ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Химический факультет
Кафедра безопасности жизнедеятельности
Химическая,
физическая и биологическая
картина
мира.
(Реферат)
Выполнила:
Студентка 5 курса
Косинская К.А.
Проверил:
Преподаватель
Белова О.В.
Подпись________
Барнаул, 2011
Содержание
Введение…………………………………………………… ………………..3
- Химическая
картина мира……………………………………………..5
2.1 Механическая картина мира…………… …………………….…….8
2.2 Электромагнитная картина мира… ………………………….…….10
3. Биологическая картина мира……………………………………….....13
Заключение……………………………………………… ………………….17
Список литературы…………………………………………………… ……19
ВВЕДЕНИЕ.
Человеку
всегда было свойственно описывать
окружающий мир, изучать и представлять
его строение, рассказывать о своих
представлениях об окружающем мире другим
людям.
Естественно-научной
картиной мира
называется часть общей
научной картины мира, которая включает
в себя представления о природе.
Создание
единой естественно-научной картины
мира предполагает установление связей
между науками. В структуре конкретных
наук в их главных компонентах
выражена собственная целостная
картина природы, которая называется
специальной (или локальной)
картиной мира.
Эти картины являются
в какой-то степени фрагментами окружающего
мира, которые изучаются методами данной
науки (например, биологическая картина
мира, химическая картина мира, физическая
картина мира). Такие картины часто рассматривают
как относительно самостоятельные фрагменты
единой научной картины мира.
Научное
знание представляет собой огромную массу
взаимодействующих между собой элементов
знаний. Существуют самые разнообразные
формы описания этого взаимодействия
слоев научных знаний.
В рамках
картин мира осуществляется систематизация
знаний соответствующей науки (или
группы наук), они являются наглядным
воплощением системы взаимодействующих
элементов знаний - теорий (фундаментальных
и прикладных), которые представляют
собой развитые системы научных
понятий и связей между ними.
В рамки
картин мира вписываются известные
научные факты. Картины мира обеспечивают
целостность научной отрасли (науки),
формируют нам методы научного познания
и определяют стратегию научного
поиска, ставят задачи эмпирических и
теоретических исследований, наглядно
отображают их результаты.
Раньше
других возникла физическая картина
мира как общая теоретическая
основа для всех наук о неживой
природе.
Биологическая
картина мира в качестве теоретической
основы наук о живой природе возникла
лишь в XIX веке. Биологические науки
долгое время были чрезвычайно обособлены
друг от друга, менее взаимосвязаны, чем
группа физико-химических наук. Объединение
биологических наук произошло вместе
с введением Ч. Дарвином основных понятий
современной биологии (приспособление,
наследственность и изменчивость, естественный
отбор, борьба за существование, эволюция
и др.). На их основе строится единая картина
биологических явлений, связывающая все
науки о природе в одну область наук и
дающая возможность построения законченных
биологических теорий.
Ядром
единой естественно-научной картины
мира в целом является физическая
картина мира, поскольку физика является
фундаментальным базисом современного
миропонимания. Многовековое развитие
физики привело к созданию целостной
естественно-научной картины нашего
мира и его развития.
1.
Химическая картина
мира.
Отсутствие
в химии теоретических основ,
позволяющих точно предсказывать
и рассчитывать протекание химических
реакций, не позволяло ставить её
в ряд с науками, обосновывающими
само бытие. Поэтому высказывание Д.И.
Менделеева о химическом понимании
мирового эфира не только не было востребовано
в начале 20 века, но и оказалось
незаслуженно полностью забыто на целое
столетие. Связано ли это с тогдашним
революционным переворотом в
физике, который захватил и увлёк
большинство умов в 20 веке в изучение
квантовых представлений и теории
относительности, сейчас уже не так
важно. Жаль только, что выводы гениального
учёного, к тому же признанного в
то время, не пробудило качественно
другие философско-методологические
принципы, отличные от философских
принципов, которые, кстати, в изобилии
фигурировали в рассуждениях физиков.
Объяснение
столь нежелательного забвения скорее
всего связано с распространением
редукционистских течений, вызванных
возвеличением физики. Именно сведение
химических процессов к совокупности
физических как бы прямо указывало
на ненужность химических воззрений
при анализе первооснов бытия. Кстати,
когда химики пытались защитить специфику
своей науки доводами о статистическом
характере химических взаимодействий
в отличие большинства взаимодействий
в физике, обусловленных динамическими
законами, физики тут же указывали
на статистическую физику, которая
якобы более полно описывает
подобные процессы.
Специфика
химии терялась, хотя наличие строгой
геометрии связей взаимодействующих
частиц в химических процессах вносило
в статистическое рассмотрение специфический
для химии информационный аспект.
Анализ
сущности информационно-фазового состояния
материальных систем резко подчёркивает
информационный характер химических взаимодействий.
Вода как химическая среда, оказавшись
первым примером информационно-фазового
состояния материальных систем, соединила
в себе два состояния: жидкое и информационно-фазовое
именно по причине близости химических
взаимодействий к информационным.
Вакуум
как электромагнитная среда физического
пространства, проявившая свойства информационно-фазового
состояния, скорее всего, ближе к
среде, в которой протекают процессы,
по форме напоминающие химические.
Поэтому химическое понимание мирового
эфира Д.И. Менделеева становится чрезвычайно
актуальным. Давно замеченное терминологическое
совпадение при описании соответствующих
процессов превращения частиц в
химии и в физике элементарных
частиц как реакций
дополнительно
подчёркивает роль химических представлений
в физике.
