Varför kemi hör till naturvetenskapen. allmän kemi

Som ett resultat av att studera detta kapitel bör studenten: känna till

• grundläggande begrepp och detaljer i den kemiska bilden av världen;
• alkemins roll i utvecklingen av kemi som vetenskap;
• historiska stadier i utvecklingen av kemi som vetenskap;
• ledande principer för studiet av ämnens sammansättning och struktur;
• de viktigaste faktorerna i förekomsten av kemiska reaktioner och villkoren för deras kontroll;
• grundläggande principer för evolutionär kemi och dess roll i att förklara biogenes; kunna
• identifiera mikrovärldsfysikens roll för att förstå grunderna för kemisk vetenskap;
• genomföra en jämförande analys av huvudstadierna i utvecklingen av kemi;
• det är rimligt att visa kemins roll för att förklara de strukturella nivåerna i materiens systemiska organisation;

egen

• färdigheter i att förvärva och tillämpa kunskap för att bilda en kemisk bild av världen;
• färdigheter i att använda kemins begreppsapparat för att karakterisera kemiska processer.

Historiska stadier i utvecklingen av kemivetenskap

Det finns många definitioner av kemi som karakteriserar det som en vetenskap:

• om kemiska grundämnen och deras föreningar;
• ämnen, deras sammansättning och struktur;
• processer för kvalitativ omvandling av ämnen;
• kemiska reaktioner, såväl som de lagar och mönster som dessa reaktioner lyder.

Uppenbarligen återspeglar var och en av dem bara en aspekt av omfattande kemisk kunskap, och kemin i sig fungerar som ett mycket ordnat, ständigt utvecklande kunskapssystem. Låt oss ge en definition från en klassisk lärobok: ”Kemi är vetenskapen om omvandlingar av ämnen. Den studerar ämnens sammansättning och struktur, ämnens egenskapers beroende av deras sammansättning och struktur, villkoren och sätten att omvandla vissa ämnen till andra.”

Kemi är vetenskapen om omvandlingar av ämnen.

Det viktigaste kännetecknet för kemi är att det till stor del är det självständigt former föremål för forskning, skapa ämnen som inte fanns i naturen. Som ingen annan vetenskap fungerar kemi samtidigt som både en vetenskap och en produktion. Eftersom modern kemi löser sina problem på atom-molekylär nivå är den nära besläktad med fysik, biologi, såväl som vetenskaper som geologi, mineralogi etc. Gränsområdena mellan dessa vetenskaper studeras av kvantkemi, kemisk fysik, fysikalisk kemi, geokemi, biokemi och mm.

För mer än 200 år sedan talade den store M.V. Lomonosov vid ett offentligt möte i Sankt Petersburgs vetenskapsakademi. i rapporten "Ett ord om fördelarna med kemi" vi läser de profetiska raderna: "Kemin breder ut sina händer i mänskliga angelägenheter... Vart vi än tittar, vart vi än tittar, framgångarna av dess flit framträder framför våra ögon." Kemin började sprida sin "flit" tillbaka i Egypten, det ledande landet i den antika världen. Branscher som metallurgi, keramik, glastillverkning, färgning, parfymer och kosmetika nådde betydande utveckling där långt före vår tideräkning.

Låt oss jämföra namnet på kemivetenskapen på olika språk:

Alla dessa ord innehåller roten "Fålla" eller " chem”, som överensstämmer med orden i det antika grekiska språket: ”himos” eller ”humos” betydde ”juice”. Detta namn finns i manuskript som innehåller information om medicin och apotek.

Det finns andra synpunkter. Enligt Plutarch kommer termen "kemi" från ett av Egyptens gamla namn - Hemi ("scooping earth") I sin ursprungliga mening betydde termen "egyptisk konst". Kemi som vetenskapen om ämnen och deras interaktioner ansågs vara en gudomlig vetenskap i Egypten och var helt i händerna på prästerna.

En av de äldsta grenarna inom kemin är metallurgi. 4-3 tusen år f.Kr. De började smälta koppar från malmer och senare framställa en legering av koppar och tenn (brons). Under det 2:a årtusendet f.Kr. lärt sig att utvinna järn ur malmer med hjälp av ostblåsningsprocessen. 1600 f.Kr De började använda naturligt indigofärgämne för att färga tyger, och lite senare - lila och alizarin, samt förbereda vinäger, mediciner från växtmaterial och andra produkter, vars produktion är förknippad med kemiska processer.

I Araböstern under V-VI-talen. Termen "alkemi" visas genom att lägga till partikeln "al-" till den grekisk-egyptiska "kemin". Målet för alkemisterna var att skapa en "de vises sten" som kan omvandla alla oädla metaller till guld. Det byggde på en praktisk ordning: guld

i Europa var nödvändigt för utvecklingen av handeln, och det fanns få kända guldfyndigheter.

Fakta från vetenskapshistorien

De äldsta kemiska texterna som upptäckts anses nu vara forntida egyptiska. "Ebers Papyrus"(uppkallad efter den tyske egyptologen som hittade den) - en samling recept för att göra mediciner från 1500-talet. f.Kr., såväl som "Brugsch-papyrusen" som hittades i Memphis med farmaceutiska recept (XIV-talet f.Kr.).

Förutsättningarna för att etablera kemin som en självständig vetenskapsdisciplin bildades successivt under 1600-talet - första hälften av 1700-talet. Samtidigt, trots mångfalden av empiriskt material, fanns det i denna vetenskap, fram till upptäckten 1869 av det periodiska systemet av kemiska grundämnen av D. I. Mendeleev (1834-1907), ingen allmän teori med vilken den skulle vara möjligt att förklara det ackumulerade faktamaterialet.

