Хімія та хімічна освіта на рубежі століть: зміна цілей, методів та поколінь.
Юрій Олександрович Устинюк – доктор хімічних наук, заслужений професор МДУ, завідувач лабораторії ЯМР Хімічного факультету МДУ. Область наукових інтересів – металоорганічна та координаційна хімія, фізична органічна хімія, спектроскопія, каталіз, проблеми хімічної освіти.
У дискусії у тому, що є хімічна наука загалом та її окремі області межі століть, вже висловилися багато дуже авторитетні автори. При деяких відмінностях зокрема загальний тон всіх висловлювань явно мажорний. Одностайно відзначаються видатні досягнення на всіх основних напрямках хімічних досліджень. Усі фахівці відзначають виключно важливу роль, яку відіграли у досягненні цих успіхів нові та новітні методи дослідження структури речовини та динаміки хімічних процесів. Такою ж єдиною є думка про величезний вплив на розвиток хімії за останні два десятиліття на наших очах загальної та всепроникної комп'ютеризації науки. Усі автори підтримують тезу про посилення міждисциплінарної взаємодії як у стиках хімічних дисциплін, і між усіма природничим і точними науками загалом у період. Значно більше відмінностей у прогнозах майбутнього хімічної науки, в оцінках основних тенденцій її розвитку на близьку та віддалену перспективу. Але й тут переважає оптимістичний настрій. Всі згодні з тим, що прогрес буде продовжуватися прискореними темпами, хоча деякі автори і не очікують у хімії в найближчому майбутньому нових фундаментальних відкриттів, за своєю значимістю можна порівняти з відкриттями початку і середини минулого століття /1/.
Немає сумнівів у тому, що науковій хімічній спільноті є чим пишатися.
Вочевидь, що хімія у минулому столітті як зайняла центральне місце у природознавстві, а й створила нову базу матеріальної культури сучасної цивілізації. Цілком ясно, що ця її найважливіша роль збережеться в найближчому майбутньому. Тому, як здається на перший погляд, немає особливих причин сумніватися у світлому майбутньому нашої науки. Однак чи не бентежить Вас, шановні колеги, той факт, що в стрункому хорі, який сьогодні виголошує хвалу хімії та хімікам, явно не вистачає протверезних голосів «контрамотів». На мій погляд, «контрамоти» складають важливу, хоч і не дуже численну частину будь-якої здорової наукової спільноти. «Контрамот-скептик», усупереч спільній думці, по можливості прагне погасити вибухи загального захоплення з приводу чергових визначних успіхів. Навпаки, «контрамот-оптиміст» згладжує напади настільки ж загального розпачу в час аварії чергових нездійснених надій. Спробуємо, подумки посадивши за один стіл цих майже антиподів, поглянути на проблему хімії на рубежі століть з дещо іншої точки зору.
Вік закінчився. Разом з ним закінчує своє активне життя в науці блискуче покоління хіміків, зусиллями яких були досягнуті відомі всім і визнані всіма видатні успіхи. На зміну приходить нове покоління хіміків-дослідників, хіміків-педагогів, хіміків-інженерів. Хто вони, ці сьогоднішні юнаки та дівчата, чиї особи ми бачимо перед собою у навчальних аудиторіях? Чому і як ми повинні навчити їх, щоб їхня професійна діяльність була б успішною? Які вміння мають доповнювати набуті знання? Що з нашого життєвого досвіду ми можемо передати їм, а вони погодяться прийняти у вигляді порад та настанов, щоб здійснилася заповітна мрія кожного з них – мрія про особисте щастя та благополуччя? У короткій нотатці не можна відповісти на всі ці найскладніші та вічні питання. Нехай вона стане запрошенням до більш ґрунтовної дискусії та затравкою для неквапливих особистих роздумів.
Один із моїх добрих друзів, маститий професор-хімік із сорокарічний стаж, роздратовано сказав мені нещодавно, коли я, обмірковуючи цю замітку, перерахував йому наведені вище питання: «А що власне особливе і несподіване сталося? Що так сильно змінилося? Ми всі вчилися потроху у своїх вчителів, навчалися чогось і якось. Тепер вони, студенти, навчаються того ж таки у нас. Так воно і йде від віку до віку. Так воно і йтиме завжди. І нічого тут новий город городити». Сподіваюся, що сказане мною у відповідь тоді і написане тут не стане причиною нашої з ним сварки. Але відповідь моя йому прозвучала дуже рішуче. Я стверджував, що у хімічній науці межі століть змінилося все! Винятково важко знайти в ній навіть маленьку область (мова, звичайно, не йдеться про глухі закутки, в яких зручно влаштувалися маргінали-релікти), де в останні чверть століття не відбулося б глибоких кардинальних змін.
^ Методичний арсенал хімічних досліджень.
Як справедливо зазначав С.Г.Кара-Мурза /2/, історію хімічної науки можна як у межах традиційного підходу як еволюцію основних концепцій та ідей і натомість відкриттів і накопичення нових експериментальних фактів. З повним правом її можна викласти і в іншому контексті, як історію вдосконалення та розвитку методичного арсеналу хімічної науки. Насправді роль нових методів не обмежується тим, що вони багаторазово розширюють дослідницькі можливості наукової спільноти, яка їх освоїла. У міждисциплінарній взаємодії метод подібний до троянського коня. Разом із методом у нову галузь науки проникають його теоретичний та математичний апарат, які ефективно використовуються при створенні нових концепцій. Випереджальний характер розвитку методичного арсеналу хімії особливо яскраво проявився саме в останній чверті минулого століття.
