Место химии в современной научной картине мира. Химические концепции в естественнонаучной картине мира

История химии: алхимия; период объединения химии (ятрохимия, пневматическая химия, теория флогистона и ее противники, период количественных законов (атомистическая химия)); структуризация современного химического знания.

Вещество и элемент. Химические системы. Энергетика химических процессов. Физическая связь и химическая реакция. Подходы к классификации химических реакций. Скорость химической реакции.

Периодическая система элементов Д. Менделеева.

Химия Земли: геохимия. Химия жизни: биохимия.

Применение химического знания в промышленности, сельском хозяйстве, медицине.

Модуль 3 Науки о живой природе

Тема 6. Специфика биологического объекта и проблема происхождения жизни

Специфика живой природы. Понятия хаоса и порядка. Единство живого и неживого. Границы жизни. Феномен жизни и его трактовки.

Подходы к выявлению специфики живого: субстратный, энергетический, информационный. Подходы к определению жизни: моноатрибутивный, полиатрибутивный.

Специфика и структура биологического знания. Задачи современной биологии: решение проблемы возникновения биологического объекта, системной организации живого, эволюции биологического объекта.

Методологическое значение принципа историзма в решении проблемы происхождения жизни. Историческая экстраполяция.

Эволюция концепций происхождения жизни. Биогенез и абиогенез. Концепция самопроизвольного зарождения жизни. Опыты Л. Пастера. Концепция панспермии и ее эволюция (С. Аррениус, В.И. Вернадский, Хоолдейн, Крик). Субстратная концепция происхождения жизни.

Тема 7. Системность живого и проблема развития органического мира

Принцип системности в исследовании живого. Полемика механистического и виталистического направления в биологии. Особенности живых систем: эволюционизм, раздражимость, наличие и использование информации, самоуправление и др.

Критерии выявления уровней организации живого. Упорядоченность биологического объекта: пространственный, функциональный, временной аспекты. Уровни организации живого: клетка и ее составляющие, организм и его свойства; вид, биогеоценоз.

Зарождение идеи развития живой природы в античной натурфилософии. Наивный трансформизм. Креационизм. Систематизация материала ботаники и зоологии. Первые таксономические классификации.

Эволюционное учение Ч. Дарвина и утверждение идеи развития в биологии. Движущие силы и факторы эволюции. Понятия «наследственность», «изменчивость», «естественный отбор». Экспериментальное изучение отдельных факторов эволюции. Генетика и эволюция. Синтетическая теория эволюции.

Проблема выделения системных единиц эволюции: организмоцентрический и популяционный подходы. Филогенез и онтогенез. Проблема управления эволюционным процессом.

Тема 8. Проблема происхождения и сущности идеальных процессов

Понятие и свойства кибернетических систем. Основные этапы процесса цефализации. Опережающее отражение действительности. Раздражимость, чувствительность, психика.

Свойства психического отражения действительности: целенаправленность, целостность, субъективность, предметность, Избирательность, переживаемость, регулятивность.

Сознание и его структура. Отличия сознания человека от психики животных.

Научное знание в своих процессах интеграции и дифференциации, а именно в их единстве, являются важной закономерностью развития науки.

Наука как система знаний в своем развитии прошла длинный путь, и превратилась из науки включающей в себя от двух десятков научных дисциплин, таких как философия, геометрия, астрономия, география, медицина и пр., до науки – сложной и разветвленной системы объединяющей около пятнадцати тысяч различных научных дисциплин.

Развитию науки способствовали такие вехи в истории как изобретение телескопа, микроскопа, что позволило человеку заглянуть глубже в мир природных объектов и расширить свои знания.

Рост научного знания привел к тому, что в общей науке начали выделяться различные ее направления, разделы и подразделы, таким образом, происходил процесс дифференциации, при этом возникают смежные естественно-научные дисциплины, такие как биохимия, физическая химия и другие.

На современном этапе развития естествознания можно отметить, что процессы дифференциации уступили место лидерства интегративным процессам. Интеграция естественно-научного познания становиться ведущей закономерностью его развития, что находит свое проявление в различных формах. Так, например, процесс интеграции можно обнаружить в организации исследований на стыке смежных научных дисциплин, в разработке научных методов, таких как хроматография или спектральный анализ, применяемых и в качественной химии и используемый в биологических анализах. Интеграция характерна для теории и принципов, к единству которых сейчас сводят все бесконечное разнообразие явлений природы, так в физике происходит процесс объединения всех типов фундаментальных взаимодействий. Интеграция проявляется и в решение многих научных проблем, где необходим комплексный подход, где необходимо применить знания из нескольких научных сфер.

Таким образом, процессы дифференциация и интеграция в развитии естествознания это не взаимоисключающие, а взаимодополняющие тенденции в развитии научного познания.

Гелиоцентрическая система Н. Коперника и ее значение для естествознания

Главный труд выдающегося польского ученого Николая Коперника (1473-1543) - создание гелиоцентрической системы опубликованной в книге «Об обращении небесных миров», явилось итогом его наблюдений и размышлений в течение более 30 лет. В итоге, в результате сложных математических вычислений Н.Коперник показал, что Земля - только одна из планет, а все планеты обращаются вокруг Солнца.

Изыскания Н.Коперника позволило изменить ложный взгляд на устройство Вселенной, которое существовало в странах почти полтора тысячелетия. Это ложное учение Птолемея утверждало, что Земля неподвижно покоится в центре Вселенной. Такое длительное существование учение Птолемея и его непоколебимость можно объяснить тем, что последователи Птолемея в угоду церкви придумывали все новые «разъяснения» и «доказательства» движения планет вокруг Земли, чтобы сохранить «истинность» и «святость» его ложного учения, но это привело только к тому, что система Птолемея приобрела статус надуманности и искусственности.

В своей книге Н.Коперник утверждает, что Земля и другие планеты - это спутники Солнца. Он показывает, что именно движение Земли вокруг солнца и ее суточным вращением вокруг своей оси объясняется видимое движение Солнца. Коперник объяснял, что мы воспринимаем движение далеких небесных тел так же, как и перемещение различных предметов на Земле. Нам кажется, что Солнце движется вокруг Земли, на самом деле Земля движется вокруг Солнца и в течение года совершает полный оборот по своей орбите.

Коперник полагал, что Вселенная ограничена сферой неподвижных звезд, которые расположены на невообразимо огромных, конечных расстояниях от нас и от Солнца. В учении Коперника утверждалась огромность Вселенной и бесконечность ее. Коперник также впервые в астрономии не только дал правильную схему строения Солнечной системы, но и определил относительные расстояния планет от солнца и вычислил период их обращения вокруг него.

Учение Н.Коперника о солнечной системе – гелиоцентрическое - утверждалось в жесточайшей борьбе с религией, которое подрывало основы религиозного мировоззрения и открывало широкий путь к научному познанию явлений природы.

Принципиальное отличие этой системы мира от прежних теорий состояло в том, что в ней концепция единого однородного пространства и равномерности течения времени обрела реальный эмпирический базис. Признав подвижность Земли, Коперник в своей теории отверг все ранее существовавшие представления о ее уникальности, «единственности» центра вращения во Вселенной. Тем самым теория Коперника не только изменила существовавшую модель Вселенной, но и направила движение естественно-научной мысли к признанию безграничности и бесконечности пространства.

Квантово-полевая физическая картина

В основе современной квантово-полевой картины мира лежит новая физическая теория - квантовая механика, описывающая состояние и движение микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми на опыте. Законы квантовой механики составляют фундамент изучения строения вещества. Они позволяют выяснить строение атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов, изучить свойства элементарных частиц.