Försök att periodisera kemisk kunskap gjordes redan på 1800-talet. Enligt den tyske vetenskapsmannen G. Kopp, författaren till en monografi i fyra volymer "Kemins historia"(1843-1847) påverkades kemins utveckling av en viss vägledande idé. Han identifierade fem stadier:

• eran av ackumulering av empirisk kunskap utan försök att förklara den teoretiskt (från antiken till 300-talet e.Kr.);
• alkemisk period (IV - tidigt 1500-tal);
• period av iatrokemi, dvs. "läkande kemi" (andra kvartalet av 1500-talet - mitten av 1600-talet);
• perioden för skapandet och dominansen av den första kemiska teorin - teorin om phlogiston (mitten av 17:e - tredje kvartalet av 1700-talet);
• period av kvantitativ forskning (sista fjärdedelen av 1700-talet - 1840-talet) 1.

Men enligt moderna idéer hänvisar denna klassificering till de stadier då kemivetenskapen ännu inte konstituerades som systemisk teoretisk kunskap.

Inhemska kemihistoriker identifierar fyra konceptuella nivåer, som bygger på ett sätt att lösa det centrala problemet med kemi som vetenskap och som produktion (Fig. 13.1).

Första konceptuella nivån - studiet av ett kemiskt ämnes struktur. På denna nivå ägde studien rum av olika egenskaper och omvandlingar av ämnen beroende på deras kemiska sammansättning.

Ris. 13.1.

Det är inte svårt att se analogin av detta koncept med det fysiska konceptet atomism. Både fysiker och kemister sökte hitta den initiala grunden med hjälp av vilken egenskaperna hos alla enkla och komplexa ämnen kunde förklaras. Detta koncept formulerades ganska sent - 1860, vid den första internationella kemistkongressen i Karlsruhe i Tyskland. Det antog kemiforskare alla ämnen är uppbyggda av molekyler och alla molekyler, i sin tur består av atomer. Både atomer och molekyler är i kontinuerlig rörelse, medan atomer är de minsta och sedan odelbara delarna av molekyler 1.

Betydelsen av kongressen uttrycktes tydligt av D. I. Mendeleev: "Efter att ha accepterat skillnaden mellan en atom och en partikel (det är vad molekylen kallades - G. O.), accepterade kemister från alla länder början av det enhetliga systemet; Nu skulle det vara en stor inkonsekvens, efter att ha insett början, att inte inse dess konsekvenser.”

Andra konceptuella nivån - studie av strukturen hos kemiska ämnen, identifiera ett specifikt sätt att interagera mellan element i sammansättningen av specifika kemiska ämnen. Det visade sig att ämnens egenskaper inte bara beror på deras ingående kemiska element, utan också på förhållandet och interaktionen mellan dessa element under en kemisk reaktion. Således har diamant och kol olika egenskaper just på grund av skillnader i strukturer, även om deras kemiska sammansättning är likartad.

Tredje konceptuell nivå Kemi genereras av behoven av att öka produktiviteten för kemisk produktion och utforskar de interna mekanismerna och yttre villkoren för kemiska processer: temperatur, tryck, reaktionshastighet, etc.

Fjärde konceptuella nivån - nivå av evolutionär kemi. På denna nivå studeras mer djupgående arten av de reagenser som är involverade i kemiska reaktioner och särdragen hos katalysatorer, som avsevärt accelererar hastigheten för deras förekomst. Det är på denna nivå som ursprungsprocessen förstås Levande materia från inert materia.

• Glinka II. L. Allmän kemi. 2:a uppl. L.: Kemi: Leningrad filial, 1987. S. 13.
• Citat av: Koltun M. World of Chemistry. M.: Barnlitteratur, 1988. S. 7.
• Mendeleev D.I. Op. i 25 volymer L. - M.: Publishing House of the AP USSR, 1949. T. 15. S. 171-172.

Lektion 1

Ämne: Kemi är en naturvetenskap.

Mål: ge en uppfattning om kemi som en vetenskap; visa kemins plats bland naturvetenskaperna; introducera historien om kemins ursprung; överväga betydelsen av kemi i mänskligt liv; lär dig uppförandereglerna i kemiklassrummet; introducera vetenskapliga kunskapsmetoder inom kemi; utveckla tankelogik och observationsförmåga; odla intresse för ämnet som studeras, uthållighet och flit i att studera ämnet.

Under lektionerna.

jagKlassorganisation.

IIUppdatering av grundläggande kunskaper.

Vilka naturvetenskaper kan och studerar du?

Varför kallas de naturliga?

IIIBudskap om ämnet, lektionsmål, motivation för lärandeaktiviteter.

Efter att ha kommunicerat ämnet och syftet med lektionen ställer läraren en problematisk fråga.

Vad tycker du om kemistudier? (Eleverna uttrycker sina gissningar, de är alla skrivna på tavlan). Sedan säger läraren att vi under lektionen ska ta reda på vilka antaganden som är sanna.

IIIAtt lära sig nytt material.

Innan vi börjar vår lektion måste vi lära oss beteendereglerna i kemirummet. Titta framför dig på väggen på stativet där dessa regler är skrivna. Varje gång du går in på kontoret måste du upprepa dessa regler, känna till dem och strikt följa dem.

(Läs upp beteendereglerna i kemilaboratoriet.)

Uppföranderegler för elever i kemiklassrummet.

Du kan endast gå in i kemilektionen med lärarens tillstånd.

I kemilektionen behöver du gå i ett uppmätt tempo. Du får under inga omständigheter röra dig plötsligt, eftersom du kan välta utrustningen och reagenserna som står på borden.

Under experimentellt arbete i kemirummet måste du bära en dräkt.

När du utför experimentellt arbete kan du börja arbeta först efter lärarens tillstånd.

När du utför experiment, arbeta lugnt, utan krångel. Tryck inte på din grannes skrivbord. Kom ihåg! Noggrannhet är nyckeln till framgång!

Efter att ha avslutat experimenten måste du städa upp ditt arbetsområde och tvätta händerna noggrant med tvål.

Kemi är en naturvetenskap, kemins plats bland naturvetenskaperna.