До найяскравіших досягнень у цій галузі безумовно слід віднести практичне досягнення фізичних меж у просторовому, часовому і концентраційному дозволі у низці нових методів для хімічних досліджень. Так створення скануючої тунельної мікроскопії з просторовим дозволом лише на рівні 0,1 нм забезпечує спостереження окремих атомів і молекул. Розробка лазерної фемтосекундної спектроскопії з тимчасовим дозволом лише на рівні 1 – 10 фс відкриває можливості дослідження елементарних актів хімічних процесів у часових інтервалах, відповідних одному періоду коливань атомів у молекулі. Нарешті, відкриття коливальної тунельної спектроскопії дозволяє тепер стежити за поведінкою і перетвореннями окремої молекули на поверхні твердих тіл. Не менш важливо, мабуть, також і те, що практично був відсутній розрив у часі між створенням фізичних принципів кожного з цих методів та їх безпосереднім застосуванням для вирішення хімічних завдань. Останнє навряд чи дивно, оскільки всі ці та багато інших найважливіших результатів останніх років були отримані колективами міждисцилінарного характеру, які поєднують фізиків, хіміків, інженерів та інших фахівців.
Прорив на новий рівень дозволу та чутливості був потужно підтриманий виключно швидким удосконаленням тих фізичних методів, які давно становлять основу арсеналу хіміка-дослідника. За останні 10 років роздільна здатність та чутливість усіх спектральних методів покращилися на порядок і більше, а продуктивність наукових приладів зросла на два та більше порядків. У провідних дослідницьких лабораторіях зараз основу приладового парку становлять інструменти 5 покоління - найскладніші вимірювально-обчислювальні комплекси, які забезпечують повну автоматизацію проведення вимірювань та обробки результатів, а також дають можливість on-line застосовувати бази та банки наукових даних при їх інтерпретації. Хімік-дослідник за допомогою комплексу таких приладів отримує в одиницю часу приблизно 2000 разів більше інформації, ніж 50 років тому. Ось лише деякі приклади.
Рентгеноструктурний аналіз монокристалів ще 10 років тому був одним із найбільш трудомістких та тривалих за часом експериментів. Визначення молекулярної та кристалічної структури нової речовини вимагало місяців роботи, інколи ж затягувалося на роки. Нові автоматичні рентгенівські дифрактометри дають сьогодні можливість при вивченні сполук невеликої молекулярної маси отримати весь необхідний масив рефлексів за кілька годин і не пред'являть при цьому занадто високих вимог до розмірів і якості кристала. Повна обробка експериментальних даних за допомогою сучасних програм на персональному комп'ютері триває ще кілька годин. Таким чином мрія, що здавалася раніше нездійсненною «один день – одна повна структура» стала повсякденною реальністю. За останні 20 років за допомогою РСА було, мабуть, досліджено більше молекулярних структур, ніж за попередній період його застосування. У деяких галузях хімічної науки використання РСА як рутинного методу призвело до прориву новий рівень знання. Так наприклад, отримані дані про детальну будову глобулярних білків, у тому числі найважливіших ферментів, а також інших типів біологічно важливих молекул мали принципово важливе для розвитку молекулярної біології, біохімії, біофізики та суміжних дисциплін. Проведення експериментів за низьких температур відкрило можливості побудови прецизійних карт різної електронної щільності в складних молекулах, придатних для прямого зіставлення з результатами теоретичних розрахунків.
Підвищення чутливості мас-спектрометрів забезпечує надійний аналіз фемтограмових кількостей речовини. Нові методи іонізації та часопрогонові мас-спектрометри з досить високою роздільною здатністю (системи MALDI-TOF) у поєднанні з двовимірним електрофорезом дозволяють зараз проводити ідентифікацію та дослідження будови біомолекул дуже великої молекулярної маси, наприклад, клітинних білків. Це уможливило виникнення нової бурхливо розвивається на стику хімії та біології – протеоміки /3/. Сучасні можливості мас-спектрометрії високого дозволу в елементному аналізі добре описані Г.І.Рамендіком /4/.
Новий крок уперед зробила спектроскопія ЯМР. Використання методів обертання зразка під магічним кутом із крос-поляризацією дозволяє отримувати спектри високої роздільної здатності у твердих тілах. Застосування складних послідовностей радіочастотних імпульсів у поєднанні з імпульсними градієнтами поляризуючого поля, а також інверсне детектування спектрів важких та рідкісних ядер забезпечує можливість прямого визначення тривимірної структури та динаміки білків із молекулярною масою до 50 кД у розчині.
Збільшення чутливості методів аналізу, поділу та дослідження речовин мало ще один важливий наслідок. У всіх галузях хімії відбулася або відбувається мініатюризація хімічного експерименту, у тому числі перехід у хімічному лабораторному синтезі з напівмікро- на мікромасштаб. Це суттєво знижує витрати на реактиви та розчинники, значно прискорює проведення всього циклу досліджень. Успіхи у розробці нових ефективних загальних методів синтезу, які забезпечують проведення типових хімічних реакцій з високими виходами, близькими до кількісних, призвели до «комбінаторної хімії». У ній метою синтезу є отримання не одного, а одночасно сотень, а іноді й тисяч речовин близької будови (синтез «комбінаторної бібліотеки»), який здійснюють в окремих мікрореакторах для кожного продукту, поміщених у великий реактор, а іноді і в одному загальному реакторі. Така кардинальна зміна завдань синтезу призвела до розробки абсолютно нової стратегії планування та здійснення експериментів, а також, що особливо важливо у світлі обговорюваних нами проблем, до повного оновлення техніки та апаратури його проведення, реально поставивши на порядок денний питання про широке впровадження у практику хімічних роботів .