Предполагаемая
взаимосвязь между информационно-фазовыми
состояниями водной среды и электромагнитной
среды физического вакуума свидетельствует
о сопутствующих химическим процессам
изменениях в физическом вакууме, что,
вероятно, и ощущал Д.И. Менделеев
в своих экспериментах.
Следовательно,
в вопросе о природе мирового
эфира химия в каких-то моментах
выступает даже определяющей по отношению
к физическому воззрению.
Поэтому
говорить о приоритете физических или
химических представлений в выработке
научной картины мира, вероятно,
не стоит.
2.
Физическая картина
мира.
История
науки свидетельствует, что естествознание,
возникшее в ходе научной революции
XVI–XVII вв., было связано долгое время с
развитием физики. Именно физика была
и остается наиболее развитой и концепциям
и аргументам, во многом определившим
эту картину. Степень разработанности
физики была настолько велика, что она
могла создать собственную физическую
картину мира, в отличие от других естественных
наук, которые лишь в XX в. смогли поставить
перед собой эту задачу (создание химической
и биологической картин мира). Поэтому,
начиная разговор о конкретных достижениях
естествознания, мы начнем его с физики,
с картины мира, созданной этой наукой.
Понятие
"физическая картина мира" употребляется
давно, но лишь в последнее время
оно стало рассматриваться не
только как итог развития физического
знания, но и как особый самостоятельный
вид знания - самое общее теоретическое
знание в физике (система понятий,
принципов и гипотез), служащее исходной
основой для построения теорий. Физическая
картина мира, с одной стороны,
обобщает все ранее полученные знания
о природе, а с другой - вводит
в физику новые философские идеи
и обусловленные ими понятия,
принципы и гипотезы, которых до
этого не было и которые коренным
образом меняют основы физического
теоретического знания: старые физические
понятия и принципы ломаются, новые
возникают, картина мира меняется. Ключевым
в физической картине мира служит
понятие "материя", на которое
выходят важнейшие проблемы физической
науки. Поэтому смена физической
картины мира связана со сменой представлений
о материи. В истории физики это
происходило два раза. Сначала
был совершен переход от атомистических,
корпускулярных представлений о
материи к полевым - континуальным.
Затем, в XX в., континуальные представления
были заменены современными квантовыми.
Поэтому можно говорить о трех последовательно
сменявших друг друга физических картинах
мира.
Одной
из первых возникла механистическая
картина мира, поскольку изучение
природы началось с анализа простейшей
формы движения материи - механического
перемещения тел.
2.1.
Механистическая картина
мира.
Она складывается
в результате научной революции
XVI-XVII вв. на основе работ Галилео Галилея,
который установил законы движения свободно
падающих тел и сформулировал механический
принцип относительности. Но главная заслуга
Галилея в том, что он впервые применил
для исследования природы экспериментальный
метод вместе с измерениями исследуемых
величин и математической обработкой
результатов измерений. Если эксперименты
ставились и раньше, то математический
их анализ впервые систематически стал
применять именно Галилей.
Принципиальное
отличие нового метода исследования
природы от ранее существовавшего
натурфилософского способа состояло,
следовательно, в том, что в нем
гипотезы систематически проверялись
опытом. Эксперимент можно рассматривать
как вопрос, обращенный к природе.
Чтобы получить на него определенный
ответ, необходимо так сформулировать
вопрос, чтобы получить на него вполне
однозначный и определенный ответ. Для
этого следует так построить эксперимент,
чтобы по возможности максимально изолироваться
от воздействия посторонних факторов,
которые мешают наблюдению изучаемого
явления в "чистом виде". В свою очередь
гипотеза, представляющая собой вопрос
к природе, должна допускать эмпирическую
проверку выводимых из нее некоторых следствий.
В этих целях, начиная с Галилея, стали
широко использовать математику для количественной
оценки результатов экспериментов.
Таким
образом, новое экспериментальное
естествознание в отличие от натурфилософских
догадок и умозрений прошлого
стало развиваться в тесном взаимодействии
теории и опыта, когда каждая гипотеза
или теоретическое предположение систематически
проверяются опытом и измерениями.
Ключевым
понятием механистической картины
мира было понятие движения. Именно
законы движения Ньютон считал фундаментальными
законами мироздания. Тела обладают внутренним
врожденным свойством двигаться
равномерно и прямолинейно, а отклонения
от этого движения связаны с действием
на тело внешней силы (инерции). Мерой
инертности является масса, другое важнейшее
понятие классической механики. Универсальным
свойством тел является тяготение.
Ньютон,
как и его предшественники, придавал
большое значение наблюдениям и
эксперименту, видя в них важнейший
критерий для отделения ложных гипотез
от истинных. Поэтому, он резко выступал
против так называемых скрытых качеств,
с помощью которых последователи
Аристотеля пытались объяснить многие
явления и процессы природы.
Ньютон
выдвигает совершенно новый принцип
исследования природы, согласно которому
вывести два или три общих
начала движения из явления и после
этого изложить, каким образом
свойства и действия всех телесных
вещей вытекают из этих явных начал,
- было бы очень важным шагом в
философии, хотя причины этих начал
и не были еще открыты.
Эти начала
движения и представляют собой основные
законы механики, которые Ньютон точно
формулирует в своем главном
труде "Математические начала натуральной
философии", опубликованном в 1687г.
Открытие
принципов механики действительно
означает подлинно революционный переворот,
который связан с переходом от
натурфилософских догадок и гипотез
о "скрытых" качествах и спекулятивных
измышлений к точному экспериментальному
естествознанию, в котором все
предположения, гипотезы и теоретические
построения проверялись наблюдениями
и опытом. Поскольку в механике
отвлекаются от качественных изменений
тел, постольку для её анализа
можно было широко пользоваться математическими
абстракциями и созданным самим Ньютоном
и одновременно Лейбницем (1646-1716) анализом
бесконечно малых. Благодаря этому изучение
механических процессов было сведено
к точному математическому их описанию.