Naturvetenskaperna omfattar fysikalisk geografi, astronomi, fysik, biologi, ekologi och andra. De studerar naturliga föremål och fenomen.

Låt oss fundera över vilken plats kemin upptar bland andra vetenskaper. Den förser dem med ämnen, material och modern teknik. Och samtidigt använder han prestationerna inom matematik, fysik, biologi och ekologi för sin egen vidareutveckling. Följaktligen är kemi en central, grundläggande vetenskap.

Gränserna mellan kemi och annan naturvetenskap blir allt mer suddiga. Fysikalisk kemi och kemisk fysik uppstod på gränsen till studier av fysikaliska och kemiska fenomen. Biokemi - biologisk kemi - studerar den kemiska sammansättningen och strukturen hos föreningar som finns i levande organismer.

Historien om kemins uppkomst.

Vetenskapen om ämnen och deras omvandlingar har sitt ursprung i Egypten, det tekniskt sett mest avancerade landet i den antika världen. Egyptiska präster var de första kemisterna. De hade många hittills olösta kemiska hemligheter. Till exempel tekniker för att balsamera kroppar av avlidna faraoner och adelsmän, samt att skaffa vissa färger.

Branscher som keramik, glastillverkning, färgning och parfymeri nådde betydande utveckling i Egypten långt före vår tideräkning. Kemi ansågs vara en "gudomlig" vetenskap, var helt i händerna på prästerna och gömdes noggrant av dem från alla oinvigda. Men viss information trängde fortfarande in utanför Egypten.

Runt 700-talet. AD Araberna antog arvet och arbetsmetoderna från de egyptiska prästerna och berikade mänskligheten med ny kunskap. Araberna lade till prefixet al till ordet hemi, och ledarskapet i studiet av ämnen, som blev känt som alkemi, övergick till araberna. Det bör noteras att alkemin inte var utbredd i Ryssland, även om alkemisternas verk var kända och till och med översatts till kyrkoslaviska. Alkemi är den medeltida konsten att erhålla och bearbeta olika ämnen för praktiska behov.Till skillnad från de antika grekiska filosoferna, som bara observerade världen och baserade sin förklaring på antaganden och reflektioner, agerade alkemister, experimenterade, gjorde oväntade upptäckter och förbättrade experimentella tekniker. Alkemister trodde att metaller är ämnen som består av tre huvudelement: salt - som en symbol för hårdhet och löslighet; svavel - som ett ämne som kan värma och brinna vid höga temperaturer; kvicksilver - som ett ämne som kan avdunsta och har en glans. I detta avseende antogs det att till exempel guld, som var en ädelmetall, också har exakt samma element, vilket betyder att det kan erhållas från vilken metall som helst! Man trodde att produktionen av guld från vilken annan metall som helst är förknippad med verkan av filosofens sten, som alkemister utan framgång försökte hitta. Dessutom trodde de att om du dricker elixiret gjort av de vises sten, kommer du att få evig ungdom! Men alkemisterna kunde inte hitta eller få vare sig de vises sten eller guld från andra metaller.

Kemins roll i mänskligt liv.

Eleverna listar alla aspekter av kemins positiva inverkan på mänskligt liv. Läraren hjälper och vägleder elevernas tankar.

Lärare: Är kemi bara användbar i samhället? Vilka problem uppstår i samband med användningen av kemiska produkter?

(Elever försöker hitta svaret på denna fråga.)

Kunskapsmetoder i kemi.

En person får kunskap om naturen med hjälp av en så viktig metod som observation.

Observation- detta är koncentrationen av uppmärksamhet på igenkännbara föremål för att studera dem.

Med hjälp av observation samlar en person information om världen omkring honom, som han sedan systematiserar och identifierar allmänna mönster i resultaten av observationer. Nästa viktiga steg är att söka efter orsaker som förklarar mönstren som hittats.

För att observationen ska vara fruktbar måste ett antal villkor vara uppfyllda:

tydligt definiera föremålet för observation, det vill säga vad observatörens uppmärksamhet kommer att dras till - ett specifikt ämne, dess egenskaper eller omvandlingen av vissa ämnen till andra, villkoren för genomförandet av dessa omvandlingar, etc.;

formulera syftet med observationen, observatören måste veta varför han genomför observationen;

upprätta en övervakningsplan för att uppnå ditt mål. För att göra detta är det bättre att lägga fram ett antagande, det vill säga en hypotes (från den grekiska hypotesen - grund, antagande) om hur det observerade fenomenet kommer att inträffa. En hypotes kan också läggas fram som ett resultat av observation, det vill säga när ett resultat erhålls som behöver förklaras.

Vetenskaplig observation skiljer sig från observation i ordets vardagliga bemärkelse. Som regel utförs vetenskaplig observation under strikt kontrollerade förhållanden, och dessa förhållanden kan ändras på begäran av observatören. Oftast utförs sådan observation i ett speciellt rum - ett laboratorium.

Experimentera- Vetenskaplig reproduktion av ett fenomen för dess forskning och testning under vissa förhållanden.

Ett experiment (från latinets experimentum - erfarenhet, test) låter dig bekräfta eller motbevisa hypotesen som uppstod under observation och formulera en slutsats.

Låt oss genomföra ett litet experiment för att studera lågans struktur.

Låt oss tända ett ljus och noggrant undersöka lågan. Den är heterogen i färgen och har tre zoner. Den mörka zonen (1) är i botten av lågan. Hon är den kallaste jämfört med andra. Den mörka zonen är omgiven av den ljusa delen av lågan (2), vars temperatur är högre än i den mörka zonen. Den högsta temperaturen är dock i den övre färglösa delen av lågan (zon 3).

För att se till att olika zoner av lågan har olika temperaturer kan du utföra detta experiment. Placera en splitter eller tändsticka i lågan så att den korsar alla tre zonerna. Du kommer att se att splittern är förkolnad i zon 2 och 3. Det betyder att flamtemperaturen är högst där.