Нарешті, останнє по порядку перерахування в цьому розділі, але далеко не остання за значущістю зміна методичного арсеналу хімічних досліджень полягає у новій ролі, яку грають сьогодні в хімії методи теоретичних розрахунків та комп'ютерного моделювання структури та властивостей речовин, а також хімічних процесів. Наприклад, ще зовсім недавно хімік-теоретик бачив своє головне завдання у систематизації відомих експериментальних фактів та у побудові на основі їх аналізу теоретичних концепцій якісного характеру. Безпрецедентно швидке зростання можливостей обчислювальної техніки призвело до того, що методи квантової хімії високого рівня, що забезпечують отримання надійної кількісної інформації, стали реальним інструментом дослідження складних молекулярних та надмолекулярних структур, що включають сотні атомів, зокрема атомів важких елементів. У зв'язку з цим неемпіричні розрахунки ЛКАО МО ССП з кореляційними та релятивістськими поправками, а також квантовохімічні розрахунки з використанням методу функціоналу щільності в нелокальних наближеннях у розширених та розщеплених базисах тепер можна застосовувати на початкових етапах дослідження, передуючи ними виконання синтетичного експерименту цілеспрямованим. З проведенням таких розрахунків легко справляються студенти та аспіранти. Відбуваються дуже характерні зміни у складах найкращих наукових колективів, які ведуть експериментальні дослідження. Вони все частіше органічно включаються хіміки-теоретики. У наукових публікаціях високого рівня часто-густо опис нових хімічних об'єктів чи явищ наводиться разом з їх ґрунтовним теоретичним аналізом. Про чудові можливості комп'ютерного моделювання кінетики складних багатомаршрутних каталітичних процесів та дивовижні успіхи, досягнуті в цій галузі, чудово розказано у статті О.М.Темкіна /5/.
Навіть дуже короткий і далеко неповний перелік основних змін у методичному арсеналі хімії на рубежі століть, наведений вище, дозволяє зробити низку важливих і певних висновків:
ці зміни мають кардинальний, принциповий характер;
темпи освоєння нових методів та методик у хімії в останні десятиліття були і залишаються дуже високими;
новий методичний арсенал створив можливості ставити та успішно вирішувати хімічні завдання небаченої раніше складності у винятково короткі терміни.
Доречно, на мою думку, стверджувати, що в цей період хімічні дослідження перетворилися на область широкомасштабного застосування цілого комплексу нових та новітніх високих технологій, пов'язаних із використанням найскладнішої апаратури. Очевидно, що освоєння цих технологій стає одним із найважливіших завдань у підготовці нового покоління хіміків.
^ 2.Інформаційне забезпечення хімічної науки та нові інформаційно-комунікаційні технології.
Час подвоєння обсягу наукової хімічної інформації, за останніми оцінками І.В.Меліхова /6/, зараз становить 11-12 років. Стрімко зростає кількість наукових журналів та їх обсяги, кількість монографій і оглядів, що випускаються. Дослідження щодо кожного з актуальних наукових напрямів одночасно проводять у десятках наукових колективів різних країн. Вільний доступ до джерел наукової інформації, який завжди був необхідною умовою продуктивної наукової роботи, а також можливість швидкого обміну поточною інформацією з колегами в нових умовах повної інтернаціоналізації науки перетворилися на лімітуючі фактори, що визначають не лише успіх, а й доцільність здійснення будь-якого наукового проекту. Поза постійним оперативним зв'язком з ядром наукової спільноти дослідник тепер швидко перетворюється на маргіналу навіть у тому випадку, якщо він отримує результати високої якості. Ця ситуація особливо характерна для значної частини російських хіміків, які мають доступу до INTERNET і рідко публікуються у міжнародних хімічних журналах. Їхні результати стають відомими членам міжнародної спільноти з тимчасовою затримкою в кілька місяців, а іноді й зовсім не привертають уваги, будучи опубліковані в малодоступних і малоавторитетних виданнях, серед яких, на превеликий жаль, все ще належить більшість російських хімічних журналів. Задала, нехай і цінна інформація майже не впливає на хід світового дослідницького процесу, а отже втрачається основний зміст усієї наукової роботи. За умов бідності наших бібліотек INTERNET став головним джерелом наукової інформації, а електронна пошта – головним каналом зв'язку. Ми повинні ще раз низько вклонитися Джорджу Соросу, хто першим виділив кошти для підключення до INTERNET наших вишів та наукових інституцій. На жаль, далеко не всі наукові колективи мають доступ до електронних каналів зв'язку, і пройде, мабуть, не менше десятка років, доки INTERNET стане загальнодоступним.
