Становление 1-й и 2-й концептуальных систем химии

      Становление  1-й и 2-й концептуальных систем химии

      Концептуальная  система в химии — это система взаимосвязанных теорий, объединённых общими фундаментальными принципами, понятиями, законами, методами и проблемами. Теорию концептуальных систем развития химии создал и развивал русский химик и философ Кузнецов Владимир Иванович.

      Химическая  картина мира формируется на основе четырех концептуальных систем химического знания:

      - учения о составе вещества;

      - структурной химии;

      - учения о химических процессах;

      - эволюционной химии.

      Процесс становления концептуальных систем происходил таким образом, что каждая новая возникала на основе предыдущей и включала ее в себя в преобразованном  виде.

      Хронология  становления системы химических знаний включает в себя:

      1. Учение о составе вещества (1660-е) связано с исследованием различных свойств веществ в зависимости от их химического состава, определяемого их элементами. В период с середины 17 в. до второй половины 19 в. учение о составе вещества было главным. Оно существует и сегодня и представляет собой часть химии.

      2. Структурная химия (1800-е) предполагает  исследование структуры, т.е. способа  взаимодействия элементов вещества. К этому времени стало известно, что свойства веществ и их  разнообразие определяются не  только их составом, но и структурой (химическим строением) молекул. Этот уровень, как более высокий, включает в себя первый.

      3. Учение о химических процессах  (1950-е) связан с исследованием  внутренних механизмов и условий  протекания химических процессов  (скорость протекания реакций, температура, давление и т.п.) Химия становится не столько наукой о веществах, сколько наукой о процессах и механизмах изменения веществ.

      4. Эволюционная химия (1970-е) представляет  собой развитие предыдущего уровня, предполагает более глубокое изучение природы и условий протекания химических процессов. На этом уровне наблюдается самоорганизация химических систем.

      Учение  о составе вещества охватывает три  основные проблемы:

1. Проблему химического  элемента.

2. Проблему химического  соединения.

3. Проблему вовлечения и применения все большего числа химических элементов для производства новых материалов.

      Проблема  химического элемента связана со следующими этапами развития науки:

- в 17 в. Р.Бойль  дал первое научное определение  понятия «химический элемент».

- в 18 в. А.Лавуазье  сделал первую попытку в истории  химии систематизации химических  элементов.

- в 19 в. Д.И.Менделеев  открыл Периодический закон и  разработал Периодическую систему  элементов.

- в настоящее  время раскрыт физический смысл  Периодического закона и дано квантово-механическое обоснование строения атомов химических элементов.

      Проблема  химического соединения связана с открытием Ж.Прустом закона постоянства состава и его теоретическим обоснованием Д.Дальтоном. Исследования, проведенные в 19 в., подвергли сомнению абсолютность закона постоянства состава. В результате открытия физической природы химизма как обменного взаимодействия электронов химия по-новому стала решать проблему химического соединения, которое определяется как вещество, состоящее из одного или нескольких химических элементов, атомы которых за счет обменного взаимодействия (химической связи) объединены в частицы – молекулы, комплексы, монокристаллы.

      Проблема структуры химических соединений связана с атомистическими представлениями Д.Дальтона, согласно которым любой химический индивид состоит из молекул, обладающих строго количественным и качественным составом. Берцелиус и Ш. Жерар конкретизировали и дополнили эти представления, введя в химию представление о взаимодействии атомов и их преобразовании в единую целостную систему.

      Ф. Кекуле предпринял попытку раскрыть структуры молекул и синтезировать новые вещества. Комбинируя атомы различных химических элементов по их валентности, можно прогнозировать получение различных химических соединений в зависимости от исходных реагентов, т.е. управлять процессом синтеза различных веществ с заданными свойствами.

      Важнейшим шагом в развитии структурной  химии стало появление теории химического строения органических соединений русского химика A.M. Бутлерова, который считал, что образование молекул из атомов происходит за счет замыкания свободных единиц сродства, но при этом он указывал на то, с какой энергией (большей или меньшей) это сродство связывает вещества между собой. Иными словами, Бутлеров впервые в истории химии обратил внимание на энергетическую неравноценность разных химических связей. Эта теория позволила строить структурные формулы любого химического соединения, так как показывала взаимное влияние атомов в структуре молекулы, а через это объясняла химическую активность одних веществ и пассивность других.

      Эволюция  понятия химической структуры в  истории химии осуществлялась в  двух направлениях: анализа ее составных  частей и установления характера физико-химического взаимодействия между ними.

      По  современным представлениям, структура  молекул – это пространственная и энергетическая упорядоченность  квантово-механической системы, состоящей из атомных ядер и электронов.

      Таким образом, в рамках содержательного подхода история химии может быть рассмотрена как история возникновения и развития концептуальных систем, каждая из которых представляет собой принципиально новый способ решения основной задачи химии.