Vedecký obraz sveta z pohľadu chémie. Chemický obraz sveta a hlavné problémy chémie - prezentácia. Základné pojmy a pojmy

Proces zrodu chemickej vedy bol dlhý, zložitý a rozporuplný. Počiatky chemických vedomostí ležia v staroveku a sú spojené s potrebou ľudí prijímať rôzne látky. Pôvod pojmu "chémia" nie je úplne jasný, ale podľa jednej verzie znamená "egyptské umenie", podľa inej - "umenie získavania rastlinných štiav."

Dejiny chemickej vedy možno rozdeliť do niekoľkých etáp:

1... Obdobie alchýmie - od antiky po 16. storočie.

2... Obdobie zrodu vedeckej chémie - XVI-XVII storočia.

3 ... Obdobie objavovania základných zákonov chémie - prvých 60 rokov 19. storočia.

4 ... Moderné obdobie - od 60-tych rokov XIX storočia. do teraz.

Historicky alchýmia Vzniklo ako tajné, mystické poznanie zamerané na hľadanie kameňa mudrcov, ktorý mení kovy na zlato a striebro, a elixíru dlhovekosti. Počas svojej stáročnej histórie alchýmia mnohé vyriešila praktické úlohy spojené s výrobou látok a položili základ pre vznik vedeckej chémie.

Alchýmia dosiahla svoj najvyšší rozvoj v troch hlavných typoch:

... grécko-egyptský;

... arabčina;

... západoeurópsky.

Egypt bol rodiskom alchýmie. Už v staroveku boli známe spôsoby získavania kovov, zliatin používaných na výrobu mincí, zbraní, šperkov. Tieto poznatky boli utajované a boli majetkom obmedzeného okruhu kňazov. Rastúci dopyt po zlate podnietil metalurgov hľadať spôsoby, ako premeniť (transmutovať) základné kovy (železo, olovo, meď atď.) na zlato. Alchymistická povaha starovekej metalurgie ju spájala s astrológiou a mágiou. Každý kov mal astrologické spojenie s príslušnou planétou. Hľadanie kameňa mudrcov umožnilo prehĺbiť a rozšíriť poznatky o chemických procesoch. Rozvinula sa metalurgia a zlepšili sa procesy rafinácie zlata a striebra.

Avšak za vlády cisára Diokleciána v r Staroveký Rím začala sa venovať alchýmii. Možnosť získať lacné zlato cisára vystrašila a na jeho príkaz boli všetky diela o alchýmii zničené. Významnú úlohu v zákaze alchýmie zohralo kresťanstvo, ktoré ju považovalo za diabolské remeslo.

Po arabskom dobytí Egypta v 7. stor. n. e. v arabských krajinách sa začala rozvíjať alchýmia. Najvýznamnejším arabským alchymistom bol Jabir ibn Khayyam, v Európe známy ako Geber. Opísal čpavok, technológiu prípravy bieleho olova a spôsob destilácie octu na získanie kyseliny octovej. Základnou myšlienkou Jabiru bola teória vzniku všetkých vtedy známych siedmich kovov zo zmesi ortuti a síry ako dvoch hlavných zložiek. Táto myšlienka predpokladala delenie jednoduchých látok na kovy a nekovy.

Vývoj arabskej alchýmie sledoval dve paralelné cesty. Niektorí alchymisti sa zaoberali premenou kovov na zlato, iní hľadali elixír života, ktorý dal nesmrteľnosť.

Vznik alchýmie v západnej Európe bol možný vďaka križiackym výpravám. Potom si Európania požičali vedecké a praktické poznatky od Arabov, medzi ktoré patrila aj alchýmia. Európska alchýmia sa dostala pod ochranu astrológie a preto nadobudla charakter tajnej vedy. Meno najvýznamnejšieho stredovekého západoeurópskeho alchymistu zostalo neznáme, je známe len to, že bol Španielom a žil v XIV. Ako prvý opísal kyselinu sírovú, proces tvorby kyseliny dusičnej, aqua regia. Nepochybnou zásluhou európskej alchýmie bolo štúdium a výroba minerálnych kyselín, solí, alkoholu, fosforu atď. Alchymisti vytvorili chemické zariadenia, vyvinuli rôzne chemické operácie: zahrievanie na priamom ohni, vodný kúpeľ, kalcinácia, destilácia, sublimácia, odparovanie, filtrovanie , kryštalizácia a pod. Boli tak pripravené vhodné podmienky pre rozvoj chemickej vedy.

Obdobie zrodu chemickej vedy pokrýva tri storočia – od 16. do 19. storočia. Podmienky pre vznik chémie ako vedy boli:

·... obnova európskej kultúry;

... potreba nových druhov priemyselná produkcia;

·...objavenie Nového sveta;

·...rozšírenie obchodných vzťahov.

Oddelená od starej alchýmie získala chémia väčšiu slobodu výskumu a etablovala sa ako samostatná nezávislá veda.

V XVI storočí. alchýmiu nahradil nový smer, ktorý sa zaoberal prípravou liekov. Tento smer je tzv iatrochémia. Zakladateľom iatrochémie bol švajčiarsky vedec Theophrastus Bombast von Hohenheim, vo vede známy ako Paracelsus. Iatrochémia sa snažila spojiť medicínu s chémiou pomocou nového typu preparátu vyrobeného z minerálov. Iatrochémia priniesla chémii značné výhody, pretože ju pomohla oslobodiť od vplyvu alchýmie a položila vedecké a praktické základy farmakológie.

V 17. storočí, v dobe prudkého rozvoja mechaniky, sa v súvislosti s vynálezom parného stroja začala o proces spaľovania zaujímať chémia. Výsledkom týchto štúdií bolo flogistónová teória, ktorej zakladateľom bol nemecký chemik a lekár Georg Stahl. Teória flogistónu je založená na tvrdení, že všetky horľavé látky sú bohaté na špeciálnu horľavú látku - flogistón. Čím viac flogistónu látka obsahuje, tým viac je schopná horieť. Kovy tiež obsahujú flogistón, ale keď ho stratia, premenia sa na vodný kameň. Keď sa váha zahreje uhlím, kov z nej odoberie flogistón a znovu sa zrodí. Flogistónová teória napriek svojmu omylu poskytla prijateľné vysvetlenie procesu tavenia kovov z rúd. Otázka zostala nevysvetliteľná, prečo popol a sadze zostávajúce pri spaľovaní látok, ako je drevo, papier, tuk, sú oveľa ľahšie ako pôvodná látka.

V XVIII storočí. Francúzsky fyzik Antoine Laurent Lavoisier pri zahrievaní rôznych látok v uzavretých nádobách zistil, že celková hmotnosť všetkých látok zapojených do reakcie zostáva nezmenená. Lavoisier dospel k záveru, že hmota látok sa nikdy nevytvorí ani nezničí, ale iba prechádza z jednej látky do druhej. Tento záver, dnes známy ako zákon zachovania hmoty, sa stal základom pre celý proces rozvoja chémie v 19. storočí.

Lavoisier pokračoval vo svojom výskume a zistil, že vzduch nie je jednoduchá látka, ale zmes plynov, z ktorých jednu pätinu tvorí kyslík a zvyšné 4/5 tvorí dusík. Anglický fyzik Henry Cavendish zároveň izoloval vodík a jeho spaľovaním získal vodu, čím dokázal, že voda je kombináciou vodíka a kyslíka.

Problém učenia chemické zloženie látky boli hlavnou vo vývoji chémie až do 30-40-tych rokov XIX storočia. Objavil anglický chemik John Dalton zákon viacerých pomerov a vytvorili základy atómová teória. Zistil, že dva prvky možno navzájom kombinovať v rôznych pomeroch, pričom každá kombinácia predstavuje nové spojenie. Dalton vychádzal z pozície starých atomistov o korpuskulárnej štruktúre hmoty, ale na základe koncepcie chemického prvku formulovanej Lavoisierom veril, že všetky atómy jedného prvku sú rovnaké a vyznačujú sa svojou atómovou hmotnosťou. Táto hmotnosť je relatívna, pretože nemožno určiť absolútnu atómovú hmotnosť atómov. Dalton zostavil prvú tabuľku atómových hmotností na základe vodíkovej jednotky.

Zlom vo vývoji chemického atomizmu bol spojený s menom švédskeho chemika Jensa Jakoba Berzeliusa, ktorý štúdiom zloženia chemických zlúčenín objavil a dokázal zákon stálosti zloženia. To umožnilo spojiť Daltonovu atomistiku s molekulárnou teóriou, ktorá predpokladala existenciu častíc (molekúl) vytvorených z dvoch alebo viacerých atómov a schopných preskupovania počas chemických reakcií. Zásluhou Berzeliusa je úvod chemické symboly, čo vám umožňuje označovať nielen prvky, ale aj chemické reakcie. Symbol prvku sa označoval prvým písmenom jeho latinského alebo gréckeho názvu. V prípadoch, keď názvy dvoch alebo viacerých prvkov začínajú rovnakým písmenom, pridá sa k nim druhé písmeno názvu. Táto chemická symbolika bola uznaná ako medzinárodná a vo vede sa používa dodnes. Berzelius tiež vlastní myšlienku rozdelenia všetkých látok na anorganické a organické.

Až do polovice XIX storočia. Vývoj chémie bol neusporiadaný a chaotický: boli objavené a popísané nové chemické prvky a chemické reakcie, vďaka čomu sa nahromadil obrovský empirický materiál, ktorý si vyžadoval systematizáciu. Logickým zavŕšením celého stáročného procesu rozvoja chémie bol prvý medzinárodný chemický kongres, ktorý sa konal v septembri 1860 v nemeckom meste Karlsruhe. Formuloval a prijal základné princípy, teórie a zákony chémie, ktoré vyhlásili chémiu za samostatnú rozvinutú vedu. Toto fórum, ktoré vnieslo jasnosť do pojmov atómových a molekulových hmotností, pripravilo podmienky na objavenie periodického systému prvkov.

Štúdiom chemických prvkov, usporiadaných v poradí zvyšovania ich atómovej hmotnosti, Mendelejev upozornil na periodicitu zmien v ich valenciách. Mendelejev na základe zvyšovania a znižovania valencie prvkov v súlade s ich atómovou hmotnosťou rozdelil prvky do období. Prvá perióda obsahuje iba vodík a potom nasledujú dve periódy so siedmimi prvkami a potom periódy s viac ako siedmimi prvkami. Táto forma stola bola pohodlná a vizuálna, vďaka čomu bola uznaná svetovou komunitou vedcov.

Skutočným triumfom periodického systému bola predpoveď vlastností doposiaľ neobjavených chemických prvkov, pre ktoré zostali v tabuľke prázdne bunky. Objav periodického zákona D. I. Mendelevom bol výnimočnou udalosťou v chémii, ktorá ju priviedla do stavu harmonickej, systematizovanej vedy.

Ďalším dôležitým krokom vo vývoji chémie bolo vytvorenie teórie chemickej štruktúry organických zlúčenín A. M. Butlerova, ktorý tvrdil, že vlastnosti látok závisia od poradia usporiadania atómov v molekulách a od ich vzájomného ovplyvňovania.

Na základe systému chemických vied, chemický obraz sveta, teda pohľad na prírodu z pohľadu chémie. Jej obsahom je:

1 ... Náuka o chemickej organizácii predmetov živej a neživej prírody.

2... Myšlienka pôvodu všetkých hlavných typov prírodných objektov, ich prirodzený vývoj.

3... Závislosť chemických vlastností prírodných objektov od ich štruktúry.

4... Zákonitosti prírodných procesov ako procesov chemického pohybu.

5...Vedomosti o špecifických vlastnostiach umelo syntetizovaných predmetov.

FEDERÁLNA AGENTÚRA PRE VZDELÁVANIE
ŠTÁTNA VZDELÁVACIA INŠTITÚCIA
VYŠŠIE ODBORNÉ VZDELANIE
"ŠTÁTNA UNIVERZITA ALTAJ"
Chemická fakulta
Katedra bezpečnosti života

Chemické, fyzikálne a biologické
obraz sveta.
(Abstrakt)

Vykonané:
študent 5. ročníka
Kosinskaya K.A.
Skontrolované:
učiteľ
Belová O.V.
Podpis________

Barnaul, 2011
Obsah
Úvod………………………………………………………………………………..3

Chemický obraz sveta………………………………………………..5

2. Fyzický obraz sveta………………………………………………………..7
2.1 Mechanický obraz sveta…………………………………….…….8
2.2 Elektromagnetický obraz sveta……………………………….…….10
3. Biologický obraz sveta……………………………………………… 13
Záver……………………………………………………………………………….. 17
Referencie……………………………………………………………………… 19

ÚVOD
Vždy bolo bežné, že človek opisoval svet okolo seba, študoval a predstavoval jeho štruktúru, rozprával iným ľuďom o svojich predstavách o svete okolo seba.
Prírodovedný obraz sveta nazývaná súčasťou všeobecného vedeckého obrazu sveta, ktorý zahŕňa predstavy o prírode.
Vytvorenie jednotného prírodovedného obrazu sveta predpokladá vytvorenie väzieb medzi vedami. V štruktúre konkrétnych vied ich hlavné zložky vyjadrujú vlastný celistvý obraz prírody, ktorý je tzv špeciálny (alebo lokálny) obraz sveta. Tieto obrázky sú do určitej miery fragmentmi okolitého sveta, ktoré sú študované metódami tejto vedy (napríklad biologický obraz sveta, chemický obraz sveta, fyzikálny obraz sveta). Takéto maľby sa často považujú za relatívne nezávislé fragmenty jedného vedeckého obrazu sveta.
Vedecké poznatky predstavujú obrovské množstvo vzájomne sa ovplyvňujúcich prvkov vedomostí. Existujú rôzne formy opisu tejto interakcie vrstiev vedeckého poznania.
V rámci svetonázorov sa uskutočňuje systematizácia poznatkov zodpovedajúcej vedy (alebo skupiny vied), sú jasným stelesnením systému vzájomne sa ovplyvňujúcich prvkov poznania - teórií (základných a aplikovaných), ktoré sú rozvinutými systémami vedecké pojmy a vzťahy medzi nimi.
Známe vedecké fakty zapadajú do rámca obrazov sveta. Obrazy sveta zabezpečujú celistvosť vedného odboru (vedy), formujú pre nás metódy vedeckého poznania a určujú stratégiu vedeckého hľadania, stanovujú úlohy empirického a teoretického výskumu a prehľadne zobrazujú jeho výsledky.
Pred ostatnými vznikol fyzikálny obraz sveta ako všeobecný teoretický základ pre všetky vedy o neživej prírode.
Biologický obraz sveta ako teoretický základ vied o živej prírode vznikol až v 19. storočí. Biologické vedy sú oddávna extrémne izolované, menej prepojené ako skupina fyzikálnych a chemických vied. K zjednoteniu biologických vied došlo spolu s uvedením základných pojmov modernej biológie (adaptácia, dedičnosť a variabilita, prírodný výber, boj o existenciu, evolúcia atď.) Charlesom Darwinom. Na ich základe sa buduje jednotný obraz biologických javov, spájajúci všetky vedy o prírode do jedného vedného odboru a umožňujúci budovať kompletné biologické teórie.
Jadrom jednotného prírodovedného obrazu sveta ako celku je fyzikálny obraz sveta, keďže fyzika je základným základom moderného svetonázoru. Stáročný vývoj fyziky viedol k vytvoreniu celistvého prírodovedného obrazu nášho sveta a jeho vývoja.

1. chemický obrázok mier.
Nedostatok teoretických základov v chémii, ktoré by umožnili presne predpovedať a vypočítať priebeh chemických reakcií, neumožnil postaviť ju na rovnakú úroveň s vedami, ktoré ospravedlňujú samotné bytie. Preto tvrdenie D.I. Mendelejeva o chemickom chápaní svetového éteru nielenže nebolo na začiatku 20. storočia žiadané, ale nezaslúžene sa na celé storočie úplne zabudlo. Či za to môže vtedajší revolučný prevrat vo fyzike, ktorý v 20. storočí zaujal a uchvátil väčšinu myslí pri štúdiu kvantových pojmov a teórii relativity, už teraz nie je také dôležité. Je len škoda, že závery geniálneho vedca, navyše uznávaného v tej dobe, neprebudili kvalitatívne odlišné filozofické a metodologické princípy, odlišné od filozofických princípov, ktoré mimochodom hojne figurovali v úvahách fyzikov. .
Vysvetlenie tohto nevítaného zanedbania je s najväčšou pravdepodobnosťou spôsobené šírením redukcionistických prúdov spôsobených exaltáciou fyziky. Práve redukcia chemických procesov na súhrn fyzikálnych akoby priamo naznačovala zbytočnosť chemických pohľadov pri analýze základných princípov bytia. Mimochodom, keď sa chemici snažili obhajovať špecifiká svojej vedy argumentmi o štatistickej povahe chemických interakcií, na rozdiel od väčšiny interakcií vo fyzike, kvôli dynamickým zákonom, fyzici okamžite poukázali na štatistickú fyziku, ktorá údajne plnšie popisuje takéto procesy.
Špecifickosť chémie sa stratila, hoci prítomnosť striktnej geometrie väzieb interagujúcich častíc v chemických procesoch vniesla do štatistického uvažovania informačný aspekt špecifický pre chémiu.
Analýza podstaty informačno-fázového stavu materiálových systémov ostro zdôrazňuje informačnú povahu chemických interakcií. Voda ako chemické médium, ako prvý príklad stavu informačnej fázy hmotných systémov, spájala dva stavy: kvapalinu a informačnú fázu práve pre blízkosť chemických interakcií k informačným.
Vákuum ako elektromagnetické prostredie fyzikálneho priestoru, ktoré prejavilo vlastnosti informačno-fázového stavu, je s najväčšou pravdepodobnosťou bližšie k prostrediu, v ktorom prebiehajú procesy, ktoré sa svojou formou podobajú chemickým. Preto chemické chápanie svetového éteru D.I. Mendelejev sa stáva mimoriadne relevantným. Dlhodobo známa terminologická zhoda pri opise zodpovedajúcich procesov transformácie častíc v chémii a fyzike elementárnych častíc ako reakcie dodatočne zdôrazňuje úlohu chemických pojmov vo fyzike.
Predpokladaný vzťah medzi informačno-fázovými stavmi vodného prostredia a elektromagnetickým prostredím fyzikálneho vákua svedčí o zmenách fyzikálneho vákua sprevádzajúcich chemické procesy, ktoré pravdepodobne pociťoval D.I. Mendelejev vo svojich pokusoch.
Následne v otázke povahy svetového éteru chémia v niektorých momentoch dokonca pôsobí ako determinant vo vzťahu k fyzikálnemu pohľadu.
Preto asi nemá cenu hovoriť o priorite fyzikálnych alebo chemických myšlienok pri vytváraní vedeckého obrazu sveta.

2. Fyzický obraz sveta.
História vedy ukazuje, že prírodná veda, ktorá vznikla počas vedeckej revolúcie v 16.-17. storočí, bola dlho spojená s rozvojom fyziky. Bola to fyzika, ktorá bola a zostáva najrozvinutejšou, a koncepty a argumenty do značnej miery určovali tento obraz. Stupeň rozvoja fyziky bol taký veľký, že si mohla vytvárať vlastný fyzikálny obraz sveta, na rozdiel od iných prírodných vied, ktoré až v 20. stor. si túto úlohu (vytváranie chemických a biologických obrazov sveta) dokázali stanoviť. Preto, keď začneme rozhovor o konkrétnych úspechoch prírodných vied, začneme ho fyzikou, obrazom sveta, ktorý táto veda vytvorila.
Pojem „fyzikálny obraz sveta“ sa používa už dlho, ale až v poslednom čase sa začal považovať nielen za výsledok rozvoja fyzikálneho poznania, ale aj za osobitný samostatný druh poznania – najvšeobecnejší teoretické poznatky z fyziky (systém pojmov, princípov a hypotéz), ktoré slúžia ako východiskový základ stavebných teórií. Fyzikálny obraz sveta na jednej strane zovšeobecňuje všetky dovtedy získané poznatky o prírode a na druhej strane vnáša do fyziky nové filozofické myšlienky a nimi určené pojmy, princípy a hypotézy, ktoré predtým neexistovali a ktoré radikálne zmeniť základy fyzikálnych teoretických vedomostí: staré fyzikálne pojmy a princípy sa rúcajú, vznikajú nové, mení sa obraz sveta. Kľúčovým pojmom vo fyzikálnom obraze sveta je pojem „hmota“, ktorý vedie k najdôležitejším problémom fyzikálnej vedy. Preto je zmena fyzického obrazu sveta spojená so zmenou predstáv o hmote. V histórii fyziky sa to stalo dvakrát. Najprv sa uskutočnil prechod od atomistických, korpuskulárnych predstáv o hmote k poľu – kontinuálny. Potom, v 20. storočí, boli reprezentácie kontinua nahradené modernými kvantovými. Preto môžeme hovoriť o troch postupne sa nahrádzajúcich fyzických obrazoch sveta.
Jedným z prvých, ktorý vznikol, bol mechanistický obraz sveta, keďže štúdium prírody začalo analýzou najjednoduchšej formy pohybu hmoty – mechanického pohybu telies.