Сьогодні наша російська наукова хімічна спільнота розпалася на дві нерівні частини. Значна, мабуть, більшість дослідників відчуває найгостріший інформаційний голод, які мають вільного доступу до джерел інформації. Це гостро відчувають, наприклад, експерти РФФД, яким доводиться рецензувати ініціативні наукові проекти. У конкурсі хімічних проектів 2000 року, наприклад, за відгуками деяких авторитетних експертів, які брали участь у їх оцінці, до третини авторів проектів не мали в своєму розпорядженні найостаннішу інформацію про запропоновану ними тему. У зв'язку з цим запропоновані ними програми були не оптимальні. Запізнення з обробкою наукової інформації для них, за орієнтовними оцінками, могло становити від півтора до двох років. Більше того, траплялися і проекти, спрямовані на вирішення проблем, які або вже були вирішені, або у світлі результатів, отриманих у суміжних сферах, втратили свою актуальність. Їхні автори, мабуть, не мали доступу до сучасної інформації не менше 4-5 років.
Друга частина вчених-хіміків, до якої відношу себе і я, відчуває труднощі іншого. Вона перебуває у стані постійної інформаційної навантаження. Величезні обсяги інформації просто захльостують. Ось найсвіжіший приклад із особистої практики. При підготовці ключової публікації в новій серії наукових праць я вирішив ретельно зібрати і проаналізувати всю літературу, що відноситься до теми. Машинний пошук за трьома базами даних за ключовими словами за період останніх 5 років виявив 677 джерел загальним обсягом 5489 сторінок. Введення додаткових суворіших критеріїв відбору скоротило кількість джерел до 235. Робота з рефератами цих наукових статей дозволила відсіяти ще 47 незначних публікацій. З 188 робіт, що залишилися раніше мені були відомі і мною вже були вивчені 143. З 45 нових джерел доступними для безпосереднього перегляду виявилися 34. У першій же з нових робіт я знайшов ряд посилань на роботи її авторів більш раннього періоду, в яких вивчалася проблема розглядалася з інших позицій. Рух за нучними посиланнями до витоків виявило зрештою ще 55 джерел. Побіжний перегляд двох оглядів, що входили до їх числа, змусив внести до списку для вивчення ще 27 робіт із суміжних областей. З них 17 вже були присутні у первісному списку із 677 джерел. Таким чином, після тримісячної вельми напруженої роботи я мав список із 270 робіт, які безпосередньо стосуються проблеми. Серед них явно вирізнялися високою якістю публікації 6 наукових груп. Я написав керівникам цих колективів про мої основні результати і попросив надіслати посилання на їхні останні роботи з проблеми. Двоє відповіли, що вони не займаються нею і не опублікували нічого нового. Троє надіслали 14 робіт, частина з яких була щойно завершена та ще не вийшла з друку. Один із колег не відповів на запит. Двоє з колег у своїх листах згадали ім'я молодого японського вченого, який розпочав дослідження у тому ж напрямі лише два роки тому, мав на тему лише 2 публікації, але зробив, за їхніми відгуками, блискучу наукову доповідь на останній міжнародній конференції. Я негайно написав йому і отримав у відповідь список з 11 публікацій, в яких використовувався той же метод досліджень, який я застосовував, але з деякими додатковими модифікаціями. Він також звернув увагу на деякі неточності, допущені в тексті мого листа при викладі власних результатів. Детально опрацювавши лише 203 роботи з 295, які мають пряме відношення до теми, я нарешті закінчую підготовку публікації. У списку літератури виявляється понад 100 найменувань, що неприйнятно за правилами наших журналів. Збір та обробка інформації зайняла майже 10 місяців. З цієї досить типової історії випливає, на мій погляд, чотири важливі висновки:
На збирання та аналіз інформації з профілю досліджень сучасний хімік повинен витрачати до половини і більше робочого часу, що вдвічі чи втричі більше, ніж півстоліття тому.
Швидка оперативна зв'язок із колегами, які у тій області в різних країнах світу, тобто. включення до «незримого наукового колективу» різко підвищує ефективність такої роботи.
Важливим завданням у підготовці нового покоління хіміків стає оволодіння сучасними інформаційними технологіями.
Винятково важливого значення набуває мовна підготовка молодого покоління спеціалістів.
Тому в своїй лабораторії деякі колоквіуми ми проводимо англійською навіть у тому випадку, якщо на них немає іноземних гостей, які у нас не рідкість. Минулого року студенти моєї спеціалізованої групи, дізнавшись, що я читав курси лекцій за кордоном, попросили мене прочитати частину курсу органічної хімії англійською. Досвід, загалом, мені видався цікавим та вдалим. Близько половини студентів не лише добре засвоювали матеріал, а й брали активну участь у дискусії, відвідуваність лекцій підвищилася. Однак приблизно чверть студентів зі складу групи, які важко засвоювали складний матеріал навіть по-російськи, ця витівка явно припала не до душі.
Зауважу також, що описана мною ситуація дозволяє в реальному світлі зрозуміти походження відомої тези про непорядність та підступність наших деяких закордонних колег, які недостатньо активно цитують роботи російських хіміків, нібито з метою привласнити собі чужий пріоритет. Справжня причина - найжорстокіша інформаційна навантаження. Зрозуміло, що всі потрібні роботи зібрати, прочитати та процитувати неможливо. Звичайно, я завжди цитую роботи тих, з ким постійно співпрацюю, обмінююсь інформацією, обговорюю результати до їхньої публікації. Іноді, коли мої роботи пропускалися, мені доводилося надсилати колегам ввічливі листи з проханням виправити помилку. І вона завжди виправлялася, хоч і без особливого вдоволення. У свою чергу і мені одного разу довелося вибачитися за неуважність.