На
основе механистической картины
мира в XVIII-начале XIX вв. была разработана
земная, небесная и молекулярная механика.
Быстрыми темпами шло развитие техники.
Это привело к абсолютизации механистической
картины мира, к тому, что она стала рассматриваться
в качестве универсальной.
В это
же время в физике начали накапливаться
эмпирические данные, противоречащие
механистической картине мира. Так,
наряду с рассмотрением системы
материальных точек, полностью соответствовавшей
корпускулярным представлениям о материи,
пришлось ввести понятие сплошной среды,
связанное по сути дела, уже не с
корпускулярными, а с континуальными
представлениями о материи. Так,
для объяснения световых явлений
вводилось понятие эфира - особой
тонкой и абсолютно непрерывной
световой материи.
Эти факты,
не укладывающиеся в русло механистической
картины мира, свидетельствовали
о том, что противоречия между
установившейся системой взглядов и
данными опыта оказались непримиримыми.
Физика нуждалась в существенном
изменении представлений о материи,
в смене физической картины мира.
2.2.
Электромагнитная картина
мира.
В процессе
длительных размышлений о сущности
электрических и магнитных явлений
М. Фарадей пришел к мысли о
необходимости замены корпускулярных
представлений о материи континуальными,
непрерывными. Он сделал вывод, что
электромагнитное поле сплошь непрерывно,
заряды в нем являются точечными
силовыми центрами. Тем самым отпал
вопрос о построении механистической
модели эфира, несовпадении механистических
представлений об эфире с реальными опытными
данными о свойствах света, электричества
и магнетизма.
Одним
из первых идеи Фарадея оценил Максвелл
(1831-1879). При этом он подчеркивал, что
Фарадей выдвинул новые философские
взгляды на материю, пространство, время
и силы, во многом изменявшие прежнюю
механистическую картину мира.
Взгляды
на материю менялись кардинально: совокупность
неделимых атомов переставала быть
конечным пределом делимости материи,
в качестве такового принималось
единое абсолютно непрерывное бесконечное
поле с силовыми точечными центрами
- электрическими зарядами и волновыми
движениями в нем.
и т.д.................
(структурные уровни организации материи с точки зрения химии).
Химия – одна из отраслей естествознания, предметом изучения которой являются химические элементы (атомы), образуемые ими простые и сложные вещества (молекулы), их превращения и законы, которым подчиняются эти превращения. По определению Д.И. Менделеева (1871), "химию в современном ее состоянии можно назвать учением об элементах". Происхождение слова "химия" выяснено не окончательно. Многие исследователи полагают, что оно происходит от старинного наименования Египта – Хемия (греч. Chemía, встречается у Плутарха), которое производится от "хем" или "хаме" – черный и означает "наука черной земли" (Египта), "египетская наука".
Современная химия тесно связана как с другими науками, так и со всеми отраслями народного хозяйства. Качественная особенность химической формы движения материи и ее переходов в другие формы движения обусловливает разносторонность химической науки и ее связей с областями знания, изучающими и более низшие, и более высшие формы движения. Познание химической формы движения материи обогащает общее учение о развитии природы, эволюции вещества во Вселенной, содействует становлению целостной материалистической картины мира. Соприкосновение химии с другими науками порождает специфические области взаимного их проникновения. Так, области перехода между химией и физикой представлены физической химией и химической физикой. Между химией и биологией, химией и геологией возникли особые пограничные области - геохимия, биохимия, биогеохимия, молекулярная биология. Важнейшие законы химии формулируются на математическом языке и теоретическая химия также не может развиваться без математики. Химия оказывала и оказывает влияние на развитие философии и сама испытывала и испытывает ее влияние. Исторически сложились два основных раздела химии: неорганическая химия, изучающая в первую очередь химические элементы и образуемые ими простые и сложные вещества (кроме соединений углерода), и органическая химия, предметом изучения которой являются соединения углерода с другими элементами (органические вещества). До конца 18 в. термины "неорганическая химия" и "органическая химия" указывали лишь на то, из какого "царства" природы (минерального, растительного или животного) получались те или иные соединения. Начиная с 19 в. эти термины стали указывать на присутствие или отсутствие углерода в данном веществе. Затем они приобрели новое, более широкое значение. Неорганическая химия соприкасается прежде всего с геохимией и далее с минералогией и геологией, т.е. с науками о неорганической природе. Органическая химия представляет отрасль химии, которая изучает разнообразные соединения углерода вплоть до сложнейших биополимерных веществ; через органическую и биоорганическую химию Химия граничит с биохимией и далее с биологией, т.е. с совокупностью наук о живой природе. На стыке между неорганической и органической химией находится область элементоорганических соединений. В химии постепенно сформировались представления о структурных уровнях организации вещества. Усложнение вещества, начиная от низшего, атомарного, проходит ступени молекулярных, макромолекулярных, или высокомолекулярных, соединений (полимер), затем межмолекулярных (комплекс, клатрат, катенан), наконец, многообразных макроструктур (кристалл, мицелла) вплоть до неопределенных нестехиометрических образований. Постепенно сложились и обособились соответствующие дисциплины: химия комплексных соединений, полимеров, кристаллохимия, учения о дисперсных системах и поверхностных явлениях, сплавах и др.