2.1. Mechanický obraz sveta.
Vzniká ako výsledok vedeckej revolúcie XVI-XVII storočí. na základe diela Galilea Galileiho, ktorý stanovil zákony pohybu voľne padajúcich telies a sformuloval mechanický princíp relativity. Ale hlavnou zásluhou Galilea je, že ako prvý aplikoval experimentálnu metódu na štúdium prírody spolu s meraním skúmaných veličín a matematickým spracovaním výsledkov meraní. Ak sa experimenty uskutočňovali skôr, potom to bol Galileo, kto ako prvý začal systematicky uplatňovať svoju matematickú analýzu.
Zásadný rozdiel medzi novou metódou skúmania prírody a predtým existujúcou prírodno-filozofickou metódou bol teda v tom, že sa v nej hypotézy systematicky testovali experimentom. Experiment možno vnímať ako otázku adresovanú prírode. Aby sme na ňu dostali jednoznačnú odpoveď, je potrebné otázku formulovať tak, aby sme na ňu dostali úplne jednoznačnú a jednoznačnú odpoveď. Na to by mal byť experiment navrhnutý tak, aby sa čo najviac izoloval od vplyvu vonkajších faktorov, ktoré narúšajú pozorovanie skúmaného javu v jeho „čistej forme“. Na druhej strane, hypotéza, ktorá je otázkou prírody, musí umožniť empirické overenie určitých dôsledkov z nej odvodených. Na tento účel sa počnúc Galileom začala hojne využívať matematika na kvantifikáciu výsledkov experimentov.
Nová experimentálna prírodná veda sa tak na rozdiel od prírodno-filozofických dohadov a špekulácií minulosti začala rozvíjať v úzkej interakcii medzi teóriou a skúsenosťou, keď sa každá hypotéza či teoretický predpoklad systematicky overuje skúsenosťou a meraním.
Kľúčovým pojmom mechanistického obrazu sveta bol pojem pohybu. Boli to zákony pohybu, ktoré Newton považoval za základné zákony vesmíru. Telesá majú vnútornú vrodenú vlastnosť pohybovať sa rovnomerne a priamočiaro a odchýlky od tohto pohybu sú spojené s pôsobením vonkajšej sily (zotrvačnosti) na teleso. Mierou zotrvačnosti je hmotnosť, ďalší dôležitý pojem v klasickej mechanike. Gravitácia je univerzálna vlastnosť telies.
Newton, podobne ako jeho predchodcovia, prikladal veľký význam pozorovaniam a experimentom a považoval ich za najdôležitejšie kritérium na oddelenie falošných hypotéz od ​​pravdivých. Preto sa ostro postavil proti takzvaným skrytým vlastnostiam, pomocou ktorých sa prívrženci Aristotela snažili vysvetliť mnohé javy a procesy prírody.
Newton predkladá úplne nový princíp skúmania prírody, podľa ktorého odvodiť z javu dva alebo tri všeobecné princípy pohybu a potom uviesť, ako z týchto zrejmých princípov vyplývajú vlastnosti a činnosti všetkých telesných vecí, by bolo veľmi náročné. dôležitý krok vo filozofii, hoci dôvody na to začali a ešte neboli otvorené.
Tieto princípy pohybu sú základnými zákonmi mechaniky, ktoré Newton presne formuluje vo svojom hlavnom diele The Mathematical Principles of Natural Philosophy, publikovanom v roku 1687.
Objav princípov mechaniky skutočne znamená skutočne revolučnú revolúciu, ktorá je spojená s prechodom od prírodno-filozofických dohadov a hypotéz o „skrytých“ vlastnostiach a špekulatívnych výmysloch k exaktnej experimentálnej prírodnej vede, v ktorej sú všetky predpoklady, hypotézy a teoretické konštrukcie boli testované pozorovaniami a skúsenosťami. Keďže v mechanike sa abstrahuje od kvalitatívnych zmien telies, na jej analýzu bolo možné široko využiť matematické abstrakcie a analýzu infinitezimál vytvorených samotným Newtonom a zároveň Leibnizom (1646-1716). Vďaka tomu sa štúdium mechanických procesov zredukovalo na ich presný matematický popis.
Na základe mechanického obrazu sveta v XVIII-začiatku XIX storočia. bola vyvinutá pozemská, nebeská a molekulárna mechanika. Technologický vývoj napredoval rýchlym tempom. To viedlo k absolutizácii mechanistického obrazu sveta, k tomu, že sa začal považovať za univerzálny.
Zároveň sa vo fyzike začali hromadiť empirické údaje, ktoré odporovali mechanistickému obrazu sveta. Takže popri úvahách o sústave hmotných bodov, ktoré plne zodpovedali korpuskulárnym predstavám o hmote, bolo potrebné zaviesť pojem spojitého média, ktoré v podstate už nesúvisí s korpuskulárnym, ale so spojitým predstavy o hmote. Na vysvetlenie svetelných javov bol teda zavedený pojem éter – špeciálna tenká a absolútne súvislá svetelná hmota.
Tieto skutočnosti, ktoré nezapadajú do hlavného prúdu mechanistického obrazu sveta, svedčili o tom, že rozpory medzi zavedeným systémom názorov a údajmi skúseností sa ukázali ako nezlučiteľné. Fyzika potrebovala výraznú zmenu v predstavách o hmote, v zmene fyzikálneho obrazu sveta.

2.2. Elektromagnetický obraz sveta.
V procese dlhých úvah o podstate elektrických a magnetických javov dospel M. Faraday k myšlienke potreby nahradiť korpuskulárne predstavy o hmote kontinuálnymi, súvislými. Dospel k záveru, že elektromagnetické pole je úplne spojité, náboje v ňom sú bodové centrá sily. Zmizla teda otázka konštrukcie mechanistického modelu éteru, rozpor medzi mechanistickými predstavami o éteri a skutočnými experimentálnymi údajmi o vlastnostiach svetla, elektriny a magnetizmu.
Jednu z prvých myšlienok Faradaya ocenil Maxwell (1831-1879). Zároveň zdôraznil, že Faraday predložil nové filozofické názory na hmotu, priestor, čas a sily, ktoré do značnej miery zmenili predchádzajúci mechanistický obraz sveta.
Názory na hmotu sa dramaticky zmenili: súhrn nedeliteľných atómov prestal byť konečným limitom deliteľnosti hmoty, keďže sa vzalo také jediné absolútne súvislé nekonečné pole s centrami silových bodov – elektrickými nábojmi a vlnovými pohybmi v ňom.
atď.................

Plán

1. Koncepčné systémy chemických poznatkov.

2. Chemická organizácia hmoty.

3. Náuka o chemických procesoch.

4. Evolučná chémia.

Témy správ

1. Alchýmia a chémia.

2. Chémia ako veda a výroba.

3. Chémia v bežnom živote.

Cvičenie 1. Vytvorte tabuľku „Klasifikácia látok“.

Úloha 2. Urobte tabuľku „Veľkí chemici a ich vedecké objavy“.

Kontrolné otázky

1. Čo je predmetom chémie?

2. Čo študuje chémia a aké sú jej hlavné metódy?

3. Aké sú pojmové systémy chemických poznatkov?

4. Čo je chemický prvok?

5. Čo sa nazýva jednoduchá a zložitá látka?

6. Aký je vzťah medzi atómovou hmotnosťou a nábojom jadra atómu?

7. Uveďte hlavné úrovne chemických štruktúr.

8. Čo určuje dynamiku chemických procesov?

9. Aké látky sa nazývajú katalyzátory?

10. Akú úlohu zohráva katalýza vo vývoji chemických systémov?

11. Aký je rozdiel medzi chémiou a alchýmiou?

Základné pojmy a pojmy

Chémia, štruktúra chémie, látka, jednoduchá látka, zložená látka, chemický prvok, molekula, zlúčenina, chemická reakcia, katalýza, katalyzátor, chemický proces, organická syntéza.

Test "Chemický obraz sveta"

1. Pôvod názvu "chémia" je spojený s:

a) India b) Čína; c) Sumer; d) Egypt.

2. Rýchlosť chemickej reakcie najvýraznejšie ovplyvňuje:

teplota; b) tlak; c) osvetlenie; c) katalyzátor.

3. Stav agregácie látky nezahŕňa:

a) pevné telo b) vákuum; c) plazma; d) plyn.

4. Neutrálna elementárna častica so spinom 1/2, príbuzná baryónom, tvorí spolu s protónmi jadrá atómov:

a) elektrón; b) neutrón; c) fotón; d) neutríno.

5. Typ hmoty, ktorá má pokojovú hmotnosť, je:

a) fyzické pole; b) fyzikálne vákuum; c) látka; d) plazma.

6. Minimálna častica látky schopnej samostatnej existencie je:

a) atóm; b) elektrón; c) molekula; d) nukleón.

7. Látky, ktoré sú tvorené rôznymi chemickými prvkami, sa nazývajú:

8. Látky tvorené jedným druhom chemických prvkov sa nazývajú:

a) jednoduché látky; c) chemické zlúčeniny;

b) komplexné látky; d) zmesi látok.

9. Komplexné látky zahŕňajú:

a) soľ; b) kovy; do vzduchu; d) voda.

10. Komplexné látky zahŕňajú:

a) proteíny; b) kovy; do vzduchu; d) voda.

11. Medzi jednoduché látky patria:

a) soľ; b) kovy; c) ozón; d) voda.

12. Jav, ktorý spomaľuje chemické reakcie, sa nazýva:

a) inhalácia; b) katalýza; c) inhibícia; d) katabolizmus.

13. Teóriu chemickej štruktúry organických zlúčenín prvýkrát vytvoril:

a) D. Mendelejev; b) A. Butlerov; c) M. Semjonov; d) A. Berzelius.

14. Minimálny počet atómov v molekule je:

a) 1; b) 2; na 3; d) 4.

15. Chemický prvok s atómovým číslom - 1:

a) dusík; b) uhlík; c) hélium; d) vodík.

16. Z organogénov na Zemi sú najbežnejšie:

a) uhlík a kyslík; c) kyslík a dusík;

b) uhlík a síra; d) kyslík a vodík.

17. Mimo našej planéty sú najbežnejšie chemické prvky:

a) celú periodickú tabuľku; c) vodík a hélium;

b) kovy a nekovy; d) hélium a uhlík

18. Aká je prvá koncepčná úroveň vo vývoji chémie ako vedy?

19. Aká je druhá koncepčná rovina vo vývoji chémie ako vedy?

a) doktrína chemických procesov; c) evolučná chémia;

b) štruktúrna chémia; d) náuka o kompozícii.

20. Organogény zahŕňajú:

a) sodík; b) vápnik; c) meď; d) fosfor.

21. Nevzťahuje sa na organogény:

a) uhlík; b) dusík; c) sodík; d) síra..

AKTIVITA 10

Téma: Biologická úroveň organizácie hmoty

Plán

1. Štrukturálne úrovne života.

2. Hlavné rozdiely medzi živou a neživou hmotou.

3. Pôvod života na Zemi.

4. Cytológia – náuka o bunke.

5. Metabolizmus. Fotosyntéza. Biosyntéza. Chemosyntéza.

6. Rozmnožovanie a vývoj organizmov.

7. Základy genetiky.

Témy správ

1. Teória biochemickej evolúcie.

2. Panspermia.

3. Model štruktúry molekuly DNA (D. Watson, F. Crick).

4. Ľudský genóm.

5. Klonovanie.

Úlohy na samostatnú prácu

Cvičenie 1. Preskúmajte rôzne koncepty pôvodu života.

Úloha 2.Študujte štruktúru bunky, jej chemické zloženie vyplnením tabuľky.

Bunková štruktúra

Kontrolné otázky

1. Čo študuje biológia? Aké sú v ňom sekcie?

2. Opíšte spoločné znaky vývoj biológie XX storočia.

3. Čo je život?

4. Akú definíciu života dal F. Engels v 19. storočí?

5. Aké sú základné znaky živých vecí?

6. Prečo je problém vzniku života jedným z najťažších a najzaujímavejších vo vede?

7. Čím sa líši bývanie od neživota?

8. Ako Louis Pasteur dokázal, že život teraz nemôže vzniknúť sám od seba?

9. Aké sú moderné predstavy o vzniku života?

10. Akú hypotézu o vzniku života na Zemi vyslovil akademik

A. Oparin?

11. Aké sú štádiá vzniku života podľa A. Oparina?

12. Čo sú to koacerváty?

13. Čo je podstatou metabolizmu?

14. Čo je biosyntéza a ako prebieha v organizme?

15. Aký je rozdiel medzi syntézou a biosyntézou?

16. Čo je fotosyntéza a aký je jej význam na Zemi?

17. Aký je rozdiel medzi molekulárnou štruktúrou živých systémov a neživých?

18. Možno vírusy klasifikovať ako živé organizmy? Svoju odpoveď zdôvodnite.

19. Aký je rozdiel medzi prokaryotickými bunkami a eukaryotickými bunkami?

20. Aké hypotézy existujú o pôvode eukaryotov?

21. Akú úlohu zohrávajú aminokyseliny v živom organizme?

22. Čo je to DNA, RNA, aminokyselina, gén, chromozóm, genotyp a ako spolu tieto pojmy súvisia?

23. Kde sa v bunke nachádza DNA?

24. Vďaka čomu dochádza ku kontinuite generácií?

25. Aké stupne chovu poznáte?

26. Aké formy rozmnožovania celého organizmu poznáte?

27. Čo je základom sexuálneho a nepohlavného rozmnožovania?

28. Čo študuje genetika?

29. Aké biologické pojmy poznáte? Popíšte ich.

Základné pojmy a pojmy

Biológia, život, živá hmota, štrukturálna úroveň živého, organizmus, bioprvky, rozdiely medzi živým a neživým, kreacionizmus, panspermia, biochemická evolúcia, koacerváty, abiogenéza, symbiogenéza, prokaryoty, eukaryoty, organizmus, cytológia, organely, bunková membrána, cytoplazma , mitochondrie, plastidy, endoplazmatické retikulum, ribozómy, lyzozómy, chromozómy, bunkové jadro, chemické zloženie bunky, proteín, aminokyseliny, lipidy, sacharidy, nukleové kyseliny, RNA, DNA, nukleotid, kód DNA, ATP, vírusy, metabolizmus, metabolizmus plastov, energetický metabolizmus, metabolizmus, asimilácia, disimilácia, syntéza, biosyntéza, syntéza matrice, fotosyntéza, chemosyntéza, autotrofy, chemotrofy, fototrofy, heterotrofy, mixotrofy, rozmnožovanie, reprodukčné hladiny, nepohlavné rozmnožovanie, vegetatívne rozmnožovanie, pohlavné rozmnožovanie, gaméty, mitóza , meióza, ontogenéza, fylogenéza, partenogenéza, postembryonálny vývoj, genetika, gén, genotyp, genóm, fenotyp, dedičnosť, variabilita, chromozómy, mutácia, gén sexuálna netika, dominancia, recesivita.

MINISTERSTVO VNÚTORNÝCH VECÍ RUSKEJ FEDERÁCIE

BELGORODSKÝ PRÁVNY INŠTITÚT

Katedra humanitných a sociálno-ekonomických disciplín

Disciplína: "Koncepty moderných prírodných vied"

ABSTRAKT

k téme č.:

„Koncept jednoty štruktúrnych premien hmoty a

chemický obraz sveta "

Pripravené:

profesor katedry GISED,

kandidát filologických vied, doc.

A. L. Numberkov

Skontrolované:

Študentská 534 skupina

Malyavkin G.N.

Belgorod - 2008

Úvod

Od nepamäti, človek, ktorý čelil rôznym prírodným javom, zhromažďoval informácie o nich ao predmetoch, ktoré ho obklopovali, ich čoraz viac využíval pre svoje dobro. Človek si napríklad všimol, že pod vplyvom ohňa niektoré látky miznú, iné menia svoje vlastnosti. Napríklad vypálená surová hlina zrazu získava na sile. Človek to uplatnil vo svojej praxi a zrodila sa keramika. Alebo sa napríklad naučili taviť kovy z rúd a tavením týchto kovov získavať rôzne zliatiny: tak sa objavila metalurgia.

Pomocou svojich pozorovaní a vedomostí sa človek naučil tvoriť a tvorením sa učil. Inými slovami, vedy sa rodili a rozvíjali súbežne s remeslami a priemyselnými odvetviami.

Premeny látok pod vplyvom ohňa boli prvými chemickými reakciami, ktoré uskutočnil človek. Oheň sa teda, obrazne povedané, stal akýmsi prvým chemickým „laboratóriom“ ľudstva.

1. Chemická "technológia" a chemický svetonázor (alchýmia) civilizácie v jej počiatkoch

Je známe, že už niekoľko tisíc rokov pred naším letopočtom v starovekom Egypte sa ľudia naučili taviť a využívať zlato, meď, striebro, cín, olovo a ortuť na praktické účely. V krajine posvätného Nílu sa rozvinula výroba keramiky a glazúry, skla a fajansy. Starovekí Egypťania tiež používali rôzne farby: minerálne (okrová, červená olova, vápno) a organické (indigo, fialová, alizarín). Preto možno podľa slávneho francúzskeho chemika Mu Berthelota predpokladať, že samotný názov „chémia“ pochádza zo staroegyptského slova „chems“: toto je meno ľudí obývajúcich takzvané „čierne územia“ v Egypte. , kde sa rozvíjali spomínané remeslá.

Grécky alchymista Zosimus (III-IV storočia nášho letopočtu) však pôvod slova „chémia“ vysvetlil inak: chémiu chápal ako umenie výroby striebra a zlata (v tomto zmysle je chémia umením tavenia kovov). V tejto súvislosti sú známe aj iné interpretácie tohto pojmu. Preto treba v tejto súvislosti poznamenať, že vedci stále nemajú na túto vec jednotný názor.

Chemické remeslá boli vyvinuté v 4. – 2. tisícročí pred Kristom. e. nielen medzi Egypťanmi, ale aj v krajinách Mezopotámie na Blízkom východe (údolia riek Tigris a Eufrat). V tých časoch národy obývajúce Mezopotámiu poznali kovy (z olova sa odlievali napr. figúrky a kultové figúrky), hojne sa používali minerálne a organické farbivá, vedeli vyrábať glazúry, fajansu atď.

Vedci-filozofovia starovekého Grécka (VII-V storočia pred naším letopočtom) sa pokúsili vysvetliť, ako sa vykonávajú rôzne transformácie, z čoho a ako všetky látky pochádzajú. Tak vznikla náuka o počiatkoch, živloch (zo steheia - základ), alebo živloch (z lat. elementum - základný princíp, počiatok), ako sa im neskôr hovorilo.

Thales of Miletus veril, že svet je jeden celok a všetko, čo sa deje v prírode, je výsledkom zhutnenia alebo vypúšťania jedinej primárnej hmoty, jediného zdroja – vody. Anaximenes z Milétu rozpoznal vzduch ako primárnu hmotu, pri ochladzovaní a zahusťovaní z nej vzniká voda a z nej potom pri následnom zhutnení a ochladzovaní vzniká zem. Filozof Xenofanes učil, že hlavnými princípmi sú voda a zem: hmota sa nezničí a nevznikne, svet existuje navždy.

V rokoch 544-483. BC e. v meste Efez žil slávny filozof Herakleitos, ktorý veril, že všetky „telá“ prírody sú neodmysliteľné v neustálom pohybe. Prirodzene, zároveň uznal najpohyblivejší a najpremenlivejší začiatok, oheň, ako primárnu hmotu. Svet podľa Herakleita nestvorili ani bohovia, ani ľudia, „bol, je a bude večne živým ohňom“, ktorý sa prirodzene zapaľuje a rovnako prirodzene aj zhasína.