Frågan uppstår: kommer lågan från en alkohollampa eller torrt bränsle att ha samma struktur som lågan på ett ljus? Svaret på denna fråga kan vara två antaganden - hypoteser: 1) lågans struktur kommer att vara densamma som lågan på ett ljus, eftersom den är baserad på samma process - förbränning; 2) flammans struktur kommer att vara annorlunda, eftersom den uppstår som ett resultat av förbränning av olika ämnen. För att bekräfta eller motbevisa en av dessa hypoteser, låt oss vända oss till ett experiment - låt oss genomföra ett experiment.

Med hjälp av en tändsticka eller splitter undersöker vi strukturen på lågan i en alkohollampa.

Trots skillnaderna i form, storlek och jämn färg har lågan i båda fallen samma struktur - samma tre zoner: den inre mörka (kallast), den mellersta lysande (het) och den yttre färglös (hetast).

Därför kan vi, baserat på experimentet, dra slutsatsen att strukturen för alla lågor är densamma. Den praktiska betydelsen av denna slutsats är följande: för att värma något föremål i en låga måste det föras in i den övre delen av lågan, dvs.

Det är vanligt att dokumentera experimentella data i en speciell laboratoriejournal, för vilken en vanlig anteckningsbok är lämplig, men poster i den är strikt definierade. Experimentets datum, dess namn och experimentets framsteg noteras, vilket ofta presenteras i form av en tabell.

Försök att beskriva ett experiment för att studera en lågas struktur på detta sätt.

Alla naturvetenskaper är experimentella. Och att sätta upp ett experiment kräver ofta specialutrustning. Till exempel inom biologi används optiska instrument i stor utsträckning som gör det möjligt att förstora bilden av det observerade föremålet många gånger: ett förstoringsglas, ett mikroskop.

Fysiker använder instrument för att mäta spänning, ström och elektriskt motstånd när de studerar elektriska kretsar.

Forskare och geografer är beväpnade med speciella instrument - från de enklaste (kompass, väderballonger) till forskningsfartyg, unika rymdstationer.

Kemister använder också specialutrustning i sin forskning. Den enklaste av dem är till exempel en värmeanordning som du redan känner till - en alkohollampa och olika kemiska kärl där omvandlingar av ämnen, det vill säga kemiska reaktioner, utförs.

IV Generalisering och systematisering av förvärvad kunskap.

Så vad studerar kemi? (Under lektionen uppmärksammade läraren riktigheten eller felaktigheten i barnens antaganden om ämnet kemi. Och nu är det dags att generalisera och ge ett slutgiltigt svar. Vi härleder definitionen av kemi).

Vilken roll spelar kemin i människors liv och samhälle?

Vilka kunskapsmetoder inom kemi känner du nu till?

Vad är observation? Vilka villkor måste uppfyllas för att observation ska bli effektiv?

Vad är skillnaden mellan en hypotes och en slutsats?

Vad är ett experiment?

Vad är strukturen för en låga?

Hur ska uppvärmningen gå till?

V Reflektion, summering av lektionen, betygsättning.

VI Redovisning av läxor, instruktioner om hur man slutför dem.

Lärare: Du måste:

Lär dig bakgrundsanteckningarna för den här lektionen.

Beskriv ett experiment för att studera strukturen hos en låga med hjälp av tabellen nedan.

Kemi som vetenskap

Kemi- en vetenskap som studerar ämnens struktur och deras omvandlingar, åtföljda av förändringar i sammansättning och (eller) struktur. Modern kemi står inför tre huvudutmaningar:

• för det första är den grundläggande riktningen för kemins utveckling studiet av materiens struktur, utvecklingen av teorin om strukturen och egenskaperna hos molekyler och material. Det är viktigt att etablera ett samband mellan ämnens struktur och olika egenskaper och att utifrån detta konstruera teorier om ett ämnes reaktivitet, kinetiken och mekanismen för kemiska reaktioner och katalytiska fenomen. Implementeringen av kemiska transformationer i en eller annan riktning bestäms av sammansättningen och strukturen av molekyler, joner, radikaler och andra kortlivade formationer. Genom att veta detta kan vi hitta sätt att få fram nya produkter som har kvalitativt eller kvantitativt annorlunda egenskaper än de befintliga.
• dels genomförandet av målinriktad syntes av nya ämnen med specificerade egenskaper. Här är det också viktigt att hitta nya reaktioner och katalysatorer för effektivare syntes av redan kända och industriellt viktiga föreningar.
• för det tredje - analys. Denna traditionella kemiuppgift har fått särskild betydelse. Det är förknippat både med en ökning av antalet kemiska föremål och egenskaper som studeras, och med behovet av att fastställa och minska konsekvenserna av mänsklig påverkan på naturen.

Ämnes kemiska egenskaper bestäms huvudsakligen av tillståndet hos de yttre elektroniska skalen hos de atomer och molekyler som bildar ämnet; tillstånden för kärnor och inre elektroner förändras knappast i kemiska processer. Objektet för kemisk forskning är kemiska grundämnen och deras kombinationer, d.v.s. atomer, enkla (enkelelement) och komplexa (molekyler, joner, radikaljoner, karber, fria radikaler) kemiska föreningar, deras associationer (associationer, kluster, solvat, klatrater, etc.), material etc.

