7.2 Проблема элементного и молекулярного состава

Преобразования в области производства, происшедшие в эпоху Возрождения, наряду с прогрессивными изменениями в экономической и политической жизни, вызвали коренные пре­образования и в области естествознания.

Первый по настоящему действенный способ решения проблемы химического элемента появился во второй половине XVII века в работах английского ученого Роберта Бойля. В книге “Химик-скептик” Бойль впервые дает правильное толкование понятию химического элемента, как предела химического разложения веществ.

Однако химики в то время еще не знали ни одного химического элемента. Фосфор был открыт в 1669 г. и повторно в 1680 г., кобальт - в 1735 г., ни­кель - в 1751 г., водород - в 1766 г., фтор - в 1771 г., азот — в 1772 г., хлор и марганец — в 1774 г. Кислород был открыт од­новременно в Швеции, Англии и Франции в 1772—1776 гг.

В этих условиях широкое распространение в химии получила теория флогистона, которая 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 горения, флогистон не содержит и поэтому гореть не может.

Открыв кислород и установив его роль в образовании ки­слот, оксидов и воды, Лавуазье отверг ложную теорию флогистона и создал принципиально новую кислородную теорию химии.

Благодаря работам Лавуазье, Ломоносова, Дальтона, Авогадро и др. ученых были обнаружены количественные соотношения в химии и открыты основные стехиометрические законы: закон сохранения массы веществ, закон постоянства состава, закон кратных отношений, закон эквивалентов, газовые законы.

В результате на первом Международном съезде химиков в Карслуэ (Германия, 1860 г.) были сформулированы и приняты основные положения атомно-молекулярной теории:

1. Все вещества состоят из молекул, которые находятся в непрерывном, самопроизвольном движении.

2. Все молекулы состоят из атомов. Атомы и молекулы находятся в непрерывном движении. Атомы представляют собой мельчайшие, далее недели­мые составные части молекул.

Таким образом, к концу 1860-х гг. утвердившимся и неос­поримым стало представление о существовании атомов и моле­кул. Была разработана стройная атомно-молекулярная теория, на которой базировалось естествознание того времени. Основной вклад в развитие этой теории внес М.В.Ломоносов.

В дальнейшем благодаря открытию периодического закона Менделеевым и экспериментальному подтверждению внутреннего строения атомов было дано новое современное определение химическому элементу.

Химический элемент - это определенный вид атомов, характеризуемых одинаковым зарядом ядра.

Во времена Менделеева было известно 62 элемента. В настоящее время их насчитывается 110.

Проблема химического соединения прежде всего заключается в природе химической связи между атомами. Классическое понятие молекулы претерпело изменения в результате раскрытия физической электронной сущности химической связи.

Молекула - это электронейтральная наименьшая совокупность атомов, образующих определенную структуру посредством химических связей.

В результате того, что физика открыла природу химизма как обменного взаимодействия электронов, химия стала принципи­ально по-новому решать и проблему химического соединения. Химическое соединение определяется как качественно определен­ное вещество, состоящее из одного или нескольких элементов, атомы которых за счет обменного взаимодействия (химической связи) объединены в частицы — молекулы, комплексы, моно­кристаллы или иные агрегаты.

Новые вещества широко вовлекаются в производство материалов используемых в производстве. 98,6% массы физически доступного слоя Земли составляют всего восемь химических элементов. Картина их рас­пределения представлена на рис.12. Широкая распространенность кремния (97% массы земной коры составляют силикаты) дает основание утверждать, что си­ликаты должны стать основным сырьем для производства прак­тически всех строительных материалов и керамики.

Металлы и керамика — два вида материалов, которые на 90% составляют материальную основу условий жизни человече­ства. Однако металл в про­изводстве обходится в сотни и тысячи раз дороже, чем керами­ка.

На основе современных достижений химии появились воз­можности замены металлов керамикой в различных областях человеческой деятельности.