Ďalší staroveký grécky filozof Empedokles, ktorý pozoroval horenie stromu, poznamenal, že najprv vzniká dym, vzduch, potom plameň (oheň) a nakoniec zostane popol (zem). Ak sa v blízkosti plameňa nachádza studený povrch, usadzuje sa na ňom vodná para. Spaľovanie je teda rozklad horiacej hmoty na štyri prvky: vzduch, oheň, vodu a zem. Na základe tohto záveru Empedokles ako prvý vytvoril náuku o štyroch princípoch („koreňoch“) prírody: „Najprv si vypočujte skutočnosť, že štyri korene všetkého, čo existuje, sú oheň, voda a zem a nekonečná výška Éteru... Z nich všetko, čo bolo, a všetko, čo bude.“ Tieto „začiatky“ sú večné a nemenné.

Anaxagoras z mesta Klazomen v Malej Ázii ako prvý navrhol, že všetky látky pozostávajú z nespočetného množstva primárnych princípov hmoty – „semien vecí“. Hmota má opačné vlastnosti: svetlo a tmu, teplo a chlad, sucho a vlhkosť. Iba súhrn týchto vlastností, braných v rôznych pomeroch, určuje formovanie takých princípov, ako je zem a éter.

Tu treba poznamenať, že súčasne s náukou o „živloch“ sa rozvíjali aj iné predstavy o štruktúre hmoty – atomistické.

Najjasnejšou postavou starovekého Grécka a celého starovekého sveta bol Aristoteles (384-322 pred Kr.). Rovnako ako Epmpedokles rozpoznal, že na svete existujú štyri hlavné „začiatky“ – „prvky“ (sú to aj „prvky“, niekedy „princípy“ alebo „primárna hmota“). Pod živlami Aristoteles chápal „konečné časti“, na ktoré sa rozkladajú všetky telá. Tieto časti sa ďalej nedelia a líšia sa od seba „vzhľadom“. Živly označoval ako voda, zem, oheň a vzduch; každý z prvkov lopty je nositeľom dvoch vlastností zo štyroch - vlhkosť a sucho, teplo a chlad: vzduch je teplý a vlhký, oheň je suchý a teplý, zem je suchá a studená, voda je studená a mokrá.

Okrem týchto štyroch prvkov zaviedol Aristoteles ešte piaty, ktorý nazval „esencia“. V stredoveku začali alchymisti nazývať tento prvok „kvintesencia“ (z latinského quinta essentia – piata esencia), „kameň mudrcov“, „elixír života“, „veľký majster“, „červená tinktúra“, „univerzálny“ , „droga“. Záhadnému piatemu prvku boli pripisované nadprirodzené vlastnosti.

Aristotelovo učenie o vzájomnej premene prvkov a o piatej podstate následne tvorilo základ predstáv o takzvanej „transmutácii“, vrátane výroby zlata z obyčajných kovov. A prví, ktorí zaviedli Aristotelovu doktrínu o piatej podstate, boli takzvaní „alchymisti“.

Myšlienky transmutácie však vôbec nesúvisia s Aristotelom, ako „pôvodným zdrojom“ tejto ideológie, ale siahajú do dávnejších čias.

V roku 321. BC. v delte Nílu bola položená nové Mesto- Alexandria, pomenovaná podľa dobyvateľa Alexandra Veľkého. Vďaka výhodnej geografickej polohe sa mesto stalo jedným z najväčších centier obchodu a remesiel. Bola tam založená prvá akadémia v histórii - špeciálna inštitúcia, kde sa venovali rôznym štúdiám a vyučovali vtedy známe vedy.

Pred dobytím Egypta cudzincami ich egyptskí kňazi, ktorí poznali mnohé chemické operácie (získavanie zliatin, amalgamovanie, napodobňovanie drahých kovov, melírovanie farieb a pod.), uchovávali v najhlbšom tajomstve a odovzdávali len vybraným študentom, a samotné operácie sa vykonávali v chrámoch a sprevádzali ich veľkolepé mystické obrady. Po páde tejto krajiny sa mnohé tajomstvá kňazov dozvedeli starogrécki vedci, ktorí verili, že napodobeniny drahých kovov, ktoré kňazi dostávali, sú skutočnými „premenami“ niektorých látok na iné, plne v súlade s prírodnými zákonmi. Jedným slovom, v helenistickom Egypte existovala kombinácia prírodno-filozofických myšlienok starovekých filozofov a tradičných rituálov kňazov – čo neskôr Arabi nazvali „alchýmia“.

Tento názov vyššie uvedených „premien“ vznikol v dôsledku určitých politických okolností. Okolo roku 640 po Kr e. Egypt bol zajatý Arabmi a už na začiatku VIII storočia. ich moc bola založená na rozsiahlom území – od Gibraltáru po Indiu. Vedecké a praktické poznatky a kultúra, ktorú Arabi získali v dobytých krajinách (a najmä v Egypte) v XII. dostali do Európy. Významnú úlohu v tom zohral obchod medzi štátmi arabského východu a európskymi krajinami. Chemické znalosti, ktoré sa do Európy dostali od Arabov a začali sa nazývať arabské slovo „alchýmia“. Aké to bolo poznanie?

Treba poznamenať, že základy presne alchymistických názorov sa vo všeobecnosti našli medzi mnohými národmi. V 1. stor e. Staroveký rímsky lekár a prírodovedec Dioscorides napísal prvú chemickú encyklopédiu, ktorá načrtla spôsoby prípravy vápennej vody, síranu meďnatého, vápna a niektorých ďalších látok. V Číne alchymista Wei Payan (II. storočie) opisuje recept na získanie „tabletiek nesmrteľnosti“. Ko Hong (281-361) uvádza aj recepty na výrobu „tabletiek dlhovekosti" a umelého zlata. Hľadanie takýchto receptov bolo bežné aj v helenistickom Egypte. Z tých čias sa zachovali dva papyrusy pochádzajúce z 3. storočia – „Leiden Papyrus X“ a „ Štokholmský papyrus.“ Prvý obsahuje asi sto receptov na napodobňovanie zlata a druhý navyše opisuje falšovanie perál a farbenie purpurom.

Za zakladateľa vlastnej alchýmie sa však považuje grécky alchymista Zosima, autor mnohých vedeckých prác, vrátane alchymistických diel („Imut“, ktoré odkazuje na vznik alchýmie; „O dobrej kvalite a zložení vôd“, ktorý popisuje produkciu životodarnej vody).

Medzi arabskými alchymistami bol jedným z najvýznamnejších princ Kalida ibn Kazid (asi 660-704), ktorý väčšinu svojho života strávil v Egypte. Nariadil, aby všetky známe alchymistické diela boli preložené do arabčiny.

Ale Arabi nazvali skutočným „kráľom vedy“ veľkého vedca Džabir ibn Gayan (asi 721-815), v Európe známy pod menom Geber. Oboznámený s učením staroveku sa stal nasledovníkom Aristotela, ktorého názory na prvky-kvality prehodnotili Arabi.

Guyan veril, že kovy sa skladajú z dvoch hlavných častí (prvkov): síry, ktorá je nositeľom horľavosti a premenlivosti, a ortuti, „duše“ kovov, nositeľa metalickosti (brilancie, tvrdosti, taviteľnosti) a hlavnej chemickej látky. procesy sú spaľovanie a tavenie. Najušľachtilejšie kovy sú zlato a striebro, ktoré obsahujú síru a ortuť v najčistejšej forme a v najoptimálnejšom pomere. Rozmanitosť týchto závisí od kvantitatívneho pomeru síry a ortuti a od nečistôt. Ale v prírode je tento proces pripojenia veľmi pomalý a aby ste ho urýchlili, musíte pridať "liek" (špeciálny liek), potom bude transformácia trvať asi 40 dní; ak použijete „elixír“, tak celý proces získania zlata zaberie len 1 hodinu!

Študoval Gayan a vlastnosti, ako aj spôsoby prípravy mnohých solí: vitriol, kamenec, ledok atď.; poznal výrobu kyselín: dusičnej, sírovej, octovej; pri vykonávaní experimentov sa uchýlil k destilácii, praženiu, sublimácii, kryštalizácii. Veril, že prax a experimenty pre alchymistov majú prvoradý význam, bez ktorých je úspech nemožný. Gayanove diela („Kniha sedemdesiatich“, „Kniha jedov“, „Súčet dokonalostí“, „Kniha pecí“) sa študovali po mnoho storočí.

Najväčší arabský alchymista Abu Bakr Mohammed ibn Zakariya ar-Razi (865-925), autor Knihy tajomstiev a Knihy tajomstiev tajomstiev, sa považoval za žiaka slávneho Gebera. Ako prvý klasifikoval vtedy známe látky, pričom ich rozdelil do troch tried: zemité (minerálne), rastlinné a živočíšne.

Ar-Razi rozpoznal transmutáciu základných kovov na ušľachtilé, rozpoznal prvky kovov - síru a ortuť, ale bez toho, aby sa na to obmedzoval, zaviedol ďalší tretí prvok - prvok "prírody soli", ktorý je nositeľom tvrdosť a rozpustnosť. Táto náuka o troch prvkoch (síra, ortuť, soľ) bola široko rozšírená medzi európskymi alchymistami.

Po prijatí myšlienky starých atomistov ich al-Razi aplikoval na učenie Aristotela, pričom veril, že látky pozostávajú z nedeliteľných prvkov - častíc (v moderných podmienkach atómov) a prázdnoty; samotné prvky sú večné, nedeliteľné a majú určitú veľkosť. Vlastnosti látok závisia od veľkosti atómov a vzdialenosti medzi nimi (prázdnoty). Zem a voda sa teda skladajú z veľkých atómov a dutiny v nich sú menšie, a preto sa pohybujú nadol; oheň a vzduch sa naopak pohybujú nahor, pretože ich atómy sú menšie a dutiny v nich sú väčšie.

Rovnako ako Gayan, aj al-Razi veril, že cieľom alchýmie by malo byť poznanie vlastností látok, vývoj všetkých druhov operácií na nich, výroba rôznych zariadení na tieto operácie. V tejto praktickej, a nie abstraktne-mystickej orientácii štrukturálnych premien hmoty, bola presne vyjadrená špecifickosť učenia arabských alchymistov.

Myšlienka premeny základných kovov na ušľachtilé našla mnoho prívržencov aj v západnej Európe. Za hrubými múrmi, vo vlhkých pivniciach, na samotkách sa európski alchymisti snažia „urýchliť“ proces „vylepšovania“ kovov. Základné kovy sa tavia, miešajú medzi sebou, maľujú, zahrabávajú do zeme, ale ... zlato nikdy nevyjde!

Čoraz viac sa vytvára názor, že proces získavania zlata „laboratórnym“ spôsobom je s najväčšou pravdepodobnosťou nadprirodzený proces? Začínajú čarovať nad kovmi a na podlahe na podlahe a na stenách „laboratórií“ sú zobrazené magické formulky.Ale ani tieto manipulácie neviedli k pozitívnemu výsledku!

Ale možno celá podstata spočíva práve v piatom elemente – „kvintesencii“, ktorá dostala mnoho rôznych vznešených a tajomných mien? Len on jediný mohol premeniť akýkoľvek kov na zlato, dať človeku večný život a mladosť. A teraz sa úsilie alchymistov sústreďuje na získanie kameňa mudrcov. Boli vytvorené stovky záhadných receptov, z ktorých väčšina musí byť ešte rozlúštená, nieto ešte experimentálne overená.

Roky plynuli... Alchymisti pokračovali v pátraní. A jedným z najväčších alchymistov stredoveku bol Albert von Bolstedt (1193-1280). S úžasnou pracovnou schopnosťou, smädom po vedomostiach a vynikajúcim rečníkom sa preslávil medzi svojimi súčasníkmi, ktorí ho nazývali „univerzálnym lekárom“ Albertom Veľkým. Odmietnutie v roku 1265. Z biskupstva odišiel von Bolstedt do kláštora a zvyšné roky svojho života zasvätil vede. Napísal obrovské množstvo pojednaní o rôznych odvetviach poznania vrátane alchýmie – „Päť kníh o kovoch a mineráloch“, „Kniha alchýmie“.

Albert Veľký veril, že transmutácia kovov závisí od ich typu a hustoty. K zmene vlastností kovov dochádza pôsobením arzénu (sfarbuje kovy do žlta) a vody (stláčanie a zhutňovanie, zvyšuje hustotu kovov). Pri opise vykonávania alchymistických operácií uvádza množstvo pravidiel, ktoré sa musia pri práci dodržiavať: mlčať, skrývať sa pred ľudskými očami, držať čas atď.

V XVI storočí. Obzvlášť populárne boli diela Basila Valentina („mocného kráľa“) - „O tajnej filozofii“, „O veľkom kameni starých mudrcov“, „Triumfálny voz antimónu“. Je pravda, že všetky pokusy zistiť skutočné meno tohto autora zlyhali: očividne neznámy alchymista písal pod týmto pseudonymom a možno viac ako jeden.

Vasilij Valentin, poznajúc transmutáciu kovov a začiatky alchymistov, zdôraznil, že alchymistické prvky kovov nemajú nič spoločné so skutočnými prvkami rovnakého mena: „Každý, kto písal o semenách kovov, súhlasí s tým, že síra predstavuje mužské semeno kovy a ortuť je ženské semeno, ale to treba chápať s rozumom a nebrať to ako semiačka kovov, obyčajnej síry a obyčajnej ortuti, pretože obyčajná ortuť, ktorá je sama osebe kovom, nemôže byť semenom kovov. „Semenom“ kovov nemôže byť ani obyčajná síra a soľ. Ten podľa jeho názoru charakterizuje schopnosť kovov rozpúšťať sa v kyselinách.

Tu treba zdôrazniť, že v alchymistických výskumoch Vasilija Valentína sa po prvý raz v histórii rozvoja alchymistických predstáv okrem „strategických“ cieľov alchýmie prejavuje aj potreba výraznej praktickej orientácie tohto poznania. . Ako prvý sa teda zmienil o kyseline chlorovodíkovej ("chlorovodíkový alkohol"), navrhuje spôsob jej získavania z kuchynskej soli a síranu železnatého, opisuje jej účinok na kovy a niektoré oxidy. Antimón a jeho zlúčeniny sú venované kompozícii "Triumfálny voz antimónu".

Zároveň treba poznamenať, že nie všetci stredovekí vedci akceptovali základné teoretické úvahy a ustanovenia alchymistov. A jedným z týchto vedcov bol Avicenna. Toto latinské meno dostal slávny arabský filozof a lekár Abu Ali al-Hussein ibn Sina (980-1037), podľa národnosti Tadžik, ktorý sa narodil neďaleko Buchary. Vytvoril okolo 300 diel a niektoré z nich ("Lekársky kánon", "Kniha uzdravenia", "Kniha poznania") sa tešia zaslúženej sláve aj dnes. Opísal takmer tisíc rôznych látok, medzi ktorými boli aj kovy. Avicenna vôbec nepopieral dôležitosť síry a ortuti pre chemické premeny, ale poprel možnosť vzájomnej premeny kovov jeden na druhý, pretože veril, že na to neexistujú žiadne skutočné spôsoby.

Neveril v transmutáciu a najväčší taliansky vedec a umelec Leonardo da Vinci (1452-1519), ktorý si stanovil za cieľ „pochopiť pôvod mnohých tvorov prírody“. Spoliehal sa na experiment, ktorý považoval za prostredníka „medzi umnou prírodou a ľudskou rasou“ a ktorý „musí byť vykonaný mnohokrát, aby nejaká náhodná okolnosť neovplyvnila jeho výsledky“.

Leonardo da Vinci, samozrejme, uznával praktickú alchýmiu, ktorá by mohla byť prospešná, ale ostro sa postavil proti tým alchymistom, ktorí si stanovili za cieľ získať zlato. Leonardo veril, že človek nemôže vytvárať jednoduché látky a ešte viac ich premieňať na iné a ortuť nemôže byť bežným „semenom“ kovov, pretože „príroda diverzifikuje semená podľa rozdielnosti vecí“.

Ale éra alchýmie nebola márna. Pri hľadaní podmienok na realizáciu záhadnej transmutácie vyvinuli alchymisti také dôležité metódy čistenia látok, ako je filtrácia, sublimácia, destilácia, kryštalizácia. Na vykonávanie experimentov vytvorili špeciálne zariadenia - vodný kúpeľ, destilačná kocka, retorty, pece na ohrievanie baniek. Alchymisti objavili kyseliny sírovú, chlorovodíkovú a dusičnú, mnohé soli, etanol, boli študované mnohé reakcie (interakcia kovov so sírou, praženie, oxidácia atď.).

A predsa, aby sa alchymistické učenie zmenilo na ustanovenia skutočne vedeckej chémie, bolo potrebné ich „očistiť“ od mystických vrstiev, postaviť ich na skutočný experimentálny základ a podrobne študovať zloženie látok. Tento zložitý a zdĺhavý proces odštartovali takzvaní „iatrochemici“ (z gréckeho iatros – „lekár“) a predstavitelia takzvanej „technickej chémie“.

Rozvoj iatrochémie, metalurgie, farbenia, výroby glazúr atď., zdokonaľovanie chemických zariadení – to všetko prispelo k tomu, že experiment sa postupne stal hlavným kritériom pravdivosti teoretických stanovísk. Prax sa zas nemohla rozvíjať bez teoretických konceptov, ktoré mali nielen vysvetliť, ale aj predpovedať vlastnosti látok a podmienky vedenia chemických procesov. Vedci opustili tradičné „začiatky“ alchymistov a priklonili sa k materialistickým predstavám staroveku o štruktúre hmoty.

2. Od alchýmie k vedeckej chémii: cesta skutočnej vedy

o premenách hmoty

Oživenie starovekého atomizmu prispelo k novému chápaniu predmetu chemického poznania. Tu zohrali významnú úlohu diela francúzskeho mysliteľa P. Gassendiho. Atomistickú teóriu nielen vzkriesil, ale podľa J. Bernala ju premenil „na doktrínu, ktorá zahŕňala všetko nové vo fyzike, čo sa našlo v renesancii“. Na detekciu častíc, ktoré nie sú viditeľné voľným okom, použil Gassendi engioskop (mikroskop) a na základe toho dospel k záveru, že ak sa dajú zistiť takéto malé častice, potom môžu existovať veľmi malé častice, ktoré možno vidieť neskôr.

Gassendi veril, že Boh stvoril určitý počet atómov, ktoré sa navzájom líšia tvarom, veľkosťou a hmotnosťou a všetko na svete sa z nich skladá. Tak ako sa z tehál, kmeňov a dosiek dá postaviť obrovské množstvo rôznych budov, tak aj príroda vytvára veľkú rozmanitosť telies z niekoľkých desiatok druhov atómov. Spojením atómov vznikajú väčšie útvary – „molekuly“. Tí druhí sa zase spájajú, stávajú sa väčšími a „prístupnými zmyslom“. Gassendi bol teda prvý, kto zaviedol pojem „molekula“ do chémie (z latinského moles a cula – „hmotnosť“ v zdrobnenom zmysle)

A zároveň P. Gassendi zdieľal mylné predstavy vedy svojej doby. Rozpoznal teda božský pôvod atómov, uznal, že existujú špeciálne atómy vône, chuti, tepla a chladu.

Rozvoj korpuskulárnej teórie podporoval aj veľký anglický vedec Isaac Newton (1643-1727), ktorý sa zaoberal aj otázkami chémie. Mal dobre vybavené chemické laboratórium, medzi jeho diela patrí napríklad esej „O povahe kyselín“ (1710). Newton veril, že krvinky stvoril Boh, že sú nedeliteľné, pevné a nezničiteľné. K spojeniu krviniek dochádza v dôsledku príťažlivosti, a nie v dôsledku háčikov, zárezov atď. Takáto príťažlivosť určuje „chemické pôsobenie“ a rozpad existujúcich látok na primárne častice a tvorba ďalších kombinácií z nich určuje vzhľad nových látok.

Korpuskulárna doktrína našla svoje zavŕšenie aj v dielach slávneho anglického vedca Roberta Boyla. Po otcovi zdedil dve usadlosti, v jednej sa usadil. Tam Boyle zhromaždil bohatú knižnicu a vybavil vynikajúce laboratórium, kde pracoval so svojimi asistentmi. Mladý vedec rozvinul základy rozboru (z analýzy – rozkladu) „mokrou cestou“, t.j. analýza riešenia. Zaviedol indikátory (nálev z lakmusu, fialky, ako aj lakmusové papieriky) na rozpoznávanie kyselín a zásad, kyseliny chlorovodíkovej a jej solí s dusičnanom strieborným, solí kyseliny sírovej s vápnom atď. Tieto techniky sa dnes používajú v chémii.

