Реферат: Химия в современном естествознании

РЕФЕРАТ

по курсу «Концепциисовременного естествознания»

по теме: «Химияв современном естествознании»

1. Химия в системе «общество- природа»

На протяжении длительногоразвития человечество не раз сталкивалось с большим числом проблем, от которыхнередко зависело само его существование. Чтобы выжить, наш предок научилсяизготавливать и использовать простейшие орудия труда, чем компенсировал своиприродные недостатки. В дальнейшем первобытный человек, оказавшись передпроблемой обеспечения пищей, освоил охоту, а затем земледелие и скотоводство.Освоение все более сложных орудий и предметов труда вызвало энергетическуюпроблему, потребовало перехода от естественных источников энергии к болеесовершенным. Энергетическая проблема последовательно привела человека косвоению энергии пара, тепловой, электрической энергии, наконец, энергии атома.

Необходимость повышенияпроизводительности труда и эффективности производства, роста темпов добычи ипереработки громадного объема минеральных ресурсов, наряду с необходимостьюрешения многих жизненно важных проблем вызвали к жизни использование химическойтехнологии, всеобщую химизацию, а затем и компьютеризацию общественногопроизводства и быта.

Суммируя, можно сказать,что лейтмотивом, осью развития человеческой цивилизации была и есть проблемавыживания человеческого общества в условиях окружающей среды, природы в целом.Мотив выживания, как представляется, есть ведущий мотив всей преобразующейдеятельности человека на земле. Для своего выражения человек всегда будетвынужден решать вечные проблемы овладения веществом, энергией и информацией.

Успехи человека в решениибольших и малых проблем выживания в значительной мере были достигнуты благодаряразвитию химии, становлению различных химических технологий. Успехи многихотраслей человеческой деятельности, таких как энергетика, металлургия,машиностроение, легкая и пищевая промышленность и других, во многом зависят отсостояния и развития химии. Огромное значение химия имеет для успешной работысельскохозяйственного производства, фармацевтической промышленности,обеспечения быта человека.

Химическая промышленностьпроизводит десятки тысяч наименований продуктов, многие из которых потехнологическим и экономическим характеристикам успешно конкурируют страдиционными материалами, а часть — являются уникальными по своим параметрам.Химия дает материалы с заранее заданными свойствами, в том числе и такими, которыене встречаются в природе. Подобные материалы позволяют проводитьтехнологические процессы с большими скоростями, температурами, давлениями, вусловиях агрессивных сред. Для промышленности химия поставляет такие продукты,как кислоты и щелочи, краски, синтетические волокна и т. п. Для сельскогохозяйства химическая промышленность выпускает минеральные удобрения, средствазащиты от вредителей, химические добавки и консерванты к кормам для животных.Для домашнего хозяйства и быта химия поставляет моющие средства, краски,аэрозоли и другие продукты.

Химия характерна нетолько тем, что обеспечивает производство многих необходимых продуктов,материалов, лекарств. Во многих отраслях промышленности и сельскохозяйственногопроизводства широко используются также химические методы обработки: беление,крашение, печатание в текстильной промышленности; обезжиривание, травление,цианирование в машиностроении; кислородное дутье в металлургии; консервация,синтезирование витаминов и аминокислот — в пищевой и фармацевтическойпромышленности и т. д. Внедрение химических методов ведет к интенсификациитехнологических процессов, увеличению выхода полезного вещества, снижениюотходов, повышению качества продукции.

Таким образом, химизация,как процесс внедрения химических методов в общественное производство и быт,позволила человеку решить многие технические, экономические и социальныепроблемы. Однако масштабность, а нередко и неуправляемость этого процессаобернулась «второй стороной медали». Химия прямо или опосредованнозатронула практически все компоненты окружающей среды — сушу, атмосферу, водуМирового океана, внедрилась в природные круговороты веществ. В результате этогонарушилось сложившееся в течение миллионов лет равновесие природных процессовна планете, химизация стала заметно отражаться на здоровье самого человека.Получилась ситуация, которую ученые обоснованно именуют химической войнойпротив населения Земли. За последние 30-40 лет в этой войне пострадали сотнимиллионов жителей планеты. Возникла самостоятельная ветвь экологической науки —химическая экология.