В соответствии с квантово-полевой картиной мира любой микрообъект, обладая волновыми и корпускулярными свойствами, не имеет определенной траектории движения и не может иметь определенных координат и скорости (импульса). В квантовой механике, в отличие от классической физики, поведение каждой микрочастицы подчиняется нединамическим, а статистическим законам.

Общая картина реальности в квантово-полевой картине мира как бы двупланова: с одной стороны, в нее входят характеристики исследуемого объекта, а с другой - условия наблюдения, от которых зависит определенность этих характеристик. Это означает, что картина реальности в современной физике является не только картиной объекта, но и картиной процесса его познания.

Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они всегда выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов, которые способствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей. Таким образом, в основе мира лежат случайность, вероятность.

Химическая картина мира

На основе системы химических наук складывается химическая картина мира - взгляд на природу с точки зрения химии, определяющий при этом место и роль химических объектов и процессов во всем реальном природном многообразии. Содержание химической картины мира включает:

· обобщенное знание о том, что представляют собой объекты живой и неживой природы со стороны их химического содержания, например, учение о многообразии частиц вещества, о его химической организации;

· представление о происхождении всех основных типов природных объектов, их естественной эволюции;

· зависимость химических свойств природных объектов от их структуры;

· общие закономерности природных процессов как процессов химического взаимодействия реагирующих веществ не только друг с другом, но и с окружающей средой;

· знание о специфических объектах, синтезируемых в практической деятельности химика.

Теория биохимической эволюции жизни (теория Опарина - Холдейна)

В 1924 году А.И. Опарин высказал предположение, что около 4,5 млрд. лет назад атмосфера земли содержала аммиак, метан, углекислый газ и пары воды. Вследствие электрических разрядов в земной атмосфере на планете могли возникнуть простейшие органические соединения, а, следовательно, зародилась жизни. А.И. Опарин считал, что эти процессы могли происходить до тех пор, пока температура Земли не опустилась ниже 100°C, до тех пока вся вода находилась в парообразном состоянии, а атмосфера имела восстановительные свойства, то есть отсутствие в атмосфере кислорода было необходимым условием возникновения жизни.

Гипотеза А.И.Опарина о возникновении жизни на Земле опирается на представление о постепенном усложнении химической структуры и морфологического облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живым организмам. На стыке моря, суши и воздуха создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки подобно водным растворам желатина. А.И.Опарин назвал эти сгустки коацерватными каплями или коацерватами. Коацерваты - это обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры.

Гипотеза Опарина была доказана в 1955 году американским исследователем С.Миллером, который пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот. Таким образом, в середине XX века был экспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных и органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли.

Подобную гипотезу о возникновении жизни в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам, то есть теорию происхождения первых живых существ из неживой материи разрабатывали Дж. Холдейн и Р. Бейтнер. Дж. Холдейн говорил: «Я полагаю, что обмен у первых организмов был направлен - а у первых синтетических организмов будет направлен - на синтез нуклеиновых кислот, способных служить матрицей в синтезе белка, а также на синтез одного или более белков, катализирующих образование нуклеиновых кислот и белков»

Но все-таки более детально теория была разработана советским биохимиком академиком А. И. Опариным в его книге «Возникновение жизни».

Теория этногенеза Л.Н. Гумилева

Механизм эволюции этносов, предложенный Гумилевым, близок синергетическому: воздействие извне (солнечное излучение), появление «пассионариев», точка бифуркации, становление и развитие этноса. Гумилев объясняет социальное развитие с помощью энергии Солнца. Солнце посылает импульсы, они приводят к так называемому пассионарному толчку. Пассионарный толчок приводит к появлению некоторого числа энергичных (пассионарных) личностей, а они, формируют этнос, ведя всех людей за собой.

Этногенез включает следующие этапы:

1) подъем - динамичная фаза;

2) «перегрев», надлом - акматическая фаза. Здесь этнос достигает своей высшей точки силы, после которой начинается спуск вниз.

3) переход в нормальное состояние - инерционная фаза. Главным становится лозунг «будь самим собой», каждый проявляет свою индивидуальность.

4) обскурация - фаза затухающих колебаний. Лозунг этой фазы: «будь, как все», продолжается рост культуры и накопление материальных ценностей, а этнос достигает гомеостаза. Природа или консервируется, или деградирует (в этом случае этнос гибнет). Забвение прошлого и настоящего ради будущего, приводит к губительным восстаниям и крушению. Гибель настигает этнос через 1200 лет под слиянием собственного разложения или нашествия других молодых и энергичных этносов.

При снижении солнечной активности защитные свойства ионосферы снижаются и отдельные кванты или пучки энергий могут пролететь невысоко над земной поверхностью; при этом они дадут жесткое излучение по своему пути, а оно, как известно, вызывает мутации.

Являясь частью живой биомассы, человек подвержен всем законам развития живого, в том числе, - закону группировки во внутривидовые таксоны, как группируются в популяции все виды живого на Земле, адаптируясь во вмещающих ландшафтах местообитания. Основой такой группировки служат трофические цепи перераспределения энергии (трофические цепи питания) в биоценозах вмещающих ландшафтов. Именно звенья этих трофических цепей определяют положение живых систем в биосфере планеты Земля и дают живым организмам биохимическую энергию для их функционирования. Этот естественнонаучный взгляд на природу системных процессов, протекающих в человеческих сообществах, лежит в основе биогеографической концепции этногенеза Л. Н. Гумилева.

Представители вида Homo sapiens, подобно всем иным видам живого, должны группироваться в своеобразные энергетические таксоны, в системы с функциональными характеристиками популяций. Структуры, состоящие из подобных систем, Л. Н. Гумилев отождествил с этносами. Сообщества человека популяционного уровня входят в сверхсистемы биоценозов.

Человек и природа: глобальные экологические проблемы

Влияние человечества на природу с появлением производства всё увеличивается, особенно значительно человек стал влиять на окружающую среду с развитием промышленных предприятий. При не полном сгорании углеродистых веществ в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий в воздух попадает, например, оксида углерода, что способствует повышению температуры на планете и как следствие к созданию парникового эффекта. А это в свою очередь приводит к глобальному изменению климата, засухам и наводнениям, и замечено таяние ледников в Антарктиде. Соединение фтора и хлора источниками, которых являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, органических красителей, и т.д., поступают в атмосферу в виде газообразных веществ и разрушают ее слои.

Помимо того, что выбросы вредных веществ приводят к гибели окружающей флоры и фауны, но и также усугубляют жизнь человека на планете Земля.

Еще одна проблема экологического характера – это загрязнение Мирового океана. Загрязнение вод нефтью и нефтепродуктами поступающих в моря и реки, с бытовыми и ливневыми стоками, а также при авариях на буровых, растекающихся по поверхности в виде пленки, губительно действует на всего живое в океане.

Разрушение озонового слоя атмосферы, а именно озона, являющегося важным компонентом, защищающего человека от вредных веществ, которые поступают из космоса. Разрушая этот слой человека, постепенно приводит себя к гибели.

Также в последнее время встает еще одна проблема – кислотные атмосферные осадки, выпадающие на поверхность, что приводит повышению кислотности почвенного покрова, что снижает плодородие почв и как следствие снижение урожайности и истощение почв. В связи с этим вносятся все большее количество удобрений, а это прямо сказывается на здоровье людей.

Сегодня запущенные процессы уже сложно остановить, поэтому человечеству нужно изменить сознание об использовании природных ресурсов, осознать проблемы охраны окружающей среды. Экологическое отношение человека к природе вместе с преобразующей силой самой Природы поможет избежать плачевных последствий.