Pod vplyvom Torricelliho práce o štúdiu atmosférického tlaku začal Boyle študovať vlastnosti vzduchu. Vzal rúrky v tvare U s rôzna dĺžka kolená. Krátka bola spájkovaná a dlhá bola otvorená. Boyle doplnil poslednú ortuť a „zamkol“ krátke koleno. Ak teraz zmeníme množstvo ortuti v dlhej nohe, zmení sa aj objem vzduchu v krátkej nohe. Tak bola stanovená pravidelnosť: objem plynu je nepriamo úmerný jeho tlaku (1662). Neskôr túto pravidelnosť spozoroval francúzsky vedec E. Mariotte. Teraz sa tento zákon o plyne nazýva Boyleov-Mariottov zákon.

A rok pred objavením zákona o plyne vydal Boyle knihu Skeptický chemik, v ktorej načrtol svoje názory a považoval chémiu za nezávislú vedu, a nie za pomôcku pre alchýmiu a medicínu. Všetky telá, ako píše, pozostávajú z pohybujúcich sa častíc rôznych veľkostí a tvarov a prvky, zdôrazňuje Boyle, nemôžu byť ani „začiatkom“ Aristotela, ani „začiatkom“ alchymistov. Takýmito základnými princípmi môžu byť iba „určité, originálne a jednoduché, úplne nezmiešané telesá, ktoré nie sú zložené jedno z druhého, ale sú tými základnými časťami, z ktorých sa skladajú všetky takzvané zmiešané telesá a z ktorých v konečnom dôsledku môžu byť rozložené“.

Prvky sú teda podľa Boyla látky, ktoré sa nedajú rozložiť (t. j. jednoduché látky), pozostávajú z homogénnych častíc. Sú to zlato, striebro, cín, olovo.

Iné, ako napríklad rumelku, ktorá sa rozkladá na ortuť a síru, pripisoval zložitým látkam. Síra a ortuť, ktoré sa nedali rozložiť, by sa zase mali pripísať prvkom. A koľko prvkov je v prírode, na túto ťažkú ​​otázku by mohla odpovedať iba skúsenosť. Je tiež nemožné tvrdiť, Boyle veril, že jednoduché látky známe v tom čase musia byť nevyhnutne prvky - možno sa časom rozložia (čo sa stalo s vodou a "zemami" - oxidmi kovov alkalických zemín).

Vedcovi sa podarilo spojiť dva prístupy v korpuskulárnej teórii štruktúry látok - doktrínu prvkov a atomistické myšlienky. Bol to „Boyle, ktorý robí vedu z chémie,“ napísal v tejto súvislosti F. Engels.

3. Revolúcia v chémii a atómovej a molekulárnej vede

ako koncepčný základ modernej chémie

Tak ako sa dejiny ľudskej civilizácie začali „skrotením“ ohňa človekom, tak aj skutočné dejiny chémie sa začali úvahou o probléme horenia – ústredného problému chémie v 18. storočí. Otázka znela: čo sa stane s horľavými látkami, keď horia na vzduchu?

Na vysvetlenie procesov spaľovania I. Bechera a jeho žiaka G.E. Stahl navrhol takzvanú flogistónovú teóriu. Flogistón tu bol chápaný ako nejaká beztiažová látka, ktorú obsahujú všetky horľavé telesá a ktorú pri spaľovaní strácajú. Telá obsahujúce veľké množstvo flogiston dobre horí, zatiaľ čo telesá, ktoré sa nezapália, sú deflogistické. Táto teória umožnila vysvetliť mnohé chemické procesy a predpovedať nové chemické javy. Počas takmer celého XVIII storočia. svoju pozíciu pevne zastávala až do Lavoisiera na konci 18. storočia. nevyvinul kyslíkovú teóriu spaľovania.

Pri rozvíjaní svojej teórie spaľovania Lavoisier poznamenal, že počas spaľovania „sú neustále pozorované štyri javy“: vyžaruje sa svetlo a teplo; spaľovanie sa vykonáva iba v "čistom vzduchu" (kyslík); všetky látky sa zväčšujú tak, ako klesá hmotnosť vzduchu; pri spaľovaní nekovov vznikajú kyseliny (oxidy kyselín) a pri spaľovaní kovov kovové vápna (oxidy kovov).

Lavoisier využil skúsenosti Scheeleho a Priestleyho, vďaka ktorým dokázal jasne a jednoducho vysvetliť proces spaľovania. Bolo dokázané, že „Stahlov flogistón je len imaginárna substancia“ a „javy horenia a praženia sa bez flogistónu vysvetľujú oveľa jednoduchšie a ľahšie ako s jeho pomocou“.

Pri rôznych experimentoch s kyselinami dusičnou, sírovou a fosforečnou Lavoisier dospel k záveru, že „kyseliny sa od seba líšia iba zásadou v kombinácii so vzduchom“. Inými slovami, "čistý vzduch" určuje kyslé vlastnosti týchto látok a preto to vedec nazval kyslík (oksigenium z orsus - kyslé a gennao - rodím). Po stanovení zloženia vody bol Lavoisier konečne presvedčený o výnimočnej úlohe kyslíka.

V „Základnom kurze chémie“ (1789) Lavoisier, opierajúc sa o nové teórie a aplikujúc ním vyvinutú nomenklatúru (spolu s ďalšími vedcami), systematizoval dovtedy nahromadené chemické poznatky a načrtol svoju teóriu spaľovania kyslíka.

Lavoisier najprv popisuje rôzne súhrnné stavy látok. Z jeho pohľadu sú v pevnej látke molekuly držané blízko seba príťažlivými silami, ktoré sú väčšie ako odpudivé sily. V kvapaline sú molekuly v takej vzdialenosti od seba, keď sú sily príťažlivosti a odpudzovania rovnaké a atmosférický tlak zabraňuje premene kvapaliny na plyn. V plynnom skupenstve prevládajú odpudivé sily.

Lavoisier definuje prvok a uvádza tabuľku a klasifikáciu jednoduchých látok. Poznamenáva, že myšlienka troch alebo štyroch prvkov, z ktorých sa údajne skladajú všetky telá prírody, ktorá k nám prešla od gréckych filozofov, je nesprávna. Sám Lavoisier chápal prvky ako látky, ktoré sa „žiadnym spôsobom“ nerozkladajú. Všetky jednoduché látky rozdelil do štyroch skupín: 1) látky patriace do troch ríš prírody (minerály, rastliny, živočíchy) - ľahké, kalorické, kyslíkové, dusíkové, vodíkové; 2) nekovové látky, ktoré oxidujú a poskytujú kyseliny - radikály síry, fosforu, uhlíka, muriata (chlór), fluorovodíka (fluóru) a bóru (bóru); 3) kovové látky, ktoré oxidujú a dávajú kyseliny - antimón, striebro, arzén, bizmut, kobalt, meď, železo, mangán, ortuť, molybdén, nikel, zlato, platina, olovo, volfrám, zinok; 4) zemité látky tvoriace soli: vápno, horčík, baryt, oxid hlinitý, oxid kremičitý.

Lavoisier tak uskutočnil vedeckú revolúciu v chémii: premenil chémiu zo súboru mnohých nesúvisiacich receptov, ktoré sa mali študovať jeden po druhom, na všeobecnú teóriu, na základe ktorej bolo možné nielen vysvetliť všetky známe javy, ale aj predpovedať nové.

Zásadný krok vo vývoji vedeckej chémie urobil J. Dalton, tkáč a školský učiteľ z Manchestru. Už prvé vedecké správy mladého učiteľa zaujali niektorých fyzikov a chemikov, medzi ktorými Dalton našiel podobne zmýšľajúcich ľudí.

V roku 1793 vyšla Daltonova vedecká práca „Meteorologické pozorovania a experimenty“. Analýzou výsledkov svojich meteorologických pozorovaní dospel Dalton k záveru, že príčinou vyparovania vody je teplo a samotný proces vyparovania je prechod častíc vody z kvapalného do plynného skupenstva. To bol prvý krok k vytvoreniu systému chemickej atomistiky.

V roku 1801 Dalton stanovil zákon parciálnych tlakov plynov: tlak zmesi plynov, ktoré spolu neinteragujú, sa rovná súčtu ich parciálnych tlakov (Daltonov prvý zákon).

O dva roky neskôr, pokračujúc v experimentoch, anglický vedec zistil, že rozpustnosť každého plynu zo zmesi pri konštantnej teplote v kvapaline je priamo úmerná jeho parciálnemu tlaku nad kvapalinou a nezávisí od celkového tlaku zmesi a na prítomnosť iných plynov v zmesi. Každý plyn sa rozpúšťa, ako keby sám zaberal daný objem (druhý Daltonov zákon).

Pri pokuse určiť „počet jednoduchých elementárnych častíc“, ktoré tvoria komplexnú časticu, Dalton tvrdil, že ak interakciou dvoch látok vzniká jedna zlúčenina, potom je binárna; ak vzniknú dve zlúčeniny, tak jedna je binárna a druhá ternárna, t.j. pozostávajú z dvoch, respektíve troch atómov atď.

Aplikovaním týchto pravidiel Dalton dospel k záveru, že voda je binárna zlúčenina vodíka a kyslíka, ktorej hmotnosti sú približne 1:7. Dalton veril, že molekula vody pozostáva z jedného atómu vodíka a jedného atómu kyslíka, t.j. jeho vzorec je NIE. Podľa Gay-Lussaca a A. Humboldta (1805) voda obsahuje 12,6 % vodíka a 87,4 % kyslíka, a keďže Dalton bral atómovú hmotnosť vodíka za jednu, určil atómovú hmotnosť kyslíka na približne sedem.

V roku 1808 Dalton predpokladal zákon jednoduchých viacnásobných pomerov:

Ak dva z akýchkoľvek prvkov tvoria medzi sebou niekoľko chemických zlúčenín, potom množstvá jedného z prvkov, ktoré sú v týchto zlúčeninách pre rovnaké množstvo druhého prvku, sú v jednoduchých viacnásobných pomeroch, t.j. spolu súvisia ako malé celé čísla.

Triedy meteorológie viedli Daltona k premýšľaniu o štruktúre atmosféry, o tom. prečo ide o „zjavne homogénnu hmotu“. Pri štúdiu fyzikálnych vlastností plynov Dalton predpokladal, že sú zložené z atómov. Na vysvetlenie difúzie plynov navrhol, že ich atómy majú rôzne veľkosti.

Prvýkrát o atomistickej teórii hovoril Dalton v prednáške „O absorpcii plynov vodou a inými kvapalinami“, ktorú prečítal 20. októbra 1803. v Literárnej a filozofickej spoločnosti v Manchestri.

Dalton striktne rozlišoval medzi pojmami „atóm“ a „molekula“, druhý síce nazýval „komplexný“ alebo „zložený atóm“, no tým len zdôraznil, že tieto častice sú hranicou chemickej deliteľnosti zodpovedajúcich látok.

Aké vlastnosti majú atómy?

Po prvé, sú nedeliteľné a nemenné. Po druhé, atómy tej istej látky majú presne rovnaký tvar, hmotnosť a iné vlastnosti. Po tretie, rôzne atómy sú navzájom spojené rôznymi spôsobmi. Po štvrté, atómy rôznych látok majú rôzne atómové hmotnosti.

V roku 1804 Dalton sa stretol so slávnym anglickým chemikom a historikom chémie T. Thomsonom. Bol potešený Daltonovou teóriou a v roku 1807. načrtol to v treťom vydaní svojej populárnej knihy „Nový systém chémie“. Atomistická teória vďaka tomu uzrela svetlo skôr, ako ju zverejnil samotný autor.

John Dalton je tvorcom vedeckého chemického atomizmu. Prvýkrát pomocou predstáv o atómoch vysvetlil zloženie rôznych chemikálií a určil ich relatívne a molekulové hmotnosti.

Napriek tomu na začiatku XIX storočia. atómová a molekulárna doktrína v chémii sa presadila s ťažkosťami. Jeho konečné víťazstvo trvalo ešte pol storočia. Na tejto ceste sa sformulovalo množstvo kvantitatívnych zákonov (Proustov zákon konštantných pomerov, Gay-Lussacov zákon objemových pomerov, Avogadrov zákon, podľa ktorého za rovnakých podmienok rovnaké objemy všetkých plynov obsahujú rovnaký počet molekúl ), ktoré boli vysvetlené z hľadiska atómových a molekulárnych reprezentácií. Y.B. Berzelius.

Atómovo-molekulárna doktrína (a na nej založené metódy určovania atómových a molekulových hmotností) definitívne zvíťazila až na 1. medzinárodnom kongrese chemikov (1860).

V 50-70 rokoch. 19. storočie na základe doktríny valencie a chemickej väzby bola vyvinutá teória chemickej štruktúry (A.M. Butlerov, 1861), ktorá viedla k obrovskému úspechu organickej syntézy a vzniku nových chemických odvetví. priemysel (výroba farbív, liečiv, rafinácia ropy a pod.), a teoreticky otvoril cestu pre konštrukciu teórie priestorovej štruktúry organických zlúčenín – stereochémiu (J. G. Van't Hoff, 1874).

V druhej polovici XIX storočia. fyzikálna chémia, chemická kinetika, ako doktrína o rýchlostiach chemických reakcií, teória elektrolytickej disociácie a chemická termodynamika sa formujú.

Tak, v chémii XIX storočia. vyvinul sa nový všeobecný teoretický prístup - definícia vlastností chemických látok v závislosti nielen od ich zloženia, ale aj od štruktúry.

Rozvoj atómovej a molekulárnej teórie viedol k myšlienke komplexnej štruktúry nielen molekuly, ale aj atómu. Na začiatku XIX storočia. túto myšlienku vyslovil anglický vedec W. Prout na základe výsledkov meraní, ktoré ukázali, že atómové hmotnosti prvkov sú násobky atómovej hmotnosti vodíka. Na základe toho Prout navrhol hypotézu, že atómy všetkých prvkov sú zložené z atómov vodíka.

Nový impulz pre rozvoj myšlienky komplexnej štruktúry atómu dal veľký objav periodického systému prvkov DIMendelejeva (1869). Mendelejev napísal skvelú učebnicu organickej chémie - prvú v Rusku, za ktorú mu bola udelená Veľká Demidovova cena Akadémie vied.

Po prečítaní v rokoch 1867-1868. počas prednášok o anorganickej chémii sa Mendelejev presvedčil o potrebe vytvorenia domáceho „sprievodcu chémiou“. Začína písať učebnicu „Základy chémie“. Táto práca mala za cieľ „zoznámiť verejnosť a študentov“ s úspechmi chémie, jej aplikáciou v technike, poľnohospodárstvo atď. Ťažkosti sa vyskytli pri písaní druhej časti učebnice, kde sa malo umiestňovať učivo o chemických prvkoch.

Po vyskúšaní niekoľkých možností si Mendelejev všimol, že prvky môžu byť usporiadané vzostupne podľa atómových hmotností, a potom sa ukázalo, že v každom stĺpci sa vlastnosti prvkov postupne menili zhora nadol. Toto bola prvá tabuľka s názvom „Skúsenosť systémov prvkov na základe ich atómovej hmotnosti a chemickej podobnosti“. Dmitrij Ivanovič pochopil, že tabuľka odráža princíp periodicity, určitý prírodný zákon, ktorý vytvára úzky vzťah medzi chemickými prvkami.

V júni 1871 Mendelejev dokončil článok „Periodický zákon chemických prvkov“, v ktorom formuloval periodický zákon: „Vlastnosti prvkov, a teda vlastnosti nimi tvorených jednoduchých a zložitých telies, sú v periodickej závislosti od ich atómovej hmotnosti. ."

Ak sa v minulom storočí zdôrazňovalo, že „chémia sa nezaoberá telesami, ale látkami“ (D.I. Mendelejev), teraz sme svedkami toho, ako skutočné makrotelesá – tie isté zmesi, roztoky, zliatiny, plyny, s ktorými priamo narábajú v laboratóriu a vo výrobe. Pokrok chémie podľa K. Marxa „nielen znásobuje množstvo užitočných látok, ale aj množstvo užitočných aplikácií už známych látok“.

4. Environmentálne problémy chemickej zložky

modernej civilizácie

Vo všetkých fázach svojho vývoja bol človek úzko spätý s vonkajším svetom. Ale od vzniku vysoko industrializovanej spoločnosti sa nebezpečný ľudský zásah do prírody dramaticky zvýšil, rozsah tohto zásahu sa rozšíril, stal sa rozmanitejším a teraz hrozí, že sa stane globálnym nebezpečenstvom pre ľudstvo. Zvyšuje sa spotreba neobnoviteľných surovín, z ekonomiky odchádza čoraz viac ornej pôdy, preto sa na nich stavajú mestá a továrne. Človek musí čoraz viac zasahovať do ekonomiky biosféry – tej časti našej planéty, v ktorej existuje život. Biosféra Zeme v súčasnosti podlieha rastúcemu antropogénnemu vplyvu. Zároveň možno rozlíšiť niekoľko najvýznamnejších procesov, z ktorých žiadny nezlepšuje ekologickú situáciu na planéte.

Najrozsiahlejšie a najvýznamnejšie je chemické znečistenie životného prostredia látkami chemickej povahy, ktoré sú preň neobvyklé. Medzi nimi sú plynné a aerosólové znečisťujúce látky priemyselného a domáceho pôvodu. Napreduje aj hromadenie oxidu uhličitého v atmosfére. Ďalší rozvoj tohto procesu posilní nežiaduci trend zvyšovania priemernej ročnej teploty na planéte. Ekológov znepokojuje aj pokračujúce znečisťovanie svetového oceánu ropou a ropnými produktmi, ktoré už zasiahlo 1/5 jeho celkovej plochy. Ropné znečistenie tejto veľkosti môže spôsobiť výrazné narušenie výmeny plynu a vody medzi hydrosférou a atmosférou. O význame chemickej kontaminácie pôdy pesticídmi a jej zvýšenej kyslosti, vedúcej ku kolapsu ekosystému, niet pochýb. Vo všeobecnosti všetky uvažované faktory, ktoré možno pripísať znečisťujúcemu účinku, majú významný vplyv na procesy prebiehajúce v biosfére.

Človek už tisícročia znečisťuje atmosférickú časť biosféry, no následky používania ohňa, ktorý počas celého tohto obdobia používal, boli nevýrazné. Musel som sa zmieriť s tým, že dym prekáža pri dýchaní a že sadze ležia v čiernom kryte na strope a stenách príbytku. Výsledné teplo bolo pre človeka dôležitejšie ako čistý vzduch a nezadymené steny jaskyne. Toto počiatočné znečistenie ovzdušia nebolo problémom, ľudia vtedy žili v malých skupinách a zaberali len malú časť nedotknutého prírodného prostredia. A ani výrazná koncentrácia ľudí na relatívne malom území, ako tomu bolo v klasickom staroveku, nebola sprevádzaná vážnymi negatívnymi dôsledkami pre prírodu. Tak to bolo až do začiatku devätnásteho storočia.

Ale až za posledných sto rokov nás rozvoj priemyslu „obdaroval“ takými výrobnými procesmi, ktorých dôsledky si človek najskôr nevedel predstaviť. Vznikli miliónové mestá, ktorých rast sa nedá zastaviť. To všetko je výsledkom veľkých vynálezov a výdobytkov človeka.

V zásade existujú tri hlavné zdroje znečistenia ovzdušia: priemysel, domáce kotolne, doprava. Podiel každého z týchto zdrojov na celkovom znečistení ovzdušia sa veľmi líši od miesta k miestu. V súčasnosti sa všeobecne uznáva, že priemyselná výroba najviac znečisťuje ovzdušie. Zdroje znečistenia - tepelné elektrárne, ktoré spolu s dymom vypúšťajú do ovzdušia oxid siričitý a oxid uhličitý, hutnícke podniky, najmä hutníctvo neželezných kovov, ktoré vypúšťajú oxidy dusíka, sírovodík, chlór, fluór, čpavok, zlúčeniny fosforu, častice a zlúčeniny ortuti a arzénu, chemické a cementárne. Škodlivé plyny sa dostávajú do ovzdušia v dôsledku spaľovania palív pre priemyselné potreby, vykurovanie domácností, dopravu, spaľovanie a spracovanie domového a priemyselného odpadu.