^ 3.Нові цілі та нова структура фронту хімічних наукових досліджень.
Про нові цілі та нові тенденції у розвитку хімії на рубежі століть блискуче написав О.Л.Бучаченко у своєму огляді /7/, і я обмежуся лише коротким коментарем. Зазначена ним домінуюча останні два десятиліття тенденція до інтеграції окремих хімічних дисциплін свідчить про досягнення хімічної наукою тієї міри «золотої зрілості», коли вже наявних коштів і ресурсів достатньо вирішення традиційних завдань кожної з областей. Яскравим прикладом є сучасна органічна хімія. Сьогодні синтез органічної молекули будь-якої складності можна здійснити з допомогою вже розроблених методів. Тому дуже складні завдання такого типу можна як завдання суто технічні. Сказане, звичайно, не означає, що розробка нових методів органічного синтезу повинна бути припинена. Роботи такого типу будуть актуальні завжди, але вони становлять на новому етапі не головне, а фоновий напрямок розвитку дисципліни. У /7/ виділено вісім генеральних напрямів сучасної хімічної науки (хімічний синтез; хімічна структура та функція; управління хімічними процесами; хімічне матеріалознавство; хімічна технологія; хімічна аналітика та діагностика; хімія життя). У реальної наукової діяльності у кожному науковому проекті у тому чи іншою мірою завжди ставляться і вирішуються приватні завдання, які стосуються відразу до кількох генеральним напрямам. А це, у свою чергу, потребує дуже різнобічної підготовки кожного члена наукового колективу.
Важливо також відзначити, що у кожному з перелічених вище напрямків хімії чітко простежується перехід до дедалі складніших об'єктів дослідження. У центрі уваги все частіше виявляються супрамолекулярні системи та структури. Новий етап розвитку хімічної науки, який розпочався на рубежі століть, можна у зв'язку з цим назвати етапом супрамолеклярної хімії.
^ 4.Особливості російської хімічної науки сьогодні.
Десять років так званої перебудови завдали страшного удару по російській науці загалом і російській хімії зокрема. Про це написано багато, і тут не варто повторюватися. На жаль, доводиться констатувати, що серед наукових колективів, які довели свою життєздатність у нових умовах, практично немає колишніх галузевих хімічних інститутів. Величезний потенціал цієї галузі практично знищено, а матеріальні та інтелектуальні цінності розграбовані. Злиденне фінансування академічної та вузівської хімії, що протягом усього цього періоду обмежувалося зарплатою на рівні або нижче за прожитковий мінімум, призвело до значного скорочення чисельності працівників. З вузів та інститутів пішла більша частина енергійної та талановитої молоді. Середній вік викладачів переважної кількості вузів перевищив критичну позначку 60 років. Наявний розрив поколінь – серед співробітників хімічних інститутів та викладачів дуже мало людей у найбільш продуктивному віці 30-40 років. Залишилися старі професори та молоді аспіранти, які часто вступають до аспірантури лише з однією метою – звільниться від служби в армії.
Більшість наукових колективів можна віднести до одного з двох типів, хоча цей поділ, зрозуміло, досить умовний. «Продукуючі наукові колективи» виконують нові великі самостійні дослідницькі проекти та одержують значні обсяги первинної інформації. «Експертні наукові колективи» зазвичай менше за чисельністю, ніж продукуючі, але вони також мають у своєму складі дуже висококваліфікованих фахівців. Вони спрямовані на аналіз інформаційних потоків, на узагальнення та систематизацію результатів, отриманих інших наукових колективах світу. Відповідно до цього їх наукова продукція – це переважно огляди і монографії. Внаслідок колосального зростання обсягів наукової інформації така робота стає дуже важливою, якщо вона виконується з дотриманням тих вимог, які пред'являються до таких вторинних джерел інформації як огляд та монографія/8/. В умовах жебрацького фінансування, нестачі сучасного наукового обладнання та скорочення чисельності в російському науковому хімічному співтоваристві кількість продукуючих колективів зменшилася, а кількість експертних колективів дещо зросла. Діяльність більшості колективів обох типів впала частка складних експериментальних досліджень. Такі зміни у структурі наукового співтовариства у несприятливих умовах цілком закономірні і певному етапі оборотні. При поліпшенні ситуації експертний колектив легко може бути поповнений молоддю і перетворений на продукуючого. Однак, якщо період несприятливих умов затягується, експертні колективи гинуть, оскільки лідерами в них є вчені старшого віку, які припиняють наукову діяльність із природних причин.
Частка робіт російських хіміків у загальному обсязі досліджень та у світових інформаційних потоках швидко скорочується. Наша країна не може вважати себе «великою хімічною державою». За якийсь десяток років у зв'язку з відходом лідерів та відсутністю еквівалентної зміни ми вже втратили значну кількість наукових шкіл, які становили гордість не лише нашої, а й світової науки. Очевидно, в найближчому майбутньому ми продовжуватимемо їх втрачати. На мій погляд, російська хімічна наука сьогодні досягла критичного рубежу, за яким розпад співтовариства стає лавиноподібним і більш неконтрольованим процесом.
