Современные концепции химии

 

 

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

РОСТОВСКИЙ ФИЛИАЛ

 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ  ПРАВОСУДИЯ

 

КАФЕДРА Гуманитарных, социально-экономических и естественнонаучных дисциплин.

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Концепция современного естествознания».

 

ТЕМА: «Современные концепции химии»

 

Выполнила: студентка 1 курса

Заочной формы обучения

Шека Наталья Владимировна

 

Преподаватель:

Д. б. н., профессор кафедры гуманитарных,

социально-экономических и естественнонаучных дисциплин   

ростовского филиала РАП

Бакаева Елена Николаевна.

 

Дата предоставления работы

«  19  » января 2009г.

 

Ростов-на-Дону

2009г.

План:

 

 

Введение…………………………………………………………………..

1. Строение атома………………………………………………………..

2. Теория химической  связи……..……………………………………..

3. Сложные системы в  химии………………………………………….

4. Органический синтез  и новые материалы………………………..

5. Биохимия и биогеохимия……………………………………………

Заключение……………………………………………………………….

Список использованной литературы…………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

 Естествознание как наука о явлениях и законах природы включает  одну из важнейших отраслей – химию. В  современном понимании химия – наука о превращениях веществ, сопровождающихся изменением их состава и (или) строения.

История развития химических знаний начинается с древних времён, когда в V в. до н.э. древнегреческий философ Левкипп впервые предложил гипотезу атомного строения материи. Гораздо позднее (примерно с III в.н.э.) античному натурфилософскому атомичестическому учению о строении вещества противопоставлялась алхимия - донаучное направление, получившее развитие в Западной Европе в XІ-XVІ вв. Основные задачи алхимии заключались в нахождении так называемого «философского камня» для превращения неблагородных металлов в золото и серебро, создании эликсира долголетия и др. В эпоху Возрождения  результаты химических исследований все чаще находили применение в металлургии, стеклоделии, производстве керамики, красок и т.п.1

В настоящее – время для большинства студентов – гуманитариев представляет большую сложность разделить предметы исследования физики и химии. Физика – наука о неживой природе. Но и химия тоже. Трудность здесь связана с тем, что химия изучает один из уровней организации материи, который находится между двумя уровнями, изучаемыми физикой. Физика исследует уровень макровещества, но она же изучает и атомы. Когда в XVII в. возникла химия, то предполагалась, что она будет изучать все то, что относится к микромиру. Атомная физика, однако, начав в XX в. исследовать процессы, протекающие в  микромире, оставила и более глубокие уровни организации материи за физикой. Химии пришлось удовольствоваться единственным уровнем, который она занималась изначально, - молекулярным.2

Целью данного реферата является рассмотрение современной концепции химии. Для выполнения поставленной цели, определенны задачи:

- раскрыть Строение атома;

          - раскрытие Теории химической связи;

- раскрыть Сложная система в химии;

- раскрыть Органический синтез и новые материалы;

          - раскрыть Биохимия и биогеохимия.

Данный реферат состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы. В первой рассматривается Строение атома. Вторая глава посвящена Теории химической связи. В третьей главе рассматриваются Сложная система в химии. В четвертой главе раскрыт Органический синтез и новые материалы. В пятой главе рассматривается Биохимия и биогеохимия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Строение атома.

К 1914 г. были открыты отрицательные и положительные частицы: отрицательная - электрон - в конце XІX в., положительная - позже и в

1920 г. английский учёный Э.Резерфорд  назвал её протоном. В 1932 г. английский  учёный Д.Чедвик (1891-1974) открыл частицу  с такой же массой, как у  протона, но не несущую электрического  заряда. Её назвали нейтроном. В. Гейзенберг сразу же после открытия нейтрона предположил, что положительно заряженные частицы большой массы представляют собой протонно-нейтронные комбинации.