Изучение химических объектов и явлений физическими методами, установление закономерностей химических превращений, исходя из общих принципов физики, лежит в основе физической химии. К этой области химии относится ряд в значительной мере самостоятельных дисциплин: термодинамика химическая, кинетика химическая, электрохимия, коллоидная химия, квантовая химия и учение о строении и свойствах молекул, ионов, радикалов, радиационная химия, фотохимия, учения о катализе, химических равновесиях, растворах и др. Самостоятельный характер приобрела аналитическая химия, методы которой широко применяются во всех областях химии и химической промышленности. В областях практического приложения химии возникли такие науки и научные дисциплины, как химическая технология с множеством ее отраслей, металлургия, агрохимия, медицинская химия, судебная химия и др.
Внешний мир, существующий независимо от человека и его сознания, представляет собой различные виды движения материи. Материя существует в вечном движении, мерой которого выступает энергия. Наиболее изучены такие формы существования материи как вещество и поле. В меньшей степени наука проникла в сущность вакуума и информации как возможных форм существования материальных объектов.
Под веществом понимают устойчивую совокупность частиц (атомов, молекул и др.), обладающих массой покоя. Поле рассматривается как материальная среда, обеспечивающая взаимодействие частиц. Современная наука считает, что поле представляет собой поток квантов, не обладающих массой покоя.
Окружающие человека материальные тела состоят из различных веществ. При этом телами называют объекты реального мира, обладающие массой покоя и занимающие определенный объем пространства.
Каждое тело имеет свои физические параметры и свойства. А вещества, из которых они состоят, обладают химическими и физическими свойствами. В качестве физических свойств можно назвать агрегатные состояния вещества, плотность, растворимость, температура, цвет, вкус, запах и др.
Различают твердое, жидкое, газообразное и плазменное агрегатные состояния вещества. В нормальных условиях (температура 20 градусов Цельсия, давление 1 атмосфера) различные вещества находятся в разных агрегатных состояниях. Например: сахароза, хлорид натрия (соль), сера – это твердые тела; вода, бензол, серная кислота – жидкости; кислород, диоксид углерода, метан – газы.
Главной задачей химии как науки является выявление и описание таких свойств вещества, которые позволяют превращать одни вещества в другие на основе химических реакций.
Химические превращения – это особая форма движения материи, которая обусловлена взаимодействием атомов, приводящим к образованию молекул, ассоциантов и агрегатов.
С точки зрения химической организации атом является исходным уровнем в общей структуре материи.
Химия, таким образом, изучает особую «химическую» форму движения материи, характерной особенностью которой является качественное превращение вещества.
Химия – это наука, изучающая превращение одних веществ в другие, сопровождающееся изменением их состава и структуры, а также исследует взаимные переходы между этими процессами.
Термин «естествознание» означает знание о природе или природоведение. Начало изучению природы положила натурфилософия («природоведение» в переводе с немецкого «naturphilosophie»; а в переводе с латинского – «natura» – природа, «Sophia» – мудрость).
В ходе развития каждой науки, в том числе и химии, развивался математический аппарат, понятийный аппарат теорий, совершенствовалась экспериментальная база и техника эксперимента. Как результат возникла полная дифференциация в предметах исследования различных естественных наук. Химия в основном исследует атомный и молекулярный уровень организации материи, что представлено на рис. 8.1.
Рис. 8.1. Уровни материи, изучаемые химической наукой
Основные понятия и законы химии
В основе современного естествознания лежит принцип сохранения материи, движения и энергии. Сформулированный М.В. Ломоносовым в 1748 г. Этот принцип прочно вошел в химическую науку. В 1756 г. М.В. ломоносов, изучая химические процессы, обнаружил постоянство общей массы веществ, участвующих в химической реакции. Это открытие стало важнейшим законом химии – законом сохранения и взаимосвязи массы и энергии. В современной трактовке он формулируется следующим образом: масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.
В 1774 г. Знаменитый французский химик А. Лавуазье дополнил закон сохранения массы представлениями о неизменности масс каждого из веществ, участвующих в реакции.
В 1760 г. М.В. Ломоносов сформулировал закон сохранения энергии: энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, она превращается из одного вида в другой. Немецкий ученый Р. Майер в 1842 г. Экспериментально подтвердил данный закон. А английский ученый Джоуль установил эквивалентность различных видов энергии и работы (1кал= 4,2 Дж). Для химических реакций этот закон формулируется следующим образом: энергия системы, включающей вещества, вступившие в реакцию, равна энергии системы, включающей вещества, образовавшиеся в результате реакции.
Закон постоянства состава был открыт французским ученым Ж. Прустом (1801г.): всякое химически чистое индивидуальное вещество имеет всегда один и тот же количественный состав независимо от способа его получения. Другими словами, как бы не получали воду –при сгорании водорода или при разложении гидроксида кальция (Ca (OH)2) отношение масс водорода и кислорода в ней равно 1:8.
В 1803г. Дж. Дальтон (английский физик и химик) открыл закон кратных отношений, согласно которому, если два элемента образуют между собой несколько соединений, то массы одного из элементов, приходящиеся на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа. Этот закон является подтверждением атомистических представлений о структуре материи. Если элементы соединяются в кратных отношениях, то химические соединения различаются на целые атомы, которые представляют собой наименьшее количество элемента, вступившего в соединение.
Важнейшим открытием химии XIX столетия является закон Авогадро. В результате количественных исследований реакций между газами французский физик Ж.Л. Гей-Люссак установил, что объемы реагирующих газов относятся между собой и к объемам образующихся газообразных продуктов, как небольшие целые числа. Объяснение этому факту и дает закон Авогадро (открытый итальянским химиком А. Авогадро в 1811г.): в равных объемах любых газов, взятых при одинаковой температуре и давлении, содержится одинаковое число молекул.
