Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий

Система Orphus

ХИМИЯ

ХИМИЯ, наука, изучающая строение в-в и их превращения, сопровождающиеся изменением состава и(или) строения. Хим. св-ва в-в (их превращения; см. Реакции химические)определяются гл. обр. состоянием внеш. электронных оболочек атомов и молекул, образующих в-ва; состояния ядер и внутр. электронов в хим. процессах почти не изменяются. Объектом хим. исследований являются элементы химические и их комбинации, т. е. атомы, простые (одноэлементные) и сложные (молекулы, ионы, ион-радикалы, карбены, свободные радикалы) хим. соед., их объединения (ассоциаты, кластеры, сольваты, клатраты и т. п.), материалы и др. Число хим. соед. огромно и все время увеличивается; поскольку химия сама создает свой объект; к кон. 20 в. известно ок. 10 млн. хим. соединений.
Химия как наука и отрасль пром-сти существует недолго (ок. 400 лет). Однако хим. знание и хим. практика (как ремесло) прослеживаются в глубинах тысячелетий, а в примитивной форме они появились вместе с человеком разумным в процессе его взаимод. с окружающей средой. Поэтому строгая дефиниция химии может основываться на широком, вневременном универсальном смысле - как области естествознания и человеческой практики, связанной с хим. элементами и их комбинациями.
Слово "химия" происходит либо от наименования Древнего Египта "Хем" ("темный", "черный" - очевидно, по цвету почвы в долине реки Нил; смысл же назв.- "египетская наука"), либо от древнегреч. chemeia - искусство выплавки металлов. Совр. назв. химии производится от позднелат. chimia и является интернациональным, напр. нем. Chemie, франц. chimie, англ. chemistry. Термин "химия" впервые употребил в 5 в. греч. алхимик Зосима.

История химии. Как основанная на опыте практика, химия возникла вместе с зачатками человеческого общества (использование огня, приготовление пищи, дубление шкур) и в форме ремесел рано достигла изощренности (получение красок и эмалей, ядов и лекарств). Вначале человек использовал хим. изменения биол. объектов (брожение, гниение), а с полным освоением огня и горения - хим. процессы спекания и сплавления (гончарное и стекольное произ-ва), выплавку металлов. Состав древнеегипетского стекла (4 тыс. лет до н. э.) существенно не отличается от состава совр. бутылочного стекла. В Египте уже за 3 тыс. лет до н. э. выплавляли в больших кол-вах медь, используя уголь в качестве восстановителя (самородная медь применялась с незапамятных времен). Согласно клинописным источникам, развитое произ-во железа, меди, серебра и свинца существовало в Месопотамии также за 3 тыс. лет до н. э. Освоение хим. процессов произ-ва меди и бронзы, а затем и железа являлось ступенями эволюции не только металлургии, но цивилизации в целом, изменяло условия жизни людей, влияло на их устремления.
Одновременно возникали и теоретич. обобщения. Напр., китайские рукописи 12 в. до н. э. сообщают о "теоретич." построениях систем "основных элементов" (вода, огонь, дерево, золото и земля); в Месопотамии родилась идея рядов пар противоположностей, взаимод. к-рых "составляют мир": мужское и женское, тепло и холод, влага и сухость и т. д. Очень важной была идея (астрологич. происхождения) единства явлений макрокосма и микрокосма.
К концептуальным ценностям относится и атомистич. учение, к-рое было развито в 5 в. до н. э. древнегреч. философами Левкиппом и Демокритом. Они предложили аналоговую семантич. модель строения в-ва, имеющую глубокий комбинаторный смысл: комбинации по определенным правилам небольшого числа неделимых элементов (атомов и букв) в соединения (молекулы и слова) создают информационное богатство и разнообразие (в-ва и языки).
В 4 в. до н. э. Аристотель создал хим. систему, основанную на "принципах": сухость - влажность и холод - тепло, с помощью попарных комбинаций к-рых в "первичной материи" он выводил 4 основных элемента (земля, воздух, вода и огонь). Эта система почти без изменений просуществовала 2 тыс. лет.
После Аристотеля лидерство в хим. знании постепенно перешло из Афин в Александрию. С этого времени создаются рецептуры получения хим. в-в, возникают "учреждения" (как храм Сераписа в Александрии, Египет), занимающиеся деятельностью, к-рую позже арабы назовут "аль-химия".
В 4-5 вв. хим. знание проникает в Малую Азию (вместе с несторианством), в Сирии возникают философские школы, транслировавшие греч. натурфилософию и передавшие хим. знание арабам.