Список литературы

1. Горелов А. А. Концепции современного естествознания. - М.: Центр, 1997. - 208 с.

2. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов / Под ред. проф. В.Н. Лавриненко, проф. В.П. Ратникова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. - 317 с.

3. Кунафин М. С. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. Изд-е. – Уфа, 2003. – с. 485

Истоки химических знаний лежат в глубокой древности. В их основе – потребность человека получить необходимые вещества для своей жизнедеятельности. Происхождение термина «химия» не выяснено до сих пор, хотя по этому вопросу существует несколько версий. Согласно одной из них, это название произошло от египетского слова «хеми», что означало Египет, а также «черный». Историки науки переводят этот термин также как «египетское искусство». Таким образом, в этой версии слово химия означает искусство производить необходимые вещества, в том числе и искусство превращать обыкновенные металлы в золото и серебро или их сплавы.

Однако в настоящее время более популярно другое объяснение. Слово «химия» произошло от греческого термина «химос», который можно перевести как «сок растений». Поэтому «химия» означает «искусство получения соков», но сок, о котором идет речь, может быть и расплавленным металлом. Так что химия может означать и «искусство металлургии».

История химии показывает, что ее развитие происходило неравномерно: периоды накопления и систематизации данных эмпирических опытов и наблюдений сменялись периодами открытия и бурного обсуждения фундаментальных законов и теорий. Последовательное чередование таких периодов позволяет разделить историю химической науки на несколько этапов.

Основные периоды развития химии

1. Период алхимии – с древности до XVI в. нашей эры. Он характеризуется поисками философского камня, эликсира долголетия, алкагеста (универсального растворителя). Кроме того, в алхимический период почти во всех культурах практиковалось «превращение» неблагородных металлов в золото или серебро, но все эти «превращения» у каждого народа осуществлялись самыми разными способами.

2. Период зарождения научной химии , который продолжался в течение XVI - XVIII веков. На этом этапе были созданы теории Парацельса, теории газов Бойля, Кавендиша и др., теория флогистона Г. Шталя и, наконец, теория химических элементов Лавуазье. В течение этого периода совершенствовалась прикладная химия, связанная с развитием металлургии, производства стекла и фарфора, искусства перегонки жидкостей и т.д. К концу XVIII века произошло упрочение химии как науки, независимой от других естественных наук.

3. Период открытия основных законов химии охватывает первые шестьдесят лет XIX века и характеризуется возникновением и развитием атомной теории Дальтона, атомно-молекулярной теории Авогадро, установлением Берцелиусом атомных весов элементов и формированием основных понятий химии: атом, молекула и др.

4. Современный период длится с 60-х годов XIX века до наших дней. Это наиболее плодотворный период развития химии, так как в течение немногим более 100 лет были разработаны периодическая классификация элементов, теория валентности, теория ароматических соединений и стереохимия, теория электролитической диссоциации Аррениуса, электронная теория материи и т.д.

Вместе с тем, в этот период значительно расширился диапазон химических исследований. Такие составные части химии, как неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, фармацевтическая химия, химия пищевых продуктов, агрохимия, геохимия, биохимия и т.д., приобрели статус самостоятельных наук и собственную теоретическую базу.

Период алхимии

Исторически алхимия сложилась как тайное, мистическое знание, направленное на поиски философского камня, превращающего металлы в золото и серебро, и эликсира долголетия. В течение своей многовековой истории алхимия решала многие практические задачи, связанные с получением веществ и заложила фундамент для создания научной химии.

Наивысшего развития алхимия достигла в трех основных типах:

· греко-египетском;

· арабском;

· западно-европейском.

Родина алхимии – Египет. Еще в древности там были известны способы получения металлов, сплавов, применявшихся для производства монет, оружия, украшений. Эти знания держались в секрете и были достоянием ограниченного круга жрецов. Увеличивающийся спрос на золото подтолкнул металлургов к поиску способов превращения (трансмутации) неблагородных металлов (железа, свинца, меди и др.) в золото. Алхимический характер древней металлургии связал ее с астрологией и магией. Каждый металл имел астрологическую связь с соответствующей планетой. Погоня за философским камнем позволила углубить и расширить знания о химических процессах. Получила развитие металлургия, были усовершенствованы процессы очистки золота и серебра. Тем не менее, в период правления императора Диоклетиана в Древнем Риме алхимия стала преследоваться. Возможность получения дешевого золота напугала императора и по его приказу были уничтожены все труды по алхимии. Значительную роль в запрете алхимии сыграло христианство, которое рассматривало ее как дьявольское ремесло.

После завоевания арабами Египта в VII в. н. э. алхимия стала развиваться в арабских странах. Самым выдающимся арабским алхимиком был Джабир ибн Хайям , известный в Европе как Гебер . Он описал нашатырный спирт, технологию приготовления свинцовых белил, способ перегонки уксуса для получения уксусной кислоты. Основополагающей идеей Джабира являлась теория образования всех известных тогда семи металлов из смеси ртути и серы как двух основных составляющих. Эта идея предвосхитила деление простых веществ на металлы и неметаллы.

Развитие арабской алхимии шло двумя параллельными путями. Одни алхимики занимались трансмутацией металлов в золото, другие искали эликсир жизни, дававший бессмертие.

Появление алхимии в странах Западной Европы стало возможным благодаря крестовым походам. Тогда европейцы позаимствовали у арабов научно-практические знания, среди которых была алхимия. Европейская алхимия попала под покровительство астрологии и поэтому приобрела характер тайной науки. Имя самого выдающегося средневекового западноевропейского алхимика осталось неизвестным, известно лишь, что он был испанцем и жил в XIV веке. Он первым описал серную кислоту, процесс образования азотной кислоты, царской водки. Несомненной заслугой европейской алхимии было изучение и получение минеральных кислот, солей, спирта, фосфора и т. д. Алхимиками была создана химическая аппаратура, разработаны различные химические операции: нагревание на прямом огне, водяной бане, прокаливание, перегонка, возгонка, выпаривание, фильтрование, кристаллизация и др. Таким образом, были подготовлены соответствующие условия для развития химической науки.

2. Период зарождения химической науки охватывает три столетия: с XVI по XIX вв. Условиями становления химии как науки были:

Ø обновление европейской культуры;

Ø потребность в новых видах промышленного производства;

Ø открытие Нового света;

Ø расширение торговых отношений.

Отделившись от старой алхимии, химия приобрела большую свободу исследования и утвердилась как единая независимая наука.

В XVI в. на смену алхимии пришло новое направление, которое занималось приготовлением лекарств. Это направление получило название ятрохимии . Основателем ятрохимии был швейцарский ученый Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм , известный в науке под именем Парацельс .

Ятрохимия выражала стремление соединить медицину с химией, переоценивая при этом роль химических превращений в организме и приписывая определенным химическим соединениям способность устранять в организме нарушения равновесия. Парацельс свято верил, что если человеческое тело состоит из особых веществ, то происходящие в них изменения должны вызывать болезни, которые могут быть излечены лишь путем применения лекарств, восстанавливающих нормальное химическое равновесие. До Парацельса в качестве лекарств использовались преимущественно растительные препараты, но он полагался только на эффективность лекарственных средств, изготовленных из минералов, и поэтому стремился создавать лекарства такого типа.

В своих химических изысканиях Парацельс заимствовал из алхимической традиции учение о трех основных составных частях материи – ртути, сере и соли, которым соответствуют основные свойства материи: летучесть, горючесть и твердость. Эти три элемента составляют основу макрокосма (вселенной), но относятся и микрокосму (человеку), состоящему из духа, души и тела. Определяя причины болезней, Парацельс утверждал, что лихорадка и чума происходят от избытка в организме серы, при избытке ртути наступают параличи, а избыток соли может вызвать расстройство желудка и водянку. Точно также и причины многих других болезней он приписывал избытку или недостатку этих трех основных элементов.