Modern kemi har nått en sådan utvecklingsnivå att det finns ett antal av dess speciella sektioner som är oberoende vetenskaper. Beroende på den atomära karaktären hos ämnet som studeras och typerna av kemiska bindningar mellan atomer, särskiljs oorganisk, organisk och organoelementkemi. Objektet för oorganisk kemi är alla kemiska grundämnen och deras föreningar, och andra ämnen baserade på dem. Organisk kemi studerar egenskaperna hos en bred klass av föreningar som bildas genom de kemiska bindningarna av kol med kol och andra organogena element: väte, kväve, syre, svavel, klor, brom och jod. Organoelementkemi är i skärningspunkten mellan oorganisk och organisk kemi. Denna "tredje" kemi hänvisar till föreningar som involverar kemiska bindningar av kol med andra element i det periodiska systemet som inte är organogener. Den molekylära strukturen, graden av aggregation (förening) av atomer i molekyler och stora molekyler - makromolekyler, introducerar sina karakteristiska egenskaper i den kemiska formen av rörelse av materia. Därför finns det kemi av högmolekylära föreningar, kristallkemi, geokemi, biokemi och andra vetenskaper. De studerar stora sammanslutningar av atomer och gigantiska polymerformationer av olika karaktär. Överallt är den centrala frågan för kemin frågan om kemiska egenskaper. Ämnet för studien är också ämnens fysikaliska, fysikalisk-kemiska och biokemiska egenskaper. Därför utvecklas inte bara våra egna metoder intensivt, utan även andra vetenskaper är involverade i studiet av ämnen. Sålunda är viktiga komponenter i kemin fysikalisk kemi och kemisk fysik, som studerar kemiska föremål, processer och åtföljande fenomen med hjälp av fysiks beräkningsapparat och fysikaliska experimentella metoder. Idag kombinerar dessa vetenskaper ett antal andra: kvantkemi, kemisk termodynamik (termokemi), kemisk kinetik, elektrokemi, fotokemi, högenergikemi, datorkemi, etc. Bara listan över grundläggande vetenskaper i kemisk riktning talar redan om exceptionell mångfald av manifestationer av materiens kemiska rörelseform och dess inflytande på vårt dagliga liv. Det finns många utvecklingsområden för tillämpad kemi utformade för att lösa specifika problem med praktisk mänsklig aktivitet. Kemivetenskapen har nått en sådan utvecklingsnivå att den har börjat generera nya industrier och teknologier.

Kemi som kunskapssystem

Kemi som kunskapssystem om ämnen och deras omvandlingar finns i ett lager av fakta - tillförlitligt etablerad och verifierad information om kemiska grundämnen och föreningar, deras reaktioner och beteende i naturliga och konstgjorda miljöer. Kriterier för faktas tillförlitlighet och metoder för deras systematisering utvecklas ständigt. Stora generaliseringar som på ett tillförlitligt sätt förbinder stora uppsättningar fakta blir vetenskapliga lagar, vars formulering öppnar upp för nya stadier av kemi (till exempel lagarna för bevarande av massa och energi, Daltons lagar, Mendeleevs periodiska lag). Teorier, med hjälp av specifika begrepp, förklarar och förutsäger fakta inom ett mer specifikt ämnesområde. I själva verket blir experimentell kunskap ett faktum först när den får en teoretisk tolkning. Således bidrog den första kemiska teorin - teorin om flogiston, även om den var felaktig, till utvecklingen av kemi, eftersom kopplade in fakta i ett system och gjorde det möjligt att formulera nya frågor. Strukturteori (Butlerov, Kekule) organiserade och förklarade det stora materialet i organisk kemi och ledde till den snabba utvecklingen av kemisk syntes och studiet av strukturen hos organiska föreningar.

Kemi som kunskap är ett mycket dynamiskt system. Den evolutionära ackumuleringen av kunskap avbryts av revolutioner - en djupgående omstrukturering av systemet av fakta, teorier och metoder, med uppkomsten av en ny uppsättning begrepp eller till och med en ny tankestil. Således orsakades revolutionen av Lavoisiers verk (den materialistiska teorin om oxidation, införandet av kvantiteter, experimentella metoder, utvecklingen av kemisk nomenklatur), upptäckten av Mendeleevs periodiska lag och skapandet av nya analytiska metoder (mikroanalys, kromatografi) i början av 1900-talet. Framväxten av nya områden som utvecklar en ny vision av ämnet kemi och påverkar alla dess områden (till exempel framväxten av fysikalisk kemi på grundval av kemisk termodynamik och kemisk kinetik) kan också betraktas som en revolution.

Kemi som akademisk disciplin

Kemi är en allmän teoretisk disciplin. Den är utformad för att ge eleverna en modern vetenskaplig förståelse av materia som en av typerna av rörlig materia, om sätt, mekanismer och metoder för att omvandla vissa ämnen till andra. Kunskaper om grundläggande kemiska lagar, behärskning av kemiska beräkningstekniker, förståelse för de möjligheter som kemin ger med hjälp av andra specialister som arbetar inom dess individuella och smala områden gör det avsevärt snabbare att uppnå önskat resultat inom olika områden av ingenjörsvetenskap och vetenskaplig verksamhet. Kemi introducerar den framtida specialisten för specifika manifestationer av ett ämne, gör det möjligt att med hjälp av ett laboratorieexperiment "känna" ett ämne, lära sig dess nya typer och egenskaper. Det speciella med kemi som disciplin för studenter av icke-kemiska specialiteter är att det i en liten kurs är nödvändigt att ha information från nästan alla grenar av kemin, som har tagit form som självständiga vetenskaper och studeras av kemister och kemiteknologer i speciella discipliner. Dessutom leder mångfalden av intressen för olika specialiteter ofta till skapandet av specialiserade kemikurser. Med alla de positiva aspekterna av denna orientering finns det också en allvarlig nackdel - specialistens världsbild minskar, hans orienteringsfrihet i ämnets egenskaper och metoderna för dess produktion och användning minskar. Därför bör en kemikurs för framtida specialister som inte är inom området kemi och kemisk teknik vara tillräckligt bred och, i den utsträckning det är nödvändigt, noggrann för att ge en helhetsbild av kemins förmåga som vetenskap, som industrigren. , och som grund för vetenskapliga och tekniska framsteg. Allmän kemi lägger de teoretiska grunderna för att förstå den mångfaldiga och komplexa bilden av kemiska fenomen. Grundämnenas kemi introducerar i den konkreta världen av ämnen som bildas av kemiska element. En modern ingenjör som inte har speciell kemisk utbildning behöver förstå egenskaperna hos olika typer av material, sammansättningar och föreningar. Ofta, i en eller annan grad, har han att göra med bränslen, oljor, smörjmedel, rengöringsmedel, bindemedel, keramik, strukturella, elektriska material, fibrer, tyger, biologiska föremål, mineralgödsel och mycket mer. Andra kurser kanske inte alltid ger en första förståelse för detta. Denna lucka måste fyllas. Denna sektion tillhör den mest dynamiskt föränderliga delen av kemin och blir naturligtvis ganska snabbt föråldrad. Därför är ett snabbt och noggrant urval av material här extremt nödvändigt för regelbunden uppdatering av disciplinen. Allt detta leder till att det är lämpligt att införa ett separat avsnitt av tillämpad kemi i kemikursen för studenter med icke-kemiska specialiteter.

