Чому хімія відноситься до природничих наук. Загальна хімія

В результаті вивчення цього розділу студент повинен: знати

• основні поняття та специфіку хімічної картини світу;
• роль алхімії у становленні хімії як науки;
• історичні етапи розвитку хімії як науки;
• провідні принципи вчення про склад та структуру речовин;
• основні фактори протікання хімічних реакцій та умови керування ними;
• основні засади еволюційної хімії та її роль у поясненні біогенезу; вміти
• виявляти роль фізики мікросвіту для розуміння основ хімічної науки;
• проводити порівняльний аналіз основних етапів розвитку хімії;
• аргументовано показувати роль хімії для пояснення структурних рівнів системної організації матерії;

володіти

• навичками набуття та застосування знань для формування хімічної картини світу;
• Навички використання понятійного апарату хімії для характеристики хімічних процесів.

Історичні етапи розвитку хімічної науки

Існує багато визначень хімії, що характеризують її як науку:

• про хімічні елементи та їх сполуки;
• речовини, їх склад і будову;
• процеси якісного перетворення речовин;
• хімічних реакціях, а також про ті закони та закономірності, яким ці реакції підкоряються.

Очевидно, кожне з них відображає лише один з аспектів великого хімічного знання, а сама хімія виступає як високоупорядкована система знань, що постійно розвивається. Наведемо визначення з класичного підручника: «Хімія – наука про перетворення речовин. Вона вивчає склад і будову речовин, залежність властивостей речовин від їх складу та будови, умови та шляхи перетворення одних речовин на інші» .

Хімія - наука про перетворення речовин.

Найважливіша відмінність хімії полягає в тому, що вона багато в чому самостійно формуєпредмет дослідження, створюючи такі речовини, яких був у природі. Як ніяка інша наука, хімія одночасно виступає як наука, і як виробництво. Оскільки сучасна хімія вирішує свої завдання на атомно-молекулярному рівні, вона тісно пов'язана з фізикою, біологією, а також з такими науками, як геологія, мінералогія та ін. та ін.

Більше 200 років тому великий М. В. Ломоносов виступив у громадських зборах Петербурзької Академії наук. У доповіді «Слово про користь хімії»читаємо пророчі рядки: «Широко розповсюджує хімія руки свої в людські справи... Куди не подивимося, куди не оглянемося, скрізь звертаються перед очима нашими успіхи її старанності» . Своє «дбайливість» хімія почала розповсюджувати ще в Єгипті - передовій країні Стародавнього світу. Такі галузі виробництва як металургія, кераміка, виготовлення скла, фарбування, парфумерія, косметика досягли там значного розвитку задовго до нашої ери.

Порівняємо назву науки хімії у різних мовах:

Всі ці слова містять корінь «хем»або « хім», що співзвучно зі словами давньогрецької мови: «хімос» або «хюмос» означало «сік». Ця назва зустрічається в рукописах, що містять відомості з медицини та фармації.

Існують й інші погляди. За Плутархом, термін «хімія» походить від однієї з найдавніших назв Єгипту - Хемі. («Черпа земля»).У первісному значенні цей термін означав "єгипетське мистецтво". Хімія як наука про речовини та їх взаємодії вважалася в Єгипті божественною наукою і знаходилася цілком у руках жерців.

Одна з найдавніших гілок хімії – металургія. За 4-3 тис. років до н. почали виплавляти мідь із руд, а потім виготовляти метал міді з оловом (бронзу). У II тисячолітті до н. навчилися отримувати із руд залізо сиродутним процесом. За 1600 до н.е. почали застосовувати для фарбування тканин природну фарбу індиго, а трохи пізніше - пурпур та алізарин, а також готувати оцет, ліки з рослинних матеріалів та інші продукти, вироблення яких пов'язане з хімічними процесами.

На арабському Сході у V-VI ст. з'являється термін "алхімія" шляхом додавання до греко-єгипетського "хімія" частки "ал-". Метою алхіміків було створення «філософського каменю», здатного всі неблагородні метали перетворювати на золото. В основі лежало практичне замовлення: золото

в Європі було необхідно для розвитку торгівлі, а відомих родовищ золота мало.

Факт з історії науки

Найбільш давніми виявленими хімічними текстами нині вважаються давньоєгипетський. "Папірус Еберса"(на ім'я німецького єгиптолога, що його знайшов) - збірка рецептів виготовлення лікарських засобів XVI ст. е., і навіть знайдений у Мемфісі «папірус Бругша» з фармацевтичними рецептами (XIV в. е.).

Передумови становлення хімії як самостійної наукової дисципліни формувалися поступово протягом XVII - у першій половині XVIII в. Разом про те, попри різноманіття емпіричного матеріалу, у цій науці до відкриття 1869 р. періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєвим (1834-1907) був тієї узагальнюючої теорії, з допомогою якої можна було б дати пояснення накопиченому фактичному матеріалу.

Спроби періодизації хімічних знань робилися ще XIX в. На думку німецького вченого Г. Коппа – автора чотиритомної монографії "Історія хімії"(1843-1847), розвиток хімії відбувався під впливом певної керівної ідеї.Він виділяв п'ять етапів:

• епоха накопичення емпіричних знань без спроб їхнього теоретичного пояснення (з найдавніших часів до IV ст. н.е.);
• алхімічний період (IV – початок XVI ст.);
• період ятрохімії, тобто. «хімії лікування» (друга чверть XVI – середина XVII ст.);
• період створення та панування першої хімічної теорії – теорії флогістону (середина XVII – третя чверть XVIII ст.);
• період кількісних досліджень (остання чверть XVIII – 1840-і рр.) 1 .