В сохранении здоровья человека Парацельс придавал большое значение химии, так как исходил из наблюдения, что медицина покоится на четырех опорах, а именно на философии, астрологии, химии и добродетели. Химия должна развиваться в согласии с медициной, потому что этот союз приведет к прогрессу обеих наук.

Ятрохимия принесла значительную пользу химии, так как способствовала освобождению ее от влияния алхимии и существенно расширила знания о жизненно важных соединениях, оказав тем самым благотворное влияние и на фармацию. Но одновременно ятрохимия была и помехой для развития химии, потому что сужала поле ее исследований. По этой причине в XVII и XVIII вв. целый ряд исследователей отказались от принципов ятрохимии и избрали иной путь своих исследований, внедряя химию в жизнь и ставя ее на службу человеку.

Именно эти исследователи своими открытиями способствовали созданию первых научных химических теорий.

В XVII столетии, в век бурного развития механики, в связи с изобретением паровой машины, возник интерес химии к процессу горения. Итогом этих исследований стала теория флогистона , основоположником которой был немецкий химик и врач Георг Шталь.

Теория Флогистона

Задолго до XVIII века греческие и западные алхимики пытались ответить на эти вопросы: почему одни предметы горят, а другие не горят? Что представляет собой процесс горения?

По представлениям древних греков все, что способно гореть, содержит в себе элемент огня, который в соответствующих условиях может высвобождаться. Алхимики придерживались примерно той же точки зрения, но считали, что способные к горению вещества содержат в себе элемент «сульфур». В 1669 году немецкий химик Иоганн Бехер попытался дать рациональное объяснение явлению горючести. Он предположил, что твердые вещества состоят из трех видов «земли», и один из этих видов, названный им «жирная земля», служит горючим веществом. Все эти объяснения не отвечали на вопрос о сущности процесса горения, но они стали отправной точкой для создания единой теории, известной под названием теории флогистона.

Шталь вместо понятия Бехера «жирная земля» ввел понятие «флогистона» – от греческого «флогистос» – горючий, воспламеняющийся. Термин «флогистон» получил большое распространение благодаря работам самого Шталя и потому, что его теория объединила многочисленные сведения о горении и обжигании.

Теория флогистона основана на убеждении, что все горючие вещества богаты особым горючим веществом – флогистоном и чем больше флогистона содержит данное тело, тем более оно способно к горению. То, что остается после завершения процесса горения, флогистона не содержит и потому гореть не может. Шталь утверждает, что расплавление металлов подобно горению дерева. Металлы, по его мнению, тоже содержат флогистон, но, теряя его, превращаются в известь, ржавчину или окалину. Однако если к этим остаткам опять добавить флогистон, то вновь можно получить металлы. При нагревании этих веществ с углем металл «возрождается».

Такое понимание процесса плавления позволило дать приемлемое объяснение и процессу превращение руд в металлы – первому теоретическому открытию в области химии.

Теория флогистона Шталя на первых порах встретила резкую критику, но при этом быстро начала завоевывать популярность и во второй половине XVII в. была принята химиками повсеместно, так как позволила дать четкие ответы на многие вопросы. Однако один вопрос ни Шталь, ни его последователи разрешить не смогли. Дело в том, что большинство горючих веществ (дерево, бумага, жир) при горении в значительной степени исчезали. Оставшиеся зола и сажа были намного легче, чем исходное вещество. Но химикам XVIII в. эта проблема не казалась важной, они еще не сознавали важность точных измерений, и изменением в весе они пренебрегали. Теория флогистона объясняла причины изменения внешнего вида и свойств веществ, а изменения веса были неважны.

Влияние идей А.Л. Лавуазье на развитие химического знания

К концу XVIII в. в химии был накоплен большой объем экспериментальных данных, которые необходимо было систематизировать в рамках единой теории. Создателем такой теории стал французский химик Антуан-Лоран Лавуазье.

С самого начала своей деятельности на поприще химии Лавуазье понял важность точного измерения веществ, участвующих в химических процессах. Применение точных измерений при изучении химических реакций позволило ему доказать несостоятельность старых теорий, мешавших развитию химии.

Вопрос о природе процесса горения интересовал всех химиков XVIII в., и Лавуазье также не мог не заинтересоваться им. Его многочисленные опыты по нагреванию различных веществ в закрытых сосудах позволили установить, что независимо от характера химических процессов и их продуктов, общий вес всех участвующих в реакции веществ остается без изменений.

Это позволило ему выдвинуть новую теорию образования металлов и руд. Согласно этой теории, в руде металл соединен с газом. Когда руду нагревают на древесном угле, уголь абсорбирует газ из руды и при этом образуется углекислый газ и металл.

Таким образом, в отличие от Шталя, который считал, что плавка металла включает переход флогистона из древесного угля в руду, Лавуазье представляет себе этот процесс как переход газа из руды в уголь. Идея Лавуазье позволяла объяснить причины изменения веса веществ в результате горения.

Обдумывая результаты проведенных им опытов, Лавуазье пришел к мысли, что если учитывать все вещества, участвующие в химической реакции и все образующиеся продукты, то изменений в весе никогда не будет. Другими словами, Лавуазье пришел к выводу, что масса никогда не создается и не уничтожается, а лишь переходит от одного вещества к другому. Этот вывод, известный сегодня как закон сохранения массы, стал основой для всего процесса развития химии XIX века.

Однако сам Лавуазье был неудовлетворен полученными результатами, так как не понимал, почему при соединении воздуха с металлом образовывалась окалина, а при соединении с деревом – газы, и почему при этих взаимодействиях участвовал не весь воздух, а только примерно пятая часть его?

Вновь в результате многочисленных опытов и экспериментов Лавуазье пришел к выводу, что воздух является не простым веществом, а смесью двух газов. Одну пятую часть воздуха, по мнению Лавуазье, составляет «дефлогистированный воздух», который соединяется с горящими и ржавеющими предметами, переходит из руд в древесный уголь и необходим для жизни. Лавуазье назвал этот газ кислородом, то есть порождающим кислоты, так как ошибочно полагал, что кислород – компонент всех кислот.

Второй газ, составляющий четыре пятых воздуха («флогистированный воздух») был признан совершенно самостоятельным веществом. Этот газ не поддерживал горения, и его Лавуазье назвал азотом – безжизненным.

Важную роль в исследованиях Лавуазье сыграли результаты опытов английского физика Кавендиша, который доказал, что образующиеся при горении газы конденсируются в жидкость, которая, как показали анализы, является всего-навсего водой.

Важность этого открытия была огромной, так как выяснилось, что вода – не простое вещество, а продукт соединения двух газов.

Лавуазье назвал выделяющийся при горении газ водородом («образующим воду») и отметил, что водород горит, соединяясь с кислородом, и, следовательно, вода является соединением водорода и кислорода.

Новые теории Лавуазье повлекли за собой полную рационализацию химии. Было окончательно покончено со всеми таинственными элементами. С того времени химики стали интересоваться только теми веществами, которые можно было взвесить или измерить каким-либо другим способом.

Возникновение химии как науки Химия как известно изучает превращения веществ. В те времена науки химии в современном понимании еще не было а весь громадный практический опыт в области получения веществ и материалов накапливался человечеством методом проб и ошибок. Особого внимания заслуживает алхимический период в истории становления химии как естественной науки продолжавшийся свыше тысячи лет. В то же время именно алхимики открывшие невероятное количество процессов наблюдавшие огромное число реакций между самыми различными...