Основными источниками,загрязняющими окружающую среду, кроме собственно химической промышленности,являются металлургия, автомобильный транспорт, тепловые электростанции. Онидают большой объем газообразных отходов, загрязняют водоемы рек и озер сточнымиводами, используемыми в технологических целях. Газообразные отходы содержатоксиды углерода, серы, азота, соединения свинца, ртути, бензопирен, сероводороди другие вредные вещества. В связи со сжиганием топлива в больших объемахвозникла проблема снижения концентрации кислорода и озона в атмосфере,получившая название «кислородного голодания».

К твердым отходамотносятся отходы горнодобывающей промышленности, строительный и бытовой мусор.Сточные воды содержат многие неорганические соединения — ионы ртути, цинка,кадмия, меди, никеля и т. д. Пятая часть вод Мирового океана загрязнена нефтьюи нефтепродуктами. Значительный ущерб водоемам вследствие вымывания удобренийиз почвы наносят загрязнения, связанные с сельскохозяйственным производством.Вредные вещества из воздуха и воды попадают в почву, в которой накапливаютсятяжелые металлы, радиоактивные элементы.

В организм человекавредные вещества попадают через воздух, воду и пищу. Таким образом,человечество, пройдя ряд этапов развития — от огня костра до термоядернойбомбы, — в начале XXI века оказалось в условиях, когда в очередной раз всталвопрос о его выживании. Угроза экологической катастрофы требует решительногопересмотра отношений современной «химической» цивилизации и природы всторону оптимизации этих отношений. Задача заключается в том, чтобы через новыетехнологии гармонизировать отношения «общество — природа» такимобразом, чтобы компенсаторных возможностей окружающей среды было достаточно длянейтрализации антропогенных воздействий на нее.

Новые технологии по своимпараметрам должны приближаться к природным процессам, отличаться отпромышленных своей безотходностью или малоотходностью. В безотходномпроизводстве технологический цикл «сырье — производство — использованиеготовое продукта — вторичное сырье» вписывается в окружающую среду, ненарушая экономического развития. В настоящее время наметились следующие путирешения сложных экологических проблем: комплексная переработка сырья; пересмотртрадиционных процессов и схем получения известных продуктов; внедрениебессточных и замкнутых схем водопотребления; очистка выбрасываемых газов;использование промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных иэнергетических потоков.

Проблема выживаниячеловека в конце XX века оказалась усложненной проблемами геополитического,социального и чисто технического характера. Решение последних затруднено ввидупотребительского характера сложившейся цивилизации и эгоцентризма индустриальноразвитых стран. Однако, опираясь на идеи В.И. Вернадского о перерастаниибиосферы в ноосферу, можно говорить о неслучайности появления человека наЗемле, о его предназначении в кризисной ситуации сыграть роль спасителяприроды.

Экологические проблемыпорождены не только экономикой и техникой, но и нравственным состояниемчеловека. Вопрос состоит не только в том, чтобы остановить процесс разрушенияприроды техническими средствами. Вопрос состоит в том, чтобы в корне изменитьпотребительское отношение человека к окружающему миру. Человечество должностремиться не просто к выживанию, но и к нормальной, достойной каждого человекажизни в условиях гармонии с природой.

Из сказанного вытекает,что место и роль химии в современной цивилизации должны рассматриватьсясистемно, т. е. во всем многообразии отношений, существующих между обществом иприродной средой в рамках критерия экологической безопасности. При этомнеизбежно рассмотрение химии как активного элемента сложной системы «общество— природа», представляющего собой, в свою очередь, открытую систему сосвоей структурой и взаимообменом между веществом, энергией и информацией.