Однак, за сучасними уявленнями, ця класифікація відноситься до тих етапів, коли хімічна наука ще не конституювалася як системне теоретичне знання.

Вітчизняні історики хімії виділяють чотири концептуальні рівні, в основі якого лежить спосіб вирішення центральної проблеми хімії як науки і як виробництва (рис. 13.1).

Перший концептуальний рівень -вчення про будову хімічної речовини. На цьому рівні проходило дослідження різних властивостей та перетворень речовин залежно від їхнього хімічного складу.

Рис. 13.1.

Неважко побачити аналогію цієї концепції із фізичною концепцією атомізму. Як фізики, і хіміки прагнули знайти ту початкову основу, з допомогою якої можна пояснити властивості всіх простих і складних речовин. Сформульована ця концепція була досить пізно - 1860 р., на першому Міжнародному з'їзді хіміків у Карлсруе у Німеччині. Вчені-хіміки виходили з того, що всі речовини складаються з молекули, а всі молекули, у свою чергу складаються з атомів.І атоми, і молекули перебувають у безперервному русі, у своїй атоми - дрібні, а далі - неподільні частини молекул 1 .

Значення З'їзду ясно висловив Д. І. Менделєєв: «Прийнявши різницю атома і частки (так називали молекулу - р.О.), хіміки всіх країн взяли початок унітарної системи; тепер було б великою непослідовністю, визнавши початок, не визнати його наслідків» .

Другий концептуальний рівень -дослідження структури хімічних речовин; виявлення конкретного способу взаємодії елементів у складі конкретних хімічних речовин. Було встановлено, що властивості речовин залежать не тільки від складових їх хімічних елементів, а й від взаємозв'язку та взаємодії цих елементів у ході хімічної реакції. Так, алмаз і вугілля мають різні властивості саме внаслідок відмінності структур, хоча їх хімічний склад подібний.

Третій концептуальний рівеньхімії породжений потребами підвищення продуктивності хімічних виробництв та досліджує внутрішні механізми та зовнішні умови протікання хімічних процесів: температуру, тиск, швидкість протікання реакцій та ін.

Четвертий концептуальний рівень -рівень еволюційної хімії. На цьому рівні глибше вивчається природа реагентів, що беруть участь у хімічних реакціях, специфіка дії каталізаторів, які значно прискорюють швидкість їхнього протікання. Саме на цьому рівні осмислюється процес походження живийматерії з матерії відсталої.

• Глінка ІІ. Л. Загальна хімія. 2б-е вид. Л.: Хімія: Ленінградське відділення, 1987. С. 13.
• Цит. по: Колтун М. Світ хімії. М: Дитяча література, 1988. С. 7.
• Менделєєв Д. І. Соч. в 25 т. л. - М: Вид-во АП СРСР, 1949. Т. 15. С. 171-172.

Урок №1

Тема:Хімія – природнича наука.

Ціль:дати поняття про хімію як науку; показати місце хімії серед наук; ознайомити з історією зародження хімії; розглянути значення хімії у житті; вивчити правила поведінки у кабінеті хімії; ознайомити з науковими методами пізнання у хімії; розвивати логіку мислення, уміння спостерігати; виховувати інтерес до предмета, що вивчається, наполегливість, старанність у вивченні предмета.

Хід уроку.

IОрганізація класу.

IIАктуалізація опорних знань.

Які природничі науки ви знаєте, вивчаєте?

Чому вони називаються природними?

IIIПовідомлення теми, цілі уроку, мотивація навчальної діяльності.

Після повідомлення теми та мети уроку вчитель ставить проблемне питання.

Як ви вважаєте, що вивчає хімія? (Учні висловлюють свої припущення, вони записуються на дошці). Потім вчитель каже, що під час уроку ми з'ясуємо, які припущення є вірними.

IIIВивчення нового матеріалу.

Перш ніж розпочати наш урок, ми повинні вивчити правила поведінки в хімічному кабінеті. Подивіться перед вами на стіні стенд, де записані ці правила. Щоразу, коли ви заходите до кабінету, ви повинні повторювати ці правила, знати їх і неухильно виконувати.

(Читаємо вголос правила поведінки у хімічному кабінеті.)

Правила поведінки учнів у кабінеті хімії.

Входити до кабінету хімії можна лише з дозволу вчителя

У кабінеті хімії потрібно ходити розміреним кроком. У жодному разі не можна різко рухатися, тому що можна перекинути обладнання та реактиви, що стоять на столах

Під час проведення експериментальних робіт у кабінеті хімії необхідно перебувати у халаті.

Під час проведення експериментальних робіт розпочинати роботу можна лише після дозволу вчителя

За виконання експериментів працюйте спокійно, без суєти. Не штовхайте сусіда по парті. Пам'ятайте! Акуратність – запорука успіху!

Після завершення експериментів необхідно упорядкувати робоче місце і ретельно вимити руки з милом.

Хімія - природнича наука, місце хімії серед природничих наук.

До природничих наук відносять фізичну географію, астрономію, фізику, біологію, екологію та інші. Вони вивчають об'єкти та явища природи.

Поміркуємо, яке місце займає хімія з-поміж інших наук. Вона забезпечує їх речовинами, матеріалами та сучасними технологіями. І водночас використовує досягнення математики, фізики, біології, екології для подальшого розвитку. Отже, хімія – центральна, фундаментальна наука.