Látky znečisťujúce ovzdušie sa delia na primárne, ktoré vstupujú priamo do atmosféry, a sekundárne, ktoré sú výsledkom ich premeny. Takže oxid siričitý vstupujúci do atmosféry sa oxiduje na anhydrid kyseliny sírovej, ktorý interaguje s vodnou parou a vytvára kvapôčky kyseliny sírovej. Keď anhydrid kyseliny sírovej reaguje s amoniakom, tvoria sa kryštály síranu amónneho. Podobne v dôsledku chemických, fotochemických, fyzikálno-chemických reakcií medzi znečisťujúcimi látkami a zložkami atmosféry vznikajú ďalšie sekundárne znaky. Hlavným zdrojom pyrogénneho znečistenia planéty sú tepelné elektrárne, hutnícke a chemické podniky, kotolne, ktoré spotrebúvajú viac ako 70 % ročne vyrobených tuhých a kvapalných palív. Hlavné škodlivé nečistoty pyrogénneho pôvodu sú tieto:

a) Oxid uhoľnatý. Získava sa nedokonalým spaľovaním uhlíkatých látok. Do ovzdušia sa dostáva v dôsledku spaľovania tuhého odpadu, s výfukovými plynmi a emisiami z priemyselných podnikov. Ročne sa do atmosféry dostane najmenej 250 miliónov ton tohto plynu. Oxid uhoľnatý je zlúčenina, ktorá aktívne reaguje so zložkami atmosféry a prispieva k zvyšovaniu teploty na planéte a vytváraniu skleníkového efektu.

b) Oxid siričitý. Uvoľňuje sa pri spaľovaní paliva s obsahom síry alebo pri spracovaní sírnych rúd (až 70 miliónov ton ročne). Časť zlúčenín síry sa uvoľňuje pri spaľovaní organických zvyškov na banských odvaloch. Len v Spojených štátoch predstavovalo celkové množstvo oxidu siričitého vypusteného do atmosféry 65 percent celosvetových emisií.

c) Anhydrid kyseliny sírovej. Vzniká pri oxidácii oxidu siričitého. Konečným produktom reakcie je aerosól alebo roztok kyseliny sírovej v dažďovej vode, ktorá okysľuje pôdu a zhoršuje ochorenia dýchacích ciest u ľudí. Zrážanie aerosólu kyseliny sírovej z dymových svetlíc chemických podnikov sa pozoruje pri nízkej oblačnosti a vysokej vlhkosti vzduchu. Listové čepele rastlín rastúcich vo vzdialenosti menšej ako 1 km od takýchto podnikov sú zvyčajne husto posiate malými nekrotickými škvrnami vytvorenými na miestach sedimentácie kvapiek kyseliny sírovej. Pyrometalurgické podniky neželeznej a železnej metalurgie, ako aj tepelné elektrárne vypúšťajú ročne do atmosféry desiatky miliónov ton anhydridu kyseliny sírovej.

d) Sírovodík a sírouhlík. Do atmosféry sa dostávajú samostatne alebo spolu s inými zlúčeninami síry. Hlavným zdrojom emisií sú podniky na výrobu umelých vlákien, cukor, koks, ropné rafinérie a ropné polia. V atmosfére pri interakcii s inými znečisťujúcimi látkami podliehajú pomalej oxidácii na anhydrid kyseliny sírovej.

e) Oxidy dusíka. Hlavným zdrojom emisií sú podniky vyrábajúce dusíkaté hnojivá, kyselinu dusičnú a dusičnany, anilínové farbivá, nitrozlúčeniny, viskózový hodváb a celuloid. Množstvo oxidov dusíka vstupujúcich do atmosféry je 20 miliónov ton. v roku.

f) Zlúčeniny fluóru. Zdrojmi znečistenia sú podniky vyrábajúce hliník, smalty, sklo, keramiku, oceľ a fosfátové hnojivá. Látky obsahujúce fluór sa dostávajú do atmosféry vo forme plynných zlúčenín – fluorovodíka alebo prachu fluoridu sodného a vápenatého. Zlúčeniny sa vyznačujú toxickým účinkom. Deriváty fluóru sú silné insekticídy.

g) Zlúčeniny chlóru. Do atmosféry sa dostávajú z chemických podnikov vyrábajúcich kyselinu chlorovodíkovú, pesticídy obsahujúce chlór, organické farbivá, hydrolytický alkohol, bielidlo, sódu. V atmosfére sa nachádzajú ako prímes molekúl chlóru a pár kyseliny chlorovodíkovej. Toxicita chlóru je určená typom zlúčenín a ich koncentráciou. V hutníckom priemysle sa pri tavení surového železa a jeho spracovaní na oceľ do ovzdušia uvoľňujú rôzne ťažké kovy a toxické plyny. Na 1 tonu liatiny teda pripadá okrem 2,7 kg oxidu siričitého a 4,5 kg prachových častíc, ktoré určujú množstvo zlúčenín arzénu, fosforu, antimónu, olova, pár ortuti a vzácnych kovov, dechtové látky a kyanovodík. , sú uvoľnené.

h) Znečistenie atmosféry aerosólmi. Aerosóly sú pevné alebo kvapalné častice suspendované vo vzduchu. Pevné zložky aerosólov sú v niektorých prípadoch obzvlášť nebezpečné pre organizmy a spôsobujú u ľudí špecifické ochorenia. V atmosfére je znečistenie aerosólom vnímané vo forme dymu, hmly, hmly alebo oparu. Významná časť aerosólov sa tvorí v atmosfére, keď tuhé a kvapalné častice interagujú navzájom alebo s vodnou parou. Priemerná veľkosť aerosólových častíc je 1-5 mikrónov. Ročne sa do zemskej atmosféry dostane asi 1 kubický meter. km prachových častíc umelého pôvodu. Veľké množstvo prachových častíc vzniká aj pri výrobnej činnosti ľudí. Informácie o niektorých zdrojoch umelého prachu sú uvedené nižšie:

Hlavnými zdrojmi umelého znečistenia ovzdušia aerosólom sú tepelné elektrárne, ktoré spotrebúvajú uhlie s vysokým obsahom popola, obohacovacie zariadenia, hutnícke, cementárne, magnezitové a sadze. Aerosólové častice z týchto zdrojov sa vyznačujú širokou škálou chemického zloženia. Najčastejšie sa v ich zložení nachádzajú zlúčeniny kremíka, vápnika a uhlíka, menej často oxidy kovov: železo, horčík, mangán, zinok, meď, nikel, olovo, antimón, bizmut, selén, arzén, berýlium, kadmium, chróm, kobalt , molybdén, ako aj azbest.

Ešte väčšia rozmanitosť je charakteristická pre organický prach, vrátane alifatických a aromatických uhľovodíkov, kyslých solí. Vzniká pri spaľovaní zvyškov ropných produktov, pri procese pyrolýzy v ropných rafinériách, petrochemických a iných podobných podnikoch. Trvalými zdrojmi aerosólového znečistenia sú priemyselné skládky - umelé násypy redeponovaného materiálu, najmä skrývky, vzniknutej pri ťažbe alebo z odpadov zo spracovateľského priemyslu, tepelných elektrární.

Zdrojom prachu a jedovatých plynov sú hromadné odstrely. Takže v dôsledku jedného stredne veľkého výbuchu (250-300 ton výbušnín) sa do atmosféry uvoľní asi 2 000 metrov kubických štandardného oxidu uhoľnatého a viac ako 150 ton prachu. Zdrojom znečistenia ovzdušia prachom je aj výroba cementu a iných stavebných materiálov. Hlavnými technologickými procesmi týchto odvetví je mletie a chemická úprava dávok, polotovarov a produktov získaných v prúdoch horúcich plynov, čo je vždy sprevádzané emisiami prachu a iných škodlivých látok do okolitej atmosféry.

Medzi znečisťujúce látky ovzdušia patria aj uhľovodíky – nasýtené a nenasýtené, vrátane 1 až 13 atómov uhlíka. Po excitácii slnečným žiarením prechádzajú rôznymi premenami, oxidáciou, polymerizáciou, interakciou s inými látkami znečisťujúcimi ovzdušie. V dôsledku týchto reakcií vznikajú peroxidové zlúčeniny, voľné radikály, zlúčeniny uhľovodíkov s oxidmi dusíka a síry, často vo forme aerosólových častíc.

Za určitých poveternostných podmienok sa v povrchovej vrstve vzduchu môžu vytvárať najmä veľké akumulácie škodlivých plynných a aerosólových nečistôt. Stáva sa to zvyčajne vtedy, keď vo vzduchovej vrstve priamo nad zdrojmi emisií plynov a prachu dochádza k inverzii - umiestneniu vrstvy chladnejšieho vzduchu pod teplým vzduchom, čo zabraňuje vzdušným masám a oneskoruje prenos nečistôt smerom nahor. V dôsledku toho sa škodlivé emisie sústreďujú pod inverznou vrstvou, ich obsah pri zemi sa prudko zvyšuje, čo sa stáva jedným z dôvodov vzniku fotochemickej hmly, ktorá bola v prírode dovtedy neznáma.

Fotochemická hmla (smog) je viaczložková zmes plynov a aerosólových častíc primárneho a sekundárneho pôvodu. Hlavnými zložkami smogu sú ozón, oxidy dusíka a síry a početné peroxidové organické zlúčeniny, spoločne nazývané fotooxidanty.

Fotochemický smog vzniká v dôsledku fotochemických reakcií za určitých podmienok: prítomnosť vysokej koncentrácie oxidov dusíka, uhľovodíkov a iných škodlivín v atmosfére, intenzívne slnečné žiarenie a pokojná alebo veľmi slabá výmena vzduchu v povrchovej vrstve s mohutnou a zvýšenou inverzia aspoň jeden deň. Na vytvorenie vysokej koncentrácie reaktantov je nevyhnutné trvalé bezvetrie, zvyčajne sprevádzané inverziami. Takéto podmienky sa vytvárajú častejšie v júni až septembri a menej často v zime. Pri dlhotrvajúcom jasnom počasí slnečné žiarenie spôsobuje rozklad molekúl oxidu dusičitého za vzniku oxidu dusnatého a atómového kyslíka. Atómový kyslík s molekulárnym kyslíkom dávajú ozón.

Zdá sa, že oxid dusnatý oxid dusnatý by sa mal opäť zmeniť na molekulárny kyslík a oxid dusnatý na oxid. Ale to sa nedeje. Oxid dusnatý reaguje s olefínmi vo výfukových plynoch, ktoré rozkladajú dvojitú väzbu za vzniku molekulárnych fragmentov a prebytku ozónu. V dôsledku prebiehajúcej disociácie sa nové masy oxidu dusičitého rozdeľujú a vytvárajú ďalšie množstvá ozónu. Dochádza k cyklickej reakcii, v dôsledku ktorej sa ozón postupne hromadí v atmosfére. Tento proces sa zastaví v noci.

Ozón zase reaguje s olefínmi. V atmosfére sa koncentrujú rôzne peroxidy, ktoré celkovo tvoria oxidanty charakteristické pre fotochemickú hmlu. Posledne menované sú zdrojom takzvaných voľných radikálov, ktoré sa vyznačujú špeciálnou reaktivitou. Takýto smog nie je nezvyčajný v Londýne, Paríži, Los Angeles, New Yorku a ďalších mestách v Európe a Amerike. Podľa ich fyziologických účinkov na ľudský organizmus sú mimoriadne nebezpečné pre dýchací a obehový systém a často spôsobujú predčasnú smrť obyvateľov miest s podlomeným zdravím.

Prioritou pri vývoji maximálnych povolených koncentrácií (MPC) v ovzduší sú domáce vedy. MPC sú také koncentrácie, ktoré nemajú priamy alebo nepriamy vplyv na človeka a jeho potomstvo, nezhoršujú jeho pracovnú schopnosť, pohodu, ako aj hygienické a životné podmienky ľudí. Zovšeobecnenie všetkých informácií o MPC, ktoré dostanú všetky oddelenia, sa vykonáva na Hlavnom geofyzikálnom observatóriu (GGO).

Akýkoľvek vodný útvar alebo vodný zdroj je spojený s jeho vonkajším prostredím. Ovplyvňujú ho podmienky pre vznik povrchového alebo podzemného odtoku vôd, rôzne prírodné javy, priemysel, priemyselná a komunálna výstavba, doprava, hospodárska a domáca ľudská činnosť. Dôsledkom týchto vplyvov je vnášanie nových, neobvyklých látok do vodného prostredia – škodlivín, ktoré zhoršujú kvalitu vody. Znečistenie vstupujúce do vodného prostredia sa klasifikuje rôznymi spôsobmi v závislosti od prístupov, kritérií a úloh. Takže zvyčajne prideľujte chemické, fyzikálne a biologické znečistenie. Chemické znečistenie je zmena prirodzených chemických vlastností vody v dôsledku zvýšenia obsahu škodlivých nečistôt v nej, a to anorganickej (minerálne soli, kyseliny, zásady, ílové častice) a organickej povahy (ropa a ropné produkty, organické zvyšky, povrchovo aktívne látky, pesticídy).

Hlavnými anorganickými (minerálnymi) znečisťujúcimi látkami sladkých a morských vôd sú rôzne chemické zlúčeniny, ktoré sú toxické pre obyvateľov vodného prostredia. Ide o zlúčeniny arzénu, olova, kadmia, ortuti, chrómu, medi, fluóru. Väčšina z nich končí vo vode v dôsledku ľudskej činnosti. Ťažké kovy sú absorbované fytoplanktónom a potom prenesené cez potravinový reťazec do viac organizovaných organizmov.

Medzi nebezpečné znečisťujúce látky vodného prostredia patria anorganické kyseliny a zásady, ktoré spôsobujú široké rozmedzie pH priemyselných odpadových vôd (1,0-11,0) a môžu zmeniť pH vodného prostredia na hodnoty 5,0 alebo vyššie, kým ryby v čerstvom a Morská voda môže existovať iba v rozsahu pH 5,0-8,5.

Medzi hlavné zdroje znečistenia hydrosféry minerálmi a biogénnymi prvkami treba spomenúť potravinárske podniky a poľnohospodárstvo.

Ročne sa zo zavlažovanej pôdy vyplaví asi 6 miliónov ton solí. Do roku 2000, tak či onak, ich hmotnosť vzrástla na 12 miliónov ton/rok. Odpady obsahujúce ortuť, olovo a meď sú lokalizované v oddelených oblastiach pri pobreží, ale niektoré z nich sú prenášané ďaleko za teritoriálne vody. Znečistenie ortuťou výrazne znižuje primárnu produkciu morských ekosystémov a bráni rozvoju fytoplanktónu. Odpady obsahujúce ortuť sa zvyčajne hromadia v spodných sedimentoch zátok alebo ústí riek. Jeho ďalšiu migráciu sprevádza akumulácia metylortuti a jej zaradenie do trofických reťazcov vodných organizmov.

Známou sa tak stala takzvaná choroba Minamata, ktorú prvýkrát objavili japonskí vedci u ľudí, ktorí jedli ryby ulovené v zálive Minamata, do ktorého sa nekontrolovateľne vypúšťali priemyselné odpadové vody s technogénnou ortuťou.

Spomedzi rozpustných látok dovezených do oceánu z pevniny majú pre obyvateľov vodného prostredia veľký význam nielen minerálne a biogénne prvky, ale aj organické zvyšky. Odstránenie organickej hmoty do oceánu sa odhaduje na 300 - 380 miliónov ton/rok.

Odpadové vody obsahujúce suspenzie organického pôvodu alebo rozpustené organické látky nepriaznivo ovplyvňujú stav vodných útvarov. Pri usadzovaní suspenzie zaplavujú dno a oneskorujú vývoj alebo úplne zastavujú životnú aktivitu týchto mikroorganizmov zapojených do procesu samočistenia vody. Keď tieto sedimenty hnijú, môžu sa vytvárať škodlivé zlúčeniny a toxické látky, ako je sírovodík, ktoré vedú k znečisteniu všetkej vody v rieke. Prítomnosť suspenzií tiež sťažuje prienik svetla hlboko do vody, čo spomaľuje procesy fotosyntézy.

Jednou z hlavných hygienických požiadaviek na kvalitu vody je obsah požadovaného množstva kyslíka v nej. Škodlivý účinok majú všetky kontaminanty, ktoré tak či onak prispievajú k zníženiu obsahu kyslíka vo vode. Povrchovo aktívne látky - tuky, oleje, mazivá - vytvárajú na povrchu vody film, ktorý zabraňuje výmene plynov medzi vodou a atmosférou, čo znižuje stupeň nasýtenia vody kyslíkom.

Značné množstvo organických látok, z ktorých väčšina nie je charakteristická pre prírodné vody, sa vypúšťa do riek spolu s priemyselnými a domácimi odpadovými vodami. Zvyšujúce sa znečistenie vodných plôch a kanalizácie sa pozoruje vo všetkých priemyselných krajinách.

V dôsledku rýchleho tempa urbanizácie a trochu pomalej výstavby čistiarní odpadových vôd alebo ich nevyhovujúcej prevádzky sú vodné nádrže a pôda znečistené domovým odpadom. Znečistenie je badateľné najmä v pomaly tečúcich alebo stojatých vodných útvaroch (nádrže, jazerá). Organický odpad sa rozkladá vo vodnom prostredí a môže sa stať médiom pre patogénne organizmy. Voda kontaminovaná organickým odpadom sa stáva takmer nevhodnou na pitie a iné potreby. Odpad z domácností je nebezpečný nielen preto, že je zdrojom niektorých ľudských chorôb (týfus, úplavica, cholera), ale aj preto, že na svoj rozklad vyžaduje veľa kyslíka. Ak sa domová odpadová voda dostane do nádrže vo veľmi veľkom množstve, potom obsah rozpustného kyslíka môže klesnúť pod úroveň potrebnú pre život morských a sladkovodných organizmov.

Olej je viskózna olejovitá kvapalina, ktorá má tmavohnedú farbu a nízku fluorescenciu. Ropa pozostáva hlavne z nasýtených alifatických a hydroaromatických uhľovodíkov. Hlavné zložky ropy - uhľovodíky (až 98%) - sú rozdelené do 4 tried;

a) Parafíny (alkény) - (až 90% celkového zloženia) - stabilné látky, ktorých molekuly sú vyjadrené priamym a rozvetveným reťazcom atómov uhlíka. Ľahké parafíny majú maximálnu prchavosť a rozpustnosť vo vode.

b) Cykloparafíny - (30 - 60 % z celkového zloženia) nasýtené cyklické zlúčeniny s 5-6 atómami uhlíka v kruhu. Okrem cyklopentánu a cyklohexánu sa v oleji nachádzajú bicyklické a polycyklické zlúčeniny tejto skupiny. Tieto zlúčeniny sú veľmi stabilné a ťažko biologicky odbúrateľné.

c) Aromatické uhľovodíky - (20 - 40 % z celkového zloženia) - nenasýtené cyklické zlúčeniny benzénového radu, obsahujúce o 6 atómov uhlíka v kruhu menej ako cykloparafíny. Olej obsahuje prchavé zlúčeniny s molekulou vo forme jedného kruhu (benzén, toluén, xylén), ďalej bicyklických (naftalén), semicyklických (pyrén).

d) Olefíny (alkény) – (do 10 % celkového zloženia) – nenasýtené necyklické zlúčeniny s jedným alebo dvoma atómami vodíka na každom atóme uhlíka v molekule, ktorá má priamy alebo rozvetvený reťazec.

Ropa a ropné produkty sú najbežnejšími znečisťujúcimi látkami v oceánoch. Začiatkom 80. rokov sa do oceánu dostávalo ročne asi 6 miliónov ton ropy, čo predstavovalo 0,23 % svetovej produkcie. Najväčšie straty ropy sú spojené s jej prepravou z ťažobných oblastí. Núdzové situácie, vypúšťanie umývacej a balastnej vody cez palubu tankermi - to všetko vedie k prítomnosti trvalých polí znečistenia pozdĺž námorných trás. V období rokov 1962-79 sa v dôsledku nehôd dostalo do morského prostredia asi 2 milióny ton ropy. Za posledných 30 rokov, od roku 1964, bolo vyvŕtaných asi 2 000 vrtov vo Svetovom oceáne, z toho 1 000 a 350 priemyselných vrtov bolo vybavených len v Severnom mori. V dôsledku menších únikov sa ročne stratí 0,1 milióna ton ropy.

Veľké masy ropy sa dostávajú do morí pozdĺž riek s domácimi a búrkovými odtokmi. Objem znečistenia z tohto zdroja je 2,0 mil. ton/rok. S priemyselným odpadom prichádza ročne 0,5 milióna ton ropy. Keď sa ropa dostane do morského prostredia, najprv sa šíri vo forme filmu a vytvára vrstvy rôznej hrúbky.

