13

Система современного химического знания (2 часа).

Цель: Составить представление о концептуальных особенностях химии как науки, осмыслив ранее изученное в школе и поняв его в контексте всего естественнонаучного знания и исторического развития науки.

Вопросы для рассмотрения:

• Предмет химии как науки.

• Понятие о 4 концептуальных системах химического знания

• Эволюция химических знаний в исторической периодизации

• Современная химическая картина мира:

- Учение о составе вещества

- Структурная химия

- Учение о химических процессах

- Эволюционная химия

1. Предмет химии как науки.

Термин «Химия» дошел до нас из глубокой древности. В нем еще нет указания на логос, т.е. на то, что речь идет об учении (сравните: биология, геология, политология и др.). Считают, что слово происходит либо от наименования Древнего Египта "Хем" ("темный", "черный" - очевидно, по цвету почвы в долине реки Нил или в другом смысле «мудрый»; смысл же назв. - "египетская наука"), либо от древнегреч. chemeia - искусство выплавки металлов (древнегреческое слово «химевскис» означает смешивание).

Совр. назв. X. производится от позднелат. chimia и является интернациональным, напр. нем. Chemie, франц. chimie, англ. chemistry. Термин "X." впервые употребил в 5 в. греч. алхимик Зосима.

Определение химии :

Химия – одна из естественных наук, изучающая химические свойства и превращения материи, сопровождающиеся изменением ее состава и строения. Она также изучает условия, при которых эти превращения происходят.

В каких формах существует Материя как объективная реальность? (Вещество и поле)

Вещество – это форма материи, обладающая, в отличие от поля, массой покоя.

Современное учение о материи отражает ее дискретность, поскольку любое тело и любое поле состоит «элементарных тел» и «элементарных полей». Из ограниченного числа микрообъектов (элементарных частиц – электронов, кварков, позитронов, протонов, нейтронов и др.) в результате многообразия их возможных сочетаний возникает все многообразие макрообъектов (веществ и полей).

Какие стадии организации или уровни организации вещества в природе имеются?

1 - Первый уровень вещества состоит из элементарных частиц кварков и др.,

2 – далее следует уровень, объединяющий электроны, протоны и нейтроны.

3 – Протоны и нейтроны образуют атомные ядра,

4 – а ядро и электроны – атомы (атомное вещество).

5 – Атомы образуют молекулы, агрегаты молекул (кристаллы, жидкости, газы), минералы, горные породы, растительные ткани и другие вещества.

Это можно представить как разные стадии организации вещества материи.

А так как форма существования материи – движение, то на разных стадиях организации материи ее видам присуща своя форма движения, которая и является предметом изучения одной из естественных наук или изучаться промежуточным сочетаниями наук.

• Взаимодействие и превращение протонов и нейтронов с образованием атомных ядер - это ядерно-физическая форма движения и изучает ее ядерная физика.

• Взаимодействие атомов с образованием молекул и др. химических соединений - химическая форма движения. процесс и результат взаимодействия молекул и атомов

• Биологическая форма движения - обмен веществ, процессы на клеточном уровне, наследственность и др. процессы жизнедеятельности живых существ - биология

• Социальная форма движения - процессы, происходящие в обществе – история и...

Поэтому можно дать более конкретное определение науке химии.

ХИМИЯ, – это наука, изучающая вещества и процессы их превращения (химические реакции), сопровождающиеся изменением состава и структуры (строения).

Объектом химии являются элементы химические и их комбинации, т. е. атомы, простые (одноэлементные) и сложные (молекулы, ионы, ион-радикалы, карбены, свободные радикалы) хим. соед., их объединения (ассоциаты, кластеры, сольваты, клатраты и т. п.), материалы и др.

• Предмет химии — химические элементы и их соединения, а также закономерности, которым подчиняются различные химические процессы (реакции).

Вот здесь и кроется специфика предмета химии.

Химический процесс сопровождается изменением состава веществ, их структуры и обязательно энергетическими изменениями в реагирующей системе. При химическом процессе происходит перегруппировка атомов, сопровождающаяся разрывам химических связей в исходных веществах и образованием химических связей в продуктах реакции. Вследствие взаимосвязанности форм движения материи и их взаимопревращаемости при химических реакциях происходит превращение химической энергии в теплоту, свет и др.

Хим. св-ва в-в (их химические превращения) определяются гл. обр. состоянием внеш. электронных оболочек атомов и молекул, образующих в-ва; состояния ядер и внутр. электронов в хим. процессах почти не изменяются.

Для чего нужна химия человечеству?