Дедалі більше стираються кордони між хімією та іншими науками. На межі досліджень фізичних та хімічних явищ виникли фізична хімія та хімічна фізика. Біохімія - біологічна хімія - вивчає хімічний склад і структуру сполук, які у живих організмах.

Історія виникнення хімії.

Наука про речовини та їх перетворення зародилася в Єгипті – технічно найбільш передовій країні стародавнього світу. Єгипетські жерці були першими хіміками. Вони володіли багатьма досі нерозгаданими хімічними секретами. Наприклад, прийомами бальзамування тіл померлих фараонів та знаті, а також отриманням деяких фарб.

Такі галузі виробництва, як гончарне виробництво, склоробство, фарбування, парфумерія досягли в Єгипті значного розвитку ще задовго до нашої ери. Хімія вважалася «божественною» наукою, перебувала цілком у руках жерців і ретельно ховалася ними від усіх непосвячених. Однак, деякі відомості все ж таки проникали за межі Єгипту.

Приблизно у VII ст. н.е. араби перейняли надбання та прийоми роботи єгипетських жерців та збагатили людство новими знаннями. Араби додали до слова хемі приставку, і лідерство у вивченні речовин, яке стало називатися алхімією, перейшло до арабів. Слід зазначити, що на Русі алхімія поширення не мала, хоча праці алхіміків були відомі, і навіть перекладалися церковнослов'янською мовою. Алхімія – це середньовічне мистецтво отримання та переробки різних речовин для практичних потреб На відміну від давньогрецьких філософів, які лише спостерігали світ, а пояснення будували на припущеннях та роздумах, алхіміки діяли, експериментували, роблячи несподівані відкриття та вдосконалюючи методику експерименту. Алхіміки вважали, що метали - це речовини, що складаються з трьох основних елементів: солі - як символ твердості та здатності до розчинності; сірки - як речовини, здатної нагріватися та горіти при високих температурах; ртуті - як речовини, здатної до випаровування і має блиск. У зв'язку з цим передбачалося, що, наприклад, золото, що було дорогоцінним металом, теж має такі самі елементи, а значить і отримати його можна з будь-якого металу! Вважалося, що отримання золота з іншого металу пов'язані з дією філософського каменю, які безуспішно і намагалися знайти алхіміки. Крім того, вони вірили, що якщо випити еліксир, приготований із філософського каменю, то набудеш вічну молодість! Але ні філософського каменю, ні золота з інших металів алхімікам знайти й здобути не вдалося.

Роль хімії у житті людини.

Учні перераховують усі сторони позитивного впливу хімії життя людини. Вчитель допомагає і спрямовує думку учнів.

Вчитель: А чи корисне значення у суспільстві має хімія? Які проблеми виникають у зв'язку із застосуванням продуктів хімічного виробництва?

(Учні намагаються знайти відповідь і це питання.)

Методи пізнання у хімії.

Знання про природу людина одержує за допомогою такого найважливішого методу, як спостереження.

Спостереження- Це концентрація уваги на пізнаваних об'єктах з метою вивчення.

За допомогою спостереження людина накопичує інформацію про навколишній світ, яку потім систематизує, виявляючи загальні закономірності результатів спостережень. Наступний важливий крок – пошук причин, які пояснюють знайдені закономірності.

Для того, щоб спостереження було плідним, необхідно виконати ряд умов:

чітко визначити предмет спостереження, тобто те, на що буде звернена увага спостерігача, - конкретна речовина, її властивості або перетворення одних речовин на інші, умови здійснення цих перетворень тощо;

сформулювати мету спостереження, спостерігач повинен знати, навіщо проводить спостереження;

скласти план спостереження, щоб досягти поставленої мети. Для цього краще висунути припущення, тобто гіпотезу (від грец. hypothesis - основа, припущення) про те, як відбуватиметься явище, що спостерігається. Гіпотеза може бути висунута і в результаті спостереження, тобто коли отримано результат, який слід пояснити.

Наукове спостереження відрізняється від спостереження у життєвому значенні цього слова. Як правило, наукове спостереження проводиться в строго контрольованих умовах, причому ці умови можна змінювати за бажанням спостерігача. Найчастіше таке спостереження проводиться у спеціальному приміщенні – лабораторії.

Експеримент- наукове відтворення будь-якого явища з метою його дослідження, випробування у певних умовах.

Експеримент (від латів. experimentum - досвід, проба) дозволяє підтвердити чи спростувати гіпотезу, що виникла під час спостереження, та сформулювати висновок.

Проведемо невеликий експеримент із вивчення будови полум'я.

Засвітимо свічку і уважно розглянемо полум'я. Воно неоднорідне за кольором, має три зони. Темна зона (1) знаходиться у нижній частині полум'я. Вона найхолодніша в порівнянні з іншими. Темну зону облямовує яскрава частина полум'я (2), температура якої вище, ніж у темній зоні. Однак найвища температура – ​​у верхній безбарвній частині полум'я (зона 3).

Щоб переконатись, що різні зони полум'я мають різну температуру, можна провести такий досвід. Помістимо лучинку або сірник у полум'я так, щоб вона перетинала всі три зони. Ви побачите, що лучинка обвуглюється в зонах 2 і 3. Значить, температура полум'я там найвища.