Закон эквивалентов часто применяется в химических расчетах. Из закона постоянства состава следует, что взаимодействие элементов друг с другом совершается в строго определенных (эквивалентных) соотношениях. Поэтому термин эквивалент утвердился в химической науке в качестве основного. Эквивалентом элемента называют такое его количество, которое соединяется с одним молем водорода или замещает тоже количество атомов водорода в химических реакциях. Масса одного эквивалента химического элемента называется его эквивалентной массой. Представления об эквивалентах и эквивалентных массах применимы и к сложным веществам. Эквивалентом сложного вещества называется такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или с одним эквивалентом любого другого вещества. Формулировка закона эквивалентов была дана Рихтером в конце XVIII века: все вещества реагируют друг с другом в количествах, пропорциональных их эквивалентам. Другая формулировка этого закона гласит: массы (объемы) реагирующих друг с другом веществ пропорциональны их эквивалентнвм массам (объемам). Математическая запись этого закона имеет вид: m 1: m 2 = Э 1: Э 2 , где m 1 и m 2 – массы взаимодействующих веществ, Э 1 и Э 2 – эквивалентные массы этих веществ, выраженные в кг/моль.
Важную роль играет периодический закон Д.И. Менделеева, современная трактовка которого гласит, что порядок расположения и химические свойства элементов определяются зарядом ядра.
Слайд 2
вопросы
1. Химия как наука. 2. Алхимия как предыстория химии. 3. Эволюция химической науки. 4. Идеи Д. И. Менделеева и А. М. Бутлерова. 5. Антропогенный химизм и его влияние на среду обитания.
Слайд 3
от египетского слова «хеми», что означало Египет, а также «черный». Историки науки переводят этот термин как «египетское искусство». химия означает искусство производить необходимые вещества, в том числе и искусство превращать обыкновенные металлы в золото и серебро или их сплавы
Слайд 4
слово «химия» произошло от греческого термина «химос», который можно перевести как «сок растений». «химия» означает «искусство получения соков», но сок, о котором идет речь, может быть и расплавленным металлом. Химия может означать «искусство металлургии».
Слайд 5
Химия - раздел естествознания, исследующий свойства вещества и их превращения
Основной проблемой химии является получение веществ с заданными свойствами. химия неорганическая органическая исследует свойства химических элементов и их простых соединений: щелочи, кислоты, соли. изучает сложные соединения на основе углерода - полимеры, в том числе, созданные человеком: газы, спирты, жиры, сахара
Слайд 6
Основные периоды развития химии
1. Период алхимии - с древности до XVI в. нашей эры. Характеризуется поисками философского камня, эликсира долголетия, алкагеста (универсального растворителя). 2. Период в течение XVI - XVIII веков. Созданы теории Парацельса, теории газов Бойля, Кавендиша и др., теория флогистона Г. Шталя и теория химических элементов Лавуазье. Совершенствовалась прикладная химия, связанная с развитием металлургии, производства стекла и фарфора, искусства перегонки жидкостей и т.д. К концу XVIII века произошло упрочение химии как науки, независимой от других естественных наук.
Слайд 7
3. Первые шестьдесят лет XIX века. Характеризуется возникновением и развитием атомной теории Дальтона, атомно-молекулярной теории Авогадро и формированием основных понятий химии: атом, молекула и др. 4. С 60-х годов XIX века до наших дней. Разработаны периодическая классификация элементов, теория ароматических соединений и стереохимия, электронная теория материи и т.д. Расширился диапазон составных частей химии, как неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, фармацевтическая химия, химия пищевых продуктов, агрохимия, геохимия, биохимия и т.д.
Слайд 8
АЛХИМИЯ
«Алхимия» - это арабизированное греческое слово, которое понимается как «сок растений». 3 типа: греко-египетская, арабская, западно-европейская
Слайд 9
Родина алхимии - Египет.
Философская теория Эмпедокла о четырех элементах Земли (вода, воздух, земля, огонь). Согласно ей различные вещества на Земле различаются только по характеру сочетания этих элементов. Эти четыре элемента могут смешиваться в однородные вещества. Важнейшей проблемой алхимии считался поиск философского камня. Улучшили процесс очистки золота путем купеляции (нагревая богатую золотом руду со свинцом и селитрой). Выделение серебра путем сплавления руды со свинцом. Получила развитие металлургия обыкновенных металлов. Известен процесс получения ртути.
Слайд 10
АРАБСКАЯ АЛХИМИЯ
«хеми» в «аль-химия» Джабир ибн Хайям описал нашатырный спирт, технологию приготовления свинцовых белил, способ перегонки уксуса для получения уксусной кислоты; все семь основных металлов образуются из смеси ртути и серы. ж
Слайд 11
ЗАПАДНОЕВРОПЕЙСКАЯ АЛХИМИЯ
монах-доминиканец Альберт фон Больштедт (1193-1280) – Альберт Великий детально описал свойства мышьяка, высказывал мнение о том, что металлы состоят из ртути, серы, мышьяка и нашатыря.
Слайд 12
британский философ ХII в. – Роджер Бэкон (около 1214 - после 1294). возможный изобретатель пороха; писал о потухании веществ без доступа воздуха, писал о способности селитры взрываться с горящим углем.