2. Предмет химии

Химия — это естественнаянаука, изучающая состав, свойства и химические превращения веществ, явления,которые сопровождают эти превращения, а также рассматривает вопросыиспользования результатов этих превращений. Самое краткое определение предметахимии дал великий русский ученый-химик Д.И. Менделеев в книге «Основыхимии». По Менделееву, химия — это учение об элементах и их соединениях.

Отдельные химическиепроцессы (получение материалов из руд, крашение тканей и др.) использовалисьеще на заре становления человеческой цивилизации. Позже, в Ш-IV веках,зародилась алхимия, задачей которой было превращение неблагородных металлов вблагородные (золото, серебро). Начиная с эпохи Возрождения, химическиеисследования все в большей мере стали использовать для практических целей(металлургия, стеклоделие, керамика, получение красок и т. д.). Во второйполовине XVII века Р. Бойль дал научное определение понятия «химическийэлемент».

Превращение химии вподлинную науку завершилось во второй половине XVIII века, когда былсформулирован закон сохранения массы вещества при химических реакциях (М.В.Ломоносов, А.Л. Лавуазье). В начале XIX века Дж. Дальтон ввел понятие «молекула».Атомно-молекулярные представления утвердились в 60-х годах XIX века. В этотпериод A.M. Бутлеров создал теорию строения химических соединений, а Д.И.Менделеев (1869 г.) открыл периодический закон (периодическая система элементовМенделеева). С конца XIX — начала XX века важнейшим направлением химии сталаразработка теоретических основ науки (атомно-молекулярное учение), изучениезакономерностей химических процессов.

В современной химиипостепенно оформились самостоятельные области химической науки: неорганическаяхимия, органическая химия, химия полимеров, аналитическая химия, другиеответвленные науки. На стыке химии и других областей знания сложились такиенауки, как физическая химия, агрохимия, геохимия, биохимия. На базе достиженийхимии появился также ряд технических наук, как, например, металлургия,термохимия, электрохимия и др.

3. Физические ихимические изменения веществ

Вещество представляетсобой однородный (гомогенный) вид материи, т. е. такой материи, каждая частицакоторой имеет одинаковые физические свойства. Различные изделия, имеющиеразличное назначение и форму, могут быть изготовлены из одного и того жематериала, но их вещество будет одинаковым. Под веществом будем понимать чистуюматерию, без примесей. Под материалом — вещество того же наименования,полученное в реальных условиях, т. е. имеющее неизбежные примеси.

Вещества по своемусоставу делятся на простые и сложные; по происхождению — на натуральные(природные) и искусственные; по агрегатному состоянию — на твердые, жидкие игазообразные; по внутреннему строению — на аморфные (неупорядоченные поструктуре) и кристаллические, имеющие упорядоченную периодическую структуру(кристаллическое строение).

Вещества, взаимодействуядруг с другом, подвергаются различным изменениям и превращениям.

Физическим изменениемвещества называют такое изменение, при котором внутреннее строение, состав исвойства не подвергаются изменению. Например, из древесины изготавливаютмебель, при этом внутреннее строение (структура), состав и свойства древесиныостаются прежними.

Химическими изменениямивещества называют такие, когда в результате взаимодействия не менее двухисходных веществ (химической реакции) появляются одно или несколько другихвеществ, отличающихся от первоначальных составом, структурой и свойствами.Например, раскаленная сталь покрывается на воздухе окалиной; уголь, сгорая,образует углекислый газ; в результате химической переработки природного газаполучают водород, ацетилен, метиловый спирт и другие продукты. Именно такимиизменениями веществ, их получением, описанием и объяснением занимается химия.

Экспериментальнодоказано, что многие физические изменения сопровождаются химическимиизменениями, и наоборот. Раскаленная сталь на воздухе, как было сказано,покрывается окалиной, а уголь, сгорая, дает тепло и свет. Практическоеприменение химических изменений излагает химическая технология — область знанияо методах и средствах рациональной химической переработки сырья, полуфабрикатови промышленных отходов.

