Понятие о науке "химия"

4 

1.    Химия в системе «общество-природа» 
 
 

       На протяжении длительного развития человечество не раз сталкивалось с большим числом проблем, от которых нередко зависело само его существование. Чтобы выжить, наш предок научился изготавливать и использовать простейшие орудия труда, чем компенсировал свои природные недостатки. В дальнейшем первобытный человек, оказавшись перед проблемой обеспечения пищей, освоил охоту, а затем земледелие и скотоводство. Освоение все более сложных орудий и предметов труда вызвало энергетическую проблему, потребовало перехода от естественных источников энергии к более совершенным. Энергетическая проблема последовательно привела человека к освоению энергии пара, тепловой, электрической энергии, наконец, энергии атома.

        Необходимость повышения производительности труда и эффективности производства, роста темпов добычи и переработки громадного объема минеральных ресурсов, наряду с необходимостью решения многих жизненно важных проблем вызвали к жизни использование химической технологии, всеобщую химизацию, а затем и компьютеризацию общественного производства и быта.

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

       Успехи человека в решении  больших и малых проблем выживания  в значительной мере были достигнуты  благодаря развитию химии, становлению  различных химических технологий. Успехи многих отраслей человеческой  деятельности, таких как энергетика, металлургия, машиностроение, легкая и пищевая промышленность и других, во многом зависят от состояния и развития химии. Огромное значение химия имеет для успешной работы сельскохозяйственного производства, фармацевтической промышленности, обеспечения быта человека.   

        Химическая промышленность производит десятки тысяч наименований продуктов, многие из которых по технологическим и экономическим характеристикам успешно конкурируют с традиционными материалами, а часть являются уникальными по своим параметрам. Химия дает материалы с заранее заданными свойствами, в том числе и такими, которые не встречаются в природе. Подобные материалы позволяют проводить технологические процессы с большими скоростями, температурами, давлениями, в условиях агрессивных сред. Для промышленности химия поставляет такие продукты» как кислоты НЕ щелочи, краски, синтетические волокна и т. п. Для сельского хозяйства химическая промышленность выпускает минеральные удобрения, средства защиты 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 не только тем, что обеспечивает производство многих необходимых продуктов, материалов, лекарств.: Во многих отраслях промышленности и сельскохозяйственного производства 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 фармацевтической промышленности и т. д. Внедрение химических методов ведет к

5 

интенсификации  технологических процессов, увеличению выхода полезного вещества, снижению отходов, повышению качества продукции.

  Таким образом, химизация, как процесс внедрения химических методов в общественное производство и быт, позволила человеку решить многие технические, экономические и социальные проблемы. Однако масштабность, а нередко и неуправляемость этого процесса обернулась «второй стороной медали». Химия прямо или опосредованно затронула практические все компоненты окружающей среды — сушу, атмосферу, воду Мирового океана, внедрилась в природные круговороты веществ. В результате этого нарушь :лось сложившееся в течение миллионов лет равновесие природных процессов на планете, химизация стала заметно отражаться на здоровье самого человека. Получилась ситуация, которую ученые обоснованно именуют химической войной против населения Земли. За последние 30-40 лет в этой войне пострадали сотни миллионов жителей планеты. Возникла самостоятельная ветвь экологической науки - химическая экология.

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

        К твердым отходам относятся 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 нефтью и нефтепродуктами. Значительный ущерб водоемам вследствие взмывания удобрений из почвы наносят загрязнения, связанные с сельскохозяйственным производством. Вредные 1ве:цёства из воздуха и воды попадают в почву, в которой накапливаются тяжелые металлы, радиоактивные элементы.

        В организм человека вредные вещества попадают через воздух, воду и пищу. Таким образом, человечество, пройдя ряд этапов развития — от огня костра до термоядерной бомбы, — в начале XXI века оказалось в условиях, когда в очередной раз встал вопрос о его выживании. Угроза экологической катастрофы требует решительного пересмотра отношений современной «химической» цивилизации и при-роды в сторону оптимизации этих отношений. Задача заключается в том, чтобы через новые технологии гармонизировать отношения «общество — природа» таким образом, чтобы компенсаторных возможностей окружающей среды было достаточно для нейтрализации антропогенных воздействий на нее.