          Э.Резерфорд  с 1906 г. бомбардировал альфа –  частицами тонкие листочки металла. На основании того, что большинство альфа – частиц беспрепятственно проходили через пластинки, а некоторые резко отклонялись, он  создал теорию строения атома, в соответствии с которой атом имеет небольшое плотное ядро и электронные оболочки, занимающие основную часть объема атома. Немецкий учёный М.Лауэ (1879 – 1960) в 1909 г., бомбардируя  рентгеновскими лучами кристаллы, установил, что они состоят из атомов, образующих кристаллическую решётку.

         1920 г. Д.Чедвик  экспериментально доказал равенство  заряда ядра порядковому номеру  химического элемента в  периодической системе элементов Менделеева, и возникло новое определение химического элемента. Вместо вещества, неразложимого на более простые, химический элемент стали понимать как совокупность атомов с одинаковым  зарядом ядра. Именно зарядом, который зависит от количества протонов в ядре, определяются свойства химического  элемента. Количество нейтронов в ядре не всегда одинаково, и в этом случае говорят, что химический элемент имеет несколько изотопов. Так, калий имеет три изотопа:

калий-39, калий-40 и калий-41, где числа обозначают атомную массу, которая равна сумме протонов и нейтронов (масса электронов во много раз меньше). В 1934 г. французскими физиками Ф. и  И.Жолио-Кюри были получены первые искусственные изотопы, т.е. изотопы, которые отсутствуют в природе. В 1937 г. создан первый искусственный химический элемент, который назвали технецием.

 

2. Теория химической связи.

           Фундаментальная  для химии теория химической связи была создана в первые десятилетия XX в. после того, как атомная физика выяснила внутреннее строение молекул и вышла на уровень, который находится ниже  молекулярного, - атомный, В 1916 г. Г. Ленгмюр (1881-1957) независимо друг от друга установили, что связь между атомами в молекуле осуществляют электроны.

 Когда два атома сталкиваются и вступают в реакцию, они или перераспределяют свои электроны. Электроны располагаются вокруг ядра атома оболочками и при столкновении во  взаимодействие вступают внешние оболочки. Часть электронов переходит из внешней оболочки одного атома во внешнюю оболочку другого. Оба атома оказываются противоположно заряженными и начинают притягиваться друг к другу, создавая химическую связь, называемую ионной. Атомы могут также объединять свои электроны, представляя их в совместное пользование.

Такая связь получила название ковалентной.3

 

3. Сложные системы в химии.

          Выдающиеся достижения химии заключается в том, что она открыла так называемые цепные реакции ещё  до того, как в физике был обнаружен радиоактивный распад.

          Суть  цепной реакции Н.Н. Семёнов описывает так: « Энергии кванта достаточно для того, чтобы двухатомная молекула хлора распалась на отдельные атомы. Каждый из  них активнее первоначальной  молекулы и потому легко вступает в реакцию  с молекулой водорода. Она также двух - атомна. Один из её атомов вместе атомом хлора даёт молекулу продукта – хлористого водорода, а другой атом водорода остаётся свободен. Теперь он легко вступает в реакцию с ближайшей молекулой хлора, образуя вторую молекулу хлористого водорода и отдельный атом хлора.

 Это повторяется много –  много раз,  возникает как бы  длинная цепь реакций».4

           Советскому  учёному Н.н. Семёнову предстояло  открыть разветвлённые цепные реакции.  «Я уже сейчас не помню хорошо, когда у меня мелькнула догадка, что реакция окисления фосфора отличается от реакции хлора с водородом. Не помню, как мне пришла в голову главная мысль, что в ходе этой реакции образуются не обычные молекулы пятиокиси фосфора, а  молекулы возбуждённые – имеющие  избыточную энергию, что и является причиной испускания света при соединении фосфора с кислородом. Но иногда  возбуждённая молекула пятиокиси фосфора может столкнуться с неактивной молекулой кислорода, ещё не успев испустить свет. Тогда  эта избыточная энергия вызывает расщепление кислородной молекулы на активные атомы, каждый из которых, в свою очередь, начинает боденштейновскую прямую цепь реакции окисления фосфорных паров».5

        Теория разветвлённых  цепных реакций дала начало  новому направлению исследований -  химической физике, дисциплине. Промежуточной между физикой и химией.