4. Химический анализ.Понятие о химическом элементе

Если подвергнуть,например, обыкновенный известняк нагреву, получится известь и углекислый газ.Известь и углекислый газ можно подвергнуть дальнейшему разложению (известь накальций и кислород, углекислый газ на углерод и кислород). Полученные веществаразложению уже не подвергаются. На сегодня известно 116 таких веществ, ихназывают простейшими веществами или химическими элементами.

Химическое разложение, врезультате которого получаются простейшие вещества, называется химическиманализом. В результате химического анализа определяется, какие элементысодержатся в исследуемом веществе. Химическую реакцию анализа упрощенно можновыразить уравнением: А = В + С, где А — исходное сложное вещество, а В и С —полученные вещества (химические элементы).

Все известные на сегодняхимические элементы в систематизированном виде в соответствии с периодическимзаконом, открытым Д.И. Менделеевым, расположены в Периодической системеэлементов Менделеева — таблице, приведенной ниже.

Химические элементыклассифицируются на металлы (золото, платина, серебро, железо, медь, алюминий,кальций, ртуть и др.) и неметаллы (сера, фосфор, углерод, азот, хлор, кислороди т. д.). Установлено, что в составе земной коры, морской воды и атмосферысодержится примерно:

49,5 % кислорода         2,63% натрия

25,3 % кремния   2,4 %калия

7,5 % алюминия  1,93 %магния

5,08 % железа      0,87 %водорода

3,39 % кальция    менее 1% остальных.

Из сказанного следует,что простейшие вещества являются основой всей живой и неживой материи, аследовательно, и всей Вселенной.

Большинство веществ,находящихся в естественных условиях, состоят в соединениях друг с другом, т. е.являются веществами сложными. Незначительное число элементов в природенаходится в свободном состоянии (кислород, серебро, сера и некоторые другие).Ряд химических элементов может существовать в разных модификациях. Так,например, элемент кислород образует два видоизменения: кислород и озон; углерод— три: алмаз, графит и корбин и т. д. Явление видоизменения одного и того жеэлемента, связанного со сложным внутренним строением химических элементов,называется аллотропией, а образующиеся простейшие вещества — аллотропнымивидоизменениями или модификациями.

5. Химический синтез.Понятие о соединении

Если нагревать цинковыйпорошок с серой (два отдельных элемента), то в результате получаетсясоединение, называемое сернистым цинком, которое по своим свойствам отличаетсяот исходных простейших веществ. Такое соединение элементом называется синтезом.Синтез осуществляется только в результате химической реакции, при которойпоявляется более сложное вещество с новыми свойствами и строением, отличными отсвойств и строения исходных веществ.

Когда говорят охимическом синтезе, то подразумевают получение сложных соединений из исходныхэлементов (например, производство искусственного каучука, камфары и т. д.).Полученные материалы в результате синтеза называют синтетическими материалами.Химический синтез можно упрощенно выразить уравнением А + В = С, где А и В —исходные вещества, а С — синтезированное вещество. Способность веществасоединяться с одним или большим числом веществ называется валентностью,механизм которой будет приведен ниже.

Простое перемешиваниеисходных материалов без их химического соединения называют смесью. Смесисостоят из нескольких веществ, каждое из которых сохраняет свои индивидуальныесвойства и может быть выделено в чистом виде. При смешивании веществ речь идето физическом процессе.

6. Химическиеобозначения

В химии для обозначенияхимических элементов, отображения состава сложных веществ и химических реакций,для показа производимых количественных расчетов выработан свой особый язык.

Элементы принятообозначать химическими символами. Символ состоит из первой буквы или первой иодной из следующих букв латинского названия элемента — первая буква всегдапрописная, вторая — строчная. Например, бор (Borum) имеет символ В, барий(Barum) обозначается Ва, железо (Ferrum) — Fe и т. д.

Состав сложных химическихвеществ отображается химическими формулами. При этом символы элементов пишутсярядом друг с другом. Например, FeS — формула соединения железа с серой; H2S04 —формула серной кислоты, где цифры показывают необходимые пропорции входящих всостав серной кислоты водорода, серы и кислорода. С помощью химических символови формул записываются химические уравнения. В каждом уравнении, как вматематике, имеются две части, соединенные знаком равенства. В левой частизаписываются формулы веществ, вступающих в реакцию, в правой — формулы веществ,образовавшихся в результате реакции. По химическим формулам и уравнениямпроизводятся различные количественные расчеты.