Olejový film mení zloženie spektra a intenzitu prieniku svetla do vody. Svetelná priepustnosť tenkých vrstiev ropy je 1-10% (280 nm), 60-70% (400 nm). Fólia s hrúbkou 30-40 mikrónov úplne absorbuje infračervené žiarenie. Po zmiešaní s vodou olej tvorí emulziu dvoch typov: priama "olej vo vode" a reverzná "voda v oleji". Priame emulzie, zložené z kvapiek oleja do priemeru 0,5 µm, sú menej stabilné a sú charakteristické pre povrchovo aktívne látky obsahujúce olej. Keď sa odstránia prchavé podiely, ropa vytvára viskózne inverzné emulzie, ktoré môžu zostať na povrchu, byť unášané prúdom, vyplavovať sa na breh a usadiť sa na dne.

Pesticídy sú skupinou umelých látok používaných na kontrolu škodcov a chorôb rastlín. Pesticídy sú rozdelené do nasledujúcich skupín: insekticídy - na boj proti škodlivému hmyzu, fungicídy a baktericídy - na boj proti bakteriálnym chorobám rastlín, herbicídy - proti burine. Zistilo sa, že pesticídy, ktoré ničia škodcov, škodia mnohým užitočné organizmy a podkopávajú zdravie biocenóz. V poľnohospodárstve je dlhodobo problém prechodu od chemických (znečisťujúcich) na biologické (ekologické) metódy kontroly škodcov. V súčasnosti sa na svetový trh dostáva viac ako 5 miliónov ton pesticídov. Asi 1,5 milióna ton týchto látok sa už dostalo do suchozemských a morských ekosystémov popolom a vodou. Priemyselnú výrobu pesticídov sprevádza výskyt veľkého množstva vedľajších produktov, ktoré znečisťujú odpadové vody. Vo vodnom prostredí sú zástupcovia insekticídov, fungicídov a herbicídov bežnejší ako ostatní.

Syntetizované insekticídy sú rozdelené do troch hlavných skupín: organochlórové, organofosforové a uhličitany. Organochlórové insekticídy sa získavajú chloráciou aromatických a kvapalných heterocyklických uhľovodíkov. Patria sem DDT a jeho deriváty, v molekulách ktorých sa zvyšuje stabilita alifatických a aromatických skupín v spoločnej prítomnosti, rôzne chlórované deriváty chlórdiénu (eldrin). Tieto látky majú polčas rozpadu až niekoľko desaťročí a sú veľmi odolné voči biodegradácii. Vo vodnom prostredí sa často vyskytujú polychlórované bifenyly - deriváty DDT bez alifatickej časti, v počte 210 homológov a izomérov. Za posledných 40 rokov sa pri výrobe plastov, farbív, transformátorov a kondenzátorov použilo viac ako 1,2 milióna ton polychlórovaných bifenylov. Polychlórované bifenyly (PCB) sa dostávajú do životného prostredia v dôsledku vypúšťania priemyselných odpadových vôd a spaľovania tuhého odpadu na skládkach. Druhý zdroj dodáva PBC do atmosféry, odkiaľ vypadávajú s atmosférickými zrážkami vo všetkých oblastiach zemegule. Vo vzorkách snehu odobratých v Antarktíde bol teda obsah PBC 0,03 – 1,2 kg/l

Syntetické povrchovo aktívne látky (tenzidy) patria do veľkej skupiny látok, ktoré znižujú povrchové napätie vody. Sú súčasťou syntetických detergentov (SMC), široko používaných v každodennom živote a priemysle. Spolu s odpadovou vodou sa povrchovo aktívne látky dostávajú do kontinentálnych vôd a morského prostredia. SMS obsahujú polyfosforečnany sodné, v ktorých sú rozpustené detergenty, ako aj množstvo ďalších zložiek, ktoré sú toxické pre vodné organizmy: dochucovadlá, bielidlá (persírany, perboritany), sódu, karboxymetylcelulózu, kremičitany sodné.

V závislosti od charakteru a štruktúry hydrofilnej časti molekuly sa povrchovo aktívne látky delia na aniónové, katiónové, amfotérne a neiónové. Posledne menované netvoria vo vode ióny. Najbežnejšie medzi povrchovo aktívnymi látkami sú aniónové látky. Tvoria viac ako 50 % všetkých povrchovo aktívnych látok vyrobených na svete. Prítomnosť povrchovo aktívnych látok v priemyselných odpadových vodách je spojená s ich použitím v procesoch, ako je flotácia ťažby rúd, separácia produktov chemickej technológie, výroba polymérov, zlepšenie podmienok pre vŕtanie ropných a plynových vrtov a kontrola korózie zariadení. V poľnohospodárstve sa povrchovo aktívne látky používajú ako súčasť pesticídov.

Karcinogénne látky sú chemicky homogénne zlúčeniny, ktoré vykazujú transformačnú aktivitu a schopnosť spôsobiť karcinogénne, teratogénne (narušenie embryonálnych vývojových procesov) alebo mutagénne zmeny v organizmoch. V závislosti od podmienok expozície môžu viesť k inhibícii rastu, zrýchlenému starnutiu, narušeniu individuálneho vývoja a zmenám v genofonde organizmov.

Medzi látky s karcinogénnymi vlastnosťami patria chlórované alifatické uhľovodíky, vinylchlorid a najmä polycyklické aromatické uhľovodíky (PAH). Maximálne množstvo PAU v súčasných sedimentoch Svetového oceánu (viac ako 100 μg/km hmotnosti sušiny) bolo zistené v tektonicky aktívnych zónach podliehajúcich hlbokému tepelnému pôsobeniu. Hlavnými antropogénnymi zdrojmi PAU v životnom prostredí sú pyrolýza organických látok pri spaľovaní rôznych materiálov, dreva a paliva.

Ťažké kovy (ortuť, olovo, kadmium, zinok, meď, arzén) patria medzi bežné a vysoko toxické škodliviny. Široko sa používajú v rôznych priemyselných výrobách, preto aj napriek opatreniam na čistenie je obsah zlúčenín ťažkých kovov v priemyselných odpadových vodách pomerne vysoký. Veľké masy týchto zlúčenín sa dostávajú do oceánu cez atmosféru. Pre morské biocenózy sú najnebezpečnejšie ortuť, olovo a kadmium.

Ortuť sa prenáša do oceánu kontinentálnym odtokom a atmosférou. Pri zvetrávaní sedimentárnych a vyvrelých hornín sa ročne uvoľní 3,5 tisíc ton ortuti. Zloženie atmosférického prachu obsahuje asi 12 tisíc ton ortuti a významná časť je antropogénneho pôvodu. Približne polovica ročnej priemyselnej produkcie tohto kovu (910 tis. ton/rok) končí rôznymi spôsobmi v oceáne.

V oblastiach znečistených priemyselnými vodami je koncentrácia ortuti v roztoku a suspenzii značne zvýšená. Niektoré baktérie zároveň premieňajú chloridy na vysoko toxickú metylortuť. Kontaminácia morských plodov opakovane viedla k otrave pobrežného obyvateľstva ortuťou. Do roku 1977 bolo 2 800 obetí choroby Minamata, ktorá bola spôsobená odpadovými produktmi z výroby vinylchloridu a acetaldehydu, pri ktorých sa ako katalyzátor používal chlorid ortutnatý. Do zálivu Minamata sa dostali nedostatočne vyčistené odpadové vody z podnikov.

Olovo je typický stopový prvok, ktorý sa nachádza vo všetkých zložkách životného prostredia: v horninách, pôde, prírodných vodách, atmosfére a živých organizmoch. Nakoniec sa olovo aktívne rozptyľuje do životného prostredia počas ľudskej činnosti. Ide o emisie z priemyselných a domácich odpadových vôd, z dymu a prachu z priemyselných podnikov, z výfukových plynov zo spaľovacích motorov. Migračný tok olova z kontinentu do oceánu nejde len s riečnym odtokom, ale aj cez atmosféru. S kontinentálnym prachom oceán dostáva 20-30·10 3 ton olova ročne.

Mnohé krajiny s prístupom k moru vykonávajú námornú likvidáciu rôznych materiálov a látok, najmä pôdy vykopanej počas bagrovania, vrtnej trosky, priemyselného odpadu, stavebného odpadu, pevného odpadu, výbušnín a chemikálií a rádioaktívneho odpadu.

Objem hrobov predstavoval asi 10 % z celkovej hmotnosti znečisťujúcich látok vstupujúcich do Svetového oceánu. Základom takéhoto konania (vypúšťania) do mora je schopnosť morského prostredia spracovať veľké množstvo organických a anorganických látok bez veľkého poškodenia vody. Táto schopnosť mora však nie je neobmedzená. Preto sa dumping považuje za nútené opatrenie, dočasný hold spoločnosti nedokonalosti technológie.

Priemyselné trosky obsahujú rôzne organické látky a zlúčeniny ťažkých kovov. Odpad z domácností obsahuje v priemere (na sušinu) 32-40 % organických látok, 0,56 % dusíka, 0,44 % fosforu, 0,155 % zinku, 0,085 % olova, 0,001 % ortuti, 0,001 % kadmia.

Počas vypúšťania, keď materiál prechádza vodným stĺpcom, časť škodlivín prechádza do roztoku, čím sa mení kvalita vody, druhá je sorbovaná suspendovanými časticami a prechádza do spodných sedimentov. Zároveň sa zvyšuje zákal vody.

Prítomnosť organických látok často vedie k rýchlej spotrebe kyslíka vo vode a často k jeho úplnému vymiznutiu, rozpusteniu suspenzií, hromadeniu kovov v rozpustenej forme a objaveniu sa sírovodíka. Prítomnosť veľkého množstva organickej hmoty vytvára v pôde stabilné redukčné prostredie, v ktorom sa objavuje špeciálny typ intersticiálnej vody s obsahom sírovodíka, amoniaku a kovových iónov. Bentické organizmy a iné sú v rôznej miere ovplyvnené vynášanými materiálmi.V prípade tvorby povrchových filmov s obsahom ropných uhľovodíkov a tenzidov dochádza k narušeniu výmeny plynov na rozhraní vzduch-voda.

Znečisťujúce látky vstupujúce do roztoku sa môžu hromadiť v tkanivách a orgánoch hydrobiantov a pôsobiť na ne toxicky. Vypúšťanie vysypaných materiálov na dno a dlhotrvajúci zvýšený zákal spodnej vody vedú k úhynu sedavých foriem bentosu udusením. U prežívajúcich rýb, mäkkýšov a kôrovcov je rýchlosť rastu znížená v dôsledku zhoršenia podmienok kŕmenia a dýchania. Druhové zloženie daného spoločenstva sa často mení.

Pri organizovaní systému monitorovania vypúšťania odpadov do mora má rozhodujúci význam určenie skládkových plôch, určenie dynamiky znečistenia morskej vody a dnových sedimentov.

K tepelnému znečisteniu povrchu nádrží a pobrežných morských oblastí dochádza v dôsledku vypúšťania ohriatych odpadových vôd z elektrární a niektorých priemyselných výrob. Vypúšťanie ohriatej vody v mnohých prípadoch spôsobuje zvýšenie teploty vody v nádržiach o 6-8 stupňov Celzia. Plocha vyhrievaných vodných plôch v pobrežných oblastiach môže dosiahnuť 30 metrov štvorcových. km. Stabilnejšie teplotné rozvrstvenie zabraňuje výmene vody medzi povrchovou a spodnou vrstvou. Znižuje sa rozpustnosť kyslíka a zvyšuje sa jeho spotreba, pretože so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje aktivita aeróbnych baktérií, ktoré rozkladajú organickú hmotu. Rastie druhová diverzita fytoplanktónu a celej flóry rias.

Pôdna pokrývka Zeme je najdôležitejšou zložkou biosféry Zeme. Je to obal pôdy, ktorý určuje mnohé procesy prebiehajúce v biosfére.

Najdôležitejším významom pôd je akumulácia organickej hmoty, rôznych chemických prvkov a energie. Pôdna pokrývka funguje ako biologický absorbér, ničiteľ a neutralizátor rôznych kontaminantov. Ak dôjde k zničeniu tohto prepojenia biosféry, dôjde k nenávratnému narušeniu doterajšieho fungovania biosféry, preto je mimoriadne dôležité študovať globálny biochemický význam pôdneho krytu, jeho súčasný stav a zmeny pod vplyvom antropogénnej činnosti. . Jedným z typov antropogénneho vplyvu je znečistenie pesticídmi.

Objav pesticídov – chemických prostriedkov na ochranu rastlín a živočíchov pred rôznymi škodcami a chorobami – je jedným z najdôležitejších výdobytkov modernej vedy. Dnes sa vo svete aplikuje 300 kg chemikálií na 1 hektár. V dôsledku dlhodobého používania pesticídov v poľnohospodárstve, medicíne (vektorová kontrola), takmer všade dochádza k znižovaniu ich účinnosti v dôsledku rozvoja odolných rás škodcov a šírenia „nových“ škodcov, ktorých prirodzení nepriatelia a konkurenti boli zničení pesticídmi.

Zároveň sa v celosvetovom meradle začal prejavovať účinok pesticídov. Z obrovského počtu hmyzu je škodlivých len 0,3 % alebo 5 tisíc druhov. Rezistencia voči pesticídom bola zistená u 250 druhov. Toto je umocnené fenoménom skríženej rezistencie, ktorý spočíva v tom, že zvýšená rezistencia na pôsobenie jedného liečiva je sprevádzaná rezistenciou na zlúčeniny iných tried. Zo všeobecného biologického hľadiska možno rezistenciu považovať za zmenu populácií v dôsledku prechodu z citlivého kmeňa na rezistentný kmeň toho istého druhu v dôsledku selekcie spôsobenej pesticídmi. Tento jav je spojený s genetickými, fyziologickými a biochemickými prestavbami organizmov.

Nadmerné používanie pesticídov (herbicídy, insekticídy, defolianty) negatívne ovplyvňuje kvalitu pôdy. V tejto súvislosti sa intenzívne študuje osud pesticídov v pôdach a možnosti a možnosti ich neutralizácie chemickými a biologickými metódami. Je veľmi dôležité vytvárať a používať len lieky s krátkou životnosťou, meranou v týždňoch alebo mesiacoch. V tejto oblasti sa už dosiahol určitý pokrok a zavádzajú sa lieky s vysokou mierou ničenia, ale problém ako celok ešte nie je vyriešený.

Vplyv kyslej atmosféry na pôdu. Jedným z najakútnejších globálnych problémov súčasnosti a dohľadnej budúcnosti je problém zvyšovania kyslosti zrážok a pôdneho pokryvu. Oblasti kyslých pôd nepoznajú suchá, ale ich prirodzená úrodnosť je znížená a nestabilná, rýchlo sa vyčerpávajú a ich úrody sú nízke. Kyslé dažde spôsobujú nielen acidifikáciu povrchových vôd a horných pôdnych horizontov. Kyslosť so zostupnými vodnými tokmi zasahuje do celého pôdneho profilu a spôsobuje výrazné okyslenie podzemných vôd. Kyslé dažde sa vyskytujú v dôsledku ľudskej činnosti, sprevádzané emisiou obrovského množstva oxidov síry, dusíka, uhlíka.

Tieto oxidy, ktoré sa dostávajú do atmosféry, sa prepravujú na veľké vzdialenosti, interagujú s vodou a menia sa na roztoky zmesi kyselín sírovej, sírovej, dusičnej, dusičnej a uhličitej, ktoré padajú vo forme „kyslých dažďov“ na zem a interagujú s rastliny, pôdy, vody. Hlavnými zdrojmi v atmosfére sú spaľovanie bridlice, ropy, uhlia, plynu v priemysle, poľnohospodárstve a doma. Ekonomická činnosť človeka takmer zdvojnásobila vypúšťanie oxidov síry, oxidov dusíka, sírovodíka a oxidu uhoľnatého do atmosféry.

Prirodzene to ovplyvnilo zvýšenie kyslosti atmosférických zrážok, podzemných a podzemných vôd. Na vyriešenie tohto problému je potrebné zvýšiť objem reprezentatívnych systematických meraní zlúčenín znečisťujúcich ovzdušie na veľkých plochách.

Záver

Ochrana prírody je úlohou nášho storočia, problémom, ktorý sa stal spoločenským. Znovu a znovu počúvame o nebezpečenstvách, ktoré ohrozujú životné prostredie, no napriek tomu ich mnohí považujeme za nepríjemný, no nevyhnutný produkt civilizácie a veríme, že ešte stihneme zvládnuť všetky ťažkosti, ktoré vyšli najavo. Vplyv človeka na životné prostredie však nadobudol alarmujúce rozmery. Na zásadné zlepšenie situácie budú potrebné cieľavedomé a premyslené kroky. Zodpovedná a účinná politika voči životnému prostrediu bude možná len vtedy, ak budeme zhromažďovať spoľahlivé údaje o aktuálnom stave životného prostredia, podložené poznatky o interakcii dôležitých faktorov životného prostredia, ak vyvinieme nové metódy na zníženie a prevenciu škôd spôsobených prírode Muž.

Literatúra:

ja. Hlavná

** Gorshkov S.P. Exodynamické procesy rozvinutých území. M., 1982.

** Karpenkov S.Kh. Pojmy moderných prírodných vied. M., 2000

** Nikitin D.P., Novikov Yu.V. Životné prostredie a človek. M., 1986.

** Odum Yu. Základy ekológie. M., 1975.

** Radzevič N.N., Pashkang K.V. Ochrana a premena prírody. M., 1986.

II. Dodatočné

* Koncepty moderných prírodných vied / Ed. S.I. Samygin. Rostov n/a, 2001.

** Najlepšie abstrakty. Pojmy moderných prírodných vied. Rostov n/a, 2002.

* Naidysh V.M. Pojmy moderných prírodných vied. M., 2002.

** Skopin A.Yu. Pojmy moderných prírodných vied. M., 2003.

* Solomatin V.A. História a koncepcia moderných prírodných vied. M., 2002.

maľby mier (2)Abstrakt >> Biológia

... látok Chemikmi to bolo jedno. Situácia sa však zmenila, keď koncepcie ... transformácia obyčajný... jednota indukcia a dedukcia, metóda matematiky. Vedecké maľovanie mier ... maľby mier nahradiť štrukturálne... prúdová technológia, chemický a elektrika...

Štrukturálneúrovne organizácie živej hmoty

Abstrakt >> Biológia

... látok Aminokyseliny – organ. prípojky, hlavné štrukturálne ... jednota rôzne druhy fyzikálnych procesov, ich vzájomné transformácia. Štúdium procesu transformácia... vedecký maľby mier, riešenia... a chemický zákonov. najprv koncepcie je náboženský...

Moderná prírodná veda maľovanie mier (2)

Testovacia práca >> Filozofia

... jednota prírodné vedy a humanitné kultúry 5 Elektromagnet maľovanie mier 6 Štrukturálne ... transformácií polia v látka A látok ... chemický element. Látky anorganické je chemický spojenia tvorené všetkými chemický ... Koncepty ...

Moderný chemický obraz sveta

1. Predmet poznania a najdôležitejšie znaky chemickej vedy

1 Špecifickosť chémie ako vedy

Pre človeka je jednou z najdôležitejších prírodných vied chémia – náuka o zložení, vnútornej stavbe a premene hmoty, ako aj o mechanizmoch týchto premien.

"Chémia je veda, ktorá študuje vlastnosti a premeny látok sprevádzané zmenou ich zloženia a štruktúry." Študuje povahu a vlastnosti rôznych chemických väzieb, energiu chemických reakcií, reaktivitu látok, vlastnosti katalyzátorov atď.

Ľudstvo vždy potrebovalo chémiu, aby mohlo prijímať od prírodné látky materiály s vlastnosťami potrebnými pre každodenný život a výrobu. Získavanie takýchto látok je výrobnou úlohou a na jej realizáciu je potrebné vedieť uskutočniť kvalitatívne premeny látky, teda získať z jednej látky ďalšie. Na dosiahnutie tohto cieľa sa chémia musí vyrovnať s teoretickým problémom genézy (pôvodu) vlastností hmoty.

Základom chémie je teda dvojaký problém – získavanie látok s požadovanými vlastnosťami (na ich dosiahnutie je zameraná ľudská výrobná činnosť) a identifikácia spôsobov kontroly vlastností látky (vedecké výskumné práce sú zamerané na realizáciu tejto úlohy). Rovnaký problém je zároveň chrbtovou kosťou chémie.

2 Najdôležitejšie vlastnosti modernej chémie

V chémii sa objavuje množstvo samostatných vedných disciplín, predovšetkým vo fyzikálnej chémii (chemická termodynamika, chemická kinetika, elektrochémia, termochémia, radiačná chémia, fotochémia, plazmochémia, laserová chémia).

Chémia je aktívne integrovaná s inými vedami, výsledkom čoho je vznik biochémie, molekulárnej biológie, kozmochémie, geochémie, biogeochémie. Prvý študuje chemické procesy v živých organizmoch, geochémiu – vzorce správania sa chemických prvkov v zemskej kôre.