Слайд 13
испанский врач Арнальдо де Виллановы (1240-1313) и РаймундЛуллия (1235-1313). попытки получить философский камень и золото (неудачно), изготовили бикарбонат калия. итальянский алхимик кардинал Джованни Фиданца (1121-1274) – Бонавентура получил раствор нашатыря в азотной кислоте самый видный алхимиков был испанцем, жил в XIV веке - Гебера. описал серную кислоту, описал, как образуется азотная кислота, отметил свойство царской водки воздействовать на золото, считавшееся до тех пор неподдающимся изменению.
Слайд 14
Василий Валентин (XIV в.) открыл серный эфир, соляную кислоту, многие соединения мышьяка и сурьмы, описал способы получения сурьмы и ее медицинское применение
Слайд 15
Теофраст фон Гогенгейм (Парацельс) (1493-1541) основатель ятрохимии – медицинской химии, достиг некоторого успеха в борьбе с сифилисом, одним из первых разрабатывал лекарственные средства для борьбы с умственными расстройствами, ему приписывают открытие эфира.
Посмотреть все слайды
Химия – наука о веществах и их превращениях, которые сопровождаются изменением состава и строения вещества. Эти процессы осуществляются на границе микро- и макромира.
Как самостоятельная наука химия начинает развиваться с середины XVII века. Научному этапу развития химии предшествовал период алхимии. Это явление культуры связывается с попытками получить «совершенные» металлы – золото и серебро – из «несовершенных» металлов с помощью гипотетического вещества – «философского камня» или эликсира. Не смотря на очевидную невозможность осуществить это превращение, алхимия стимулировала развитие химических технологий (металлургия, стеклоделие, производство керамики, бумаги, спиртных напитков) и открытие способов получения новых химических веществ.
Научный этап развития химии принято делить на четыре периода, в каждом из которых формируется концептуальная система знаний:
а) учение о составе вещества (сер. 17 – сер. 18 вв.) – изучает зависимость свойств веществ от химического состава (состава молекулы);
б) учение о структуре вещества (структурная химия) (сер. 18 – сер. 20 вв.) – изучает зависимость свойств веществ от строения молекулы;
в) учение о химических процессах (сер. 20 в.) – изучаются механизмы протекания химических реакций, а также процессы их ускорения (катализ);
г) эволюционная химия (последние 25-30 лет) - изучает химические процессы в живой природе, процессы самоорганизации химических систем.
3.1.1 Учение о составе вещества
В основе классической химии лежит концепция атомизма, которая была сформулирована еще в античной философии Левкипом, Демокритом и Эпикуром. На основе атомизма в середине 19 века были сформулированы основные положения атомно-молекулярного учения.
Вещества состоят из молекул. Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. Молекулы отличаются между собой составом, размерами, физическими и химическими свойствами.
Молекулы находятся в непрерывном движении; между ними существует взаимное притяжение и отталкивание. Скорость движения молекул зависит от агрегатного состояния веществ.
При физических явлениях состав молекул остается неизменным, при химических реакциях из одних молекул образуются другие.
Молекулы состоят из атомов. Свойства атомов одного элемента отличаются от свойств атомов других элементов. Атомы характеризуются определенными размерами и массой. Масса атома, выраженная в атомных единицах массы (а.е.м.) называется относительной атомной массой.
1 а.е.м. = 1,667 10 -27 кг.
Атомно-молекулярное учение позволило объяснить основные понятия и законы химии. Понятие «химический элемент» предложил Р.Бойль, обозначение химических элементов символами предложил в 1814 г. Й. Берцелиус. Химический элемент – определенный вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Заряд ядра численно равен порядковому номеру элемента в периодической системе. В настоящее время известно 118 химических элементов, из них 94 обнаружены в природе, остальные 24 получены искусственно в результате ядерных реакций.
Атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Химические свойства элемента определяются строением его атома. Отсюда следует определение атома, соответствующее современным представлениям: Атом - это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного атомного ядра и отрицательно заряженных электронов.
Изотопы – атомы одного и того же химического элемента, имеющие разную массу и, соответственно, различное количество нейтронов в ядре. Изотопы могут быть стабильными, т.е. их ядра не подверженными самопроизвольному распаду, и радиоактивными, которые способны превращаться в атомы других элементов до тех пор, пока не образуется стабильный изотоп (Уран-238 Свинец-206).
Аллотропия – способность элементов существовать в виде различных простых веществ, отличающихся физическими и химическими свойствами. Аллотропия может быть результатом образования молекул с различным числом атомов (например, атомарный кислород O, молекулярный кислород O 2 и озон O 3) или образования различных кристаллических форм (например, графит и алмаз). В результате аллотропии из 118 элементов образуется около 400 простых веществ.
Молекула - это наименьшая частица данного вещества, обладающая его химическими свойствами. Понятие молекула ввел итальянский ученый А.Авогадро. В 1811 году он предложил молекулярную теорию строения вещества.
Химические свойства молекулы определяются ее составом и химическим строением. Размеры молекул определяются их массой и структурой и у больших молекул могут достигать 10 -5 см. В настоящее время известно свыше 18 млн. видов молекул разных веществ.
Химическая формула - это условная запись состава вещества с помощью химических знаков и индексов. Химическая формула показывает, атомы каких элементов и в каком отношении соединены между собой в молекуле.
Основные хи мические законы.
Закон сохранения массы (М.В.Ломоносов, А.Л.Лавуазье): масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. С точки зрения атомно-молекулярного учения в результате химических реакций атомы не исчезают и не возникают, а происходит их перегруппировка (химическое превращение). Поскольку число атомов до и после реакции остается неизменным, то их общая масса также изменяться не должна. Исходя из закона сохранения массы, можно составлять уравнения химических реакций и по ним производить расчеты. Этот закон является основой количественного химического анализа.