Химия нужна человечеству для того, чтобы получить из веществ природы по возможности все необходимое – металлы, цемент и бетон, керамику, форфор и стекло, каучук, пластмассы, искусственные волокна, фармацевитческие средства и др. Химия – не только область естествознания, но и область человеческой практики, связанной с хим. элементами и их комбинациями.

Поэтому есть еще одно определение предмета химии как науки и как произведства – процессы получения из исходных веществ (сырья) новых веществ (продуктов), обладающих существенно иными свойствами.

Современная химия представляет собой систему отдельных научных дисциплин: общей, неорганиечской, аналитической, органической, физической, коллоидной, биохимии, геохимии, космохимии, электрохимии.

Вывод: Основная цель (проблема) химии и системообразующее начало ее как науки – проблема получения веществ с заданными свойствами. Практическое решение проблемы обеспечивается производственной деятельностью людей.

В современной химии наряду с этой целью поствлена также проблема выявления и определения методов (способов) управления свойствами вещества. Степень решения этой проблемы определяется уровнем развития химического знания и организацией научно-исследовательской деятельности.

В настоящее врвемя число хим. соед. огромно и все время увеличивается; поскольку X. сама создает свой объект; к кон. 20 в. известно ок. 10 млн. хим. соединений. X. как наука и отрасль пром-сти существует недолго (ок. 400 лет). Однако хим. знание и хим. практика (как ремесло) прослеживаются в глубинах тысячелетий, а в примитивной форме они появились вместе с человеком разумным в процессе его взаимод. с окружающей средой.

Вспомним важнейшие химические понятия в современной трактовке, которые нам нужны для понимания процесса развития (эволюции) химического знания:

Вещество́ (в химии) — физическая субстанция со специфическим химическим составом.

Химические реакции – процессы получения из определенных веществ (сырья) новых веществ (продуктов), обладающих существенно иными свойствами.

Химическое вещество – устойчивая совокупность химических частиц, обладающая: определенным химическим составом (определенные химические частицы в заданном соотношении), определенной структурой (порядком взаимного расположения и соединения этих частиц) и как следствие: определенным набором физических и химических свойств.

Химические частицы – атомы, молекулы, простые ионы, сложные ионы, мицеллы, макромолекулы.

Химический элемент – это вид атомов, характеризующийся определенным зарядом ядра. Заряд ядра обеспечивается количеством протонов (+) и уравновешивается количеством электронов (-), вращающихся вокруг ядра по своим орбиталям.

Атом – сложная микросистема, находящихся в движении элементарных частиц. Он состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Язык химии – химические формулы.

2. Понятие о 4 концептуальных системах химического знания.

Для того, чтобы решать поставленные перед химией задачи, ученые должны знать:

1. состав вещества,

2. строение вещеста (структуру),

3. Химические процессы.

Эти 3 уровня содержания химического знания развивались на протяжении истории развития химии и рассматриваются как концептуальные системы и уровни химических знаний:

1 – учение о составе вещества,

2 – структурная химия,

3 – учение о химических процессах

С конца ХХ столетия (1970-е ) развивается 4 уровень химического знания, 4 концептуальная система – эволюционная химия. Она предполагает настолько глубокое изучение природы и условий протекания химических процессов (применение катализаторов и др. приспособлений), которые приводят к самоорганизации химических систем.

Каким образом шло развитие химического познания?

3. История химии как науки и Эволюция химических знаний

Главный критерий любой науки и химии в том числе – это подтверждаемость теории. Природа химических веществ и их реакции объясняются с помощью некоторых теорий. И эти теории не любые, а такие, которые подтверждаются практикой. Если теория не подтверждается, то она ненаучна.

С этой точки зрения рассмотрим становление и эволюцию химии.

История химии изучает и описывает сложный процесс накопления специфических знаний, относящихся к изучению свойств и превращений веществ;

её можно рассматривать как пограничную область знания, которая связывает явления и процессы, относящиеся к развитию химии, с историей человеческого общества.

Историю химии принято подразделять на несколько периодов:

1. Донаучный этап развития или Предалхимический период: до III в.

2. Алхимический период: III – XVII вв.

3. Период становления (объединения): XVII – XVIII вв.

4. Период количественных законов: конец XVIII – середина XIX в.

5. Период классической химии: вторая половина XIX в.

6. Современный период: с начала XX в.