Виникає питання, чи буде полум'я спиртування чи сухого пального мати таку ж будову, як і полум'я свічки? Відповіддю на це питання можуть служити два припущення - гіпотези: 1) будова полум'я буде такою ж, як і полум'я свічки, тому що в його основі лежить той самий процес - горіння; 2) будова полум'я буде різною, оскільки вона виникає в результаті горіння різних речовин. Щоб підтвердити чи спростувати одну з цих гіпотез, звернемося до експерименту - проведемо досвід.

Досліджуємо за допомогою сірника або лучинки будову полум'я спиртування.

Незважаючи на відмінності у формі, розмірах і навіть кольорі, в обох випадках полум'я має однакову будову - ті ж три зони: внутрішню темну (найхолоднішу), середню світну (гарячу) і зовнішню безбарвну (найгарячу).

Отже, виходячи з проведеного експерименту можна дійти невтішного висновку, що будова будь-якого полум'я однаково. Практична значимість цього висновку полягає в наступному: для того щоб нагріти в полум'ї якийсь предмет, його треба внести у верхню, тобто найгарячішу, частину полум'я.

Оформляти експериментальні дані прийнято в спеціальному лабораторному журналі, в якості якого підійде звичайний зошит, а записи в ньому роблять суворо визначені. Зазначають дату проведення експерименту, його назву, перебіг досвіду, який часто оформлюють у вигляді таблиці.

Спробуйте в такий спосіб описати експеримент із вивчення будови полум'я.

Усі природничі науки – експериментальні. А для постановки експерименту часто потрібне спеціальне обладнання. Наприклад, в біології широко використовуються оптичні прилади, які дозволяють у багато разів збільшити зображення об'єкта, що спостерігається: лупа, мікроскоп.

Фізики при вивченні електричних кіл застосовують прилади для вимірювання напруги, сили струму та електричного опору.

На озброєнні вчених-географів є спеціальні прилади - від найпростіших (компас, метеорологічних зондів) до науково-дослідних суден, унікальних космічних орбітальних станцій.

Хіміки у своїх дослідженнях також використовують спеціальне обладнання. Найпростіше з них - це, наприклад, вже знайомий вам нагрівальний прилад - спиртування і різний хімічний посуд, в якому проводять перетворення речовин, тобто хімічні реакції.

IV Узагальнення си систематизація отриманих знань.

То що вивчає хімія? (Протягом уроку вчитель звертав увагу на правильність чи помилковість припущень дітей з приводу предмета вивчення хімії. І тепер настав момент узагальнити та дати остаточну відповідь. Виводимо визначення хімії).

Яку роль грає хімія в житті людини та суспільства?

Які методи пізнання у хімії вам тепер відомі.

Що таке спостереження? Яких умов необхідно дотримуватись, щоб спостереження було результативним?

Чим різняться гіпотеза та висновок?

Що таке експеримент?

Яка будова має полум'я?

Як слід проводити нагрівання?

V Рефлексія, підбиття підсумку уроку, виставлення оцінок.

VI Повідомлення домашнього завдання, інструктаж щодо його виконання.

Вчитель: Ви повинні:

Вивчити опорний конспект цього уроку.

Описати експеримент із вивчення будови полум'я використовуючи наведену таблицю.

Хімія як наука

Хімія- наука, що вивчає будову речовин та їх перетворення, що супроводжуються зміною складу та (або) будови. Перед сучасною хімією стоять три основні завдання:

• по-перше, основним напрямом розвитку хімії є дослідження будови речовини, розвиток теорії будови та властивостей молекул та матеріалів. Важливим є встановлення зв'язку між будовою та різноманітними властивостями речовин і на цій основі побудова теорій реакційної здатності речовини, кінетики та механізму хімічних реакцій та каталітичних явищ. Здійснення хімічних перетворень у тому чи іншому напрямі визначається складом та будовою молекул, іонів, радикалів, інших короткоживучих утворень. Знання цього дозволяє знаходити способи отримання нових продуктів, що мають якісно чи кількісно інші властивості, ніж наявні.
• по-друге - здійснення спрямованого синтезу нових речовин із заданими властивостями. Тут також важливо знайти нові реакції і каталізатори для більш ефективного синтезу синтезу вже відомих і мають промислове значення сполук.
• по-третє – аналіз. Це традиційне завдання хімії набуло особливого значення. Воно пов'язане як із збільшенням числа хімічних об'єктів та досліджуваних властивостей, так і з необхідністю визначення та зменшення наслідків впливу людини на природу.

Хімічні властивості речовин визначаються головним чином станом зовнішніх електронних оболонок атомів та молекул, що утворюють речовини; стани ядер та внутрішніх електронів у хімічних процесах майже не змінюються. Об'єктом хімічних досліджень є елементи хімічні та його комбінації, тобто. атоми, прості (одноелементні) та складні (молекули, іони, іон-радикали, карбеї, вільні радикали) хімічні сполуки, їх об'єднання (асоціати, кластери, сольвати, клатрати тощо), матеріали та ін.