В начале 20 века
формулировка закона сохранения массы
подверглась пересмотру в связи с
появлением теории относительности (см.
п.2.4.1), согласно которой масса тела
зависит от его скорости и, следовательно,
характеризует не только количество
материи, но и ее движение. Полученная
телом энергия
E
связана с увеличением его массы
m
соотношением
E
=
m
c 2
, где с - скорость света. Это соотношение
не используется в химических реакциях,
т.к. 1 кДж энергии соответствует изменению
массы приблизительно на 10 -11
г и
m
практически не может быть измерено.
Однако в ядерных реакциях, где изменение
энергии
Е
в миллионы раз больше, чем в химических
реакциях,
m
следует учитывать.
Закон постоянства состава вещества :
Согласно закону постоянства состава, всякое химически чистое вещество имеет постоянный качественный и количественный состав независимо от способа его получения. Качественный и количественный состав вещества показывает химическая формула. Например, независимо от того, каким способом получено вещество вода (Н 2 О), оно имеет постоянный состав: два атома водорода и один атом кислорода.
Из закона постоянства состава следует, что при образовании сложного вещества элементы соединяются друг с другом в определенных массовых соотношениях.
В настоящее время установлено, что этот закон всегда выполним для соединений с молекулярной структурой. Состав же соединений с немолекулярной структурой (с атомной, ионной и металлической кристаллической решеткой) не является постоянным и зависит от условий получения.
Закон кратных отношений (Дж. Дальтон) - если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то массы элементов соотносятся между собой как небольшие целые числа.
Например: в оксидах азота N 2 O, N 2 O 3 , NO 2 (N 2 O 4), N 2 O 5 число атомов кислорода, приходящихся на два атома азота, относятся между собой как 1: 3: 4: 5.
Закон объемных отношений (Гей-Люссак )- объемы газов, вступающих в химические реакции, и объемы газов, образующихся в результате реакции, относятся между собой как небольшие целые числа. Следовательно, стехиометрические коэффициенты в уравнениях химических реакций для молекул газообразных веществ показывают, в каких объемных отношениях реагируют или получаются газообразные вещества. Например:
2CO
+ O
2
2CO
2
При окислении двух объемов оксида углерода (II) одним объемом кислорода образуется 2 объема углекислого газа, т.е. объем исходной реакционной смеси уменьшается на 1 объем.
Закон Авогадро - в равных объемах любых газов, взятых при одной и той же температуре и при одинаковом давлении, содержится одно и то же число молекул. Согласно этому закону:
одно и то же число молекул различных газов при одинаковых условиях занимает одинаковые объемы;
1моль любого идеального газа при нормальных условиях (0°C = 273°К, 1 атм = 101,3 кПа) занимает одинаковый объем 22,4 л.
Французский химик А.Л. Лавуазье впервые попытался систематизировать химические элементы в соответствии с их массой. Английский химик Дж.Дальтон ввел понятие атомная масса и явился создателем теории атомного строения. В 1804 году он предложил таблицу относительных атомных масс водорода, азота, углерода, серы и фосфора, приняв за единицу атомную массу водорода. В настоящее время атомная масса измеряется относительно 1/12 массы атома изотопа углерода.
Работу по изучению свойств атомов продолжил Д.И. Менделеев и в 1869 г. сформулировал периодический закон и разработал Периодическую систему химических элементов. Периодический закон был сформулирован в следующем виде: «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов». В качестве системообразующего фактора Д.И.Менделеев использовал массу химического элемента. В Периодической системе Д.И. Менделеева насчитывалось 62 элемента.
Квантовая механика уточнила, что свойства химических элементов и их соединений определяются зарядом атомного ядра. Современная формулировка периодического закона химических элементов: свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атома и определяются периодически повторяющимися однотипными электронными конфигурациями их атомов.
Реакционная способность атома химического элемента определяется количеством электронов на внешней оболочке атома.
Валентность – свойства атомов одного элемента образовывать определенное число связей с атомами других элементов. Осуществляют химические связи между атомами электроны, расположенные на внешней оболочке и связанные с ядром наименее прочно. Их назвали валентными электронами. Определить валентность (число валентных электронов) можно по таблице Д.И.Менделеева, зная номер группы, в которой находится химический элемент.
Электроотрицательность – свойство атома в соединении притягивать к себе валентные электроны. Чем сильнее атом оттягивает к себе электроны, тем больше его электроотрицательность. Степень окисления - условный заряд, который образуется на атоме, если учесть, что электрон при образовании связи переходит полностью к более электроотрицательному атому. Максимальная степень окисления элемента определяется номером группы в таблице Менделеева.
Атомы в молекулах связаны между собой химическими связями, которые образуются за счет перераспределения валентных электронов между атомами. При образовании химической связи атомы стремятся приобрести устойчивую (завершенную) внешнюю электронную оболочку. Химическая связь – вид фундаментального электромагнитного взаимодействия. Образование химической связи происходит за счет притяжения положительных и отрицательных зарядов, которые образуются на атоме при потере или смещении его электрона со стационарной орбиты. В зависимости от характера взаимодействия атомов различают ковалентную, ионную, металлическую и водородную химические связи.
Ковалентная связь осуществляется за счет образования общих электронных пар между двумя атомами. Она может быть полярной и неполярной. Ионная связь представляет собой электростатическое притяжение между ионами, которые образуются за счет полного смещения электронной пары к одному из атомов. Металлическая связь - это связь между положительными ионами металлов посредством общего электронного облака («электронного газа»).