В 3-4 вв. возникла алхимия - философское и культурное течение, соединяющее мистику и магию с ремеслом и искусством. Алхимия внесла значит. вклад в лаб. мастерство и технику, получение многих чистых хим. в-в. Алхимики дополнили элементы Аристотеля 4 началами (масло, влажность, ртуть и сера); комбинации этих мистич. элементов и начал определяли индивидуальность каждого в-ва. Алхимия оказала заметное влияние на формирование западноевропейской культуры (соединение рационализма с мистикой, познания с созиданием, специфич. культ золота), но не получила распространения в др. культурных регионах.
Джабир ибн Хайян, или по-европейски Гебер, Ибн Сина (Авиценна), Абу-ар-Рази и др. алхимики ввели в хим. обиход фосфор (из мочи), порох, мн. соли, NaOH, HNO3. Книги Гебера, переведенные на латынь, пользовались огромной популярностью. С 12 в. арабская алхимия начинает терять практич. направленность, а с этим и лидерство. Проникая через Испанию и Сицилию в Европу, она стимулирует работу европейских алхимиков, самыми известными из к-рых были Р. Бэкон и Р. Луллий. С 16 в. развивается практич. европейская алхимия, стимулированная потребностями металлургии (Г. Агрикола) и медицины (Т. Парацельс). Последний основал фармакологич. отрасль химии - ятрохимиюи вместе с Агриколой выступал фактически как первый реформатор алхимии.
Химия как наука возникла в ходе научной революции 16-17 вв., когда в Западной Европе возникла новая цивилизация в результате череды тесно связанных революций: религиозной (Реформация), давшей новое толкование богоугодности земных дел; научной, давшей новую, механистич. картину мира (гелиоцентризм, бесконечность, подчиненность естественным законам, описание на языке математики); промышленной (возникновение фабрики как системы машин с использованием энергии ископаемого топлива); социальной (разрушение феодального и становление буржуазного общества).
Химия, вслед за физикой Г. Галилея и И. Ньютона, могла стать наукой лишь на пути механицизма, к-рый задал основные нормы и идеалы науки. В химии это было гораздо сложнее, чем в физике. Механика легко абстрагируется от особенностей индивидуального объекта. В химии каждый частный объект (в-во) - индивидуальность, качественно отличная от других. Химия не могла выразить свой предмет чисто количественно и на всем протяжении своей истории оставалась мостом между миром количества и миром качества. Однако надежды антимеханицистов (от Д. Дидро до В. Оствальда) на то, что химия заложит основы иной, немеханистич. науки, не оправдались, и химия развивалась в рамках, определенных ньютоновской картиной мира.
Более двух веков химия вырабатывала представление о материальной природе своего объекта. Р. Бойль, заложивший основы рационализма и эксперим. метода в химии, в своем труде "Химик-скептик" (1661) развил представления о хим. атомах (корпускулах), различия в форме и массе к-рых объясняют качества индивидуальных в-в. Атомистич. представления в химии подкреплялись идеологич. ролью атомизма в европейской культуре: человек-атом - модель человека, положенная в основу новой социальной философии.
Металлургич. химия, имевшая дело с р-циями горения, окисления и восстановления, кальцинации - прокаливания металлов (химию называли пиротехнией, т. е. огненным искусством) -привлекла внимание к образующимся при этом газам. Я. ван Гельмонт, введший понятие "газ" и открывший углекислый газ (1620), положил начало пневматич. химии. Бойль в работе "Огонь и пламя, взвешенные на весах" (1672), повторяя опыты Ж. Рея (1630) по увеличению массы металла при обжиге, пришел к выводу, что это происходит за счет "захвата металлом весомых частиц пламени". На границе 16-17 вв. Г. Шталь формулирует общую теорию химии - теорию флогистона (теплорода, т. е. "в-ва горючести", удаляющегося с помощью воздуха из в-в при их горении), к-рая освободила химию от продержавшейся 2 тыс. лет системы Аристотеля. Хотя М. В. Ломоносов, повторив опыты по обжигу, открыл закон сохранения массы в хим. р-циях (1748) и смог дать правильное объяснение процессам горения и окисления как взаимод. в-ва с частицами воздуха (1756), познание горения и окисления было невозможно без развития пневматич. химии. В 1754 Дж. Блэк открыл (повторно) углекислый газ ("фиксированный воздух"); Дж. Пристли (1774) - кислород, Г. Кавендиш (1766) - водород ("горючий воздух"). Эти открытия дали всю информацию, необходимую для объяснения процессов горения, окисления и дыхания, что и сделал А. Лавуазье в 1770-90-х гг., фактически похоронив этим теорию флогистона и стяжав себе славу "отца современной химии".