7. Основные законыхимии

Химические процессыподчиняются всеобщим законам природы — закону сохранения массы вещества изакону сохранения энергии, а также ряду специфических для химии законов,которыми управляются все химические реакции.

Закон сохранения массывещества установили М.В. Ломоносов (1756 г.) и А.Л. Лавуазье (1789 г.) почтинезависимо друг от друга. Они далеко продвинули развитие химии тем, что при химическихреакциях применили физические методы, в частности, взвешивание.

Закон сохранения массы вхимических процессах можно сформулировать так: масса веществ, вступающих вхимическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.Например, при разложении воды масса воды будет равна сумме массы водорода имассы кислорода. Из закона сохранения вещества вытекает, что вещество нельзя нисоздать из ничего, ни уничтожить совсем.

Количественным выражениемзакона сохранения массы веществ применительно к производственному химическомупроцессу является материальный баланс, в котором подтверждается, что массавеществ, поступивших на технологическую операцию (приход), равна массеполученных веществ (расход).

Закон сохранения массывеществ М.В. Ломоносов связывал с законом сохранения энергии. Он рассматривалэти законы в единстве. Взгляды Ломоносова подтверждены современной наукой.

Закон сохранения энергиидействует во всех случаях и повсюду, где одна форма энергии переходит в другую.Например, при переходе энергии пара в турбине в энергию вращательного движения,т. е. механическую энергию, при переходе электрической энергии в электрическойлампочке в световую и т. д. Так же как нельзя ни уничтожить, ни создатьвещество, нельзя ни создать, ни уничтожить энергию.

Особым видом энергииявляется химическая энергия, которая освобождается или расходуется при каждойхимической реакции. Химическую энергию, как любой вид энергии, можно превратитьв механическую (использование взрывчатых веществ), тепловую (сжигание топлива),электрическую (гальванические элементы) и т. п. Измерить химическую энергиюнепосредственно нельзя. Ее величина определяется, как и величина тепловойэнергии, в килоджоулях (в кДж).

Различают химическиереакции с выделением тепла и химические реакции с поглощением тепла. Первыеназываются экзотермическими, вторые — эндотермическими реакциями. Изучениемтепловых явлений при химических реакциях занимается термохимия.

Количественным выражениемзакона сохранения энергии в химическом производстве является тепловой(энергетический) баланс. Применительно к тепловым процессам химическойпереработки закон сохранения энергии формулируется так: количество тепловойэнергии, принесенной в зону взаимодействия веществ, равно количеству энергии,вынесенной веществами из этой зоны.

К специфическим законамхимии относятся такие законы, как закон постоянства состава (Ж. Пруст, 1808г.), закон постоянных весовых отношений (Дж. Дальтон, 1800 г.), закон простыхобъемных отношений для газов (Ж.Л. Гей-Люссак, 1808 г.) и в качестве егоразвития — закон А. Авогадро (1811 г.). Данными законами руководствуютсяученые-химики и практики для проведения химических расчетов.

8. Реакционнаяспособность веществ

Число известных в природеи технике химических процессов очень велико. Одни из них, например, окислениебронзы на воздухе, протекают веками, другие — горение бензина — очень быстро.Разложение же взрывчатых веществ происходит в миллионные доли секунды. Припромышленном производстве химических продуктов очень важно знать закономерностипротекания реакций во времени, т. е. зависимость их скорости и выхода продуктаот температуры, давления, концентрации реагентов и примесей.