Кроме внутримолекулярных связей образуются и межмолекулярные связи. Межмолекулярные взаимодействия - взаимодействия молекул между собой, не приводящие к разрыву или образованию внутримолекулярных химических связей. От межмолекулярных взаимодействий зависят агрегатное состояние вещества, структурные, термодинамические, теплофизические и другие свойства веществ. Примером межмолекулярной связи является водородная связь.
Водородная связь - межмолекулярная связь, образованная за счет притяжения более электроотрицательного атома (F, O, N), и атома водорода с частичным положительным зарядом. Например, водородная связь реализуется между молекулами воды, спирта, органических кислот. Она оказывает влияние на температуру кипения вещества.
Водородная связь может образоваться и внутри молекул. Например, внутримолекулярные водородные связи существуют в молекулах нуклеиновых кислот, белков, полипептидов и др. и определяют структуру этих макромолекул
Химия – наука о превращениях веществ, сопровождающихся изменением их состава и строения.
Явления, при которых из одних веществ образуются другие, называются химическими . Естественно, что, с одной стороны, в этих явлениях можно обнаружить чисто физические изменения, а, с другой стороны, химические явления всегда присутствуют во всех биологических процессах. Таким образом, очевидна связь химии с физикой и биологией.
Эта связь, по-видимому, была одной из причин того, почему химия долго не могла стать самостоятельной наукой. Хотя уже Аристотель разделял вещества на простые и сложные, чистые и смешанные и пытался объяснить возможность одних превращений и невозможность других, химические явления в целом он считал качественными изменениями и потому относил к одному из родов движения . Химия Аристотеля была частью его физики – знания о природе ().
Другая причина несамостоятельности античной химии связана с теоретичностью , созерцательностью всей древнегреческой науки в целом. В вещах и явлениях искали неизменное – идею . Теория химических явлений приводила к идее элемента () как некоего начала природы или к идее атома как неделимой частицы вещества. Согласно атомистической концепции, особенности форм атомов во множестве их сочетаний обуславливают разнообразие качеств тел макромира.
Эмпирический опыт относился в Древней Греции к области искусств и ремесел . Он включал также и практические знания о химических процессах: выплавке металлов из руд, крашении тканей, выделке кожи.
Вероятно, из этих древних ремесел, известных еще в Египте и Вавилоне, возникло «тайное» герметическое искусство Средневековья – алхимия, наиболее распространенное в Европе в IX-XVI веках.
Зародившись в Египте в III-IV веках, это направление практической химии было связано с магией и астрологией. Целью ее было разработать способы и средства превращения менее благородных веществ в более благородные, чтобы достичь реального совершенства, как материального, так и духовного. В ходе поисков универсальных средств таких превращений арабские и европейские алхимики получили много новых и ценных продуктов, а также усовершенствовали лабораторную технику.
1. Период зарождения научной химии (XVII – конец XVIII в.; Парацельс, Бойль, Кавендиш, Шталь, Лавуазье, Ломоносов). Характеризуется тем, что химия выделяется из естествознания в качестве самостоятельной науки. Ее цели определяются развитием промышленности в Новое время. Однако, теории этого периода, как правило, используют либо античные, либо алхимические представления о химических явлениях. Завершился период открытием закона сохранения массы при химических реакциях.
Например, ятрохимия Парацельса (XVI в.) была посвящена приготовлению лекарств и лечению болезней. Парацельс объяснял причины болезней нарушением химических процессов в организме. Как и алхимики, он сводил разнообразие веществ к нескольким элементам – носителям основных свойств материи. Следовательно, восстановление их нормального соотношения приемом лекарств излечивает болезнь.
Теория флогистона Шталя (XVII-XVIII вв.) обобщала множество химических реакций окисления, связанных с горением. Шталь предположил существование во всех веществах элемента «флогистон» – начала горючести.
Тогда реакция горения выглядит так: горючее тело → остаток + флогистон; возможен и обратный процесс: если остаток насытить флогистоном, т.е. смешать, например, с углем, то снова можно получить металл.
2. Период открытия основных законов химии (1800-1860 гг.; Дальтон, Авогадро, Берцелиус). Итогом периода стала атомно-молекулярная теория:
а) все вещества состоят из молекул, которые находятся в непрерывном хаотическом движении;
б) все молекулы состоят из атомов;
3. Современный период (начался в 1860 гг.; Бутлеров, Менделеев, Аррениус, Кекуле, Семенов). Характеризуется выделением разделов химии в качестве самостоятельных наук, а также развитием смежных дисциплин, например, биохимии. В этот период были предложены периодическая система элементов, теории валентности, ароматических соединений, электрохимической диссоциации, стереохимия, электронная теория материи.
Современная химическая картина мира выглядит так:
1. Вещества в газообразном состоянии состоят из молекул. В твердом и жидком состоянии из молекул состоят только вещества с молекулярной кристаллической решеткой (СО 2 , H 2 O). Большинство твердых тел имеет структуру либо атомную, либо ионную и существует в виде макроскопических тел (NaCl, CaO, S).
2. Химический элемент – определенный вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Химические свойства элемента определяются строением его атома.
3. Простые вещества образованы из атомов одного элемента (N 2 , Fe). Сложные вещества или химические соединения образованы атомами разных элементов (CuO, H 2 O).
4. Химические явления или реакции – это процессы, в которых одни вещества превращаются в другие по строению и свойствам без изменения состава ядер атомов.
5. Масса веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции (закон сохранения массы).
6. Всякое чистое вещество независимо от способа получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав (закон постоянства состава).
Основная задача химии – получение веществ с заранее заданными свойствами и выявление способов управления свойствами вещества.