К нач. 19 в. пневматохимия и исследования состава в-в приблизили химиков к пониманию того, что хим. элементы соединяются в определенных, эквивалентных соотношениях; были сформулированы законы постоянства состава (Ж. Пруст, 1799-1806) и объемных отношений (Ж. Гей-Люс-сак, 1808). Наконец, Дж. Дальтон, наиб. полно изложивший свою концепцию в сочинении "Новая система химической философии" (1808-27), убедил современников в существовании атомов, ввел понятие атомного веса (массы) и возвратил к жизни понятие элемента, но уже в совсем ином смысле -как совокупности атомов одного вида.
Гипотеза А. Авогадро (1811, принята научным сообществом под влиянием С. Канниццаро в 1860) о том, что частицы простых газов представляют собой молекулы из двух одинаковых атомов, разрешила целый ряд противоречий. Картина материальной природы хим. объекта была завершена с открытием периодич. закона хим. элементов (Д. И. Менделеев, 1869). Он связал количеств. меру (атомная масса) с качеством (хим. св-ва), вскрыл смысл понятия хим. элемент, дал химику теорию большой предсказательной силы. Химия стала совр. наукой. Периодич. закон узаконил собственное место химии в системе наук, разрешив подспудный конфликт хим. реальности с нормами механицизма.
Одновременно шел поиск причин и сил хим. взаимодействия. Возникла дуалистич. (электрохим.) теория (И. Берцелиус, 1812-19); введены понятия "валентность" и "хим. связь", к-рые наполнились физ. смыслом с развитием теории строения атома и квантовой химии. Им предшествовали интенсивные исследования орг. в-в в 1-й пол. 19 в., приведшие к разделению химии на 3 части: неорганическая химия, органическая химия и аналитическая химия (до 1-й пол. 19 в. последняя была основным разделом химии). Новый эмпирич. материал (р-ции замещения) не укладывался в теорию Берцелиуса, поэтому были введены представления о группах атомов, действующих в р-циях как целое - радикалах (Ф. Вёлер, Ю. Либих, 1832). Эти представления были развиты Ш. Жераром (1853) в теорию типов (4 типа), ценность к-рой состояла в том, что она легко связывалась с концепцией валентности (Э. Франкленд, 1852).
В 1-й пол. 19 в. было открыто одно из важнейших явлений химии - катализ (сам термин предложен Берцелиусом в 1835), очень скоро нашедшее широкое практич. применение. В сер. 19 в. наряду с важными открытиями таких новых в-в (и классов), как анилин и красители (В. Перкин, 1856), были выдвинуты важные для дальнейшего развития химии концепции. В 1857-58 Ф. Кекуле развил теорию валентности применительно к орг. в-вам, установил четырехвалентность углерода и способность его атомов связываться друг с другом. Этим был проложен путь теории хим. строения орг. соед. (структурной теории), построенной А. М. Бутлеровым (1861). В 1865 Кекуле объяснил природу ароматич. соед. Я. Вант-Гофф и Ж. Ле Бель, постулировав тетраэдрич. структуры (1874), проложили путь трехмерному взгляду на структуру в-ва, заложив основы стереохимии как важного раздела химии.
В сер. 19 в. одновременно было положено начало исследованиям в области кинетики химической и термохимии. Л. Вильгельми изучил кинетику гидролиза углеводов (впервые дав ур-ние скорости гидролиза; 1850), а К. Гульдберг и П. Вааге в 1864-67 сформулировали закон действующих масс. Г. И. Гесс в 1840 открыл основной закон термохимии, М. Бертло и В. Ф. Лугинин исследовали теплоты мн. р-ций. В это же время развиваются работы по коллоидной химии, фотохимии и электрохимии, начало к-рым было положено еще в 18 в.
Работами Дж. Гиббса, Вант-Гоффа, В. Нернста и др. создается химическая термодинамика. Исследования электропроводности р-ров и электролиза привели к открытию электролитич. диссоциации (С. Аррениус, 1887). В этом же году Оствальд и Вант-Гофф основали первый журнал, посвященный физической химии, и она оформилась как самостоятельная дисциплина. К сер. 19 в. принято относить зарождение агрохимии и биохимии, особенно в связи с пионерскими работами Либиха (1840-е гг.) по изучению ферментов, белков и углеводов.
19 в. по праву м. б. назван веком открытий хим. элементов. За эти 100 лет было открыто более половины (50) существующих на Земле элементов. Для сравнения: в 20 в. открыто 6 элементов, в 18 в.- 18, ранее 18 в.- 14.
Выдающиеся открытия в физике в кон. 19 в. (рентгеновские лучи, радиоактивность, электрон) и развитие теоретич. представлений (квантовая теория) привели к открытию новых (радиоактивных) элементов и явления изотопии, возникновению радиохимии и квантовой химии, новым представлениям о строении атома и о природе хим. связи, дав начало развитию совр. химии (химии 20 в.).