Изучением скорости иособенностей протекания химических реакций занимается химическая кинетика.Основополагающим для химической кинетики является представление о том, чтоисходные вещества, вступающие в химическую реакцию, чрезвычайно редконепосредственно превращаются в ее продукты. В большинстве случаев реакцияпроходит ряд последовательных и параллельных стадий, на которых образуются ирасходуются промежуточные вещества. Число последовательных стадий может бытьочень велико — в цепных реакциях их десятки и сотни тысяч. Время жизнипромежуточных веществ весьма разнообразно: одни вполне стабильны, другие существуютв равновесном состоянии доли секунды. Изучение скорости протекания химическихпроцессов показало, что химические реакции протекают тем быстрее, чем вышетемпература, давление и концентрация реагентов.

На скорость некоторыххимических реакций можно влиять присутствием небольшого количества определенныхвеществ, которые сами в реакции участия не принимают. Вещества эти называютсякатализаторами. Катализаторы бывают положительными, ускоряющими реакцию, иотрицательными — замедляющими ее. Каталитическое ускорение химической реакцииназывается катализом и является приемом современной химической технологии(производство полимерных материалов, синтетического топлива и др.). Считается,что удельный вес каталитических процессов в химической промышленности достигает80%. Благодаря катализу существенно повысилась эффективность экономикихимической промышленности, поскольку ускорение химических реакций заметновлияет на снижение издержек производства.

9. Атомно-молекулярноеучение

Ведущей идеейатомно-молекулярного учения, составляющего фундамент современной физики, химиии естествознания, является идея дискретности (прерывности строения) вещества.Вещество не заполняет целиком занимаемое им пространство, оно состоит изотдельных, находящихся на очень малом расстоянии друг от друга частиц,называемых молекулами. Молекула — это наименьшая частица данного вещества,обладающая его химическими свойствами. Свойства молекулы определяются еесоставом и химическим строением.

Каждая молекула, в своюочередь, состоит из атомов. Атом — наименьшая частица химического элемента,входящая в состав молекул простых и сложных веществ. Химические свойстваэлемента определяются строением его атомов. Число видов молекул исчисляетсяколичеством возможных соединений атомов (порядка миллиона), число атомов равночислу химических элементов (116, о чем уже было сказано выше).

Атомы разных наименованийвеществ различаются атомной массой. При обычных условиях атомы отдельносуществовать не могут. Ввиду их способности соединяться, одноименные атомыобразуют молекулы элементов, а разноименные — молекулы соединений. Атомыэлементов не меняются в результате химического процесса. Молекулы при любойхимической реакции изменяются.

Атом сложен по своемустроению. С открытием радиоактивности в самом конце XIX века представление онеделимости атома изменилось. Было доказано, что атомы веществ имеют сложноестроение, и что все химические изменения вызываются преимущественно действиемэлектрических сил. Атомы всех элементов являются системами, образующимися изтак называемых элементарных частиц — протонов, электронов, нейтронов. Атомыодного и того же элемента имеют ядро, содержащее одинаковое число протонов.Атомы разных элементов различаются между собой числом протонов и ихрасположением.

Согласно электроннойтеории строения вещества, атом любого элемента состоит из электрическиположительно заряженного атомного ядра, состоящего из протонов и нейтронов.Вокруг ядра, подобно планетам Солнечной системы, обращаются электроотрицательнозаряженные электроны («электронная оболочка»), которые по сравнению сядром почти не имеют массы. Атом в целом является электрически нейтральным —заряд ядра атома равен заряду электронной оболочки, т. е. число электроновоболочки равно числу протонов ядра атома. Электроны вращаются вокруг ядра атомапо определенным энергетически уравновешенным орбитам.

Таким образом,определение атома, приведенное выше, следует уточнить. Согласно современнымпредставлениям, атом— это электронейтральная частица, состоящая из положительнозаряженного атомного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Молекулы, находясь внепрерывном движении, сталкиваются друг с другом электронными оболочками. Тэлектронные оболочки молекул отталкиваются, то они при столкновенииотскакивают. Если соударения сильные, то может высвободиться достаточноеколичество энергии для перегруппировки электронов в столкнувшихся молекулах.При этом происходит формирование нового набора связей между атомов, т. е.образование новых соединений. Так, согласно атомно-молекулярного учения,происходят химические реакции.

