Химию традиционно принято подразделять на пять разделов: неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, аналитическая химия и химия высокомолекулярных соединений. Однако четких граней между этими разделами не существует.
В химии могут быть выделены два основных структурных стержня, которые связаны с основными этапами развития этой науки и, кроме того, дают представление о взаимосвязях химии с другими естественными науками.
Первый из этих стержней - появление веществ с заданными (необходимыми) свойствами, что является в то же время и главной задачей химии. Эта задача объединяет практически все химические знания, которые представляются в виде теорий, законов, методов, технологических инструкций и т.п. Она ближе к истокам химии и к конкретному производству (металлургии, выделке кож и т.п.), которое и сформировало саму эту науку.
Вторым структурным стержнем химии является теоретическая задача исследования генезиса (происхождения) свойств вещества. Ее решение допускает различные уровни обобщения представлений о химических веществах. В настоящее время выделяют четыре наиболее общих подхода:
1) исследование элементного и молекулярного состава вещества;
2) исследование структуры молекул веществ;
3) исследование термодинамических и кинетических условий, обеспечивающих протекание химических процессов;
4) исследование природы реагентов (катализаторов), процессов самоорганизации и эволюции химических соединений.
Рассматривая химию с точки зрения ее становления, можно сказать, что в ее основе лежат два закона: сохранения массы и постоянства состава.
Закон сохранения массыможет быть сформулирован еще так: полная масса замкнутой системы остается постоянной. Иными словами, этот закон утверждает, что химические превращения не сопровождаются измеримым увеличением или уменьшением массы участвующих в них веществ. Например, при разложении воды ее исходная масса будет равна сумме массы водорода и массы кислорода. Этот закон был установлен М.В. Ломоносовым и А. Лавуазье. Он может быть сформулирован и так: вещество нельзя ни создать из ничего, ни уничтожить.
Закон постоянства состава гласит: всякое химическое соединение, независимо от способа его получения, всегда содержит определенные элементы в одинаковом весовом отношении. Он был установлен французским химиком Ж. Прустом в 1800 - 1808 гг. и теоретически обобщен в 1800 - 1810 гг.
Однако рассмотренные законы не являются универсальными законами химии. Последними следует считать периодический закон химических элементов и принцип Ле Шателье-Брауна.
Согласно периодическому закону (в его современной форме), свойства химических элементов не являются случайными, а зависят от электронного строения данного атома, они закономерно изменяются с изменением атомного номера. Важным в периодическом законе является то, что эта зависимость характеризуется строгой периодичностью, которая находит свое выражение в повторяемости типичных свойств элементов.
Д.И. Менделееву в момент создания периодической системы было известно 62 химических элемента, а в настоящее время мы знаем уже 112. В 30-х гг. последним элементом этой системы был уран (U - девяносто второй элемент). Начиная с 40-х гг. новые элементы открывали регулярно по нескольку элементов в десятилетие. В 1940 - 1945 гг. путем физического синтеза атомных ядер были открыты элементы с номера 93 по 96: нептуний, плутоний, америций, кюрий. В 1949 - 1952 гг. стали известны берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий (с номера от 97 по 101). В последующие 40 лет были синтезированы элементы от 102-го по 109-й: нобелий, лоуренсий, курчатовий, жолиотий, резерфордий, борий, ганий, мейтнерий. Как правило, они носят имена выдающихся ученых-физиков или химиков. Например, элементы № 108 и № 109 названы в честь Отто Гана и Лизы Мейтнер, открывших в 1935 г. реакцию самопроизвольного деления урана. Следует отметить, что элементы со 102-го по 109-й крайне неустойчивы: период их полураспада составляет сотые и тысячные доли секунды. Считается, что элементы после № 110 являются настолько короткоживущими, что будут распадаться в момент их образования. Однако вполне возможно, что при номерах 126, 164, 184 существуют островки стабильности, означающие длительное существование элементов с этими номерами.
Принцип Ле Шателье-Брауна имеет следующую формулировку: если на систему, находящуюся в термодинамическом равновесии, воздействовать извне, изменяя какой-либо из параметров, определяющих положение равновесия, то в системе усилия то из направлений процесса, которое ослабляет влияние произведенного воздействия. Положение равновесия также сместится в направлении ослабления эффекта внешнего воздействия.
Данный принцип признан в настоящее время и далеко за пределами химии; он находит применение в различных науках, вплоть до общественных.
Химия 21 века предстает перед нами как весьма разветвленная система знаний, которая находится в процессе интенсивного развития. К числу концептуальных направлений развития современной химии относятся:
1) Проблема химического элемента. Впервые в мире в конце 80-х годов 20 в. в нашей стране был получен сверхтвердый материал - гексанит-Р. Это разновидность нитрида бора с температурой плавления 3200оС и твердостью, близкой к твердости алмаза. Но подлинный переворот в теории химических элементов произвела химия фторорганических соединений. Она открыла совершенно новый мир органических веществ. Изделия из фторуглерода принимаются в качестве материала для изготовления внутренних органов человека (сердечных клапанов, кровеносных сосудов и т.п.). Синтез уникальных материалов заставляет по-новому исследовать все химические элементы и накапливать данные для новых концепций химических элементов.
2) Исследование структуры химических соединений. Современная структурная химия достигла больших результатов. Последним ее достижением является открытие совершенно нового класса металлоорганических соединений. Молекула этого вещества представляет собой две пластины из соединений водорода и углерода, между которыми находится атом какого-либо металла.
3)Учение о химических процессах. Например, были получены полимербетоны путем пропитки обычного бетона каким-либо полимеров с последующим облучением.
Одним из самых молодых направлений в исследовании химических процессов является радиационная химия, которая зародилась во второй половине 20 в. Предмет ее разработок - превращения самых разнообразных веществ под воздействием ионизирующих излучений.
Сегодня также принципиально новой и исключительно важной областью учения о химических процессах является самораспространяющийся высокотемпературный синтез тугоплавких и керамических материалов.
4) Эволюционная химия. Ее возникновению способствовали исследования в области моделирования биокатализаторов и реальные достижения «нестационарной кинетики».
Так, сегодня активно используются факторы, влияющие на скорость реакции. Раздел химии, изучающий скорость и механизмы химических реакций называется химической кинетикой. Скорость химической реакции определяется изменением количества реагирующих веществ за единицу времени в единице объема (для гомогенных систем) или на единице поверхности (для гетерогенных систем).
Поможем написать любую работу на аналогичную тему