Kemi som ett socialt system

Kemi som ett socialt system är den största delen av hela samfundet av forskare. Bildandet av en kemist som en typ av vetenskapsman påverkades av egenskaperna hos föremålet för hans vetenskap och aktivitetsmetoden (kemiskt experiment). Svårigheterna med matematisk formalisering av ett objekt (jämfört med fysik) och samtidigt mångfalden av sensoriska manifestationer (lukt, färg, biologisk och annan aktivitet) från allra första början begränsade dominansen av mekanismer i en kemists tänkande och, lämnade därför ett fält för intuition och konstnärskap. Dessutom använde kemisten alltid ett icke-mekaniskt naturredskap - eld. Å andra sidan, i motsats till en biologs stabila, naturgivna föremål, har en kemists värld en outtömlig och snabbt växande mångfald. Det irreducerbara mysteriet med det nya ämnet gav kemistens världsbild ansvar och försiktighet (som social typ är kemisten konservativ). Det kemiska laboratoriet har utvecklat en strikt mekanism för "naturligt urval", som avvisar arroganta och felbenägna människor. Detta ger originalitet inte bara till tankestilen utan också till kemistens andliga och moraliska organisation.

Gemenskapen av kemister består av människor som är professionellt engagerade i kemi och anser sig vara inom detta område. Ungefär hälften av dem arbetar dock inom andra områden och ger dem kemisk kunskap. Dessutom får de sällskap av många vetenskapsmän och teknologer - till stor del kemister, även om de inte längre betraktar sig själva som kemister (att behärska en kemists färdigheter och förmågor av forskare inom andra områden är svårt på grund av de ovan nämnda egenskaperna hos ämne).

Liksom alla andra sammanhållna samhällen har kemister sitt eget yrkesspråk, personalreproduktionssystem, kommunikationssystem [tidningar, kongresser etc.], sin egen historia, sina egna kulturella normer och beteendestil.

Kemi som industri

Människans moderna levnadsstandard är helt enkelt omöjlig utan kemiska produkter och metoder. De bestämmer på ett avgörande sätt det moderna ansiktet på världen omkring oss. Det krävs så många kemiska produkter att kemisk industri finns i utvecklade länder. Den kemiska industrin är en av de viktigaste industrierna i vårt land. De kemiska föreningarna, olika sammansättningar och material som den producerar används överallt: inom maskinteknik, metallurgi, jordbruk, konstruktion, el- och elektronikindustri, kommunikation, transport, rymdteknik, medicin, vardagsliv etc. Omkring tusen olika produkter används endast för tillverkning av livsmedel, kemiska föreningar, och totalt produceras mer än en miljon ämnen av industrin för praktiska behov. Landets ekonomiska välbefinnande och försvarsförmåga beror till stor del på kemi. Därför, för att inte hämma utvecklingen av andra industrier och förse dem med nya föreningar och material med de nödvändiga egenskaperna i tid, måste kemivetenskapen och den kemiska industrin utvecklas i en snabbare takt och utöka produktsortimentet , förbättra deras kvalitet och öka produktionsvolymerna. I vårt land finns:

• oorganisk produktion av grundläggande kemi, framställning av syror, alkalier, salter och andra föreningar, gödningsmedel;
• petrokemisk produktion: produktion av bränslen, oljor, lösningsmedel, monomerer av organisk kemi (kolväten, alkoholer, aldehyder, syror), olika polymerer och material baserade på dem, syntetiskt gummi, kemiska fibrer, växtskyddsmedel, foder- och fodertillsatser, hushållsartiklar kemi;
• liten kemi, när volymen av producerade produkter är liten, men dess utbud är mycket brett. Sådana produkter inkluderar hjälpämnen för framställning av polymermaterial (katalysatorer, stabilisatorer, mjukgörare, brandskyddsmedel), färgämnen, mediciner, desinfektionsmedel och andra sanitets- och hygienprodukter, jordbrukskemikalier - herbicider, insekticider, fungicider, avlövande medel, etc.

De viktigaste utvecklingsriktningarna för den moderna kemiska industrin är: produktion av nya föreningar och material och öka effektiviteten av befintlig produktion. För att göra detta är det viktigt att hitta nya reaktioner och katalysatorer, för att ta reda på mekanismerna för de processer som inträffar. Detta avgör det kemiska tillvägagångssättet för att lösa tekniska problem för att öka produktionseffektiviteten. Ett typiskt drag för den kemiska industrin är ett relativt litet antal arbetare och höga krav på deras kvalifikationer, och det relativa antalet kemiska specialister är litet, och det finns fler representanter för andra specialiteter (mekaniker, värmekraftingenjörer,er, etc.). Kännetecknas av stora mängder energi- och vattenförbrukning, höga miljökrav för produktion. I icke-kemiska industrier är många tekniska operationer förknippade med beredning och rening av råvaror, målning, limning och andra kemiska processer.