Становление и эволюция химии

Исторический период	Система химического знания	Господствующий метод интерпретации
Античность (V в. до н.э. – V в. н.э.)	Зачаточное, слабо детализированное	Наивно-философский
Средневековье и Возрождение (VI-XVI вв.).	Алхимическое	Объяснение посредством верховных сил
1750-1870	Становление классической химии	Выработка научной атомно-молекулярной теории
1870-1930	Классическая химия	Классическая атомно-молекулярная теория
1930-2001	Неклассическая химия	Квантовая теория

Помним Исторические этапы становления науки

I. Классическая наука (до начала XX в.) – включает в себя следующие постулаты: рациональное устройство окружающего мира, статичность и возможность точного причинно-следственного описания событий и явлений в материальном мире (философия механицизма и механистическая картина мира)

II. Неклассическая наука (первая половина XX в.) – характеризуется вероятностью, релятивизмом, нелинейностью, синергетизмом, системностью, структурностью и эволюционизмом (электромагнитная картина мира)

III. Постнеклассическая наука (конец XX в. начало XIX в.) – характеризуется вероятностью, нелинейностью, органицизмом, эволюционизмом, антропологизмом, экологизацией, гуманизацией и глобализацией (квантово-полевая картина мира)

Химия как естественная наука прошла все исторические этапы становления Естествознания: донаучный; первый – натурфилософический или античный (до 16 века); второй – эмпирический или аналитический (механистическое естествознание) 16-18 века; Третий этап – синтетический (классическое естествознание) 19 век; Четвертый этап – современный или интегральный 20 -21 века

Донаучный этап развития

В рамках первобытного общества происходит зарождение протохимии – первоначальное накопление знаний происходило в области ремесленной прикладной химии:

- высокотемпературные процессы (металлургия, стеклоделие, керамика);

- получение красителей (минеральных и органических), косметических средств, ядов, лекарств, освоение бальзамирования;

- использование брожения для переработки органических веществ.

- Широкое распространение получила обработка и подделка драгоценных камней.

- Кроме меди и железа древние знали такие металлы, как золото, свинец, олово, ртуть и их сплавы. Из свинца, например, отливали культовые фигуры, украшения, статуэтки.

Первый этап – натурфилософический или античный (V в. До н.Э. – V в. Н.Э.)

В рамках естествознания наблюдается физико-биолого-химический синкретизм. Философы строили умозрительные схемы, объяснявшие происхождение и развитие жизни. Выделилось 2 взгляда:

1 – религиозно-идеалистический. Жизнь возникла как результат божественного творческого акта – креационизм и поэтому всем существам свойственна особая, независимая от материального мира «жизненная сила» (vis vitalis), которая и направляет все процессы жизни (витализм).

2 – материалистический. Живое может возникнуть из неживого, органическое из неорганического под влиянием естественных факторов (Анаксимандр, Эмпедокл)

Философы: Фалес, Анаксимен, Анаксимандр, Гераклит, Демокрит, Аристарх Самосский, Птолемей, Платон, Аристотель рассуждают о 4 космических стихиях – воде, земле, воздухе и огне. Этот не те химические системы – газовые, жидкие, твердые, дисперсные – о которых толкуют современные химики.

И даже об атомах (Левкипп, Демокрит). Но атомы – это некие сущности, наделенные весьма необычными свойствами, не теми, о которых рассуждают современные химики.

Система химического знания – зачаточное, слабо детализированное.

Господствующий метод интерпретации – Наивно-философский

Не знали химических формул и не писали уравнений химических реакций.

В эпоху эллинизма появляется алхимия, которая складывалась на основе слияния прикладной химии египтян с греческой натурфилософией, мистикой и астрологией.

Традиционно создателем алхимии считают Гермеса Трисмегиста. Таково греческое имя легендарного египетского адепта, правителя и бога Тота, или Тахути, отца знаний.

Вплоть до наших дней химическая терминология находится под влиянием этой древней традиции — о чём говорит, например, устойчивое словосочетание «герметично закрытый».

Согласно Зосиме Панополитанскому, жившему в III веке н. э.,[17] когда Египет был римской провинцией, тайны Божественного Гермеса считались эзотерическим искусством, ведомым только священной касте царей-жрецов и их ученикам.

• Тот-Гермес был древнеегипетским богом мудрости и Божественным писцом, изобретателем письменности и предполагаемым автором Книги мёртвых.

• Его часто изображали с головой ибиса, что символизировало его интеллектуальные и духовные достижения, а также с тростниковым стилом и палитрой писца в руках.

• Именно он записывал все поступки человека в течение его жизни, которые затем оглашались в зале загробного суда перед троном Осириса, и он же заносил в свиток приговор, выносимый после взвешивания сердца усопшего в сравнении с его земными деяниями.

• Наконец, он провожал души мёртвых в загробное царство и служил посланником богов; эта роль получила особенно яркое развитие у его греческой и римской ипостасей — Гермеса и Меркурия.