        Новые технологии по своим  параметрам должны приближаться  к природным процессам, отличаться от промышленных своей безотходностью или малоотходностью. В безотходном производстве технологический цикл «сырье - производство — использование готового продукта — вторичное сырье» вписывается в окружающую среду, |не  нарушая экономического развития. В настоящее время  наметились следующие пути решения сложных экологических проблем: комплексная переработка сырья; пересмотр  традиционных процессов и схем получения известных продуктов; внедрение бессточных и замкнутых схем водопотребления; очистка выбрасываемых газов; использование  промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных и энергетических потоков.

        Проблема выживания человека  в конце XX века оказалась усложненной  проблемами геополитического, социального  и чисто технического характера. Решение последних  затруднено ввиду потребительского характера сложившейся цивилизации и эгоцентризма

6 

индустриально развитых  стран. Однако, опираясь на идеи В.И. Вернадского о перерастании биосферы в ноосферу, можно говорить о неслучайности появления человека на Земле, о его предназначении  в кризисной ситуации сыграть роль спасителя природы.

        Экологические проблемы порождены  не только экономикой и техникой, но и нравственным состоянием  чело- века. Вопрос состоит не  только в том, чтобы остановить  процесс разрушения природы техническими средствами.  Вопрос состоит в том, чтобы в корне изменить потребительское отношение человека к окружающему миру. Человечество должно стремиться не просто к выживанию, но  и к нормальной, достойной каждого человека жизни в условиях гармонии с природой.

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

7 

2. Предмет химии 
 

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

        Отдельные химические процессы (получение материалов из руд, крашение тканей и др.) использовались еще на заре становления человеческой цивилизации. Позже, в Ш-ГУ веках, зародилась алхимия, задачей которой было превращение неблагородных металлов в благородные (золото, серебро). Начиная с эпохи Возрождения, химические исследования все большей мере стали использовать для практических целей (металлургия, стеклоделие, керамика, получение красок и т, д.). Во второй половине ХУП века Р. Бойль дал научное определение понятия «химический элемент».

        Превращение химии в подлинную  науку завершилось во второй  половине XVIII века, когда был сформулирован  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 этот период А.М. Бутлеров создал теорию строения химических соединений, а Д.И. Менделеев (1869 г.) открыл периодический закон (периодическая система элементов Менделеева). С конца XIX — начала XX века важнейшим направлением химии стала разработка теоретических основ науки (атомно-молекулярное учение), изучение закономерностей химических процессов.                   

        В современной химии постепенно  оформились самостоятельные области химической науки: неорганическая химия, органическая химия, химия полимеров, аналитическая химия, другие ответвленные науки.. На стыке химии и других областей знания сложились такие науки, как физическая химия, агрохимия, геохимия, биохимия. На базе достижений химии появился также ряд технических наук, как, например, металлургия, термохимия, электрохимия и др. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

8 

3. Физические и химические  изменения веществ 
 

      Вещество представляет собой  однородный (гомогенный) вид материи, т. е. такой материи, каждая частица которой имеет одинаковые физические свойства. Различные изделия, имеющие различное назначение и форму, могут быть изготовлены из одного и того же материала, но их вещество будет одинаковым. Под веществом будем понимать чистую материю, без примесей. Под материалом — вещество того же наименования, полученное в реальных условиях, т. е. имеющее неизбежные примеси.

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

      Вещества, взаимодействуя друг с другом, подвергаются  различным изменениям и превращениям.          

      Физическим изменением вещества называют такое изменение, при котором внутреннее строение, состав и свойства не  подвергаются изменению. Например, из древесины изготавливают мебель, при этом внутреннее строение (структура), со- став и свойства древесины остаются прежними.

      Химическими изменениями вещества называют такие,  когда в результате взаимодействия не менее двух исходных веществ (химической реакции) появляются одно или несколько других веществ, отличающихся от первоначальных составом, структурой и свойствами. Например, раскаленная сталь покрывается на воздухе окалиной; уголь, сгорая, образуем углекислый газ; в результате химической переработки природного газа получают водород, ацетилен, метиловый спирт и другие продукты. Именно такими изменениями веществ, их получением, описанием и объяснением занимается химия.

    Экспериментально  доказано, что многие физические  изменения сопровождаются химическими изменениями, и наоборот. Раскаленная сталь на воздухе, как было сказано, покрывается окалиной, а уголь, сгорая, дает тепло и свет. Практическое применение химических изменений излетает химическая технология — область знания о методах и средствах рациональной химической переработки сырья, полуфабрикатов и промышленных отходов.

9 

4. Химический анализ.