Kemi är grunden för vetenskapliga och tekniska framsteg

Föreningar, sammansättningar och material skapade av kemi spelar en avgörande roll för att öka arbetsproduktiviteten, minska energikostnaderna för produktion av nödvändiga produkter och behärska ny teknik och utrustning. Det finns många exempel på kemins framgångsrika inflytande på metoderna för maskinteknik, metoder för att driva maskiner och enheter, utvecklingen av elektronikindustrin, rymdteknik och jetflyg och många andra områden av vetenskapliga och tekniska framsteg:

• införandet av kemiska och elektrokemiska metoder för metallbearbetning minskar kraftigt mängden avfall som är oundviklig vid bearbetning av metaller genom skärning. Samtidigt avlägsnas begränsningar för hållfastheten och hårdheten hos metaller och legeringar och delens form, och hög ytrenhet och dimensionell noggrannhet hos delarna uppnås.
• material som syntetisk grafit (som är starkare än metaller vid höga temperaturer), korund (baserad på aluminiumoxid) och kvarts (baserad på kiseldioxid), keramik, syntetiska polymermaterial och glas kan uppvisa unika egenskaper.
• kristalliserade glas (keramer) erhålls genom att införa ämnen i smält glas som främjar uppkomsten av kristallisationscentra och efterföljande kristalltillväxt. Sådant glas som "pyrokeram" är nio gånger starkare än laminerat glas, hårdare än högkolhaltigt stål, lättare än aluminium och liknande i värmebeständighet mot kvarts.
• Moderna smörjmedel kan avsevärt minska friktionskoefficienten och öka slitstyrkan hos material. Användningen av oljor och smörjmedel som innehåller molybdendisulfid ökar livslängden för fordonskomponenter och delar med 1,5 gånger, enskilda delar med upp till två gånger och friktionskoefficienten kan minskas med mer än 5 gånger.
• Organiska ämnen - polyorganosiloxaner - kännetecknas av sin flexibilitet och spiralformade struktur av molekyler som bildar bollar när temperaturen sjunker. Sålunda bibehåller de något varierande viskositet över ett brett temperaturområde. Detta gör att de kan användas som en hydraulisk vätska under en mängd olika förhållanden.
• skyddet av metaller från korrosion har blivit mål efter skapandet av den elektrokemiska teorin om korrosion och gör det möjligt att undvika betydande ekonomiska kostnader för förnyelse av metallprodukter.

För närvarande står kemi, tillsammans med andra vetenskaper, teknik och industrier, inför många pressande och komplexa utmaningar. Syntesen och den praktiska tillämpningen av lämpliga högtemperatur- och dessutom varma supraledare kommer att avsevärt förändra metoderna för att lagra och överföra energi. Nya material behövs, inklusive metallbaserade material, polymerer, keramik och kompositer. Så problemet med att skapa en miljövänlig motor, som är baserad på förbränningsreaktionen av väte i syre, ligger i skapandet av material eller processer som förhindrar penetration av väte genom väggarna i vätgaslagringstankar. Skapandet av ny kemisk teknik är också ett viktigt område för vetenskapliga och tekniska framsteg. Därför är uppgiften att tillhandahålla nya typer av flytande och gasformiga bränslen som erhålls från bearbetning av kol, skiffer, torv och trä. Detta är möjligt baserat på nya katalytiska processer.

Hela den mångfaldiga världen omkring oss är materia, som visar sig i två former: ämnen och fält. Ämne består av partiklar som har sin egen massa. Fält– en form av existens av materia som kännetecknas av energi.

Materiens egendom är rörelse. Materiens rörelseformer studeras av olika naturvetenskaper: fysik, kemi, biologi, etc.

Det bör inte antas att det finns en unik strikt överensstämmelse mellan vetenskaperna å ena sidan och materiens rörelseformer å den andra. Man måste komma ihåg att det i allmänhet inte finns någon form av rörelse av materia som skulle existera i sin rena form, separat från andra former. Allt detta understryker svårigheten att klassificera vetenskaper.

X namn kan definieras som en vetenskap som studerar den kemiska formen av materias rörelse, vilket förstås som en kvalitativ förändring av ämnen: Kemi studerar ämnens struktur, egenskaper och omvandlingar.

TILL kemiska fenomen syftar på sådana fenomen där vissa ämnen omvandlas till andra. Kemiska fenomen kallas även kemiska reaktioner. Fysiska fenomen åtföljs inte av omvandlingen av vissa ämnen till andra.

I hjärtat av varje vetenskap ligger en viss uppsättning preliminära föreställningar, grundläggande filosofiska attityder och svar på frågan om verklighetens natur och mänsklig kunskap. Denna uppsättning övertygelser och värderingar som delas av medlemmar i ett givet forskarsamhälle kallas paradigm.

De viktigaste paradigmen för modern kemi:

1. Materias atomära och molekylära struktur

2. Lagen om materiens bevarande

3. Elektronisk karaktär av kemisk bindning

4. Entydigt samband mellan ett ämnes struktur och dess kemiska egenskaper (periodisk lag)

Kemi, fysik, biologi kan bara vid första anblicken tyckas vara vetenskaper långt ifrån varandra. Även om laboratorierna för en fysiker, en kemist och en biolog är väldigt olika, sysslar alla dessa forskare med naturliga föremål. Detta skiljer naturvetenskap från matematik, historia, ekonomi och många andra vetenskaper som studerar det som inte skapas av naturen utan i första hand av människan själv.

Ekologi är nära besläktad med naturvetenskap. Vi ska inte tro att ekologi är "bra" kemi, i motsats till den klassiska "dåliga" kemin som förorenar miljön. Det finns ingen "dålig" kemi eller "dålig" kärnfysik - det finns vetenskapliga och tekniska framsteg eller dess brist inom något verksamhetsområde. En ekologs uppgift är att använda nya naturvetenskapliga landvinningar för att minimera risken för att störa livsmiljön för levande varelser med maximal nytta. Risk-nytta-balansen är ett ämne för studier för ekologer.

Det finns inga strikta gränser mellan naturvetenskaperna. Till exempel ansågs upptäckten och studien av egenskaperna hos nya typer av atomer en gång kemisters uppgift. Det visade sig dock att av de för närvarande kända typerna av atomer upptäcktes en del av kemister och en del av fysiker. Detta är bara ett av många exempel på "öppna gränser" mellan fysik och kemi.