Сучасна хімія досягла такого рівня розвитку, що існує ціла низка її спеціальних розділів, які є самостійними науками. Залежно від атомарної природи речовини, що вивчається, типів хімічних зв'язків між атомами розрізняють неорганічну, органічну та елементоорганічну хімії. Об'єктом неорганічної хімії є всі хімічні елементи та його сполуки, інші речовини з їхньої основі. Органічна хімія вивчає властивості великого класу сполук, зраділи за допомогою хімічних зв'язків вуглецю з вуглецем та іншими органогенними елементами: воднем, азотом, киснем, сіркою, хлором, бромом та йодом. Елементоорганічна хімія знаходиться на стику неорганічної та органічної хімії. Ця «третя» хімія відноситься до сполук, що включають хімічні зв'язки вуглецю з іншими елементами періодичної системи, які не є органогенами. Молекулярна структура, ступінь агрегації (об'єднання) атомів у складі молекул і великих молекул - макромолекул привносять свої характерні риси в хімічну форму руху матерії. Тому існують хімія високомолекулярних сполук, кристалохімія, геохімія, біохімія та інші науки. Вони вивчають великі об'єднання атомів та гігантські полімерні утворення різної природи. Усюди центральним питанням для хімії є питання про хімічні властивості. Предметом вивчення є також фізичні, фізико-хімічні та біохімічні властивості речовин. Тому як інтенсивно розробляються власні методи, а й залучаються до вивчення речовин інші науки. Так важливими складовими частинами хімії є фізична хімія та хімічна фізика, що досліджують хімічні об'єкти, процеси та супроводжуючі їх явища за допомогою розрахункового апарату фізики та фізичних експериментальних методів. Сьогодні ці науки поєднують цілу низку інших: квантова хімія, хімічна термодинаміка (термохімія), хімічна кінетика, електрохімія, фотохімія, хімія високих енергій, комп'ютерна хімія та ін. Тільки перелік фундаментальних наук хімічного напряму вже говорить про виняткову різноманітність прояву хімічної вплив її на наше повсякденне життя. Існує безліч напрямів розвитку прикладної хімії, покликаної вирішувати конкретні завдання практичної діяльності. Хімічна наука досягла такого рівня розвитку, що стала породжувати нові виробництва та технології.

Хімія як система знання

Хімія як система знання про речовини та їх перетворення міститься в запасі фактів - надійно встановлених і перевірених відомостей про хімічні елементи та сполуки, їх реакції та поведінку в природних та штучних, середовищах. Критерії надійності фактів та способи їх систематизації постійно розвиваються. Великі узагальнення, що надійно пов'язують великі сукупності фактів, стають науковими законами, формулювання яких відкриває нові етапи хімії (наприклад, закони збереження маси та енергії, закони Дальтона, періодичний закон Менделєєва). Теорії, використовуючи специфічні поняття, пояснюють та прогнозують факти більш приватної предметної галузі. По суті, досвідчене знання стає фактом лише тоді, коли отримує теоретичне тлумачення. Так, перша хімічна теорія - теорія флогістона, будучи зрадливою, сприяла становленню хімії, т.к. поєднувала факти у систему і дозволяла формулювати нові питання. Структурна теорія (Бутлеров, Кекуле) впорядкувала та пояснила величезний матеріал органічної хімії та зумовила швидкий розвиток хімічного синтезу та дослідження структури органічних сполук.

Хімія як знання – система дуже динамічна. Еволюційне накопичення знань переривається революціями - глибокою перебудовою системи фактів, теорій та методів, з виникненням нового набору понять чи навіть нового стилю мислення. Так, революцію викликали праці Лавуазьє (матеріалістична теорія окислення, використання кількостей, методів експерименту, розробка хімічної номенклатури), відкриття періодичного закону Менделєєва, створення на початку 20 століття нових аналітичних методів (мікроаналіз, хроматографія). Революцією можна вважати і поява нових областей, що виробляють нове бачення предмета хімії та впливають на всі її галузі (наприклад, виникнення фізичної хімії на базі хімічної термодинаміки та хімічної кінетики).

Хімія як навчальна дисципліна

Хімія є загальнотеоретичною дисципліною. Вона покликана дати студентам сучасне наукове уявлення про речовину як один з видів матерії, що рухається, про шляхи, механізми і способи перетворення одних речовин на інші. Знання основних хімічних законів, володіння технікою хімічних розрахунків, розуміння можливостей, що надаються хімією за допомогою інших фахівців, що працюють в окремих та вузьких її галузях, значно прискорюють отримання необхідного результату у різних сферах інженерної та наукової діяльності. Хімія знайомить майбутнього фахівця з конкретними проявами речовини, дає можливість за допомогою лабораторного експерименту «відчути» речовину, пізнати її нові види та властивості. Особливістю хімії як дисципліни для студентів нехімічних спеціальностей є те, що в невеликому за обсягом курсі необхідно мати відомості практично з усіх галузей хімії, які оформилися як самостійні науки та вивчаються хіміками та хіміками-технологами у спеціальних дисциплінах. Крім того, різноманітність інтересів представників різних спеціальностей часто призводить до створення спеціалізованих курсів хімії. При всіх позитивних сторонах такої орієнтації існує і серйозний її недолік - звужується думка спеціаліста, зменшується свобода його орієнтації у властивостях речовини та методах її отримання та застосування. Тому курс хімії для майбутніх фахівців не в галузі хімії та хімічної технології має бути досить широким і, у необхідній мірі, ґрунтовним, щоб дати цілісне уявлення про можливості хімії як науки, як галузі промисловості, як основи для науково-технічного прогресу. Теоретичні основи розуміння різноманітної і складної картини хімічних явищ закладає загальна хімія. Хімія елементів вводить у конкретний світ речовин, що утворюються хімічними елементами. Сучасному інженеру, який не має спеціальної хімічної підготовки, необхідно розбиратися у властивостях різних видів матеріалів, складів та сполук. Нерідко, тією чи іншою мірою, йому доводиться мати справу з паливами, мастилами, мастилами, миючими засобами, в'яжучими, керамічними, конструкційними, електротехнічними матеріалами, волокнами, тканинами, біологічними об'єктами, мінеральними добривами та багатьом іншим. Інші курси не завжди можуть дати первинне уявлення про це. Необхідно заповнювати цю прогалину. Даний розділ відноситься до частини хімії, що динамічно змінюється і, звичайно, досить швидко застаріває. Тому своєчасний та ретельний відбір матеріалу тут є вкрай необхідним для регулярного оновлення дисципліни. Все це і веде до доцільності введення в курс хімії для студентів нехімічних спеціальностей окремого розділу прикладної хімії.

