Чем отличается естественно - научная культура от гуманитарной

    6. Основные направления в развитии учения о составе веществ

    Учение  о составе вещества охватывает три  основные проблемы:

    • анализ состава химического элемента;

    • определение состава химического  соединения;

    • применение все большего числа химических элементов для производства новых материалов.

    В истории развития учения о составе  вещества решение первой из названных  проблем начиналось с ошибочного представления о химическом элементе. Первая научная теория химии, - теория флогистона, касающаяся состава вещества, оказалась ошибочной. Лишь в 1660-х годах Р. Бойль положил начало современному представлению о химическом элементе как о "простом теле" или как о пределе химического разложения вещества, переходящим из состава одного в состав другого сложного тела. В те времена для получения химического элемента как "простого тела" использовался универсальный метод разложения сложных тел - метод прокаливания. После прокаливания образовывалась окалина, которая принималась за элемент. В результате металлы - железо, медь, свинец, сурьму и т.д. - считали сложными телами, состоящими из соответствующих элементов и универсального "невесомого тела" - флогистона (греч. - "горючий").

    Ошибочная теория флогистона, как и гелиоцентрическая теория, послужила толчком к многочисленным исследованиям. Появились точные методы количественного анализа вещества, способствовавшие открытию истинных химических элементов. Были открыты: фосфор, кобальт, никель, водород, фтор, азот, хлор, марганец и кислород.

    Открыв  кислород и установив его роль в образовании кислот, окислов  и воды, выдающийся французский химик  А.Л. Лавуазье (1743-1794) опроверг теорию флогистона.

    Лавуазье  сделал первую попытку систематизации химических элементов. В свою систему элементов он включил кислород, водород, азот, серу, фосфор, семь известных в то время металлов, известь, магнезию, глинозем и кремнезем. Однако он ошибочно считал, что известь, глинозем и другие неделимы. Ошибку исправил в дальнейшем Д.И. Менделеев, открыв тем самым периодический закон химических элементов (1869 г.).

    Более поздние исследования показали, что  место элемента в периодической  системе определяется не просто порядковым номером, а зарядом атомного ядра. В этой связи можно утверждать, что химический элемент - это совокупность атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра.

    К настоящему времени сложилось определенное представление о структуре атома и ядра и о квантово-механических свойствах составляющих их частиц. Раскрыт физический смысл периодического закона и дано квантово-механическое обоснование строения атомов химических элементов периодической системы Менделеева.

    Во  времена Менделеева было известно всего 62 элемента. В 1930-е годы система элементов  заканчивалась ураном (Z = 92). В 1940-1945 гг. путем физического синтеза атомных ядер были открыты элементы: нептуний, плутоний, америций, кюрий, в 1949 - 1952 гг. - берклий, калифорний и фермий, в 1955 г. - менделевий - всего примерно за 15 лет было открыто 9 элементов. Затем за все последующие 40 лет было синтезировано только 6 элементов. Все эти элементы крайне неустойчивы. Следует ожидать, что с развитием техники эксперимента будут открыты новые химические элементы.

    Еще в 1800-1808 гг. французский ученый Ж. Пруст (1754 - 1826) установил закон постоянства состава: любое индивидуальное химическое соединение обладает строго определенным, неизменным составом, прочным притяжением составных частей (атомов) и тем отличается от смесей. На основе идеи об атомическом строении вещества этот закон теоретически обосновал в 1800 - 1810 гг. английский ученый Дж. Дальтон. Он показал, что все индивидуальные вещества в отличие от смесей состоят из однородных мельчайших частиц - "сложных атомов" молекул, которые в свою очередь состоят из простых атомов разных химических элементов.

    7. Возможности современной химии и химии будущего

    Современная химия изучает превращения, при  которых молекулы одного соединения обмениваются атомами с молекулами других соединений, распадаются на молекулы с меньшим числом атомов, а также вступают в химические реакции, в результате которых образуются новые вещества. Атомы претерпевают в химических процессах некоторые изменения, лишь в наружных электронных оболочках, атомное ядро и внутренние электронные оболочки при этом не изменяются.

    При определении предмета химии нередко акцентируют внимание на том, что его составляют, прежде всего, соединения атомов и превращения этих соединений, происходящее с разрывом одних и образованием других межатомных связей.

    Различные химические науки отличаются тем, что они занимаются изучением либо различных классов соединений, либо разных типов реакций, либо использованием разных методов исследования. Ограничение одной химической дисциплины от другой, сохраняющее в нынешних условиях исторически сложившиеся разграничительные линии, имеет относительный характер.

    До  конца XIX века химия в основном была целостной единой наукой. Внутреннее ее деление на органическую и неорганическую не нарушало этого единства. Но последовавшие  вскоре многочисленные открытия, как  в самой химии, так и в биологии, физике положили начало быстрой ее дифференциации.

    Современная химическая наука, опираясь в прочные  теоретические основы, непрерывно развивается  вширь и вглубь. В частности, происходит открытие и изучение новых, качественно  различных дискретных химических частиц.

    В начале XX в. химики открыли радикалы как одну из активных форм химического  вещества. Они образуются из молекул  путем отщепления отдельных атомов или групп и содержат атомы  элементов в необычном для  них валентном состоянии, что связано с наличием одиночных (неспаренных) электронов, объясняющих их исключительную химическую активность.

    К особым формам химического вещества относятся также макромолекулы. Они состоят из сотен и тысяч  атомов и вследствие этого приобретают  в отличие от обычной молекулы качественно новые свойства.

    Характерный для новейшей химии, как и для  всей науки XX в., процесс глубокой внутренней дифференциации в значительной степени  связан с открытием этого качественного  многообразия химических веществ. Их строение, превращения и свойства стали предметом изучения специальных разделов химии: электрохимии, химической кинетики, химии полимеров, химии комплексных соединений, коллоидной химии, химии высокомолекулярных соединений.

    Уже к началу XX в. внутри самой химии  четко различаются общая и неорганическая химия, и органическая химия. Предметом изучения общей и тесно связанной с ней неорганической химии стали химические элементы, образуемые ими простейшие неорганические соединения и их общие законы (прежде всего периодический закон Д.И. Менделеева).

    Сильный толчок развитию неорганической химии  дали проникновение в недра атома  и изучение ядерных процессов. Поиски элементов, наиболее пригодных для  расщепления в ядерных реакторах, способствовали исследованию малоизученных  и синтезу новых элементов с помощью ядерных реакций. Изучением их свойств, а также физико-химических основ и химических свойств радиоактивных изотопов, методикой их выделения и концентрации занялась радиохимия, возникшая во второй четверти XX в.

    Органическая химия окончательно сложилась в самостоятельную науку во второй половине XIX в. Этому способствовало получение большого эмпирического и теоретического материала о соединениях углерода и его производных. Определяющим фактором для всех органических соединений являются особенности валентного состояния углерода — способность его атомов связываться между собой как одинарной, так и двойной, тройной связью в длинные линейные и разветвленные цепи. Благодаря бесконечному многообразию форм сцепления углеродных атомов, наличию изомерии и гомологических рядов почти во всех классах органических соединений возможности получения этих соединений практически безграничны.

    В XX в. многие разделы органической химии  стали постепенно превращаться в  большие, относительно самостоятельные ветви со своими объектами изучения. Так появились химия элементоорганических соединений, химия полимеров, химия высокомолекулярных соединений, химия антибиотиков, душистых соединений, фармакохимия и т.д.

    В конце XX в. возникает химия металлоорганических соединений, то есть соединений, содержащих одну (или более) прямую связь металла с углеродом. До окончания века были открыты органические соединения ртути, кадмия, цинка, свинца и др. В настоящее время получены углеродистые соединения со значительным содержанием не только металлов, но и неметаллов (фосфор, бор, кремний, мышьяк и т.д.). Теперь эту область химии стали называть химией элементоорганических соединений, она находится на стыке органической и неорганической химии.

    Самостоятельной областью химии является наука о  методах определения состава  вещества — аналитическая химия. Ее основная задача — определение  химических элементов или их соединений, входящих в состав исследуемого вещества, — решается путем анализа. Без  современных методов анализа был бы невозможен синтез новых химических соединений, эффективный постоянный контроль за ходом технологического процесса и качеством получаемых продуктов.

    Химия наших дней составляет одну из наиболее обширных областей человеческих знаний и играет исключительно важную роль в народном хозяйстве. Объекты и методы исследования химии настолько разнообразны, что многие ее разделы являются по существу самостоятельными научными дисциплинами. Современную химию принято подразделять в наиболее общем плане, по крайней мере, на 5 разделов: неорганическую, органическую, физическую, аналитическую и химию высокомолекулярных соединений. Однако четких границ между этими разделами не существует.

    К важнейшим особенностям современной  химии относятся:

    1. Дифференциация основных разделов химии на отдельные, во многом самостоятельные научные дисциплины. Эта дифференциация основана на различии объектов и методов исследования. Так, на значительное число быстро развивающихся дисциплин подразделяется физическая химия.

    2. Интеграция химии с другими  науками. В результате этого  процесса возникли биохимия, биоорганическая  химия и молекулярная биология, изучающие химические процессы  в живых организмах. На границе  химии и геологии развивается  геохимия, исследующая закономерности поведения химических элементов в земной коре. Задачи космохимии — изучение особенностей элементного состава космических тел (планет и метеоритов) и различных соединений, содержащихся в этих объектах.

    3. Появление новых, главным образом,  физико-химических в физических методов исследования (структурный рентгеновский анализ, масс-спектроскопия, методы радиоспектроскопии и др.)

    Современная химия представлена множеством различных  направлений развития знаний:

     — природа вещества

     — способы преобразования химических веществ

    Современная химия является не просто суммой знаний о веществах, а высоко упорядоченной, постоянно развивающейся системой знаний, имеющей свое место в ряду других естественных наук.

    Химия изучает качественное многообразие материальных носителей химических явлений, химической формы движения материи. Хотя структурно она пересекается в определенных областях и с физикой, и с биологией, и с другими естественными науками, но сохраняет при этом свою специфику. 

    8. Охарактеризуйте кратко эволюцию Вселенной

    Процесс эволюции Вселенной происходит очень  медленно. Ведь Вселенная во много  раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция жизни  на земле является лишь ничтожным  звеном в эволюции Вселенной. И всё  же исследования проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес, закрывающий от нас далекое прошлое.

      Современные астрономические наблюдения  свидетельствуют о том, что  началом Вселенной, приблизительно  десять миллиардов лет назад,  был гигантский огненный шар,  раскаленный и плотный. Этот шар был на столько раскален, что состоял лишь из свободных элементарных частиц, которые стремительно двигались, сталкиваясь друг с другом.

      На протяжении десяти миллиардов  лет после “большого взрыва”  простейшее бесформенное вещество  постепенно превращалось в атомы, молекулы, кристаллы, породы, планеты. Рождались звезды, системы, состоящие из огромного количества элементарных частиц с весьма простой организацией. На некоторых планетах могли возникнуть формы жизни.

      Вселенная постоянно расширяется. Тот момент с которого Вселенная начала расширятся, принято считать ее началом. Тогда началась первая и полная драматизма эра в истории вселенной, ее называют “большим взрывом”.

      Под расширением Вселенной подразумевается  такой процесс, когда то же  самое количество элементарных частиц и фотонов занимают постоянно возрастающий объём. Средняя плотность Вселенной в результате расширения постепенно понижается. Из этого следует, что в прошлом Плотность Вселенной была больше, чем в настоящее время. Можно предположить, что в глубокой древности (примерно десять миллиардов лет назад) плотность Вселенной была очень большой. Кроме того высокой должна была быть и температура, настолько высокой, что плотность излучения превышала плотность вещества. На самом раннем этапе, в первые мгновения “большого взрыва” вся материя была сильно раскаленной и густой смесью частиц, античастиц и высокоэнергичных гамма-фотонов. Частицы при столкновении с соответствующими античастицами аннигилировали, но возникающие гамма-фотоны моментально материализовались в частицы и античастицы.