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

«Концепции современного естествознания»

201 4 /201 5 учебный год

Лекция 10

Химические концепции в естественнонаучной картине мира

10.1. Возникновение химии как науки

Химия, как известно, изучает превращения веществ. В древности химией называли искусство получать золото, серебро или их сплавы. В те времена науки химии в современном понимании еще не было, а весь громадный практический опыт в области получения веществ и материалов накапливался человечеством методом проб и ошибок. И дело, конечно, не ограничивалось добычей драгоценных металлов и их сплавов. Люди уже тогда широко использовали железо, свинец, олово, медь. Целые исторические эпохи, например бронзовый век, теперь связывают с металлургическими технологиями. Значительное развитие получили гончарное ремесло, изготовление изделий из стекла, методы окраски, приготовление лекарственных снадобий и многое другое, что сейчас тесно связано с практической химией. Знания эти передавались по традиции из поколения в поколение кастами жрецов.

Уже в Древней Греции люди пытались отвечать не только на вопрос, как получить то или иное вещество или материал, но и почему происходит превращение веществ и изменение их свойств. Однако вплоть до XVII в. на эти вопросы давались столь абстрактные, умозрительные ответы, что ни о каких действительно научных представлениях, которые могли стать надежной путеводной звездой в практической деятельности, не могло быть и речи. Достаточно вспомнить в связи с этим о первичных элементах и свойствах материи (земля, вода, воздух, огонь, сухость, влажность, тепло, холод и т. п.), лежащих в основе древнегреческой философии. Даже атомистика греков на самом деле не имела ничего общего с атомно-молекулярной теорией, которая только к началу XIX в. завоевала признание и стала фундаментом классической естественнонаучной картины мира.

Особого внимания заслуживает алхимический период в истории становления химии как естественной науки, продолжавшийся свыше тысячи лет. Начиная с IV в. н. э. алхимики безуспешно пытались решить три главные задачи: найти философский камень, отыскать эликсир долголетия и создать универсальный растворитель. Среди алхимических методов было много мистицизма и схоластики. Вот как сами алхимики в XIII в. определяли свое занятие: «Алхимия весьма необходимая, божественная часть тайной небесной натуральной философии, составляющая и образующая единую, не всем известную науку и искусство, которые учат чистить и очищать потерявшие ценность драгоценные камни и придавать присущие им свойства, восстанавливать немощные и больные человеческие тела и приводить их в должное состояние и в наилучшее здоровье и даже превращать все металлы в настоящее серебро, а затем и в настоящее золото посредством единого всеобщего медикамента, к которому сводятся или были сведены все частные лекарства». В то же время именно алхимики, открывшие невероятное количество процессов, наблюдавшие огромное число реакций между самыми различными веществами, заложили экспериментальную базу будущей науки химии.К XVI в. алхимия утрачивает то значение, которое она имела в предшествующие века. Почувствовав тщетность своих усилий, алхимики постепенно переключились на более прагматическую деятельность. Знаменитый врач, алхимик и оккультист Т. Парацельс утверждал, что «настоящая цель химии заключается не в изготовлении золота, а в приготовлении лекарств» (это направление алхимии получило название ятрохимия). Его идея о том, что жизненные явления обладают химической природой и что здоровье зависит от нормального состава органов и «соков», является и сейчас вполне современной.

Первые по-настоящему научные труды в области химии появились в середине XVII в., а первые химики были «по совместительству» физиками. Например, один из основоположников химии Р. Бойль являлся соавтором знаменитого закона о зависимости давления от объема газа при постоянной температуре (закон Бойля-Мариотта). Именно Бойль дал первое научно обоснованное определение химического элемента как предела разложения вещества на составные части.

Типичным для того времени было представление о флогистоне как об особой субстанции, присутствующей в веществах и обусловливающей их горение. Борьба с концепцией флогистона длилась почти сто лет, пока М. В. Ломоносов, а затем А. Лавуазье не доказали, что горение это взаимодействие вещества с кислородом. Примерно в то же время, в конце XVIII в., А. Лавуазье публикует «Начальный учебник химии», который фактически завершил становление химии как науки о составе веществ, об их анализе. В список простых веществ Лавуазье включил все известные неметаллы, металлы, а также «невесомые начала» «свет» и «теплород».

К началу XIX в. понятие химического элемента (по Р. Бойлю) уже прочно вошло в химию. Однако что стоит за этим понятием оставалось загадкой. Отгадать ее «помогло» атомистическое учение Дж. Дальтона о природе химических элементов. Правда, Дальтон игнорировал структуру и форму атомов, считая их маленькими «шариками».

Из всех свойств этих «шариков» он рассматривал только массу. Изучая закономерности соединений различных элементов друг с другом, он пришел к закону кратных отношений: при образовании химических соединений (газов) массы химических элементов относятся как небольшие целые числа. Именно на основании этого закона удалось не только определить химические формулы различных соединений, но и установить относительные массы атомов химических элементов.

Важной вехой на пути «наведения порядка» в химии стал первый Международный химический конгресс, организованный в 1860 г. выдающимся немецким химиком Ф. Кекуле. В следующее десятилетие такой порядок действительно был наведен, и химики начали активный поиск закономерностей в свойствах примерно шестидесяти химических элементов, которые тогда были известны. Этот поиск завершился сенсацией: в 1869 г. Д. И. Менделеев впервые представил научной общественности свою Периодическую таблицу химических элементов. Триумфом Периодической таблицы стало открытие предсказанных Менделеевым новых элементов, о которых в 1869 г. никто не знал.

К началу XX в. таблица Д.И.Менделеева стала «Библией» химии. И в это время пути химиков и физиков пересеклись. Связано это было с тем, что новые физические методы исследования вещества (прежде всего, метод масс-спектроскопии) показали, что существуют химические элементы с одинаковыми свойствами, но с разными массами так называемые изотопы. Стало ясно, что свойства химических элементов определяются не столько атомным весом, сколько каким-то другим параметром атома. Решающий вклад в ответ на этот вопрос был сделан физикой. Сначала возникла планетарная модель атома Резерфорда-Бора (1913), а затем и более строгая квантово-механическая модель (1926).

Сейчас установлено, что химические свойства элементов определяются не массой, а зарядом ядра атома, которое определяет число электронов в атоме, расположенных на разных расстояниях от ядра и, следовательно, обладающих разной энергией связи. Заполнение электронных «оболочек» в ядре осуществляется в соответствии с принципом Паули. Сильнее связанными с ядром оказываются, очевидно, наиболее близкие к ядру электроны, которые не участвуют в химических превращениях. Самые удаленные от ядра электроны, валентные, могут создавать различные типы связей.

10.2. Концептуальные уровни в химии

История развития химии предстает перед нами как процесс последовательного формирования четырех концептуальных уровней.

10.2.1. Первый из них сформировался в середине XVIII в. и может быть назван как учение о составе. На этом уровне содержание химии полностью соответствовало определению Д. И. Менделеева: «химия это наука о химических элементах и их соединениях». Долгое время актуальным в химии являлся вопрос о том, что считать элементарным «кирпичиком» вещества химическим элементом? Как уже было сказано выше, фундаментальный вклад в решение этой проблемы внес Д. И. Менделеев, который в основу систематизации свойств химических элементов положил атомную массу. В дальнейшем, правда, оказалось, что существуют одинаковые по свойствам вещества, которые обладают разной массой (изотопы), поэтому основой классификации элементов стал заряд ядра. Таким образом, химический элемент это вид атомов с одинаковым зарядом ядра, то есть совокупность изотопов.