Учение о строении атомасыграло колоссальную роль в химии и физике XIX века. На основе атомной моделивскрыты глубинные принципы периодического изменения свойств химическихэлементов и развита теория Периодической системы Д.И. Менделеева. Решающеезначение здесь имело установление закономерностей формирования электронныхконфигураций (оболочек) по мере роста заряда атомного ядра. Современнаяформулировка периодического закона Д.И. Менделеева такова: свойства химическихэлементов, а также формы и свойства соединений элементов находятся впериодической зависимости от заряда ядер их атомов.

Периодический закон иПериодическая система элементов Д.И. Менделеева (см. таблицу) позволили химиистать истинной наукой. Химия перестала быть описательной, экспериментальнойнаучной дисциплиной. С открытием периодического закона в ней стало возможнымнаучное предвидение. Периодический закон и Периодическая система ускорилиразвитие учения о строении атома, что привело к открытию атомной энергии ииспользованию ее для нужд человечества. Периодический закон сыграл решающуюроль в развитии ряда смежных с химией естественных наук.

С учетом данныхпериодической системы элементов решаются современные задачи химической науки ипромышленности. Успешно ведутся новых полимерных и полупроводниковыхматериалов, жаропрочных сплавов, веществ с заданными свойствами. Решаютсядругие задачи, в том числе и задачи охраны окружающей среды, освоения космоса ит. д.

Применениеатомно-молекулярного учения позволяет дать толкование многим положениям,изложенным выше, достигнутым экспериментально. Согласно данной теории, можноконстатировать:

а) основой любоговещества являются атомы;

б) элементы — этовещества, состоящие из одинаковых молекул, которые, в свою очередь, состоят изодного или нескольких одинаковых атомов (газообразные элементы обычно имеютдвухатомные, металлы — одноатомные молекулы);

в) соединения — этовещества, состоящие из одинаковых молекул, каждая из которых состоит из разныхатомов;

г) смеси — это вещества,состоящие из разных молекул;

д) аморфные вещества —это вещества с неупорядоченным расположением атомов и молекул;

е) кристаллическиевещества — вещества с упорядоченным, периодическим расположением в пространствеатомов в виде кристаллической решетки.

Следует сказать, чтобольшое число веществ, имеющих кристаллическое строение, состоит не из молекул,а из электроположительных ионов. Ионы — это электрически заряженные частицы —атомы или атомные группы, потерявшие или присоединившие к себе некотороеколичество электронов. Положительно заряженные ионы называются катионами,отрицательно заряженные — анионами. Химические соединения при этом называютсяионными соединениями.

Из атомно-молекулярногоучения следует, что при каждой химической реакции сначала молекулы реагирующихвеществ распадаются на атомы, а затем свободные атомы соединяются в новыемолекулы. При этом, подчеркнем еще раз, атомы элементов не меняются, изменяютсятолько молекулы участвующих в реакциях веществ. Химическое соединение элементовобъясняется способностью атомов одного элемента соединяться с одним илинесколькими атомами другого элемента. Эта способность к соединяемости, как ужеговорилось, называется валентностью. Электронная теория строения веществаговорит о том, что соединяться могут только такие элементы, атомы которых имеютнезаполненные внешние электронные орбиты (валентные сферы), обладающиеопределенной валентностью и вследствие чего проявляющие неустойчивость истремление к упорядочению.

Существует большоеразнообразие типов химического взаимодействия веществ. Однако характерным дляних является перестройка электронных оболочек связываемых между собой атомов. Врезультате перестройки происходит обобществление электронов соединяемыхэлементов, а система в целом приходит в устойчивое положение. Межатомноевзаимодействие, сопровождающееся перестройкой валентных электронных оболочекатомов и обобществлением электронов, называют химической (или ковалентной)связью.