Ця небезпека досить ясно усвідомлюється міжнародним науковим співтовариством, яке прагне надавати нашій науці посильну допомогу різними каналами. У мене складається враження, що особи, які в нашій науці та освіті владні, повною мірою ще не усвідомили реальність такого обвалу. Адже не можна справді серйозно розраховувати на те, що його можна запобігти за допомогою реалізації програми підтримки наукових шкіл через РФФІ та програми «Інтеграція». Не усвідомлюється той факт, що кошти, що виділяються на ці програми, значно (за грубими оцінками, на порядок) нижче тієї мінімальної межі, після досягнення якої ефект впливу стає відмінним від нуля.
У відповідь на висловлювання в такому тоні в розмові з особою, близькою до зазначених вище владних структур, я почув: «Не кип'ятись даремно, читай «Пошук». Слава Богу, найгірші часи позаду. Звичайно, загальне тло поки що досить безрадісне, але існують цілком благополучні наукові колективи та цілі інститути, які пристосувалися до нових умов і демонструють помітне зростання продуктивності. Тож не треба впадати в істерику і ховати нашу науку».
Насправді такі колективи існують. Я склав список із десяти таких лабораторій, що працюють близько за тематикою до галузі моїх наукових інтересів, заліз у INTERNET, попрацював у бібліотеці з базою даних Chemical Abstracts. Ось загальні властиві цим лабораторіям особливості, що відразу кинулися в очі:
Усі десять колективів мають прямий доступ в INTERNET, п'ять із десяти мають у ньому добре оформлені власні сторінки з достатньо повною та оновлюваною інформацією про роботу.
Усі десять лабораторій активно співпрацюють із закордонними колективами. Шість мають гранти міжнародних організацій, три виконують дослідження з контрактів із великими зарубіжними фірмами.
Більше половини членів наукових колективів, інформацію про яких було знайдено, не менше одного разу на рік виїжджали за кордон для участі у міжнародних конференціях або для наукової роботи.
Робота дев'яти із десяти лабораторій підтримується грантами РФФІ (у середньому по 2 гранти на лабораторію).
Шість із 10 лабораторій представляють інститути РАН, але три з них дуже беруть активну участь у кооперації з Вищим хімічним коледжем РАН, а тому у складі їх колективів досить багато студентів. З чотирьох вузівських колективів три очолюють члени РАН.
Від 15 до 35% наукових публікацій керівників лабораторій за останні 5 років опубліковано в міжнародних журналах. П'ятеро їх за цей період опублікували спільні роботи, а семеро представляли спільні доповіді на наукових конференціях із зарубіжними колегами.
Насамкінець скажу найголовніше - на чолі всіх цих лабораторій стоять зовсім чудові особистості. Висококультурні, різнобічно освічені, захоплені своєю роботою люди.
Кваліфікований читач відразу помітить, що робити будь-які висновки загального характеру на підставі такої малої та непредставницької вибірки наукових колективів немає сенсу. Я зізнаюся, що не маю повних даних про інші успішно працюючі наукові колективи хіміків країни. Цікаво було б їх зібрати та проаналізувати. Але з досвіду роботи своєї, не найслабшої загалом лабораторії, можу відповідально заявити, що без участі у міжнародному співробітництві, без постійної допомоги з боку зарубіжних колег, від яких за останній рік лише одних хімічних реактивів та книг ми отримали майже на 4000 доларів, без постійних відряджень співробітників, аспірантів та студентів за кордон ми не змогли б працювати зовсім. Висновок напрошується саме собою:
Сьогодні в галузі фундаментальних досліджень у нашій хімічній науці продуктивно працюють в основному колективи, які включені в міжнародне наукове співтовариство, отримують підтримку з-за кордону, мають вільний доступ до джерел наукової інформації. Інтеграція вцілілої у розбудові російської хімії у світову хімічну науку завершується.
А якщо так, то наші критерії якості наукової продукції повинні відповідати найвищим міжнародним стандартам. Майже позбавлені можливості набувати сучасної наукової апаратури, ми повинні орієнтуватися на використання дуже обмежених можливостей центрів колективного користування та/або виконання найскладніших і найтонших експериментів за кордоном.
^ 5.Повернемося до проблеми підготовки нашої зміни.
Багато про що з цього приводу добре сказано у статті деканів Хімічних факультетів двох безперечно кращих університетів країни/9/, а тому можна не вдаватися до багатьох деталей. Спробуємо рухатися по порядку відповідно до списку сформульованих на початку цієї замітки питань.
То хто ж вони, молоді люди, що сидять на студентській лаві перед нами? На щастя, у людській популяції існує небагато індивідів, яким доля стати вченими зумовлена генетично. Потрібно лише знайти їх та залучити до занять хімією. На щастя, існують у нашій країні давні та славні традиції виявлення талановитих хлопців через хімічні олімпіади, через створення спеціалізованих класів та шкіл. Ще живуть та активно працюють чудові ентузіасти занять із обдарованими школярами. Провідні хімічні виші, які беруть найактивнішу участь у цій роботі, попри підступи Міністерства освіти, збирають справді золотий урожай. До третини студентів Хімічного факультету МДУ в останні роки вже на 1 курсі визначають сферу своїх інтересів, і майже половина починає наукову роботу до початку 3 курсу.
