3. Totalt antal mottagna betyg: 296.