          В химии  были тоже открыты колебательные  реакции, получившие названия «химических  часов».  «Ведь что, в самом деле, происходит? Основа колебательной реакции -  наличие двух типов молекул, способных превращаться в друг в друга. Назовём один из них А (красные молекулы, другой – В (синие). Мы привыкли думать, что химическая реакция – это хаотические, происходящие наобум столкновения частиц. По этой логике взаимные превращения  А и В должны приводить к устремлённому цвету раствора со случайными вспышками красного и синего. Но когда условия далеки от равновесных, происходит совершенно иное:  раствор в целом становится красным, потом синим, потом снова красным. Получается, будто молекулы как бы устанавливают связь между собой на больших, макроскопических расстояниях  через большие, макроскопические отрезки времени. Появляется нечто похожее на сигнал, по которому все А или В реагируют разом. Такое поведение традиционно приписывалось только живому – теперь же ясно, что оно возможно и систем  сравнительно простых, неживых» 6

 

4. Органический синтез и новые материалы.

  Органический синтез – синтез природных соединений имеет важнейшее практическое значение. На протяжении XX в. было синтезировано огромное количество веществ, которые до этого человечество находило лишь в природном состоянии:  различные лекарства, витамины, удобрения, детергенты, каучук и т.д. В настоящее время ведутся работы по выработке технологии создания не только из неорганических соединений, а из растительного сырья, например кукурузы (из её стеблей, которые снижают) и т.п. Одно из  перспективных направлений – создание биодеградируемой упаковки.  «Представьте, баночки из – под йогурта, брошенная не очень – то культурным человеком в воду или на газон,

 в считанные дни исчезнет, разложившись до углекислого газа и воды»7, и количество углекислого газа при этом не увеличивается, как при использования нефти. Это получило название «зелёная химия».Химия идёт по технологическому пути, так как свойства естественных молекул уже достаточно хорошо изучены, и её задача – создавать новые вещества с новыми, неизвестными природе свойствами, как, например, пластмасса. Ежегодно синтезируется более 6000 новых химических соединений и их необходимо включать в природные кругообороты, чтобы не осложнялись экологические проблемы.

       С появлением  новых промышленных процессов, средств  связи (например, сотовой связи) возникает  все большая потребность в  новых материалах. Необычное и  даже неожиданное словосочетание – интеллектуальные, или разумные, материалы – вещества нового поколения, которые оптимизируют свои характеристики в зависимости от внешних условий.  «Такие материалы откликаются на всякое физическое воздействие: крыло новой машины автоматически меняет свою форму, чтобы оптимально соответствовать аэродинамическим условиям или оптиматизировать угол атаки»8. Некоторые детали (например, лопатки турбин) выращивают из расплава как кристалл – целиком нужной формы. Такова химия XX в.

 

5. Биохимия и биогеохимия.

           Биохимия изучает химические реакции, происходящие в живых организмах, химический состав живых организмов и клеток.

 Эта промежуточная между биологией и химией наука получила развитие именно в XX в. Смысл её в том, что объяснение функционирования какого- либо уровня организации материи заключается в сведении его на более низкий уровень, на котором ищутся причины его

функционирования. Мы говорили в связи с этим о принципе редукционизма, имеющем важнейшее значение в науке. Биохимия стремится объяснить функционирование живых тел на молекулярном уровне (говорят также о молекулярной биологии).

     Из всех химических элементов, которые более 100, для жизни нужно главным образом 16, причём 99% входящих в состав живых организмов  химических элементов составляет углерод, водород, и азот. Биохимия изучает роль химических  элементов  и веществ, таких как вода, в  создании и функционировании живого. Биохимию называют химией живых организмов. Она составляет фундамент для физиологии и выполняет объяснительную роль для всех биологических процессов. Она изучает такие важные соединения, как аминокислоты и белки, макромолекулы которых содержат до 1000 аминокислот.  Пример белковой молекулы – гемоглобин. В живой клетке находится порядка 5000 различных видов белка.