Особливість нового часу полягає в тому, що, починаючи навчання в університеті, молодик часто ще не знає, в якій галузі йому доведеться працювати після завершення освіти. Більшості дослідників та інженерів доводиться неодноразово змінювати сферу діяльності за час професійної кар'єри. Тому майбутній фахівець на студентській лаві має набути твердих навичок в умінні самостійно опановувати нові галузі науки. Самостійна індивідуальна робота студента складає основу сучасної освіти. Головна умова ефективності такої роботи – доступність добрих сучасних підручників та навчальних посібників. «Час життя» сучасного підручника, очевидно, має приблизно дорівнювати часу подвоєння обсягу наукової інформації, тобто. має становити 11-12 років. Одна з головних бід нашої освіти полягає в тому, що ми не тільки не маємо нових вузівських підручників з базових хімічних дисциплін, але катастрофічно не вистачає навіть старих. Необхідна ефективна програма написання та надрукування підручників з хімічних дисциплін для вузів.
Обдаровані і добре мотивовані студенти мають особливість, яку помітив ще Р.Фейман у своїх знаменитих лекціях. Їм, таким студентам, по суті, стандартна освіта не потрібна. Їм необхідне середовище про
Хімічна та хіміко-технологічна освіта,система оволодіння у навчальних закладах знаннями з хімії та хімічної технології, способами застосування їх до вирішення інженерно-технологічних та дослідницьких завдань. Поділяється на загальну хімічну освіту, що забезпечує оволодіння знаннями основ хімічної науки, і спеціальне хімічне і озброєння знаннями хімії та хімічної технології, необхідними фахівцям вищої та середньої кваліфікації для виробничої діяльності, науково-дослідної та викладацької роботи як в галузі хімії, так і в галузі хімії. з нею галузях науки та техніки. Загальна хімічна освіта дається у середній загальноосвітній школі, середніх професійно-технічних та середніх спеціальних навчальних закладах. Спеціальна хімічна та хіміко-технологічна освіта набувається у різних вищих та середніх спеціальних навчальних закладах (університетах, інститутах, технікумах, училищах). Його завдання, обсяг та зміст залежать від профілю підготовки у них фахівців (хімічна, гірська, харчова, фармацевтична, металургійна промисловість, сільське господарство, медицина, теплоенергетика тощо). Зміст хімічного та змінюється залежно від розвитку хімії та вимог виробництва.
Удосконалення структури та змісту хімічної та хіміко-технологічної освіти пов'язано з науковою та педагогічною діяльністю багатьох радянських вчених - А. Є. Арбузова, Б. А. Арбузова, О. М. Баха, С. І. Вольфковича, Н. Д. Зелінського , І. А. Каблукова, Ст А. Каргіна, І. Л. Кнунянца, Д. П. Коновалова, С. Ст Лебедєва, С. С. Наметкіна, Б. Ст Некрасова, А. Н. Несмеянова, Е. Порай-Кошиця, А. Н. Реформатського, С. Н. Реформатського, Н. Н. Семенова, Я. К. Сиркіна, В. Є. Тищенко, А. Є. Фаворського та ін. Нові досягнення хімічно наук висвітлюються у спеціальних хімічних журналах, що допомагають у вдосконаленні наукового рівня курсів хімії та хімічної технології у вищій школі. Для вчителів видається журнал «Хімія у школі».
В інших соціалістичних країнах підготовка фахівців з хімічною та хіміко-технологічною освітою здійснюється в університетах та спеціалізованих вишах. Великими центрами такої освіти є: НРБ - Софійський університет, Софійський; у ВНР - Будапештський університет, Веспремський; у НДР - Берлінський, Дрезденський технічний, Ростокський університети, Магдебурзька вища технічна школа; у ПНР – Варшавський, Лодзинський, Люблінський університети, Варшавський політехнічний інститут; у СРР - Бухарестський, Клузький університети, Бухарестський, Яський політехнічний інститути; у ЧССР - Празький університет, Празький, Пардубицька вища хіміко-технологічна школа; у СФРЮ - Загребський, Сараєвський, Сплітський університети та ін.
У капіталістичних країнах великими центрами хімічної та хіміко-технологічної освіти є: у Великій Британії - Кембриджський, Оксфордський, Батський, Бірмінгемський університети, Манчестерський політехнічний інститут; в Італії – Болонський, Міланський університети; у США - Каліфорнійський, Колумбійський, Мічиганський технологічні університети, Толедський університет, Каліфорнійський, Массачусетські технологічні інститути; у Франції - Гренобльський 1-й, Марсельський 1-й, Клермон-Ферранський, Комп'єнський технологічний, Ліонський 1-й, Монпельєський 2-й, Паризькі 6-й та 7-й університети, Лоранський, Тулузький політехнічні інститути; у ФРН - Дортмундський, Ганноверський, Штутгартський університети, Вищі технічні школи в Дармштадті та Карлсруе; у Японії - Кіотський, Окаямський, Осакський, Токійський університети та ін.
Фігуровський Н. А., Биков Р. Ст, Комарова Т. А., Хімія в Московському університеті за 200 років, М., 1955; Історія хімічних наук, М., 1958; Ременніков Би. М., Ушаков Р. І., Університетська освіта в СРСР, М., 1960; Зінов'єв С. І., Ременніков Би. М., Вищі навчальні заклади СРСР, [М.], 1962; Парменов До. Я., Хімія як навчальний предмет у дореволюційній та радянській школі, М., 1963; Викладання хімії за новою програмою у середній школі. [Зб. ст.], М., 1974; Джуа М., Історія хімії, пров. з італ., М., 1975.
Адреса: Санкт-Петербург, наб. нар. Мийки, буд.48
Е-мейл Оргкомітету: [email protected]
Організатори: РДПУ ім. А.І. Герцена
Умови участі та житло: 400 руб.