Livet är en komplex kedja av kemiska omvandlingar. Alla levande organismer absorberar vissa ämnen från miljön och frigör andra. Det betyder att en seriös biolog (botaniker, zoolog, läkare) inte kan klara sig utan kunskaper i kemi.

Senare kommer vi att se att det inte finns någon absolut exakt gräns mellan fysikaliska och kemiska omvandlingar. Naturen är en, så vi måste alltid komma ihåg att det är omöjligt att förstå strukturen i omvärlden genom att fördjupa oss i endast ett av områdena för mänsklig kunskap.

Disciplinen "Kemi" är kopplad till andra naturvetenskapliga discipliner genom tvärvetenskapliga kopplingar: tidigare - med matematik, fysik, biologi, geologi och andra discipliner.

Modern kemi är ett förgrenat system av många vetenskaper: oorganisk, organisk, fysikalisk, analytisk kemi, elektrokemi, biokemi, som behärskas av studenter i efterföljande kurser.

Kunskaper i kemikursen är nödvändiga för framgångsrika studier av andra allmänna vetenskapliga och specialdiscipliner.

Figur 1.2.1 – Kemins plats i det naturvetenskapliga systemet

Förbättringen av forskningsmetoder, främst experimentella tekniker, har lett till att vetenskapen delas upp i allt smalare områden. Som ett resultat kommer kvantitet och ”kvalitet”, dvs. informationens tillförlitlighet har ökat. Men omöjligheten att en person har fullständig kunskap även för närliggande vetenskapliga områden gav upphov till nya problem. Precis som inom militärstrategin de svagaste punkterna för försvar och offensiv befinner sig i gränslandet mellan fronter, förblir inom vetenskapen de minst utvecklade områdena de som inte entydigt kan klassificeras. Bland andra skäl kan man notera svårigheten att erhålla den lämpliga kvalifikationsnivån (akademisk examen) för forskare som arbetar inom områden av "vetenskapernas knutpunkt". Men vår tids främsta upptäckter görs också där.

Kemi är en naturvetenskap. Kemi i omvärlden. Kort information från kemins historia

Kemi hör till naturvetenskapen. Kemi är vetenskapen om ämnen, deras egenskaper och omvandlingar. Ämnet för kemi är kemiska grundämnen och deras föreningar, samt de mönster genom vilka kemiska reaktioner uppstår. Modern kemi är mycket varierande både i objekt och i metoder för deras forskning, därför är många av dess sektioner oberoende vetenskaper. Nuförtiden är kemins huvudgrenar oorganisk kemi, organisk kemi och fysikalisk kemi. Samtidigt uppstod betydande delar av kemin på gränsen till andra vetenskaper. Sålunda gav växelverkan mellan kemi och fysik, förutom fysikalisk kemi, kemisk fysik. Ett av de avancerade områdena inom kemin är biokemi – en vetenskap som studerar livets kemiska grunder. Nästan varje vetenskaplig studie kräver användning av fysikaliska metoder för att bestämma materiens struktur och matematiska metoder för att analysera resultaten.

Kemi spelar en viktig roll i vetenskapliga och tekniska framsteg. Den har funnits inom alla grenar av vetenskap, teknik och produktion. Kemi säkerställer bearbetning av mineraler till värdefulla produkter. Kemi har en betydande inverkan på jordbrukets produktivitet. Kemins roll i produktionen av plaster, färger, byggmaterial, syntetiska tyger, syntetiska tvättmedel, parfymer och parfymer och läkemedel är inte mindre betydande. Att studera kemi hjälper en person att inte bara öka sin allmänna lärdom utan också förstå sig själv och världen omkring honom.

Termen "kemi" dök upp för första gången i en avhandling av den egyptiske greken Zosimus år 400 e.Kr., där Zosimus säger att "kemi" lärdes ut till människor av demoner som steg ner till jorden från himlen. Namnet "kemi" kommer från ordet "Hemi" eller "Humana", som de gamla egyptierna kallade sitt land, liksom Nilens svarta jord.

De första kemistforskarna var egyptiska präster. Redan under det tredje århundradet f.Kr. hade betydande experimentellt material samlats in och beskrivits. Det berömda biblioteket i Alexandria innehöll omkring sju hundra handskrivna böcker, innehållande många verk om kemi. Den grekiske filosofen Demokritos, som levde på 500-talet f.Kr., föreslog först att alla kroppar består av små, osynliga, odelbara partiklar av fast materia som rör sig. Han kallade dessa partiklar "atomer". Från det tredje århundradet e.Kr. i kemins historia började alkemins period, vars syfte var att söka efter sätt att omvandla oädla metaller till ädla (silver och guld) med hjälp av de vises sten. I Rus var alkemin inte utbredd, även om alkemisternas avhandlingar var kända. I början av 500-talet började alkemister tillämpa sina kunskaper på behoven av produktion och behandling. Under 1600- och 1700-talen började experimentella metoder användas i kemisk forskning.

Den första teorin om vetenskaplig kemi var teorin om flogiston (ett viktlöst ämne som frigörs från materia när ämnen brinner), föreslog av G. Stahl på 1700-talet. Denna teori visade sig vara felaktig, även om den funnits i nästan ett sekel. Den franske kemisten A. Lavoisier och den ryske kemisten M.V. Lomonosov använde exakta mätningar i studiet av kemiska reaktioner, motbevisade teorin om flogiston och formulerade lagen om bevarande av massa. Från 1789 till 1860 fortsatte perioden med kvantitativa kemiska lagar (atom-molekylär vetenskap). Det moderna utvecklingsstadiet för kemisk vetenskap, som började på nittonhundratalet, fortsätter till denna dag. Alla framgångar inom praktisk kemi idag är baserade på prestationerna inom grundläggande vetenskap.