Biogeochémia je veda o procesoch pohybu, distribúcie, šírenia a koncentrácie chemických prvkov v biosfére za účasti organizmov. Zakladateľom biogeochémie je V. I. Vernadsky.

Kozmochémia študuje chemické zloženie hmoty vo vesmíre, jej množstvo a rozloženie medzi jednotlivými kozmickými telesami.

Objavujú sa v chémii zásadne nové výskumné metódy (röntgenová štrukturálna analýza, hmotnostná spektroskopia, rádiová spektroskopia atď.)?

Chémia prispela k intenzívnemu rozvoju niektorých oblastí ľudskej činnosti. Napríklad chémia dala chirurgii tri hlavné prostriedky, pomocou ktorých sa moderné operácie stali bezbolestnými a všeobecne možnými:

) zavedenie do praxe éterovej anestézie a potom ďalších omamných látok;

a) používanie antiseptík na prevenciu infekcie;

) získavanie nových aloplastických materiálov – polymérov, ktoré nie sú dostupné v prírode.

V chémii sa veľmi zreteľne prejavuje nerovnaká hodnota jednotlivých chemických prvkov. Prevažná väčšina chemických zlúčenín (96 % z viac ako 8,5 tisíc v súčasnosti známych) sú organické zlúčeniny. Sú založené na 18 prvkoch (len 6 z nich je najbežnejších).

Je to spôsobené tým, že po prvé, chemické väzby sú silné (energeticky náročné) a po druhé sú tiež labilné. Uhlík ako žiadny iný prvok spĺňa všetky tieto požiadavky na energetickú náročnosť a labilitu spoja. Spája chemické protiklady, uvedomujúc si ich jednotu.

Zdôrazňujeme však, že materiálny základ života sa neredukuje na žiadne, aj tie najzložitejšie chemické útvary. Nie je to len agregát určitého chemického zloženia, ale zároveň štruktúra, ktorá má funkcie a procesy. Preto nie je možné dať životu iba funkčnú definíciu.

V poslednom čase chémia čoraz viac zasahuje úrovne štrukturálnej organizácie prírody, ktoré s ňou susedia. Napríklad chémia čoraz viac zasahuje do biológie a snaží sa vysvetliť základy života.

Vo vývoji chémie nedochádza k zmene, ale k prísne prirodzenému, konzistentnému vzhľadu pojmových systémov. Novovznikajúci systém sa zároveň opiera o predchádzajúci a zahŕňa ho v transformovanej podobe. Vzniká tak systém chémie – jednotná celistvosť všetkých chemických poznatkov, ktoré sa objavujú a existujú nie oddelene od seba, ale v úzkom prepojení, navzájom sa dopĺňajú a sú spojené do koncepčných znalostných systémov, ktoré sú navzájom hierarchické.

2. Koncepčné systémy chémie

1 Pojem chemického prvku

Pojem chemického prvku sa objavil v chémii ako výsledok túžby človeka objaviť primárny prvok prírody. R. Boyle položil základ modernej koncepcie chemického prvku ako jednoduchého telesa, hranice chemického rozkladu látky, prechádzajúcej bez zmeny zo zloženia jedného zložitého telesa do druhého. Ale celé storočie potom robili chemici chyby pri izolácii chemických prvkov: po sformulovaní konceptu chemického prvku vedci stále nepoznali žiadny z nich.

Chemické poznatky sa do určitej doby hromadili empiricky, až vznikla potreba ich triedenia a systematizácie, t.j. v teoretickom zovšeobecnení. Zakladateľom systémového rozvoja chemických poznatkov bol D. I. Mendelejev. Pokusy spojiť chemické prvky do skupín sa robili už skôr, ale určujúce príčiny zmien vlastností chemikálií sa nenašli. D. I. Mendelejev vychádzal zo zásady, že každé presné poznanie predstavuje systém. Tento prístup mu umožnil v roku 1869 objaviť periodický zákon a vyvinúť periodickú tabuľku chemických prvkov. V jeho sústave sú hlavnou charakteristikou prvkov atómové hmotnosti. Periodický zákon D. I. Mendelejeva je formulovaný v tejto forme:

"Vlastnosti jednoduchých telies, ako aj formy a vlastnosti zlúčenín prvkov sú v periodickej závislosti od veľkosti atómových hmotností prvkov."

Toto zovšeobecnenie dalo nové predstavy o prvkoch, ale vzhľadom na skutočnosť, že štruktúra atómu ešte nebola známa, fyzický význam jeho bol nedostupný. V modernom zmysle tento periodický zákon vyzerá takto:

„Vlastnosti jednoduchých látok, ako aj formy a vlastnosti zlúčenín prvkov sú v periodickej závislosti od veľkosti náboja atómového jadra (poradové číslo)“.

Najjednoduchším chemickým prvkom je vodík (1H), ktorý pozostáva z jedného protónu (jadro atómu, ktorý má kladný náboj) a jedného elektrónu, ktorý má záporný náboj.

Rovnováhu vzťahov v atóme vodíka medzi protónom a elektrónom možno opísať pomocou identity

Ak vezmeme do úvahy hmotnostný pomer

potom získame prvú predstavu o rovnováhe vzťahov medzi protónmi a elektrónmi v chemických prvkoch.

2 Magická matica periodickej sústavy chemických prvkov

Je uvedená nasledujúca štruktúra periodickej tabuľky DIMedelejeva. Nižšie uvedené informácie slúžia len na oboznámenie a následné uvedomenie si, že moderné predstavy o tajomstvách periodickej sústavy chemických prvkov sú stále ďaleko od pravdy.

Tento obrázok dáva jasné predstavy o striktne evolučnom formovaní periodickej tabuľky v úplnom súlade so zákonmi zachovania symetrie. Všetky škrupiny, pod škrupiny sú tu prísne prepojené a vzájomne závislé. Každý chemický prvok zaberá v tejto viacrozmernej a viacúrovňovej "kocke" presne definovanú evolučnú medzeru.

V monografiách „Základy myológie“, „Miológia“ sa uvažovalo o vlastnostiach magickej matrice, odrážajúcej vlastnosti podškrupín a schránok periodickej tabuľky chemických prvkov.

Táto matica priamo ukazuje

Kvantitatívne zloženie podplášťov je rovnaké horizontálne aj vertikálne ako matrica.

Zoskupenia čísel odrážajúce zloženie podskupín periodickej tabuľky charakterizujú zoskupenia týchto podskupín, ktoré sa líšia štruktúrou. Ale tak to má byť, lebo. matrica je „odtlačok“ priestorovej štruktúry (monadický kryštál) v rovine.

Hlavná uhlopriečka matice je súčet všetkých čísel horizontálne a vertikálne.

Táto magická matrica chemických prvkov si zaslúži podrobné štúdium.

Nie je tu dvojzávitnica, v ktorej je každé číslo maticou presne definovaného rozmeru?

Z tejto matice pomocou viacrozmerných váh možno priamo vidieť rovnováhu vzťahov medzi podplášťami.

V týchto maticových váhach sa prísne dodržiavajú pravidlá násobenia matice stĺpcového vektora riadkovým vektorom. Tieto váhy odrážajú rovnováhu vzťahov medzi škrupinami a podplášťami vo vzostupnom úseku vývoja chemických prvkov.

Filozofické kategórie vzostupných a zostupných špirál tu nemajú miesto, pretože tieto kategórie tu nemajú filozofický, ale čisto „chemický“ význam. Teraz môžeme napísať periodický systém vo forme maticových identít, odrážajúcich rovnováhu vzťahov medzi jeho podplášťami a obalmi.

Obrázok nižšie poskytuje úplnejší obraz o periodickej tabuľke chemických prvkov.

Pripomeňme, že tu je každá bunka matrice duálne číslo, ktoré odráža význam vzťahu medzi človekom a spoločnosťou. Tento údaj hlbšie odráža podstatu a skutočný periodický systém chemických prvkov, čo potvrdzuje platnosť tvrdenia: „Každá elementárna častica obsahuje úplné informácie o celom vesmíre."

Vyššie uvedené matricové identity obsahujú najtajnejšie tajomstvá nielen chemických prvkov, ale aj najtajnejších tajomstiev vesmíru vo všeobecnosti. Tieto maticové identity sú zostavené v úplnom súlade so zákonmi zachovania symetrie.

Táto matica nesie informácie nielen o „prejavenom“ Periodickom systéme chemických prvkov, ale aj o jeho „neprejavenom“, vlnovom „dvojičke“

Periodický systém chemických prvkov opäť potvrdzuje platnosť princípu korpuskulárno-vlnového dualizmu, princíp jednoty „nespojitého“ a „kontinuálneho“.

A dnes už veda zistila, že periodická tabuľka chemických prvkov (skutočná) má dvojča - periodickú tabuľku chemických prvkov (vlnu).

3 Moderný obraz chemických poznatkov

Najdôležitejšou črtou základného problému chémie je, že má len štyri spôsoby riešenia problému. Vlastnosti látky závisia od štyroch faktorov:

) o elementárnom a molekulárnom zložení látky;

) o štruktúre molekúl látky;

) z termodynamických a kinetických podmienok, v ktorých sa látka nachádza v procese chemickej reakcie;

) na úrovni chemickej organizácie látky.

Keďže sa tieto metódy objavovali postupne, môžeme v histórii chémie rozlíšiť štyri po sebe nasledujúce etapy jej vývoja. Každý z týchto spôsobov riešenia základného problému chémie má zároveň svoj vlastný pojmový systém poznania. Tieto štyri pojmové systémy poznania sú v hierarchickom (podriadenom) vzťahu. V systéme chémie sú to subsystémy, tak ako samotná chémia je subsystémom celej prírodnej vedy ako celku.

Moderná maľba chemické poznatky sú vysvetlené pomocou štyroch pojmových systémov, ktoré sú schematicky znázornené na obr. ja

Obrázok ukazuje dôsledný vznik nových konceptov v chemickej vede, ktoré sa opierali o predchádzajúce úspechy, pričom si zachovali všetko potrebné pre ďalší rozvoj.

Aj voľným okom v týchto štádiách je viditeľná symetria štádií.

Na ľavej strane identity vzťah odráža štrukturálny aspekt evolúcie chémie, zatiaľ čo pravá strana identity, naopak, odráža už funkčný (procesný) aspekt evolúcie chémie.

3.1 Prvá úroveň chemických znalostí. Náuka o zložení hmoty

Náuka o zložení látok je prvou úrovňou chemického poznania. Do 20-30 rokov. 19. storočie všetka chémia neprekročila tento prístup. No postupne sa rámec kompozície (vlastnosti) približoval chémii a v druhej polovici 19. stor. dominantnú úlohu v chémii postupne nadobudol pojem „štruktúra“, orientovaný, čo sa odráža priamo v samotnom pojme, na štruktúru molekuly činidla.

najprv efektívnym spôsobom riešenie problému pôvodu vlastností hmoty sa objavilo v XVII storočí. v prácach anglického vedca R. Boyla. Jeho výskum ukázal, že kvality a vlastnosti telies nie sú absolútne a závisia od toho, z akých chemických prvkov sú tieto telesá zložené. Pre Boyla sa najmenšie častice hmoty ukázali ako najmenšie častice (atómy) nehmatateľné zmyslami, ktoré sa mohli na seba viazať a vytvárať väčšie zlúčeniny – zhluky (v Boylovej terminológii). V závislosti od objemu a tvaru zhlukov, či boli v pohybe alebo v pokoji, záviseli aj vlastnosti prírodných telies. Dnes namiesto pojmu „klaster“ používame pojem „molekula“.

V období od polovice XVII storočia. pred prvým polovice XIX V. doktrína o zložení hmoty bola celá vtedajšia chémia. Existuje dodnes a predstavuje prvý koncepčný systém chémie. Na tejto úrovni chemických znalostí vedci vyriešili a riešia tri hlavné problémy: chemický prvok, chemickú zlúčeninu a úlohu vytvárať nové materiály s novoobjavenými chemickými prvkami.

Chemický prvok sú všetky atómy, ktoré majú rovnaký jadrový náboj. Špeciálnym druhom chemických prvkov sú izotopy, v ktorých sa jadrá atómov líšia počtom neutrónov (preto majú rôznu atómovú hmotnosť), ale obsahujú rovnaký počet protónov, a preto v periodickej sústave prvkov zaberajú rovnaké miesto. Termín „izotop“ zaviedol v roku 1910 anglický rádiochemik F. Soddy. Rozlišujte medzi stabilnými (stabilnými) a nestabilnými (rádioaktívnymi) izotopmi.

Od objavu izotopov vzbudzujú najväčší záujem rádioaktívne izotopy, ktoré sa široko využívajú v jadrovej energetike, výrobe prístrojov, medicíne atď.

Prvú vedeckú definíciu chemického prvku, keď ešte žiadny z nich nebol objavený, sformuloval anglický chemik a fyzik R. Boyle. Ako prvý bol v roku 1669 objavený fosfor, nasledoval kobalt, nikel a ďalšie. Objav kyslíka francúzskym chemikom A. L. Lavoisierom a zistenie jeho úlohy pri tvorbe rôznych chemických zlúčenín umožnili opustiť doterajšie predstavy o „ohnivej hmote“ (flogistón).

V periodickom systéme D.I. Mendelejev, tam bolo 62 prvkov, v 30. rokoch 20. storočia. skončilo to uránom. V roku 1999 bolo oznámené, že 114. prvok bol objavený fyzikálnou syntézou atómových jadier.

Pojem chemických zlúčenín. Po dlhú dobu chemici empiricky určovali, čo sa týka chemických zlúčenín a čo - jednoduchých telies alebo zmesí. Na začiatku XIX storočia. J. Proust sformuloval zákon stálosti zloženia, podľa ktorého má každá jednotlivá chemická zlúčenina presne definované, nezmenené zloženie a tým sa líši od zmesí.

Teoretické zdôvodnenie Proustovho zákona dal J. Dalton v zákone viacerých pomerov. Podľa tohto zákona môže byť zloženie akejkoľvek látky reprezentované jednoduchým vzorcom a ekvivalentné zložky molekuly - atómy, označené zodpovedajúcimi symbolmi - môžu byť nahradené inými atómami.

Chemická zlúčenina je širší pojem ako „komplexná látka“, ktorá by mala pozostávať z dvoch alebo viacerých rôznych chemických prvkov. Chemická zlúčenina môže pozostávať aj z jedného prvku. Ide o O2, grafit, diamant a iné kryštály bez cudzích inklúzií v ich mriežke v ideálnom prípade.“

Ďalší rozvoj chémie a štúdium stále väčšieho počtu zlúčenín priviedol chemikov k myšlienke, že popri látkach, ktoré majú určité zloženie, existujú aj zlúčeniny premenlivého zloženia – berthollidy. V dôsledku toho boli predstavy o molekule ako celku prehodnotené. Molekula, ako predtým, sa naďalej nazývala najmenšou časticou látky schopnou určovať jej vlastnosti a existujúcou nezávisle. Ale v XX storočí. pochopila sa podstata chemickej väzby, ktorá sa začala chápať ako druh interakcie medzi atómami a atómovo-molekulárnymi časticami, vďaka spoločnému využívaniu ich elektrónov.

Na tomto koncepčnom základe bola vyvinutá koherentná atómovo-molekulárna teória tej doby, ktorá sa následne ukázala ako neschopná vysvetliť mnohé experimentálne fakty z konca 19. a začiatku 20. storočia. Obraz sa vyjasnil s objavom komplexnej štruktúry atómu, keď sa objasnili dôvody spojenia atómov, ktoré navzájom interagujú. Chemické väzby naznačujú najmä interakciu atómových elektrických nábojov, ktorých nosičmi sú elektróny a atómové jadrá.

Existujú kovalentné, polárne, iónové a iónovo-kovalentné chemické väzby, ktoré sa líšia povahou fyzikálnej interakcie častíc medzi sebou. Preto sa teraz chemickou zlúčeninou rozumie určitá látka pozostávajúca z jedného alebo viacerých chemických prvkov, ktorých atómy sa v dôsledku vzájomnej interakcie spájajú do častice so stabilnou štruktúrou: molekula, komplex, monokryštál alebo iný agregát.

Vykonajte chemické väzby medzi elektrónmi atómov umiestnenými na vonkajšom obale a spojenými s jadrom najmenej pevne. Nazývajú sa valenčné elektróny. V závislosti od povahy interakcie medzi týmito elektrónmi sa rozlišujú kovalentné, iónové a kovové chemické väzby.

Kovalentná väzba sa uskutočňuje v dôsledku tvorby elektrónových párov, ktoré rovnako patria k obom atómom.

Iónová väzba je elektrostatická príťažlivosť medzi iónmi, ktorá sa vytvára v dôsledku úplného premiestnenia elektrického páru k jednému z atómov.

Kovová väzba je väzba medzi kladnými iónmi v kryštáloch atómov kovov, ktorá sa vytvára v dôsledku príťažlivosti elektrónov, ale pohybuje sa cez kryštál vo voľnej forme.

Chemická väzba je taká interakcia, ktorá spája jednotlivé atómy do zložitejších útvarov, do molekúl, iónov, kryštálov, t.j. tie štrukturálnych úrovniach organizácia hmoty, ktorou sa zaoberá chemická veda. Chemická väzba sa vysvetľuje interakciou elektrických polí vytvorených medzi elektrónmi a jadrami atómov v procese chemických premien. Sila chemickej väzby závisí od energie väzby.

Na základe zákonov termodynamiky chémia určuje možnosť konkrétneho procesu, podmienky jeho realizácie, vnútornú energiu. „Vnútorná energia je celková energetická rezerva systému, ktorá sa skladá z energie pohybu a interakcie molekúl, energie pohybu a interakcie jadier a elektrónov v atómoch, v molekulách atď.

2.3.2 Druhá úroveň chemických znalostí

Početné experimenty na štúdium vlastností chemických prvkov v prvej polovici XIX storočia. viedol vedcov k presvedčeniu, že vlastnosti látok a ich kvalitatívna rozmanitosť sú určené nielen zložením prvkov, ale aj štruktúrou ich molekúl. Do tejto doby začalo v chemickej výrobe prevládať spracovanie obrovských más látok rastlinného a živočíšneho pôvodu. Ich kvalitatívna rozmanitosť je úžasne veľká - stovky tisíc chemických zlúčenín, ktorých zloženie je mimoriadne jednotné, pretože pozostávajú z niekoľkých organogénnych prvkov (uhlík, vodík, kyslík, síra, dusík, fosfor).

Veda verí, že iba týchto šesť prvkov tvorí základ živých systémov, a preto sa nazývajú organogény. Hmotnostný podiel týchto prvkov v živom organizme je 97,4 %. Okrem toho medzi biologicky dôležité zložky živých systémov patrí ďalších 12 prvkov: sodík, draslík, vápnik, horčík, železo, zinok, kremík, hliník, chlór, meď, kobalt, bór.

Zvláštnu úlohu pripisuje príroda uhlíku. Tento prvok je schopný organizovať spojenia s prvkami, ktoré sú proti sebe a udržiavať ich v sebe. Atómy uhlíka tvoria takmer všetky typy chemických väzieb. Na základe šiestich organogénov a asi 20 ďalších prvkov príroda vytvorila asi 8 miliónov rôznych chemických zlúčenín, ktoré boli doteraz objavené. 96 % z nich sú organické zlúčeniny.

Vysvetlenie pre nezvyčajne širokú škálu organických zlúčenín s takým zlým elementárnym zložením sa našlo vo fenoméne izomérie a polymerizmu. To bol začiatok druhej úrovne rozvoja chemických poznatkov, ktorá sa nazývala štruktúrna chémia.

Štruktúra je stabilné usporiadanie kvalitatívne nezmeneného systému (molekuly). Táto definícia zahŕňa všetky štruktúry, ktoré sa študujú v chémii: kvantová mechanika, založená na konceptoch valencie a chemickej afinity atď.

Stala sa vyššou úrovňou vo vzťahu k náuke o zložení hmoty, vrátane jej samotnej. Zároveň sa chémia z prevažne analytickej vedy zmenila na syntetickú. Hlavným úspechom tejto etapy vo vývoji chémie bolo vytvorenie spojenia medzi štruktúrou molekúl a reaktivitou látok.

Termín "štrukturálna chémia" je podmienený. Zahŕňa takú úroveň chemických znalostí, na ktorej je možné kombináciou atómov rôznych chemických prvkov vytvárať štruktúrne vzorce akejkoľvek chemickej zlúčeniny. Vznik štruktúrnej chémie znamenal príležitosť na cieľavedomú kvalitatívnu premenu látok, na vytvorenie schémy syntézy akýchkoľvek chemických zlúčenín, vrátane dovtedy neznámych.