Хімія як соціальна система

Хімія як соціальна система – найбільша частина всього співтовариства вчених. На формування хіміка як типу вченого вплинули особливості об'єкта його науки та способу діяльності (хімічного експерименту). Труднощі математичної формалізації об'єкта (порівняно з фізикою) і в той же час різноманіття чуттєвих проявів (запах, колір, біологічна та інша активність) від початку обмежували панування механіцизму в мисленні хіміка і залишали значить поле для інтуїції та артистизму. Крім того, хімік завжди застосовував інструмент немеханічної природи - вогонь. З іншого боку, на відміну від стійких, даних природою об'єктів біолога, світ хіміка має невичерпне і швидко наростаюче різноманіття. Непереборна таємничість нової речовини надала світовідчуттю хіміка відповідальність і обережність (як соціальний тип хімік консервативний). Хімічна лабораторія виробила жорсткий механізм «природного відбору», відторгнення самовпевнених та схильних до помилок людей. Це надає своєрідність як стилю мислення, а й духовно-моральної організації хіміка.

Спільнота хіміків складається з людей, які професійно займаються хімією та відносять себе до цієї галузі. Приблизно половина їх працює, однак, в інших областях, забезпечуючи їх хімічними знанням. Крім того, до них примикає безліч вчених і технологів - великою мірою хіміків, хоча вже й не відносяться до хіміків (освоєння навичок та умінь хіміка вченими інших областей утруднено через зазначені вище особливості предмета).

Як і будь-яке інше згуртоване співтовариство, хіміки мають свою професійну мову, систему відтворення кадрів, систему комунікацій [журнали, конгреси тощо], свою історію, свої культурні норми та стиль поведінки.

Хімія як галузь промисловості

Сучасний рівень життя людства просто неможливий без продуктів та методів хімії. Вони вирішальною мірою визначають сучасну особу навколишнього світу. Продуктів хімії потрібно так багато, що у розвинених країнах існують хімічні галузі промисловості. Хімічна галузь - одна з найважливіших галузей промисловості та в нашій країні. Вироблені нею хімічні сполуки, різні композиції та матеріали застосовуються всюди: в машинобудуванні, металургії, сільському господарстві, будівництві, електротехнічній та електронній промисловості, зв'язку, транспорті, космічній техніці, медицині, побуті та ін. Тільки для виготовлення харчових продуктів застосовується близько тисячі різних хімічних сполук, а для практичних потреб промисловістю випускається понад мільйон речовин. Від хімії багато в чому залежить економічний добробут та обороноздатність країни. Тому, щоб не стримувати розвиток інших галузей промисловості, своєчасно надавати їм нові сполуки та матеріали з необхідним набором властивостей, хімічна наука та хімічна промисловість повинні розвиватися випереджаючими темпами, розширюючи асортимент продуктів, підвищуючи їхню якість та збільшуючи обсяги випуску. У нашій країні існують:

• неорганічні виробництва основної хімії, що випускають кислоти, луги, солі та інші сполуки, добрива;
• нафтохімічні виробництва: отримання палива, масел, розчинників, мономерів органічної хімії (вуглеводнів, спиртів, альдегідів, кислот), різноманітних полімерів та матеріалів на їх основі, синтетичного каучуку, хімічних волокон, препаратів для захисту рослин, кормів та добавок до кормів, товарів побутової хімії;
• мала хімія, коли обсяги продукції невеликі, але асортимент її дуже широкий. До такої продукції належать допоміжні речовини для виробництва полімерних матеріалів (каталізатори, стабілізатори, пластифікатори, антипірени), барвники, лікарські препарати, дезінфікуючі засоби та інші препарати санітарії та гігієни, засоби хімізації сільського господарства – гербіциди, інсектициди, фунгіциди.

Головними напрямами розвитку сучасної хімічної промисловості є: виробництво нових сполук та матеріалів та підвищення ефективності існуючих виробництв. Для цього важливо знайти нові реакції та каталізатори, з'ясувати механізми процесів, що протікають. Це визначає хімічний підхід під час вирішення інженерних завдань підвищення ефективності виробництва. Типовою рисою хімічної промисловості є порівняно невелика кількість працюючих та високі вимоги до їх кваліфікації, причому відносна кількість фахівців-хіміків невелика, а більше представників інших спеціальностей (механіків, теплоенергетиків, спеціалістів з автоматизації виробництва та ін.). Характерні великі розміри енерго- та водоспоживання, високі екологічні вимоги до виробництва. У нехімічних галузях багато технологічних операцій пов'язані з підготовкою та очищенням сировини та матеріалів, забарвленням, склеюванням та іншими хімічними процесами.