Исследованиерадиоактивности химических элементов привело к открытию изотопов. С современнойточки зрения, изотопы — это разновидности атомов одного и того же химическогоэлемента: у них разная атомная масса, но одинаковый заряд ядра. Ядра такихэлементов содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов изанимают одно и то же место в периодической системе элементов. Почти всеэлементы имеют два или более изотопов. Например, водород — два, кислород — три,железо — четыре и т. д. Только примерно 24 элемента не имеют изотопов. Изотопыприменяют в ядерной технике как конструкционный материал в качестве ядерногогорючего в термоядерном синтезе. Радиоактивные изотопы широко используются вкачестве источников излучения, в технике меченых атомов и т. д.

10. Химическаятехнология. Химическая промышленность

Химическая технология —прикладная научная дисциплина о процессах, методах и средствах переработки сырьяв конечный химический продукт. Основная задача химической технологии —оптимальное сочетание в единой технологической системе разнообразных химическихпреобразований с физико-химическими и механическими процессами типа измельчениятвердых материалов, фильтрования, воздействия высоких или низких температур,электрических полей и т. п.

Для решения задачхимической технологии используют достижения всех разделов химии, физики,биологии, кибернетики, экономики. Химические технологии классифицируются посырью (технология нефти, пластмасс), по виду товара (технология удобрений,красителей и т. п.), по группам элементов (технология щелочных металлов,технология тяжелых металлов и т. п.), по типам химических процессов (технологияхлорирования и др.).

Химическая технологияявляется научной базой химической промышленности. Химическая промышленность вцелом — одна из крупнейших отраслей промышленности — сложная производственнаясистема, состоящая из 15 специализированных отраслей. 11 отраслей из 15организованы в химическую промышленность, 4 — в нефтехимическую.

В химическуюпромышленность входят:

Горнохимическаяпромышленность.

Основная химия.

Промышленность химическихволокон.

Промышленностьсинтетических смол и пластических масс.

Промышленностьпластмассовых изделий.

Лакокрасочнаяпромышленность.

Промышленность химическихреактивов и особо чистых веществ.

Промышленностьсинтетических красителей.

Химико-фотографическая промышленность.

Промышленность бытовойхимии.

Другие отрасли(производство химпоглотителей, кремнийорганических соединений и другихпродуктов).

В нефтехимическуюпромышленность входят:

Производствосинтетического каучука.

Производство продуктовосновного органического синтеза.

Сажевая промышленность.

Резино-асбестоваяпромышленность.

Химическая промышленностьхарактеризуется тесными связями со всеми отраслями народного хозяйстваблагодаря широкому ассортименту производимой ею продукции. Эта областьпроизводства отличается высокой материалоемкостью. Материальные иэнергетические затраты в производстве продукции могут составлять от 2/3 до 4/5себестоимости конечного продукта.

Развитие химическойтехнологии идет по пути комплексного использования сырья и энергии, применениянепрерывных и безотходных процессов с учетом экологической безопасностиокружающей среды, применения высоких давлений и температур, достиженийавтоматизации и кибернетизации.

Выше были изложеныосновные представления о химии, ее законах, месте в человеческой цивилизации. Взаключение следует еще раз подчеркнуть, что химия — «палка о двух концах».С одной стороны, это благо для человека, без которого немыслимо дальнейшееразвитие общества, с другой — бедствие для окружающей среды. Очевидно, что идеалпокорения природы, сопутствовавший научно-технической революции в XIX веке,должен быть коренным образом пересмотрен, что предполагает формированиеэкологического сознания у всех людей, молодого поколения в первую очередь.Молодым предстоит решать трудные задачи ограждения природы от негативноговоздействия человека — во избежание глобальной экологической катастрофы.

Список литературы

1. Чанышев А.Н. Курс лекций по древней философии. М., 2008

2 Азерников В.З. Неслучайные случайности. Рассказы о великихоткрытиях и выдающихся ученых. М., 2006

3. Бернал Дж. Наука в истории общества. М., 2007

4. Юкава X. Лекции по физике. М., 2006

5. Александров Г.Ф. Концепции современного естествознания.М., 2007

6. Кудрявцев П.С. Современное естествознание. Курс лекций.М., 2007