В 1930-е гг. периодическая система химических элементов заканчивалась ураном U 92 . В 1950-е гг. ученые получили в руки мощный инструмент синтеза новых трансурановых элементов ускорители частиц. Таким путем были синтезированы элементы до 112 номера включительно, которые, правда, не являются стабильными и быстро распадаются под действием электрических сил отталкивания между протонами. Сейчас уже исследуют свойства 118-го элемента.

Практически все химические элементы в земных условиях существуют в составе тех или иных химических соединений. В настоящее время известно более 8 миллионов соединений, из которых большинство (около 96%) органические (соединения углерода). С современной точки зрения химическое соединение это вещество, атомы которого за счет химических связей объединены в молекулы, комплексы, макромолекулы, монокристаллы или иные квантово-механические системы.

10.2.2. Вторая концептуальная схема может быть названа структурной химией . В XIX в. были открыты изомеры вещества, имеющие одинаковый состав, но разные свойства в зависимости от пространственного расположения химических элементов друг относительно друга. Период становления структурной химии называют «триумфальным маршем органического синтеза».

Основоположником учения о структуре химического соединения считается великий русский химик А. М. Бутлеров, который в 1861 г. создал теорию химического строения, суть которой выражается следующими утверждениями:

Атомы в молекулах соединены между собой в определенном порядке химическими связями согласно их валентности;

Строение вещества выражается структурной формулой, которая для данного вещества является единственной;

Химические и физические свойства вещества определяются качественным и количественным составом молекул, их строением и взаимным влиянием атомов как связанных химическими связями, так непосредственно и не связанными;

Строение молекул можно изучать химическими методами.

Приведем, здесь только один пример, известный с 1861 г. и связанный с именем А. М. Бутлерова. Из четырех атомов углерода и десяти атомов водорода можно получить два вещества: бутан СН 3 (СН 2 ) 2 СНз и изобутан (СН 3 ) 3 СН.

Первый плавится при -138°С и кипит при -0,5°С, растворим в спирте, эфире, воде. Второй плавится при -160°С, кипит при -11,7°С, растворим в спирте и эфире, но плохо растворим в воде.

Однако особенно актуальной теория химических структур оказалась для развития органической химии, а в дальнейшем в биохимии.

В 1870-1890.гг. развитие органической химии привело к получению разнообразных красителей для текстильной промышленности, всевозможных лекарств, искусственного шелка и огромного числа разнообразных материалов. С теории химического строения начался новый этап развития химии, когда она из аналитической науки превратилась в синтетическую.

Теория А. М. Бутлерова и сейчас не утратила своего значения: идея о связи свойств со строением отражает универсальную природную закономерность, которая проявляется не только на химическом уровне организации материи, но и на других, не химических уровнях.

10.2.3. Новый скачок в развитии химии в начале XX в. был связан с созданием третьей концептуальной схемы химии учения о химических процессах.

Что было известно о химических процессах? То, что они обычно сопровождаются выделением (экзотермические реакции) или поглощением (эндотермические реакции) энергии (теплоты). К экзотермическим реакциям относятся, как правило, все реакции соединения (например, 2Н 2 + О 2 --> 2Н 2 О), а типичными эндотермическими реакциями являются реакции разложения (например, СаСО 3 --> СаО + СО 2 ). Легко понять, почему так происходит. В реакциях соединения молекулы реагентов образуют более устойчивую конфигурацию, более сильно связаны друг с другом. Поэтому их потенциальная энергия U х понижается по сравнению с тем значением U o , которое описывает свободные, невзаимодействующие молекулы (часто считают U o ~ 0). Энергия, соответствующая разности ( U о - U х ), и выделяется в виде тепла. При разложении молекулы на более простые компоненты, наоборот, требуется затратить энергию на разрыв молекулярных связей.

Известно, что одни химические реакции происходят практически мгновенно (например, взаимодействие водорода с кислородом при нагревании или в присутствии платины), а другие идут так медленно, что их трудно даже наблюдать (например, коррозия металлов). С повышением температуры скорость большинства химических превращений существенно возрастает. Согласно правилу Вант-Гоффа при повышении температуры в арифметической прогрессии скорость реакции изменяется в геометрической прогрессии.

Другим фактором, влияющим на скорость протекания реакций, является концентрация реагентов. Основной закон химической кинетики гласит: скорость химических реакций, протекающих в однородной среде, пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведённым в некоторые степени . Объекты химии понимаются теперь как процессы превращения веществ, а не как законченные вещества. Узловым понятием современной химии, наряду с «веществом», «молекулой», становятся организованный молекулярный ансамбль, активированный молекулярный комплекс (составная молекула с малым временем жизни) и т. п.

Однако самым эффективным способом увеличения скорости химических реакций в сотни, тысячи и более раз, является использование катализаторов веществ, которые сами по себе не изменяются во время реакции, но ускоряют ее протекание. Действие катализаторов заключается в том, что они «активируют» молекулы реагентов, как бы возбуждают их, после чего последние легче объединяются, создавая молекулу нового вещества.

Особенно важна роль катализаторов в биохимических реакциях. Катализаторами в этих процессах выступают многочисленные белки, функции которых узкоспециализированы. Без них невозможен синтез сложных высокомолекулярных веществ, осуществляемый в клетках.

Существуют вещества, противоположные по действию катализаторам, это так называемые ингибиторы, иногда значительно замедляющие скорость реакции.

Именно изучением кинетики химических реакций, способов управления их протеканием и занимается химия на третьем концептуальном уровне. Достижения этого уровня позволили существенно повысить эффективность управления химическими процессами, в частности органическим синтезом. Мировое производство таких материалов, как синтетический каучук, пластмассы, искусственное волокно, моющие средства, этиловый спирт стало базироваться на нефтяном сырье, а производство азотных удобрений на использовании азота воздуха.

10.2.4. В последние десятилетия наметился переход к наиболее сложному, четвертому концептуальному уровню химической науки эволюционной химии. Рассмотрение химической формы материи в развитии как ступени закономерного процесса эволюции материального мира в целом позволит выйти на новый уровень и в сфере химической технологии. Этот уровень связан прежде всего с реализацией идеи крупнейших ученых прошлого возможностью копирования, воспроизведения сложных химических процессов происходящих в живых организмах (самоорганизация химических систем, ферментативный катализ и т. п.).

Действительно, подавляющее большинство химических реакций, реализованных руками человека, относится к «неорганизованным» реакциям, в которых частицы (молекулы, ионы, атомы, радикалы) реагируют при случайных встречах (во времени и в пространстве). В то же время «природная» химия является высокоорганизованной, то есть почти все химические превращения осуществляются в системах с молекулярным и надмолекулярным порядком. Целые каскады биохимических реакций организованы в пространстве и во времени. Именно благодаря такой высокой степени организации селективность и производительность биохимических реакций происходит на уровне, пока недостижимом в обычной химии. С позиций эволюционной химии ученые смогут решить как проблему биогенеза, так и освоить каталитический опыт живой природы.

10.3 На переднем крае химии

Что же представляет собой сейчас передний край химии? Главной задачей химии, по-прежнему, является разработка методов синтеза и создание новых веществ, препаратов и материалов. Число химически созданных соединений неуклонно растет. Молекулярная архитектура вновь синтезированных соединений бесконечно разнообразна и фантастически богата. Получены молекулы-ромбоиды (составляющие структуру одномерных металлов), протонные «губки» и «трубки» (молекулярно-организованные протононесущие резервуары и каналы), молекулярные тороиды, крауны (способные разделять катионы и анионы), гипервалентные радикалы, высокоспиновые молекулы (имеющие десятки неспаренных электронов в одной структуре), многопалубные полиароматические молекулы и т. д.

Крупным событием в химии стало освоение принципов звездообразного синтеза, при котором реагенты соединяются по фрактальному типу в гигантскую молекулу дендример. Природа использовала этот принцип при формировании гликогена, амилопектина и некоторых других полисахаридов и белков. Прогнозируется, что полимерные дендримеры будут служить молекулярно-энергетическими антеннами, собирающими энергию солнечного излучения и преобразующими ее в фототок.

Настоящим сокровищем для химии стали фуллерены, с которыми связывают самые смелые и радужные прогнозы. Фуллерен это молекула, состоящая из 60, 70 и более атомов углерода, связанных друг с другом так, что вся структура напоминает футбольный мяч (рис. 1). Оказывается, что и «чистые» фуллерены, и эндофуллерены (с внедренными в молекулу различными атомами и ионами) являются очень перспективными для микроэлектроники и для использования в составе сверхпроводников.

Рис.1 Фуллерен. Атомы углерода расположены в узлах решетки.

Крупным событием в современной химии стал синтез цилиндрических углеродных нанотрубок (диаметром около 10 нм), которые построены по тому же принципу, что и фуллерены. Эти трубки характеризуются высокой растворимостью водорода, что позволяет использовать их в химических источниках тока. Такие нанотрубки можно укладывать, изгибать, резать, выпрямлять, организуя молекулярные электронные устройства.

Большой интерес к себе вызывает синтетическая химия на поверхности, которая исследует сверхтонкие объекты, мономолекулярные слои, мембраны, межфазные границы, адсорбционные слои реагентов на твердых телах, а также нанокластеры. Именно благодаря этим исследованиям появилось большое разнообразие источников света всех возможных цветов.

Новое «лицо» химии это когерентная химия. Когерентность в химии проявляется в синхронизации реакции во времени, которая выражается в периодическом изменении скорости реакции и детектируется как осцилляции в выходе продуктов, эмиссии люминесценции, электрохимического тока и т. д. Когерентность в химии вносит в нее такие понятия, как волновой пакет, фаза, интерференция, бифуркация, фазовая турбулентность. В когерентной химии случайное, статистическое поведение молекул заменяется организованным, упорядоченным и синхронным: хаос становится порядком.

Первые наблюдения осциллирующих режимов химических реакций стали уже достоянием истории. Тогда осцилляции воспринимались скорее как экзотика, а не как химическая закономерность. Сегодня реакция БелоусоваЖаботинского, осцилляции рН и электрохимического потенциала в гетерогенных системах типа вода-масло, волновое горение и прочие стали уже классикой.

Реакция БелоусоваЖаботинского класс химических реакций , протекающих в колебательном режиме, при котором некоторые параметры реакции (цвет, концентрация компонентов, температура и др.) изменяются периодически, образуя сложную пространственно-временную структуру реакционной среды.В настоящее время под этим названием объединяется целый класс родственных химических систем, близких по механизму, но различающихся используемыми катализаторами (Ce 3+ , Mn 2+ и комплексы Fe 2+ , Ru 2+ ), органическими восстановителями (малоновая кислота , броммалоновая кислота , лимонная кислота , яблочная кислота и др.) и окислителями (броматы, иодаты и др.). При определенных условиях эти системы могут демонстрировать очень сложные формы поведения от регулярных периодических до хаотических колебаний и являются важным объектом исследования универсальных закономерностей нелинейных систем.

Рис.2 Некоторые конфигурации, возникающие при реакции Белоусова Жаботинского в тонком слое в чашке Петри

Однако осознание того, что макроскопическая когерентность является фундаментальным свойством, пришло лишь недавно. Это связано с двумя обстоятельствами. Во-первых, в когерентных режимах можно ожидать увеличения выходов реакции, селективности процессов, самоочистки поверхностей от каталитических ядов и т. п. Во-вторых, интерес к химическим осцилляторам проявился вновь благодаря биохимическим осциллирующим процессам в нервных клетках, мышцах, митохондриях. Считается, что система химических осцилляторов является прообразом будущих моделей нейронных сетей.

Современная химия, раздвигая свои горизонты, активно вторгается в области, которые для «классической» химии не представляли интереса или были недостижимы. Особенно впечатляющие результаты достигнуты в области фемтохимии, которая развивается благодаря прогрессу в получении ультракоротких (10 -14 - 10 -15 с) лазерных импульсов. Эти импульсы позволяют эффективно воздействовать на отдельные атомы и молекулы вещества, обеспечивая высочайшее пространственно-временное разрешение в управлении химическими превращениями. Мощные лазерные импульсы великолепное средство генерации коротких ударных волн, стимулирующих экзотические химические превращения (например, синтез металлического водорода). Другим направлением создания экзотических условий является лазерное охлаждение до сверхнизких температур (10 -4 - 10 -6 К), с помощью которого, например, удалось получить новое состояние вещества кристаллический газ.

PAGE \* MERGEFORMAT 1

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
9154.		Принципы симметрии в научной картине мира	15.71 KB
	Понятие симметрии Одним из важных открытий современного естествознания является тот факт что все многообразие окружающего нас физического мира связано с тем или иным нарушением определенных видов симметрий.
11441.		АКСИОЛОГИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА В РУССКОЙ ЯЗЫКОВОЙ КАРТИНЕ МИРА И РУССКОЙ ЛИНГВОКУЛЬТУРЕ	107.98 KB
	Мир в котором живет современный человек определяется как глобальный характер общества все в большей мере определяется потреблением информации а культура такого общества становится массовой. Тело как своеобразный социокультурный феномен пронизывает доминантные информационные ресурсы дискурс рекламы моды и массмедиа. Как отмечают теоретики концептологии относительно нового направления лингвокультурологических исследований Ю. понятие концепт отражает все представления существующие в сознании носителей языка о какомлибо...
10573.		Предмет экономической и социальной географии мира. Политическая карта мира. Ее формирование	196.8 KB
	Предмет экономической и социальной географии мира. Политическая карта мира. Ее формирование Цель занятия сформировать у учащихся понятие о политической карте мира ознакомить с современной политической картой мира научиться использовать ее. Задачи занятия научиться пользоваться политической картой мира находить страны на карте.
7253.		ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕМЕТАЛЛОВ	13.62 KB
	Основные химические свойства неметаллов.Применение неметаллов. Основные химические свойства неметаллов Неметаллы за исключением инертных газов химически активные вещества.
2673.		Физико-химические природа процессов горения	96.51 KB
	Огонь был первым источником энергии первобытного человека. По мере эволюции человек эмпирически познавал процессы горения, находил и применял новые виды горючего, открывал термические процессы, протекающие под воздействием теплоты горения, необходимые ему для удовлетворения своих нужд
19441.		Физико-химические процессы нефтехимического производства	73.78 KB
	Развитие промышленности Российской Федерации и Пермском крае в том числе влечет за собой увеличение негативного воздействия её на окружающую среду. В целом механизм процессов крекинга парафинов олефинов скелетной изомеризации парафинов и олефинов реакций деалкилирования алкиларенов является цепным с кинетической точки зрения. Механизм изомеризации циклов представляют...
3789.		Физико-химические методы исследования природных вод	208.08 KB
	Для нормального функционирования и жизнедеятельности, человеку, да и вообще живому организму, требуется незагрязненная – чистая вода. Но это высказывание слишком тривиально для данной работы, поэтому следует углубиться. Накопленные человеком знания дают конкретизацию или критерии в плане того, какой должна быть вода.
10710.		Химические методы установления подлинности лекарственных веществ	226.31 KB
	Ионы Магния образуют в присутствии фосфат и аммоний ионов осадок фосфата магнияаммония Ионы магния с растворами карбонатов образуют белый осадок основного карбоната магния: Ионы железа III в растворе приобретают красное окрашивание в присутствии роданид ионов образуя малодиссоциирующее соединение: Ряд реактивов образуют белые или окрашенные осадки с несколькими катионами. Ионы ртути цинка висмута мышьяка взаимодействуют с сульфидами: Ионы железа III и цинка осаждаются растворами гсксацианоферрата...
20017.		Наращивание зубов: Физико-химические свойства материалов	16.86 KB
	Методика наращивания зубов направлена на то чтобы восстановить частично поврежденный или отколотый зуб при помощи пломбировочных материалов. Сохранение живых тканей зубов предпочтительнее и поэтому в тех случаях когда это возможно вместо протезирования применяют наращивание зубов. Стоимость этой процедуры существенно ниже большинства других методов восстановления и протезирования зубов.
2617.		Физико-химические и пожароопасные свойства элементов главных подгрупп и их соединений	168.05 KB
	Вспомним что Основными классами неорганических соединений являются: простые вещества металлы и неметаллы; сложные вещества оксиды гидроксиды кислоты и соли. Классификация неорганических соединений Простые вещества Металлы. Сложные вещества...

Отсутствие в химии теоретических основ, позволяющих точно предсказывать и рассчитывать протекание химических реакций, не позволяло ставить её в ряд с науками, обосновывающими само бытие.

Именно сведение химических процессов к совокупности физических как бы прямо указывало на ненужность химических воззрений при анализе первооснов бытия. Кстати, когда химики пытались защитить специфику своей науки доводами о статистическом характере химических взаимодействий в отличие большинства взаимодействий в физике, обусловленных динамическими законами, физики тут же указывали на статистическую физику, которая якобы более полно описывает подобные процессы.

Специфика химии терялась, хотя наличие строгой геометрии связей взаимодействующих частиц в химических процессах вносило в статистическое рассмотрение специфический для химии информационный аспект.

Анализ сущности информационно-фазового состояния материальных систем резко подчёркивает информационный характер химических взаимодействий. Вода как химическая среда, оказавшись первым примером информационно-фазового состояния материальных систем, соединила в себе два состояния: жидкое и информационно-фазовое именно по причине близости химических взаимодействий к информационным.

Вакуум как электромагнитная среда физического пространства, проявившая свойства информационно-фазового состояния, скорее всего, ближе к среде, в которой протекают процессы, по форме напоминающие химические. Давно замеченное терминологическое совпадение при описании соответствующих процессов превращения частиц в химии и в физике элементарных частиц как реакций дополнительно подчёркивает роль химических представлений в физике.

Предполагаемая взаимосвязь между информационно-фазовыми состояниями водной среды и электромагнитной среды физического вакуума свидетельствует о сопутствующих химическим процессам изменениях в физическом вакууме, что, вероятно, и ощущал Д.И. Менделеев в своих экспериментах.

Следовательно, в вопросе о природе мирового эфира химия в каких-то моментах выступает даже определяющей по отношению к физическому воззрению.

Поэтому говорить о приоритете физических или химических представлений в выработке научной картины мира, вероятно, не стоит.

Открытие информационно-фазового состояния материальных систем существенно дополняет и во многом изменяет существующие представления о мироустройстве.

Философско-методологический анализ открытия информационно-фазового состояния материальных систем с учётом новейших естественнонаучных представлений в области физики, химии и биологии показывает, что современная научная картина мира представляет наше бытие как информационно-управляемый материальный мир, позволяющий по своей структуре осуществлять его бесконечное познание любому разумному объекту, достигшему соответствующего уровня развития, т.е. осознавшему своё подключение к единому информационному полю материальных систем.

Не менее важную роль в формировании новой научной картины мира играет теория самоорганизации. Особенно ее интересует согласованное состояние процессов самоорганизации в сложных системах различной природы.

Довольно долго способными к самоорганизации считали только живые системы, а объекты неживой природы, как полагали, если и эволюционируют, то лишь в сторону хаоса и беспорядка. Оставалось непонятным, как из подобного рода систем могли возникнуть объекты живой природы, способные к самоорганизации, и как взаимодействует живая и неживая материя.

Современные концепции самоорганизации позволяют разрешить противоречие между теорией биологической эволюции и термодинамикой. Теперь эти теории не исключают, а предполагают друг друга, если классическую термодинамику рассматривать как своего рода частный случай более общей теории - термодинамики неравновесных процессов. Впервые возникает научно обоснованная возможность преодолеть традиционный разрыв между представлениями о живой и неживой природе. Жизнь больше не выглядит как островок сопротивления второму началу термодинамики.

В свете этих идей и открытий новую актуальность обрела концепция биосферы и ноосферы В. Вернадского. В ней жизнь предстает как целостный эволюционный процесс (физический, геохимический, биологический), заключенный как особая составляющая в космическую эволюцию. Осознание этой целостности во многом определяет стратегию дальнейшего развития человечества. Проблемы коэволюции человека и биосферы постепенно становятся доминирующими не только в современной науке и философии, но и в стратегии практической деятельности человека.

Специальные научные картины мира со второй половины ХХ века значительно снижают уровень своей автономности и превращаются в аспекты и фрагменты целостной общенаучной картины мира. Они соединяются в блоки этой картины, характеризующие неживую природу, органический мир и социальную жизнь и реализуют (каждая в своей области) идеи универсального эволюционизма...

На первый взгляд, как бы повторяется ситуация, характерная для ранних этапов развития новоевропейской науки, когда механическая картина мира, функционируя как общенаучная, обеспечивала синтез достижений науки XVII - XVIII столетий. Но сходство лишь внешнее. Современная научная картина мира основана не на стремлении к унификации всех областей знания, их редукции к принципам одной какой-либо науки, а на единстве и многообразии разных наук. Известно, что специальные картины мира, как и самостоятельные научные дисциплины, существовали не всегда. Их не было в период становления естествознания. Возникнув в эпоху дифференциации науки, они затем постепенно начинают утрачивать самостоятельность, превращаясь в аспекты или фрагменты современной общенаучной картины мира.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРА

1. Что такое научная картина мира? Моисеев В.И., 1999

2. Социологические аспекты изучения научной картины мира. А.В.Шкурко // Наука и повседневность, Вып.8.: Наука и национальная культура, – Нижний Новгород, 2006

3. Картина мира и ее виды. Погосова К.О..

4. Астрономия и современная картина мира (Ф.А. Цицин Астрономическая картина мира: новые аспекты). Интернет-ИСТОЧНИК1982г

Введение

Переход науки к постнеклассической стадии развития создал новые предпосылки формирования единой научной картины мира. Длительное время идея этого единства существовала как идеал. Но в последней трети XX века возникли реальные возможности объединения представлений о трех основных сферах бытия - неживой природе, органическом мире и социальной жизни - в целостную научную картину на основе базисных принципов, имеющих общенаучный статус.

Эти принципы, не отрицая специфики каждой конкретной отрасли знания, в то же время выступают в качестве инварианта в многообразии различных дисциплинарных онтологий. Формирование таких принципов было связано с переосмыслением оснований многих научных дисциплин. Одновременно они выступают как один из аспектов великой культурной трансформации, происходящей в нашу эпоху.

Если кратко охарактеризовать современные тенденции синтеза научных знаний, то они выражаются в стремлении построить общенаучную картину мира на основе принципов универсального эволюционизма, объединяющих в единое целое идеи системного и эволюционного подходов. Этой теме и посвящена моя работа.