Шановні колеги!
Запрошуємо Вас взяти участь уII Всеросійської студентської конференції з міжнародною участю «Хімія та хімічна освіта XXI століття», присвяченій 50-річчю факультету хімії РДПУ ім. А.І. Герцена та 100-річчя від дня народження професора В.В. Перекалина.
Конференція відбудеться на базі РДПУ ім. А.І. Герцена.
Термін проведення конференції – з 15 по 17 квітня 2013 р. Мета конференції – обмін результатами вивчення сучасних проблем хімії та хімічної освіти між молодими дослідниками та активне залучення студентів до науково-дослідної роботи. В рамках конференції будуть представленісекційні(до 10 хв) та стендові доповіді студентів, які навчаються в бакалавріаті, сп еціалітеті та магістратурі. Можлива заочна участь із публікацією тез доповіді. Відібрані Оргкомітетом тези доповідей будуть опубліковані у збірнику матеріалів конференції з присвоєнням номера ISBN. З пленарними доповідями виступатимуть запрошені провідні хіміки Санкт-Петербурга.
Основні наукові напрями конференції:
- Секція 1 – органічна, біологічна та фармацевтична хімія
- Секція 2 – фізична, аналітична та екологічна хімія
- Секція 3 – неорганічна та координаційна хімія, нанотехнології
- Секція 4 – хімічна освіта
Для участі у конференції необхідно:
До 15 лютого 2013 р. надіслати реєстраційну форму учасника та тези доповіді, оформлені відповідно до вимог, на електронну адресу конференції: conference [email protected].ru
Хімічний елемент – сукупність атомів із однаковим зарядом. Як же утворюються прості та складні хімічні елементи?
Хімічний елемент
Все різноманіття навколишньої природи складається з поєднань порівняно невеликої кількості хімічних елементів.
У різні історичні епохи поняття «елемент» вкладався різний сенс. Давньогрецькі філософи як «елементи» розглядали чотири «стихії» – тепло, холод, сухість і вологість. Поєднуючись попарно, вони утворювали чотири «початки» всіх речей – вогонь, повітря, воду та землю. У середині століття до цих початків додалися сіль, сірка та ртуть. У у вісімнадцятому сторіччі Р. Бойль вказав те що, що це елементи носять матеріальний характер та його число то, можливо досить велика.
1787 року французький хімік А. Лавуазьє створив «Таблицю простих тіл». До неї увійшли всі відомі на той час елементи. Під останніми розумілися прості тіла, які вдавалося розкласти хімічними методами ще простіші. Згодом з'ясувалося, що до таблиці увійшли деякі складні речовини.
Мал. 1. А. Лавуазьє.
В даний час поняття "хімічний елемент" встановлено точно. Хімічний елемент – це вид атомів із однаковим позитивним зарядом ядра. Останній дорівнює порядковому номеру елемента таблиці Менделєєва.
Нині відомо 118 елементів. Приблизно 90 із них існують у природі. Інші отримані штучно за допомогою ядерних реакцій.
104-107 елементи були синтезовані вченими-фізиками. В даний час продовжуються дослідження зі штучного отримання хімічних елементів з вищими порядковими номерами.
Усі елементи поділяються на метали та неметали. До неметалів відносяться такі елементи, як: гелій, неон, аргон, криптон, фтор, хлор, бром, йод, астат, кисень, сірка, селен, азот, телур, фосфор, миш'як, кремній, бор, водень. Однак розподіл на метали та неметали умовний. За певних умов деякі метали можуть набувати неметалевих властивостей, а деякі неметали – металеві.
Утворення хімічних елементів та речовин
Хімічні елементи можуть існувати як одиночних атомів, як одиночних вільних іонів, але зазвичай входять до складу простих і складних речовин.
Мал. 2. Схеми утворення хімічних елементів.
Прості речовини складаються з атомів одного виду і утворюються в результаті з'єднання атомів у молекули та кристали. Більшість хімічних елементів відносяться до металевих, тому що утворені ними прості речовини є металами. Метали мають загальні фізичні властивості: всі вони тверді (крім ртуті), непрозорі, мають металевий блиск, тепло- та електропровідність, ковкість. Метали утворюють такі хімічні елементи, як магній, кальцій, залізо, мідь.
Неметалічні елементи утворюють прості речовини, що належать до неметал. Вони не мають характерних металевих властивостей, бувають газами (кисень, азот), рідинами (бром) та твердими речовинами (сірка, йод).
Один і той же елемент може утворювати кілька різних простих речовин, що мають різні фізичні та хімічні властивості. Вони називаються алотропними формами, а явище їхнього існування називається алотропією. Прикладами можуть бути алмаз, графіт та карбін – прості речовини, що є алотропними формами елемента вуглецю.
Мал. 3. Діамант, графіт, карбін.
Складні речовини складаються з атомів різних елементів. Наприклад, сульфід заліза складається з атомів хімічного елемента заліза та хімічного елемента сірки. При цьому складна речовина жодною мірою не зберігає властивостей простих речовин заліза та сірки: їх там немає, а є атоми відповідних елементів.
Що ми дізналися?
В даний час відомо 118 хімічних елементів, які поділяються на метали та неметали. Усі елементи можна поділити на прості та складні речовини. перші складаються з атомів одного виду, а другі з атомів різних видів.
Тест на тему
Оцінка доповіді
Середня оцінка: 4.3. Усього отримано оцінок: 296.