Успехи химии 20 в. связаны с прогрессом аналит. химии и физ. методов изучения в-в и воздействия на них, проникновением в механизмы р-ций, с синтезом новых классов в-в и новых материалов, дифференциацией хим. дисциплин и интеграцией химии с другими науками, с удовлетворением потребностей совр. пром-сти, техники и технологии, медицины, строительства, сельского хозяйства и др. сфер человеческой деятельности в новых хим. знаниях, процессах и продуктах. Успешное применение новых физ. методов воздействия привело к формированию новых важных направлений химии, напр. радиационной химии, плазмохимии. Вместе с химией низких температур (криохимией) и химией высоких давлений (см. Давление), сонохимией (см. Ультразвук), лазерной химией и др. они стали формировать новую область - химию экстремальных воздействий, играющую большую роль в получении новых материалов (напр., для электроники) или старых ценных материалов сравнительно дешевым синтетич. путем (напр., алмазов или нитридов металлов).
На одно из первых мест в химии выдвигаются проблемы предсказания функциональных св-в в-ва на основе знания его структуры и определения структуры в-ва (и его синтез), исходя из его функционального назначения. Решение этих проблем связано с развитием расчетных квантово-хим. методов и новых теоретич. подходов, с успехами в неорг. и орг. синтезе. Развиваются работы по генной инженерии и по синтезу соед. с необычными строением и св-вами (напр., высокотемпературные сверхпроводники, фуллерены). Все шире применяются методы, основанные на матричном синтезе, а также использующие идеи планарной технологии. Получают дальнейшее развитие методы, моделирующие биохим. р-ции. Успехи спектроскопии (в т. ч. сканирующей туннельной) открыли перспективы "конструирования" в-в на мол. уровне, привели к созданию нового направления в химии - т. наз. нанотехнологии. Для управления хим. процессами как в лаб., так и в пром. масштабе, начинают использоваться принципы мол. и надмол. организации ансамблей реагирующих молекул (в т. ч. подходы, основанные на термодинамике иерархических систем).
Химия как система знания о в-вах и их превращениях. Это знание содержится в запасе фактов - надежно установленных и проверенных сведений о хим. элементах и соед., их р-циях и поведении в природных и искусств. средах. Критерии надежности фактов и способы их систематизации постоянно развиваются. Крупные обобщения, надежно связывающие большие совокупности фактов, становятся научными законами, формулировка к-рых открывает новые этапы химии (напр., законы сохранения массы и энергии, законы Дальтона, периодич. закон Менделеева). Теории, используя специфич. понятия, объясняют и прогнозируют факты более частной предметной области. По сути, опытное знание становится фактом только тогда, когда получает теоретич. толкование. Так, первая хим. теория - теория флогистона, будучи неверной, способствовала становлению химии, т. к. соединяла факты в систему и позволяла формулировать новые вопросы. Структурная теория (Бутлеров, Кекуле) упорядочила и объяснила огромный материал орг. химии и обусловила быстрое развитие хим. синтеза и исследования структуры орг. соединений.
Химия как знание - система очень динамичная. Эволюционное накопление знаний прерывается революциями - глубокой перестройкой системы фактов, теорий и методов, с возникновением нового набора понятий или даже нового стиля мышления. Так, революцию вызвали труды Лавуазье (матери-алистич. теория окисления, внедрение количеств. методов эксперимента, разработка хим. номенклатуры), открытие периодич. закона Менделеева, создание в нач. 20 в. новых аналит. методов (микроанализ, хроматография). Революцией можно считать и появление новых областей, вырабатывающих новое видение предмета химии и влияющих на все ее области (напр., возникновение физ. химии на базе хим. термодинамики и хим. кинетики).
Хим. знание обладает развитой структурой. Каркас химии составляют основные хим. дисциплины, сложившиеся в 19 в.: аналит., неорг., орг. и физ. химия. В дальнейшем в ходе эволюции структуры химии образовалось большое число новых дисциплин (напр., биохимия, кристаллохимия), а также новая инженерная отрасль - химическая технология.
На каркасе дисциплин вырастает большая совокупность исследовательских областей, часть из к-рых входит в ту или иную дисциплину (напр., химия элементоорг. соед.- часть орг. химии), другие носят многодисциплинарный характер, т. е. требуют объединения в одном исследовании ученых из разных дисциплин (напр., исследование структуры биополимеров с использованием комплекса сложных методов). Третьи являются междисциплинарными, т. е. требуют подготовки специалиста нового профиля (напр., химия нервного импульса).
Поскольку почти вся практич. деятельность людей связана с применением материи как в-ва, хим. знание необходимо во всех областях науки и технологии, осваивающих материальный мир. Поэтому сегодня химия стала, наравне с математикой,


     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн