РЕФЕРАТ
з курсу "Концепції сучасного природознавства"
по темі: "Хімія в сучасному природознавстві"
1. Хімія в системі "суспільство - природа"
Протягом тривалого розвитку людство не раз стикалися з великою кількістю проблем, від яких нерідко залежало саме його існування. Щоб вижити, наш предок навчився виготовляти і використовувати найпростіші знаряддя праці, ніж компенсував свої природні недоліки. Надалі первісна людина, опинившись перед проблемою забезпечення їжею, освоїв полювання, а потім землеробство і скотарство. Освоєння все більш складних знарядь і предметів праці викликало енергетичну проблему, зажадало переходу від природних джерел енергії до більш досконалим. Енергетична проблема послідовно привела людини до освоєння енергії пари, теплової, електричної енергії, нарешті, енергії атома.
Необхідність підвищення продуктивності праці та ефективності виробництва, зростання темпів видобутку та переробки величезного обсягу мінеральних ресурсів, поряд з необхідністю вирішення багатьох життєво важливих проблем викликали до життя використання хімічної технології, загальну хімізацію, а потім і комп'ютеризацію суспільного виробництва і побуту.
Підсумовуючи, можна сказати, що лейтмотивом, віссю розвитку людської цивілізації була і є проблема виживання людського суспільства в умовах навколишнього середовища, природи в цілому. Мотив виживання, як видається, є провідний мотив всієї перетворюючої діяльності людини на землі. Для свого вираження людина завжди буде змушений вирішувати вічні проблеми оволодіння речовиною, енергією та інформацією.
Успіхи людини у вирішенні великих і малих проблем виживання в значній мірі були досягнуті завдяки розвитку хімії, становленню різних хімічних технологій. Успіхи багатьох галузей людської діяльності, таких як енергетика, металургія, машинобудування, легка і харчова промисловість і інших, багато в чому залежать від стану і розвитку хімії. Величезне значення хімія має для успішної роботи сільськогосподарського виробництва, фармацевтичної промисловості, забезпечення побуту людини.
Хімічна промисловість виробляє десятки тисяч найменувань продуктів, багато з яких за технологічними і економічними характеристиками успішно конкурують з традиційними матеріалами, а частина - є унікальними за своїми параметрами. Хімія дає матеріали з наперед заданими властивостями, у тому числі і такими, які не зустрічаються в природі. Подібні матеріали дозволяють проводити технологічні процеси з великими швидкостями, температурами, тисками, в умовах агресивних середовищ. Для промисловості хімія поставляє такі продукти, як кислоти і луги, фарби, синтетичні волокна і т. п. Для сільського господарства хімічна промисловість випускає мінеральні добрива, засоби захисту від шкідників, хімічні добавки і консерванти до кормів для тварин. Для домашнього господарства і побуту хімія поставляє миючі засоби, фарби, аерозолі та інші продукти.
Хімія характерна не тільки тим, що забезпечує виробництво багатьох необхідних продуктів, матеріалів, ліків. У багатьох галузях промисловості та сільськогосподарського виробництва широко використовуються також хімічні методи обробки: білення, фарбування, друкування в текстильній промисловості; знежирення, травлення, ціанування в машинобудуванні; кисневе дуття в металургії; консервація, синтезування вітамінів і амінокислот - у харчовій і фармацевтичній промисловості і т . д. Впровадження хімічних методів веде до інтенсифікації технологічних процесів, збільшенню виходу корисної речовини, зниження відходів, підвищенню якості продукції.
Таким чином, хімізація, як процес впровадження хімічних методів у суспільне виробництво і побут, дозволила людині вирішити багато технічних, економічні та соціальні проблеми. Проте масштабність, а нерідко і некерованість цього процесу обернулася "другою стороною медалі". Хімія прямо або опосередковано торкнулася практично всі компоненти навколишнього середовища - сушу, атмосферу, воду Світового океану, проникла в природні кругообіги речовин. У результаті цього порушилося склалося протягом мільйонів років рівновагу природних процесів на планеті, хімізація стала помітно позначатися на здоров'я самої людини. Вийшла ситуація, яку вчені обгрунтовано іменують хімічної війною проти населення Землі. За останні 30-40 років у цій війні постраждали сотні мільйонів жителів планети. Виникла самостійна гілка екологічної науки - хімічна екологія.
Основними джерелами, забруднюють навколишнє середовище, крім власне хімічної промисловості, є металургія, автомобільний транспорт, теплові електростанції. Вони дають великий обсяг газоподібних відходів, забруднюють водойми річок і озер стічними водами, використовуваними в технологічних цілях. Газоподібні відходи містять оксиди вуглецю, сірки, азоту, сполуки свинцю, ртуті, бензопірен, сірководень та інші шкідливі речовини. У зв'язку зі спалюванням палива у великих обсягах виникла проблема зниження концентрації кисню й озону в атмосфері, що отримала назву "кисневого голодування".
До твердих відходів відносяться відходи гірничодобувної промисловості, будівельний та побутове сміття. Стічні води містять багато неорганічні сполуки - іони ртуті, цинку, кадмію, міді, нікелю і т. д. П'ята частина вод Світового океану забруднена нафтою і нафтопродуктами. Значних збитків водоймам внаслідок вимивання добрив з грунту наносять забруднення, пов'язані із сільськогосподарським виробництвом. Шкідливі речовини з повітря і води потрапляють у грунт, в якій накопичуються важкі метали, радіоактивні елементи.
В організм людини шкідливі речовини потрапляють через повітря, воду і їжу. Таким чином, людство, пройшовши ряд етапів розвитку - від вогню багаття до термоядерної бомби, - на початку XXI століття виявилося в умовах, коли в черговий раз постало питання про його виживання. Загроза екологічної катастрофи вимагає рішучого перегляду відносин сучасної "хімічної" цивілізації і природи в бік оптимізації цих відносин. Завдання полягає в тому, щоб через нові технології гармонізувати відносини "суспільство - природа" таким чином, щоб компенсаторних можливостей навколишнього середовища було достатньо для нейтралізації антропогенних впливів на неї.
Нові технології за своїми параметрами повинні наближатися до природних процесів, відрізнятися від промислових своєї безвідходність або маловідходної. У безвідходному виробництві технологічний цикл "сировина - виробництво - використання готове продукту - вторинна сировина" вписується в навколишнє середовище, не порушуючи економічного розвитку. В даний час намітилися наступні шляхи вирішення складних екологічних проблем: комплексна переробка сировини; перегляд традиційних процесів і схем отримання відомих продуктів, впровадження безстічних і замкнутих схем водоспоживання; очищення викидаються газів; використання промислових комплексів з замкнутою структурою матеріальних та енергетичних потоків.
Проблема виживання людини в кінці XX століття виявилася ускладненою проблемами геополітичного, соціального і чисто технічного характеру. Рішення останніх утруднено через споживчого характеру склалася цивілізації і егоцентризму індустріально розвинених країн. Однак, спираючись на ідеї В.І. Вернадського про переростання біосфери в ноосферу, можна говорити про невипадковість появи людини на Землі, про його призначення в кризовій ситуації зіграти роль рятівника природи.
Екологічні проблеми породжені не тільки економікою і технікою, але і моральним станом людини. Питання полягає не тільки в тому, щоб зупинити процес руйнування природи технічними засобами. Питання полягає в тому, щоб докорінно змінити споживацьке ставлення людини до навколишнього світу. Людство повинно прагнути не просто до виживання, а й до нормального, гідного кожної людини життя в умовах гармонії з природою.
Зі сказаного випливає, що місце і роль хімії в сучасній цивілізації повинні розглядатися системно, тобто в усьому різноманітті відносин, існуючих між суспільством і природним середовищем в рамках критерію екологічної безпеки. При цьому неминуче розгляд хімії як активного елемента складної системи "суспільство - природа", що представляє собою, в свою чергу, відкриту систему зі своєю структурою та обміном між речовиною, енергією та інформацією.
2. Предмет хімії
Хімія - це природна наука, що вивчає склад, властивості і хімічні перетворення речовин, явища, які супроводжують ці перетворення, а також розглядає питання використання результатів цих перетворень. Саме коротке визначення предмета хімії дав великий російський вчений-хімік Д.І. Менделєєв у книзі "Основи хімії". За Менделєєву, хімія - це вчення про елементи та їх з'єднаннях.
Окремі хімічні процеси (отримання матеріалів з руд, фарбування тканин та ін) використовувалися ще на зорі становлення людської цивілізації. Пізніше, в Ш-IV століттях, зародилася алхімія, завданням якої було перетворення неблагородних металів у благородні (золото, срібло). Починаючи з епохи Відродження, хімічні дослідження все більшою мірою стали використовувати для практичних цілей (металургія, стеклоделие, кераміка, отримання фарб і т. д.). У другій половині XVII століття Р. Бойль дав наукове визначення поняття "хімічний елемент".
Перетворення хімії в справжню науку завершилося у другій половині XVIII століття, коли був сформульований закон збереження маси речовини при хімічних реакціях (М. В. Ломоносов, А. Л. Лавуазьє). На початку XIX століття Дж. Дальтон ввів поняття "молекула". Атомно-молекулярні уявлення утвердилися в 60-х роках XIX століття. У цей період AM Бутлеров створив теорію будови хімічних сполук, а Д.І. Менделєєв (1869 р.) відкрив періодичний закон (періодична система елементів Менделєєва). З кінця XIX - початку XX століття найважливішим напрямком хімії стала розробка теоретичних основ науки (атомно-молекулярне вчення), вивчення закономірностей хімічних процесів.
У сучасній хімії поступово оформилися самостійні галузі хімічної науки: неорганічна хімія, органічна хімія, хімія полімерів, аналітична хімія, інші відгалужені науки. На стику хімії та інших областей знання склалися такі науки, як фізична хімія, агрохімія, геохімія, біохімія. На базі досягнень хімії з'явився також ряд технічних наук, як, наприклад, металургія, термохімія, електрохімія та ін
3. Фізичні і хімічні зміни речовин
Речовина являє собою однорідний (гомогенний) вид матерії, тобто такої матерії, кожна частка якої має однакові фізичні властивості. Різні вироби, що мають різне призначення та форму, можуть бути виготовлені з одного і того ж матеріалу, але їх речовина буде однаковим. Під речовиною будемо розуміти чисту матерію, без домішок. Під матеріалом - речовина того ж найменування, отриманий в реальних умовах, тобто має неминучі домішки.
Речовини за своїм складом поділяються на прості й складні; за походженням - на натуральні (природні) і штучні; по агрегатному стану - на тверді, рідкі та газоподібні; за внутрішньою будовою - на аморфні (невпорядковані по структурі) і кристалічні, що мають впорядковану періодичну структуру (кристалічна будова).
Речовини, взаємодіючи один з одним, піддаються різним змінам і перетворенням.
Фізичним зміною речовини називають таку зміну, при якому внутрішня будова, склад і властивості не піддаються зміні. Наприклад, з деревини виготовляють меблі, при цьому внутрішня будова (структура), склад і властивості деревини залишаються колишніми.
Хімічними змінами речовини називають такі, коли в результаті взаємодії не менше двох вихідних речовин (хімічної реакції) з'являються одне або декілька інших речовин, що відрізняються від початкових складом, структурою і властивостями. Наприклад, розпечена сталь покривається на повітрі окалиною; вугілля, згораючи, утворює вуглекислий газ; в результаті хімічної переробки природного газу отримують водень, ацетилен, метиловий спирт та інші продукти. Саме такими змінами речовин, їх отриманням, описом і поясненням займається хімія.
Експериментально доведено, що багато фізичних зміни супроводжуються хімічними змінами, і навпаки. Розпечена сталь на повітрі, як було сказано, покривається окалиною, а вугілля, згораючи, дає тепло і світло. Практичне застосування хімічних змін викладає хімічна технологія - область знання про методи і засоби раціональної хімічної переробки сировини, напівфабрикатів і промислових відходів.
4. Хімічний аналіз. Поняття про хімічний елемент
Якщо піддати, наприклад, звичайний вапняк нагріванню, вийде вапно і вуглекислий газ. Вапно та вуглекислий газ можна піддати подальшому розкладанню (вапно на кальцій і кисень, вуглекислий газ на вуглець і кисень). Отримані речовини розкладанню вже не зазнають. На сьогодні відомо 116 таких речовин, їх називають найпростішими речовинами або хімічними елементами.
Хімічне розкладання, в результаті якого виходять найпростіші речовини, називається хімічним аналізом. У результаті хімічного аналізу визначається, які елементи містяться в досліджуваній речовині. Хімічну реакцію аналізу спрощено можна виразити рівнянням: А = В + С, де А - вихідне складна речовина, а В і С - отримані речовини (хімічні елементи).
Всі відомі на сьогодні хімічні елементи в систематизованому вигляді відповідно до періодичним законом, відкритим Д.І. Менделєєвим, розташовані в періодичної системи елементів Менделєєва - таблиці, наведеної нижче.
Хімічні елементи класифікуються на метали (золото, платина, срібло, залізо, мідь, алюміній, кальцій, ртуть та інші) і неметали (сірка, фосфор, вуглець, азот, хлор, кисень і т. д.). Встановлено, що у складі земної кори, морської води й атмосфери міститься приблизно:
49,5% кисню 2,63% натрію
25,3% кремнію 2,4% калію
7,5% алюмінію 1,93% магнію
5,08% заліза 0,87% водню
3,39% кальцію менше 1% інших.
Зі сказаного випливає, що найпростіші речовини є основою всієї живої та неживої матерії, а отже, і всього Всесвіту.
Більшість речовин, що знаходяться в природних умовах, полягають у з'єднаннях один з одним, тобто є речовинами складними. Незначна кількість елементів в природі знаходиться у вільному стані (кисень, срібло, сірка та деякі інші). Ряд хімічних елементів може існувати в різних модифікаціях. Так, наприклад, елемент кисень утворює два видозміни: кисень і озон; вуглець - три: алмаз, графіт і Корбін і т. д. Явище видозміни одного і того ж елемента, пов'язаного зі складним внутрішнім будовою хімічних елементів, називається аллотропией, а які утворюються найпростіші речовини - алотропні видозміни або модифікаціями.
5. Хімічний синтез. Поняття про з'єднання
Якщо нагрівати цинковий порошок з сіркою (два окремих елементу), то в результаті виходить з'єднання, зване сірчистим цинком, яке за своїми властивостями відрізняється від вихідних найпростіших речовин. Таке з'єднання елементом називається синтезом. Синтез здійснюється тільки в результаті хімічної реакції, при якій з'являється більш складна речовина з новими властивостями і будовою, відмінними від властивостей і будови вихідних речовин.
Коли говорять про хімічному синтезі, то мають на увазі одержання складних сполук з вихідних елементів (наприклад, виробництво штучного каучуку, камфори і т. д.). Отримані матеріали в результаті синтезу називають синтетичними матеріалами. Хімічний синтез можна спрощено виразити рівнянням А + В = С, де А і В - вихідні речовини, а С - синтезоване речовина. Здатність речовини з'єднуватися з одним або більшою кількістю речовин називається валентністю, механізм якої буде наведено нижче.
Просте перемішування вихідних матеріалів без їх хімічної сполуки називають сумішшю. Суміші складаються з кількох речовин, кожне з яких зберігає свої індивідуальні властивості і може бути виділено в чистому вигляді. При змішуванні речовин мова йде про фізичну процесі.
6. Хімічні позначення
У хімії для позначення хімічних елементів, відображення складу складних речовин і хімічних реакцій, для показу вироблених кількісних розрахунків вироблений свою особливу мову.
Елементи прийнято позначати хімічними символами. Символ складається з першої букви або першої і однієї з таких літер латинської назви елемента - перша буква завжди прописна, друга - рядкова. Наприклад, бор (Borum) має символ В, барій (Barum) позначається Ва, залізо (Ferrum) - Fe і т. д.
Склад складних хімічних речовин відображається хімічними формулами. При цьому символи елементів пишуться поруч один з одним. Наприклад, FeS - формула сполуки заліза з сіркою; H2S04 - формула сірчаної кислоти, де цифри показують необхідні пропорції входять до складу сірчаної кислоти водню, сірки та кисню. За допомогою хімічних символів і формул записуються хімічні рівняння. У кожному рівнянні, як у математиці, є дві частини, з'єднані знаком рівності. У лівій частині записуються формули речовин, що вступають в реакцію, в правій - формули речовин, що утворилися в результаті реакції. За хімічними формулами і рівнянням виробляються різні кількісні розрахунки.
7. Основні закони хімії
Хімічні процеси підпорядковуються загальним законам природи - закону збереження маси речовини і закону збереження енергії, а також ряду специфічних для хімії законів, якими керуються всі хімічні реакції.
Закон збереження маси речовини встановили М.В. Ломоносов (1756 р.) і А.Л. Лавуазьє (1789 р.) майже незалежно один від одного. Вони далеко просунули розвиток хімії тим, що при хімічних реакціях застосували фізичні методи, зокрема, зважування.
Закон збереження маси в хімічних процесах можна сформулювати так: маса речовин, що вступають у хімічну реакцію, дорівнює масі речовин, що утворюються в результаті реакції. Наприклад, при розкладанні води маса води буде дорівнює сумі маси водню і маси кисню. Із закону збереження речовини випливає, що речовина не можна ні створити з нічого, ні знищити зовсім.
Кількісним виразом закону збереження маси речовин стосовно до виробничого хімічному процесу є матеріальний баланс, в якому підтверджується, що маса речовин, що надійшли на технологічну операцію (парафія), дорівнює масі отриманих речовин (витрата).
Закон збереження маси речовин М.В. Ломоносов пов'язував з законом збереження енергії. Він розглядав ці закони в єдності. Погляди Ломоносова підтверджені сучасною наукою.
Закон збереження енергії діє у всіх випадках і всюди, де одна форма енергії переходить в іншу. Наприклад, при переході енергії пари в турбіні в енергію обертального руху, тобто механічну енергію, при переході електричної енергії в електричній лампочці в світлову і т. д. Так само як не можна ні знищити, ні створити речовину, не можна ні створити, ні знищити енергію.
Особливим видом енергії є хімічна енергія, що звільняється чи витрачається при кожній хімічної реакції. Хімічну енергію, як будь-який вид енергії, можна перетворити на механічну (використання вибухових речовин), теплову (спалювання палива), електричну (гальванічні елементи) і т. п. Виміряти хімічну енергію безпосередньо не можна. Її величина визначається, як і величина теплової енергії, в кілоджоулях (в кДж).
Розрізняють хімічні реакції з виділенням тепла і хімічні реакції з поглинанням тепла. Перші називаються екзотермічними, другі - ендотермічними реакціями. Вивченням теплових явищ при хімічних реакціях займається термохімічні.
Кількісним виразом закону збереження енергії в хімічному виробництві є тепловий (енергетичний) баланс. Стосовно до теплових процесів хімічної переробки закон збереження енергії формулюється так: кількість теплової енергії, принесеної в зону взаємодії речовин, дорівнює кількості енергії, винесеної речовинами з цієї зони.
До специфічними законами хімії відносяться такі закони, як закон сталості складу (Ж. Пруст, 1808 р.), закон постійних вагових відносин (Дж. Дальтон, 1800 р.), закон простих об'ємних відносин для газів (Ж. Л. Гей-Люссак , 1808 р.) і в якості його розвитку - закон А. Авогадро (1811 р.). Цими законами керуються вчені-хіміки та практики для проведення хімічних розрахунків.
8. Реакційна здатність речовин
Число відомих у природі й техніці хімічних процесів дуже велике. Одні з них, наприклад, окислення бронзи на повітрі, протікають століттями, інші - горіння бензину - дуже швидко. Розкладання ж вибухових речовин відбувається в мільйонні частки секунди. При промисловому виробництві хімічних продуктів дуже важливо знати закономірності перебігу реакцій у часі, тобто залежність їх швидкості і виходу продукту від температури, тиску, концентрації реагентів і домішок.
Вивченням швидкості та особливостей протікання хімічних реакцій займається хімічна кінетика. Основоположним для хімічної кінетики є уявлення про те, що вихідні речовини, що вступають у хімічну реакцію, надзвичайно рідко безпосередньо перетворюються на її продукти. У більшості випадків реакція проходить ряд послідовних і паралельних стадій, на яких утворюються і витрачаються проміжні речовини. Число послідовних стадій може бути дуже велика - в ланцюгових реакціях їх десятки і сотні тисяч. Час життя проміжних речовин дуже різноманітно: одні цілком стабільні, інші існують в рівноважному стані частки секунди. Вивчення швидкості протікання хімічних процесів показало, що хімічні реакції протікають тим швидше, чим вище температура, тиск і концентрація реагентів.
На швидкість деяких хімічних реакцій можна впливати присутністю невеликої кількості певних речовин, які самі в реакції участі не приймають. Речовини ці називаються каталізаторами. Каталізатори бувають позитивними, які прискорюють реакцію, і негативними - уповільнюють її. Каталітичне прискорення хімічної реакції називається каталізом і є прийомом сучасної хімічної технології (виробництво полімерних матеріалів, синтетичного палива та ін.) Вважається, що питома вага каталітичних процесів у хімічній промисловості сягає 80%. Завдяки каталізу істотно підвищилася ефективність економіки хімічної промисловості, оскільки прискорення хімічних реакцій помітно впливає на зниження витрат виробництва.
9. Атомно-молекулярне вчення
Провідною ідеєю атомно-молекулярного вчення, що становить фундамент сучасної фізики, хімії та природознавства, є ідея дискретності (переривчастості будови) речовини. Речовина не заповнює цілком займане ним простір, воно складається з окремих, що знаходяться на дуже малій відстані один від одного частинок, які називаються молекулами. Молекула - це найменша частинка даної речовини, що володіє його хімічними властивостями. Властивості молекули визначаються її складом і хімічною будовою.
Кожна молекула, в свою чергу, складається з атомів. Атом - найменша частка хімічного елемента, що входить до складу молекул простих і складних речовин. Хімічні властивості елемента визначаються будовою його атомів. Число видів молекул становить кількістю можливих сполук атомів (близько мільйона), число атомів дорівнює числу хімічних елементів (116, про що вже було сказано вище).
Атоми різних найменувань речовин розрізняються атомною масою. При звичайних умовах атоми окремо існувати не можуть. Зважаючи на їх здатності з'єднуватися, однойменні атоми утворюють молекули елементів, а різнойменні - молекули сполук. Атоми елементів не змінюються в результаті хімічного процесу. Молекули за будь-якої хімічної реакції змінюються.
Атом складний за своєю будовою. З відкриттям радіоактивності в самому кінці XIX століття уявлення про неподільність атома змінилося. Було доведено, що атоми речовин мають складну будову, і що всі хімічні зміни викликаються переважно дією електричних сил. Атоми всіх елементів є системами, що утворюються з так званих елементарних часток - протонів, електронів, нейтронів. Атоми одного і того ж елемента мають ядро, що містить однакове число протонів. Атоми різних елементів різняться між собою числом протонів і їх розташуванням.
Згідно електронної теорії будови речовини, атом будь-якого елемента складається з електрично позитивно зарядженого атомного ядра, що складається з протонів і нейтронів. Навколо ядра, подібно планет Сонячної системи, звертаються електронегативно заряджені електрони ("електронна оболонка"), які у порівнянні з ядром майже не мають маси. Атом в цілому є електрично нейтральним - заряд ядра атома дорівнює заряду електронної оболонки, тобто число електронів оболонки дорівнює числу протонів ядра атома. Електрони обертаються навколо ядра атома по певним енергетично врівноваженим орбітах.
Таким чином, визначення атома, наведене вище, слід уточнити. Згідно сучасним уявленням, атом-це електронейтральна частинка, що складається з позитивно зарядженого атомного ядра і негативно заряджених електронів.
Молекули, перебуваючи в безперервному русі, стикаються один з одним електронними оболонками. Т електронні оболонки молекул відштовхуються, то вони при зіткненні відскакують. Якщо зіткнення сильні, то може вивільнитися достатню кількість енергії для перегрупування електронів в зіткнулися молекулах. При цьому відбувається формування нового набору зв'язків між атомів, тобто утворення нових сполук. Так, згідно з атомно-молекулярного вчення, відбуваються хімічні реакції.
Вчення про будову атома відіграло колосальну роль в хімії та фізики XIX століття. На основі атомної моделі розкриті глибинні принципи періодичної зміни властивостей хімічних елементів і розвинена теорія Періодичної системи Д.І. Менделєєва. Вирішальне значення тут мало встановлення закономірностей формування електронних конфігурацій (оболонок) у міру зростання заряду атомного ядра. Сучасне формулювання періодичного закону Д.І. Менделєєва така: властивості хімічних елементів, а також форми і властивості з'єднань елементів знаходяться в періодичній залежності від заряду ядер їхніх атомів.
Періодичний закон і Періодична система елементів Д.І. Менделєєва (див. таблицю) дозволили хімії стати істинною наукою. Хімія перестала бути описової, експериментальної наукової дисципліною. З відкриттям періодичного закону в ній стало можливим наукове передбачення. Періодичний закон і Періодична система прискорили розвиток вчення про будову атома, що призвело до відкриття атомної енергії і використання її для потреб людства. Періодичний закон відіграв вирішальну роль у розвитку ряду суміжних з хімією природних наук.
З урахуванням даних періодичної системи елементів вирішуються сучасні завдання хімічної науки і промисловості. Успішно ведуться нових полімерних і напівпровідникових матеріалів, жароміцних сплавів, речовин із заданими властивостями. Вирішуються інші завдання, в тому числі і завдання охорони навколишнього середовища, освоєння космосу і т. д.
Застосування атомно-молекулярного вчення дозволяє дати тлумачення багатьом положенням, викладеним вище, досягнутим експериментально. Відповідно до даної теорії, можна констатувати:
а) основою будь-якої речовини є атоми;
б) елементи - це речовини, що складаються з однакових молекул, які, у свою чергу, складаються з одного або декількох однакових атомів (газоподібні елементи зазвичай мають двоатомні, метали - одноатомні молекули);
в) з'єднання - це речовини, що складаються з однакових молекул, кожна з яких складається з різних атомів;
г) суміші - це речовини, що складаються з різних молекул;
д) аморфні речовини - це речовини з неупорядкованим розташуванням атомів і молекул;
е) кристалічні речовини - речовини з упорядкованим, періодичним розташуванням у просторі атомів у вигляді кристалічної решітки.
Слід сказати, що велика кількість речовин, що мають кристалічну будову, складається не з молекул, а з електропозитивних іонів. Іони - це електрично заряджені частинки - атоми або атомні групи, що втратили або приєднали до себе деяку кількість електронів. Позитивно заряджені іони називаються катіонами, негативно заряджені - аніонами. Хімічні сполуки при цьому називаються іонними з'єднаннями.
З атомно-молекулярного вчення випливає, що при кожній хімічної реакції спочатку молекули реагуючих речовин розпадаються на атоми, а потім вільні атоми з'єднуються в нові молекули. При цьому, підкреслимо ще раз, атоми елементів не змінюються, змінюються тільки молекули беруть участь у реакціях речовин. Хімічна сполука елементів пояснюється здатністю атомів одного елемента з'єднуватися з одним або декількома атомами іншого елемента. Ця здатність до з'єднане, як уже говорилося, називається валентністю. Електронна теорія будови речовини говорить про те, що з'єднуватися можуть тільки такі елементи, атоми яких мають незаповнені зовнішні електронні орбіти (валентні сфери), що володіють певною валентністю і внаслідок чого виявляють нестійкість і прагнення до впорядкування.
Існує велика різноманітність типів хімічного взаємодії речовин. Однак характерним для них є перебудова електронних оболонок пов'язують між собою атомів. У результаті перебудови відбувається усуспільнення електронів з'єднувальних елементів, а система в цілому приходить в стійке положення. Міжатомну взаємодію, що супроводжується перебудовою валентних електронних оболонок атомів і усуспільненням електронів, називають хімічної (або ковалентного) зв'язком.
Дослідження радіоактивності хімічних елементів призвело до відкриття ізотопів. З сучасної точки зору, ізотопи - це різновиди атомів одного і того ж хімічного елемента: у них різна атомна маса, але однаковий заряд ядра. Ядра таких елементів містять однакове число протонів, але різну кількість нейтронів і займають одне і те ж місце в періодичній системі елементів. Майже всі елементи мають два або більше ізотопів. Наприклад, водень - два, кисень - три, залізо - чотири і т. д. Тільки приблизно 24 елемента не мають ізотопів. Ізотопи застосовують у ядерній техніці як конструкційний матеріал в якості ядерного пального в термоядерному синтезі. Радіоактивні ізотопи широко використовуються в якості джерел випромінювання, в техніці мічених атомів і т. д.
10. Хімічна технологія. Хімічна промисловість
Хімічна технологія - прикладна наукова дисципліна про процеси, методи та засоби переробки сировини в кінцевий хімічний продукт. Основне завдання хімічної технології - оптимальне поєднання в єдиній технологічній системі різноманітних хімічних перетворень з фізико-хімічними і механічними процесами типу подрібнення твердих матеріалів, фільтрування, впливу високих або низьких температур, електричних полів і т. п.
Для вирішення задач хімічної технології використовують досягнення всіх розділів хімії, фізики, біології, кібернетики, економіки. Хімічні технології класифікуються по сировині (технологія нафти, пластмас), по виду товару (технологія добрив, барвників і т. п.), за групами елементів (технологія лужних металів, технологія важких металів і т. п.), за типами хімічних процесів ( технологія хлорування та ін.)
Хімічна технологія є науковою базою хімічної промисловості. Хімічна промисловість у цілому - одна з найбільших галузей промисловості - складна виробнича система, що складається з 15 спеціалізованих галузей. 11 галузей з 15 організовані в хімічну промисловість, 4 - у нафтохімічну.
У хімічну промисловість входять:
Гірничохімічна промисловість.
Основна хімія.
Промисловість хімічних волокон.
Промисловість синтетичних смол і пластичних мас.
Промисловість пластмасових виробів.
Лакофарбова промисловість.
Промисловість хімічних реактивів і особливо чистих речовин.
Промисловість синтетичних фарбників.
Хіміко-фотографічна промисловість.
Промисловість побутової хімії.
Інші галузі (виробництво хімпоглотітелей, кремнійорганічних сполук та інших продуктів).
У нафтохімічну промисловість входять:
Виробництво синтетичного каучуку.
Виробництво продуктів основного органічного синтезу.
Сажі промисловість.
Гумово-азбестова промисловість.
Хімічна промисловість характеризується тісними зв'язками з усіма галузями народного господарства завдяки широкому асортименту виробленої нею продукції. Ця галузь виробництва відрізняється високою матеріаломісткістю. Матеріальні і енергетичні витрати у виробництві продукції можуть становити від 2 / 3 до 4 / 5 собівартості кінцевого продукту.
Розвиток хімічної технології йде по шляху комплексного використання сировини та енергії, застосування безперервних і безвідходних процесів з урахуванням екологічної безпеки навколишнього середовища, застосування високих тисків і температур, досягнень автоматизації і кібернетизації.
Вище були викладені основні уявлення про хімію, її законах, місці в людській цивілізації. На закінчення слід ще раз підкреслити, що хімія - "палиця про два кінці". З одного боку, це благо для людини, без якого немислимо подальший розвиток суспільства, з іншого - лихо для навколишнього середовища. Очевидно, що ідеал підкорення природи, що супроводжувала науково-технічної революції в XIX столітті, повинен бути докорінно переглянуто, що передбачає формування екологічної свідомості у всіх людей, молодого покоління в першу чергу. Молодим належить вирішувати важкі завдання огорожі природи від негативного впливу людини - щоб уникнути глобальної екологічної катастрофи.
Список літератури
1. Чанишева А.Н. Курс лекцій з стародавньої філософії. М., 2008
2 Азерніков В.З. Невипадкові випадковості. Розповіді про великі відкриття і видатних вчених. М., 2006
3. Бернал Дж. Наука в історії суспільства. М., 2007
4. Юкава X. Лекції з фізики. М., 2006
5. Александров Г.Ф. Концепції сучасного природознавства. М., 2007
6. Кудрявцев П.С. Сучасне природознавство. Курс лекцій. М., 2007