Хімія – основа науково-технічного прогресу

Сполуки, склади та матеріали, що створюються хімією, відіграють найважливішу роль для підвищення продуктивності праці, зниження енергетичних витрат на виробництво необхідної продукції, освоєння нових технологій та техніки. Прикладів успішного впливу хімії на методи машинобудівної технології, прийоми експлуатації машин та апаратів, розвиток електронної промисловості, космічної техніки та реактивної авіації та багатьох інших напрямів науково-технічного прогресу безліч:

• Використання хімічних та електрохімічних методів обробки металів різко знижує кількість відходів, неминучих при обробці металів різанням. При цьому знімаються обмеження за міцністю та твердістю металів і сплавів, формою деталі, досягаються висока чистота поверхні та точність розмірів деталей.
• такі матеріали як синтетичний графіт (який за високих температур більш міцний, ніж метали), корундова (на основі оксиду алюмінію) і кварцова (на основі діоксиду кремнію) кераміки, синтетичні полімерні матеріали, скла можуть виявляти унікальні властивості.
• закристалізовані скла (ситалі) отримують введенням у розплавлене скло речовин, що сприяють виникненню центрів кристалізації та подальшому зростанню кристалів. Такий сітал як «пірокерам» у дев'ять разів міцніший за прокатане скло, твердіше високовуглецевої сталі, легший за алюміній і за термостійкістю близький до кварцу.
• сучасні мастильні матеріали дозволяють суттєво знизити коефіцієнт тертя та підвищити зносостійкість матеріалів. Застосування мастил і мастил, що містять дисульфід молібдену, збільшує термін експлуатації вузлів та деталей автомобіля в 1,5 рази, окремих частин - до двох разів, а коефіцієнт тертя при цьому вдається знизити більш ніж у 5 разів.
• елементоорганічні речовини - поліорганосилоксани відрізняються гнучкістю та спіралеподібною структурою молекул, що утворюють клубки у міру зниження температури. Таким чином вони зберігають в'язкість, що незначно змінюється, в широкому діапазоні температур. Це дозволяє їх використовувати як гідравлічну рідину в найрізноманітніших умовах.
• захист металів від корозії набув цілеспрямованості дії після створення електрохімічної теорії корозії та дозволяє уникнути значних економічних витрат на відновлення виробів із металів.

В даний час перед хімією спільно з іншими науками, технікою та промисловістю стоїть багато актуальних та складних завдань. Синтез та практичне застосування відповідних високотемпературних і, далі, гарячих надпровідників дозволить суттєво змінити способи зберігання та передачі енергії. Необхідні нові матеріали, серед яких виділяються матеріали на основі металів, полімери, кераміка та композити. Так, проблема створення екологічно чистого двигуна, в основі якого лежить реакція згоряння водню в кисні, полягає у створенні матеріалів або процесів, що перешкоджають проникненню водню через стінки резервуарів-акумуляторів водню. Створення нових хімічних технологій - також важливий напрямок науково-технічного прогресу. Так, постає завдання забезпечення новими видами рідкого та газоподібного палива, одержуваного при переробці вугілля, сланців, торфу, деревини. Це можливо з урахуванням нових каталітичних процесів.

Весь навколишній нас різноманітний світ – це матерія, яка проявляється у двох формах: речовини та поля. Речовинаскладається з частинок, що мають власну масу. Поле- Така форма існування матерії, яка характеризується енергією.

Властивістю матерії є рух. Форми руху матерії вивчаються різними природничими науками: фізикою, хімією, біологією тощо.

Не слід вважати, що існує однозначна сувора відповідність між науками з одного боку, і формами руху матерії з іншого. Необхідно мати на увазі, що взагалі немає такої форми руху матерії, яка існувала б у чистому вигляді, окремо від інших форм. Усе це підкреслює складність класифікації наук.

Х іміюможна визначити як науку, що вивчає хімічну форму руху матерії, під якою розуміють якісну зміну речовин: Хімія вивчає будову, властивості та перетворення речовин.

До хімічним явищамвідносять такі явища, у яких одні речовини перетворюються на інші. Хімічні явища називають інакше хімічними реакціями. Фізичні явища не супроводжуються перетворенням одних речовин на інші.

В основі кожної науки лежить деякий набір попередніх переконань, фундаментальних філософських установок та відповідей на питання про природу реальності та людського знання. Цей набір переконань, цінностей, що поділяються членами цієї наукової спільноти, називається парадигмами.

Основні парадигми сучасної хімії:

1. Атомно-молекулярна будова речовини

2. Закон збереження матерії

3. Електронна природа хімічного зв'язку

4. Однозначний зв'язок будови речовини та її хімічних властивостей (періодичний закон)

Хімія, фізика, біологія лише з погляду можуть здатися далекими друг від друга науками. Хоча лабораторії фізика, хіміка та біолога дуже несхожі, всі ці дослідники мають справу з природними (природними) об'єктами. Це відрізняє природничі науки від математики, історії, економіки та багатьох інших наук, що вивчають те, що створено не природою, а насамперед самою людиною.

Близько природничих наук примикає екологія. Не слід думати, ніби екологія - це "хороша" хімія, на відміну від класичної "поганої" хімії, яка забруднює довкілля. Немає "поганої" хімії або "поганої" ядерної фізики - є науковий і технічний прогрес або його недолік у якійсь галузі діяльності. Завдання еколога - використовувати нові досягнення природничих наук для того, щоб при максимальній вигоді звести до мінімуму ризик порушення довкілля живих істот. Баланс "ризик-вигода" є предметом вивчення екологів.