Základy štruktúrnej chémie položil J. Dalton, ktorý ukázal, že akákoľvek chemická látka je súbor molekúl pozostávajúci z určitého počtu atómov jedného, ​​dvoch alebo troch chemických prvkov. Potom I.-I. Berzelius predložil myšlienku, že molekula nie je jednoduchá hromada atómov, ale určitá usporiadaná štruktúra atómov prepojených elektrostatickými silami.

Najdôležitejším krokom vo vývoji štruktúrnej chémie bolo objavenie sa teórie chemickej štruktúry organických zlúčenín od ruského chemika A.M. Butlerov, ktorý veril, že k tvorbe molekúl z atómov dochádza v dôsledku uzatvárania voľných jednotiek afinity, no zároveň naznačil, s akou energiou (väčšou či menšou) táto afinita viaže látky k sebe. Inými slovami, Butlerov po prvý raz v histórii chémie upozornil na energetickú disparitu rôznych chemických väzieb. Táto teória umožnila zostaviť štruktúrne vzorce akejkoľvek chemickej zlúčeniny, pretože ukázala vzájomný vplyv atómov v štruktúre molekuly, a tým vysvetlila chemickú aktivitu niektorých látok a pasivitu iných.

V XX storočí. prijatá štrukturálna chémia ďalší vývoj. Ujasnil sa najmä pojem štruktúra, čím začali chápať stabilnú usporiadanosť kvalitatívne nezmeneného systému. Zavedený bol aj pojem atómová štruktúra – stabilná sústava jadra a jeho okolitých elektrónov, ktoré sú medzi sebou v elektromagnetickej interakcii – a molekulárna štruktúra – kombinácia obmedzeného počtu atómov, ktoré majú pravidelné usporiadanie v priestore a sú navzájom spojené chemickou väzbou pomocou valenčných elektrónov.

Ďalší rozvoj chemickej vedy a výroba založená na jej úspechoch však presnejšie ukázali možnosti a limity štruktúrnej chémie.

Napríklad mnohé reakcie organickej syntézy založené na štruktúrnej chémii produkovali veľmi nízke výťažky požadovaného produktu a veľké odpadové produkty. V dôsledku toho nemohli byť použité v priemyselnom meradle.

Štrukturálna chémia anorganických zlúčenín hľadá možnosti získania kryštálov na výrobu vysokopevnostných materiálov s požadovanými vlastnosťami, ktoré majú tepelnú odolnosť, odolnosť voči agresívnemu prostrediu a ďalšie kvality, ktoré si vyžaduje súčasná úroveň rozvoja vedy a techniky. Riešenie týchto problémov naráža na rôzne prekážky. Pestovanie napríklad niektorých kryštálov vyžaduje vylúčenie gravitačných podmienok. Preto sa takéto kryštály pestujú vo vesmíre, na orbitálnych staniciach.

3.3 Tretia úroveň chemických znalostí. Náuka o chemických procesoch

Doktrína chemických procesov je oblasť vedy, v ktorej sa uskutočnila najhlbšia integrácia fyziky, chémie a biológie. Táto doktrína je založená na chemickej termodynamike a kinetike, preto patrí rovnako do fyziky a chémie. Jedným zo zakladateľov tohto vedeckého smeru bol ruský chemik N.N. Semenov, zakladateľ chemickej fyziky.

Náuka o chemických procesoch je založená na myšlienke, že schopnosť interakcie s rôznymi chemickými činidlami je daná okrem iného aj podmienkami pre vznik chemických reakcií, ktoré môžu ovplyvniť povahu a výsledky týchto reakcií.

Najdôležitejšou úlohou chemikov je schopnosť riadiť chemické procesy, dosahovať požadované výsledky. V najvšeobecnejšej podobe možno metódy riadenia chemických procesov rozdeliť na termodynamické (ovplyvňujú posun chemickej rovnováhy reakcie) a kinetické (ovplyvňujú rýchlosť chemickej reakcie).

Na riadenie chemických procesov boli vyvinuté termodynamické a kinetické metódy.

Francúzsky chemik A. Lee Chatelier na konci 19. storočia. sformuloval princíp mobilnej rovnováhy, ktorý chemikom poskytol metódy na posunutie rovnováhy smerom k tvorbe cieľových produktov. Tieto metódy riadenia sa nazývajú termodynamické. Každá chemická reakcia je v princípe reverzibilná, ale v praxi sa rovnováha posúva jedným alebo druhým smerom. To závisí od povahy činidiel a od podmienok procesu.

Termodynamické metódy ovplyvňujú skôr smer chemických procesov ako ich rýchlosť.

Rýchlosť chemických procesov je riadená chemickou kinetikou, ktorá študuje závislosť priebehu chemických procesov od štruktúry východiskových činidiel, ich koncentrácie, prítomnosti katalyzátorov a iných prísad v reaktore, spôsobov miešania činidiel, materiál a konštrukcia reaktora a pod.

Chemická kinetika. Vysvetľuje kvalitatívne a kvantitatívne zmeny v chemických procesoch a odhaľuje mechanizmus reakcie. Reakcie zvyčajne prechádzajú sériou postupných krokov, ktoré tvoria úplnú reakciu. Rýchlosť reakcie závisí od podmienok priebehu a povahy látok, ktoré do neho vstúpili. Patria sem koncentrácia, teplota a prítomnosť katalyzátorov. Pri opise chemickej reakcie vedci pozorne zaznamenávajú všetky podmienky jej výskytu, pretože za iných podmienok a za iných fyzikálnych stavov látok bude účinok odlišný.

Úloha študovať chemické reakcie je veľmi náročná. Koniec koncov, takmer všetky chemické reakcie nie sú v žiadnom prípade jednoduchou interakciou počiatočných činidiel, ale komplexnými reťazcami po sebe nasledujúcich stupňov, kde činidlá interagujú nielen medzi sebou, ale aj so stenami reaktora, ktoré môžu obe katalyzovať ( urýchliť) a inhibovať (spomaliť) proces.

Katalýza je zrýchlenie chemickej reakcie v prítomnosti špeciálnych látok - katalyzátorov, ktoré interagujú s činidlami, ale pri reakcii sa nespotrebúvajú a nie sú zahrnuté v konečnom zložení produktov. Objavil ho v roku 1812 ruský chemik K. G. S. Kirchhoff.

Podstata katalýzy je nasledovná:

) aktívna molekula činidla sa dosiahne v dôsledku ich neplnovalentnej interakcie s katalytickou látkou a spočíva v relaxácii chemických väzieb činidla;

) vo všeobecnom prípade môže byť akákoľvek katalytická reakcia reprezentovaná ako prechod cez intermediárny komplex, v ktorom dochádza k redistribúcii uvoľnených (nevalentných) chemických väzieb.

Katalytické procesy sa líšia svojou fyzikálnou a chemickou povahou do nasledujúcich typov:

heterogénna katalýza - chemická reakcia interakcie kvapalných alebo plynných činidiel na povrchu pevného katalyzátora;

homogénna katalýza - chemická reakcia v zmesi plynov alebo v kvapaline, kde sa rozpúšťa katalyzátor a činidlá;

elektrokatalýza - reakcia na povrchu elektródy v kontakte s roztokom a pri pôsobení elektrického prúdu;

fotokatalýza - reakcia na povrchu tuhej látky alebo v kvapalnom roztoku, stimulovaná energiou absorbovaného žiarenia.

Používanie katalyzátorov zmenilo celý chemický priemysel. Katalýza je nevyhnutná pri výrobe margarínu, mnohých potravinárskych výrobkov a prípravkov na ochranu rastlín. Takmer celý priemysel základnej chémie (60-80%) je založený na katalytických procesoch. Chemici nie bezdôvodne tvrdia, že nekatalytické procesy vôbec neexistujú, pretože všetky prebiehajú v reaktoroch, ktorých materiál stien slúži ako druh katalyzátora.

Za účasti katalyzátorov sa rýchlosť niektorých reakcií zvyšuje 10 miliárd krát. Existujú katalyzátory, ktoré umožňujú nielen kontrolovať zloženie konečného produktu, ale podporujú aj tvorbu molekúl určitého tvaru, čo výrazne ovplyvňuje fyzikálne vlastnosti produktu (tvrdosť, plasticita).

V moderných podmienkach je jedným z najdôležitejších smerov vo vývoji teórie chemických procesov vytváranie metód na riadenie týchto procesov. Preto sa dnes chemická veda zaoberá vývojom takých problémov, ako je plazmochémia, radiačná chémia, chémia vysokých tlakov a teplôt.

Plazmochémia študuje chemické procesy v nízkoteplotnej plazme pri 1000-10000 °C. Takéto procesy sú charakterizované excitovaným stavom častíc, zrážkami molekúl s nabitými časticami a veľmi vysokou rýchlosťou chemických reakcií. V plazmochemických procesoch je rýchlosť redistribúcie chemických väzieb veľmi vysoká, takže sú veľmi produktívne.

Jedným z najmladších smerov v štúdiu chemických procesov je radiačná chémia, ktorá vznikla v druhej polovici 20. storočia. Predmetom jej vývoja bola premena širokej škály látok pod vplyvom ionizujúceho žiarenia. Zdroje ionizujúce žiarenie sú röntgenové zariadenia, urýchľovače častíc, jadrové reaktory, rádioaktívne izotopy. V dôsledku radiačno-chemických reakcií dostávajú látky zvýšenú tepelnú odolnosť a tvrdosť.

Ďalšou oblasťou rozvoja doktríny chemických procesov je chémia vysokých a ultravysokých tlakov. Chemické premeny látok pri tlakoch nad 100 atm sú klasifikované ako vysokotlaková chémia a pri tlakoch nad 1000 atm ako supervysokotlaková chémia.

Pri vysokom tlaku sa elektrónové obaly atómov približujú a deformujú, čo vedie k zvýšeniu reaktivity látok. Pri tlaku 102–103 atm zmizne rozdiel medzi kvapalnou a plynnou fázou a pri tlaku 103–105 atm medzi pevnou a kvapalnou fázou. Pri vysokom tlaku sa fyzikálne a chemické vlastnosti látky výrazne menia. Napríklad pri tlaku 20 000 atm. kov sa stáva elastickým, ako guma.

Chemické procesy sú najzložitejším javom v neživej aj živej prírode. Tieto procesy študuje chémia, fyzika a biológia. Základnou úlohou chemickej vedy je naučiť sa riadiť chemické procesy. Faktom je, že niektoré procesy nie je možné vykonať, hoci v zásade sú uskutočniteľné, iné je ťažké zastaviť - spaľovacie reakcie, výbuchy a niektoré z nich je ťažké kontrolovať, pretože spontánne vytvárajú veľa vedľajších produktov.

3.4 Štvrtá úroveň chemických znalostí. evolučná chémia

Evolučná chémia vznikla v 50. - 60. rokoch 20. storočia. Evolučná chémia je založená na procesoch biokatalýzy, fermentológie; je zameraná najmä na štúdium molekulárnej úrovne živého, že základom živého je biokatalýza, t.j. prítomnosť rôznych prírodných látok v chemickej reakcii, ktoré ju môžu riadiť, spomaliť alebo urýchliť jej priebeh. Tieto katalyzátory v živých systémoch určuje samotná príroda, ktorá slúži ako ideál pre mnohých chemikov.

Myšlienka koncepčného znázornenia vedúcej úlohy enzýmov, bioregulátorov v procese života, ktorú navrhol francúzsky prírodovedec Louis Pasteur v 19. storočí, zostáva základom aj dnes. Mimoriadne plodné je z tohto pohľadu štúdium enzýmov a odhalenie jemných mechanizmov ich pôsobenia.

Enzýmy sú proteínové molekuly syntetizované živými bunkami. Každá bunka má stovky rôznych enzýmov. S ich pomocou sa uskutočňujú početné chemické reakcie, ktoré vďaka katalytickému pôsobeniu enzýmov môžu prebiehať vysokou rýchlosťou pri teplotách vhodných pre daný organizmus, t.j. v rozmedzí od 5 do 40 stupňov. Môžeme povedať, že enzýmy sú biologické katalyzátory.

Evolučná chémia je založená na princípe využívania podmienok, ktoré vedú k sebazdokonaľovaniu katalyzátorov chemických reakcií, t.j. k samoorganizácii chemických systémov.

V evolučnej chémii sa významné miesto venuje problému „samoorganizácie“ systémov. Teória samoorganizácie „odráža zákonitosti takejto existencie dynamických systémov, ktorá je sprevádzaná ich vzostupom do stále vyšších úrovní komplexnosti v systémovom poriadku, či materiálnej organizácii“. V podstate hovoríme o využití chemickej skúsenosti živej prírody. Ide o druh biologizácie chémie. Chemický reaktor sa javí ako druh živého systému, ktorý sa vyznačuje vlastným vývojom a určitými behaviorálnymi znakmi. Takto sa javila evolučná chémia ako najvyšší stupeň rozvoja chemických poznatkov.

Pod evolučnými problémami rozumieme problémy spontánnej syntézy nových chemických zlúčenín (bez zásahu človeka). Tieto zlúčeniny sú komplexnejšie a lepšie organizované produkty ako východiskové materiály. Preto je evolučná chémia zaslúžene považovaná za prebiológiu, vedu o samoorganizácii a samorozvoji chemických systémov.

Až do poslednej tretiny XX storočia. o evolučnej chémii nebolo nič známe. Na rozdiel od biológov, ktorí boli nútení použiť Darwinovu evolučnú teóriu na vysvetlenie pôvodu mnohých rastlinných a živočíšnych druhov, chemikov nezaujímala otázka pôvodu hmoty, pretože získanie akejkoľvek novej chemickej zlúčeniny bolo vždy dielom ľudských rúk a mysle. .

Postupný rozvoj vedy v 19. storočí, ktorý viedol k objavu štruktúry atómu a detailnému poznaniu stavby a zloženia bunky, otvoril praktické možnosti spolupráce chemikov a biológov pri riešení chemických problémov tzv. doktrína bunky. Na zvládnutie skúseností zo živej prírody a implementáciu poznatkov získaných v priemysle načrtli chemici niekoľko sľubných spôsobov.

Najprv sa uskutočňuje výskum v oblasti katalýzy kovových komplexov, ktorá je obohatená o metódy používané živými organizmami pri reakciách s účasťou enzýmov (biokatalyzátory).

Po druhé, vedci sa snažia modelovať biokatalyzátory. Už bolo možné vytvoriť modely mnohých enzýmov, ktoré sa extrahujú zo živej bunky a používajú sa pri chemických reakciách. Problém je však komplikovaný skutočnosťou, že enzýmy, ktoré sú stabilné vo vnútri bunky, sú mimo nej rýchlo zničené.

Po tretie, rozvíja sa chémia imobilizovaných systémov, vďaka čomu sa biokatalyzátory stali stabilnými, stabilnými v chemických reakciách, bolo možné opakovane použiteľné.

Po štvrté, chemici sa snažia osvojiť si a využiť celý zážitok z divočiny. To umožní vedcom vytvoriť úplné analógy živých systémov, v ktorých sa bude syntetizovať široká škála látok. Vzniknú tak zásadne nové chemické technológie.

Štúdium procesov samoorganizácie v chémii viedlo k vytvoreniu dvoch prístupov k analýze prebiologických systémov: substrátového a funkčného.

Výsledkom substrátového prístupu boli informácie o výbere chemických prvkov a štruktúr.

Pre chemikov je dôležité pochopiť, ako z minima chemických prvkov (základom života živých organizmov je 38 chemických prvkov) a chemických zlúčenín (väčšina sa tvorí na báze 6-18 prvkov) vznikli najzložitejšie biosystémy. ).

Funkčný prístup v evolučnej chémii. V rámci tohto prístupu sa študuje aj úloha katalýzy a odhaľujú sa zákonitosti, ktorými sa riadia procesy samoorganizácie chemických systémov.

Úloha katalytických procesov narastala so zložitosťou zloženia a štruktúry chemických systémov. Práve na tomto základe začali niektorí vedci spájať chemickú evolúciu so samoorganizáciou a vlastným vývojom katalytických systémov.

Na základe týchto pozorovaní profesor Moskovskej štátnej univerzity A.P. Rudenko predložil teóriu vlastného vývoja otvorených katalytických systémov. Veľmi skoro sa pretransformovala na všeobecnú teóriu chemickej evolúcie a biogenézy. Rieši otázky o hybných silách a mechanizmoch evolučného procesu, teda o zákonitostiach chemickej evolúcie, o výbere prvkov a štruktúr a ich príčinách, o výške chemickej organizácie a hierarchii chemických systémov v dôsledku toho. evolúcie.

Podstatou tejto teórie je, že vyvíjajúcou sa látkou sú katalyzátory, nie molekuly. Počas katalýzy dochádza k reakcii chemickej interakcie katalyzátora s činidlami s tvorbou intermediárnych komplexov s vlastnosťami prechodného stavu. Rudenko nazval takýto komplex elementárnym katalytickým systémom. Ak v priebehu reakcie dochádza k neustálemu prílevu nových činidiel zvonku, dochádza k odobraniu hotové výrobky a tiež sú splnené niektoré ďalšie podmienky, reakcia môže pokračovať donekonečna, pričom je na rovnakej stacionárnej úrovni. Takéto viacnásobne obnoviteľné komplexy sú elementárne otvorené katalytické systémy.

Samovývoj, samoorganizácia a samokomplikácia katalytických systémov nastáva v dôsledku neustáleho prílevu transformovateľnej energie. A keďže hlavným zdrojom energie je základná reakcia, katalytické systémy vyvíjajúce sa na základe exotermických reakcií získavajú maximálnu evolučnú výhodu. Reakcia teda nie je len zdrojom energie, ale aj nástrojom na výber najprogresívnejších evolučných zmien katalyzátorov.

Rudenko teda sformuloval základný zákon chemickej evolúcie, podľa ktorého sa tie cesty evolučných zmien katalyzátorov, ktoré sú spojené so zvýšením ich absolútnej katalytickej aktivity, realizujú s najväčšou rýchlosťou a pravdepodobnosťou. Zároveň sa podľa parametra absolútnej katalytickej aktivity formujú mechanizmy konkurencie a prirodzeného výberu.

Teória vlastného vývoja katalytických systémov poskytuje tieto možnosti: odhaliť štádiá chemického vývoja a na základe toho klasifikovať katalyzátory podľa úrovne ich organizácie; použiť zásadne novú metódu na štúdium katalýzy; uviesť konkrétny popis limitov v chemickej evolúcii a prechod od chemogenézy (chemickej tvorby) k biogenéze, spojený s prekonaním druhej kinetickej hranice vlastného vývoja katalytických systémov.

Získanie teoretického a praktického potenciálu najnovšieho smeru, rozšírenie chápania evolúcie chemických systémov, nestacionárna kinetika.

Rozvoj chemických poznatkov nám umožňuje dúfať v vyriešenie mnohých problémov, ktoré pred ľudstvom vyvstali v dôsledku jeho vedecky a energeticky náročných praktických činností.

Chemická veda na najvyššej evolučnej úrovni prehlbuje predstavy o svete. Koncepty evolučnej chémie, vrátane chemickej evolúcie na Zemi, sebaorganizácie a sebazlepšovania chemických procesov, prechod od chemickej evolúcie k biogenéze, sú presvedčivým argumentom potvrdzujúcim vedecké chápanie pôvodu života vo Vesmíre.

Chemická evolúcia na Zemi vytvorila všetky predpoklady pre vznik života z neživej prírody.

Život v celej svojej rozmanitosti vznikol na Zemi spontánne z neživej hmoty, zachoval sa a funguje už miliardy rokov.

Život úplne závisí od zachovania vhodných podmienok pre jeho fungovanie. A to do značnej miery závisí od samotnej osoby.

prvok kovalentný bioregulátor polárny

Zoznam použitej literatúry

1. Stručná chemická encyklopédia, kap. vyd. I. L. Knunyants, zväzok 1-5, M., 1961-67;

Stručná referenčná kniha o chémii, vyd. O. D. Kurylenko, 4. vydanie K., 1974;

General Chemistry, Pauling L., trans. z angličtiny, M., 1974;

Modern General Chemistry, J. Campbell, prekl. z angličtiny, [zv.] 1-3, M., 1975.

Doučovanie

Potrebujete pomôcť s učením témy?

Naši odborníci vám poradia alebo poskytnú doučovacie služby na témy, ktoré vás zaujímajú.
Odoslať žiadosť s uvedením témy práve teraz, aby ste sa dozvedeli o možnosti konzultácie.