Між науками немає суворих кордонів. Наприклад, відкриття та вивчення властивостей нових видів атомів колись було прийнято вважати завданням хіміків. Однак вийшло так, що з відомих на сьогоднішній день видів атомів частина відкрита хіміками, а частина – фізиками. Це лише один із багатьох прикладів "відкритих кордонів" між фізикою та хімією.

Життя є складним ланцюгом хімічних перетворень. Усі живі організми поглинають із довкілля одні речовини і виділяють інші. Значить, серйозному біологу (ботаніку, зоологу, лікареві) не обійтися без знання хімії.

Пізніше ми переконаємося в тому, що немає абсолютно точної межі між фізичними і хімічними перетвореннями. Природа єдина, тому ми завжди повинні пам'ятати про те, що неможливо розібратися в устрої навколишнього світу, заглибившись лише в одну з областей людського знання.

Дисципліна "Хімія" пов'язана з іншими природничими дисциплінами міжпредметними зв'язками: попередніми - з математикою, фізикою, біологією, геологією та іншими дисциплінами.

Сучасна хімія – це розгалужена система багатьох наук: неорганічної, органічної, фізичної, аналітичної хімії, електрохімії, біохімії, які освоюються студентами наступних курсах.

Знання курсу хімії необхідне успішного вивчення інших загальнонаукових і спеціальних дисциплін.

Рисунок 1.2.1 – Місце хімії у системі природничих наук

Удосконалення методів дослідження, передусім експериментальної техніки, призвело до поділу науки на дедалі вужчі напрями. Через війну кількість і «якість», тобто. надійність інформації зросла. Однак неможливість для однієї людини мати повні знання навіть для суміжних наукових областей породила нові проблеми. Як у військовій стратегії найслабші місця оборони та наступи опиняються на стику фронтів, у науці найменш розробленими залишаються області, що не піддаються однозначній класифікації. Серед інших причин можна відзначити і складність з отриманням відповідного кваліфікаційного ступеня (наукового ступеня) для вчених, які працюють в галузях «стику наук». Але там робляться і основні відкриття сучасності.

Хімія – природна наука. Хімія у навколишньому світі. Короткі відомості з історії хімії

Хімія належить до природничих наук. Хімія - це наука про речовини, їх властивості та перетворення. Предметом хімії є хімічні елементи та їх сполуки, і навіть закономірності, якими протікають хімічні реакції. Сучасна хімія дуже різноманітна як у об'єктах, і за методами їх дослідження, тому з її розділів є самостійними науками. Нині основними розділами хімії вважаються неорганічна хімія, органічна хімія та фізична хімія. Водночас значні розділи хімії виникли на кордоні з іншими науками. Так, взаємодія хімії та фізики дало, крім фізичної хімії, хімічної фізики. Одним із передових напрямків хімії є біохімія – наука, що вивчає хімічні основи життя. Майже кожне наукове дослідження потребує використання фізичних методів для встановлення структури речовини та математичних методів для аналізу результатів.

Хімія відіграє у науково-технічному прогресі. Вона знайшла застосування у всіх галузях науки, техніки та виробництва. Хімія забезпечує переробку корисних копалин на цінні продукти. Хімія значно впливає на продуктивність сільськогосподарського виробництва. Не менш значною є роль хімії у виробництві пластмас, фарб, будівельних матеріалів, синтетичних тканин, синтетичних миючих засобів, парфумерно-парфумерних засобів, фармацевтичних препаратів. Вивчення хімії допомагає людині не лише підвищувати загальну ерудицію, а й пізнавати себе та навколишній світ.

Термін "хімія" вперше з'явився в трактаті єгипетського грека Зосимуса у 400 роках нашої ери, в якому Зосімус каже, що "хімії" людей навчили демони, які зійшли на землю з неба. Назва "хімія" походить від слова "Хемі" або "Хумана", яким древні єгиптяни називали свою країну, а також нільський чорнозем.

Першими вченими-хіміками були єгипетські жерці. У третьому столітті до нашої ери вже було зібрано та описано значний експериментальний матеріал. У відомій Олександрійській бібліотеці налічувалося близько семи сотень рукописних книг, що зберігалося багато робіт з хімії. Грецький філософ Демокріт, який жив у п'ятому столітті до нашої ери, вперше висловив думку, що всі тіла складаються з маленьких невидимих ​​неподільних частинок твердої матерії, що рухаються. Він назвав ці частки "атомами". З третього століття нашої ери в історії хімії розпочався період алхімії, метою якої були пошуки шляхів перетворення неблагородних металів на шляхетні (срібло та золото) за допомогою філософського каменю. На Русі алхімія не мала поширення, хоча трактати алхіміків були відомі. На початку шостого століття алхіміки стали застосовувати свої знання для потреб виробництва та лікування. У період сімнадцятому-вісімнадцятому столітті у хімічних дослідженнях почали використовувати експериментальні методи.

Першою теорією наукової хімії була теорія флогістона (невагомої речовини, що виділяється з речовини при горінні речовин), запропонована Г. Шталь у вісімнадцятому столітті. Ця теорія виявилася помилковою, хоч і проіснувала майже століття. Французький хімік А. Лавуазьє та російський хімік М. В. Ломоносов застосували точні виміри щодо хімічних реакцій, спростували теорію флогістону і сформулювали закон збереження маси. З 1789 до 1860 продовжувався період кількісних хімічних законів (атомно-молекулярного вчення). Сучасний етап розвитку хімічної науки, що почався у ХХ столітті, триває і до наших днів. Будь-які успіхи практичної хімії ґрунтуються на досягненнях фундаментальної науки.