4. Учебно-методические материалы к дисциплине

4.1 Лекции блок «Общая и неорганическая химия », 2 семестр

Лекция № 1 Введение. Предмет и задачи химии. Вещество и поле. Химическая форма движения. Химия в системе естественных наук. Химия - экспериментальная наука ( 2 часа).

Цели:

1. Формирование представлений о материально полевом строении материи.

2. Систематизация знаний о месте и роли химии в системе естественных наук.

Содержание

Предмет химии. Понятие о материи. Конкретные виды материи: вещество и поле. Движение как форма существования материи; формы движения материи; химическая форма движения. Философское и химическое понятия вещества. Уровни организации вещества, изучаемые химией: атомы, молекулы, конденсированные системы. Этапы развития химии. Связь химии с биологией, физикой и другими науками о природе. Роль химии в охране окружающей среды.

Методы химии. Химия - экспериментальная наука. Наблюдения, эксперимент. Формы записи результатов эксперимента: качественная и количественная. Цифровая (табличная), графическая и аналитическая формы записи результатов. Накопление фактов, обработка результатов измерений, общее понятие о погрешности измерений и о способах ее уменьшения.

Значение химии как учебного предмета в формировании личности. Педагогическая деятельность великих ученых-химиков.

Методический инструментарий преподавателя

Работа с интернет источниками

Используемая литература

Основная литература

1. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С., Книжник А.З. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: учеб. для вузов. - М.: Высшая школа, 2007. - 559 с. (Библиотека УлГПУ).

2. Князев Д.А., Смарыгин С.Н. Неорганическая химия: учебник для вузов. – М.: Дрофа, 2005. – 594 с. (Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www.knigafund.ru/books/38247).

Дополнительная литература

1. Кузьменко Н.Е.  Сборник задач и упражнений по химии. - М.: Экзамен, 2002. – 542 с. (Библиотека УлГПУ)

2. Глинка Н.Л.   Общая химия: учеб. пособие для нехим. специальностей вузов. - М.: Интеграл-Пресс, 2007. - 727 с. (Библиотека УлГПУ)

3. Лидин Р.А. Химия. Полный сборник задач: для школьников старших классов и поступающих в вузы. – М.: Дрофа, 2007 - 610 с. (Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www.knigafund.ru/books/38248).

Химия - наука о веществах, их строении, свойствах и превращениях. В широком понимании, вещество- электронно-ядерная форма бытия материи. Все вещества состоят из молекул, которые состоят из атомов, связанных между собой химическими связями. Молекула может быть одноатомной.- это любой вид материи, обладающий собственной массой, например элементарные частицы. В химии понятие вещества более узкое: Вещество – вид материи, которая обладает массой покоя. Состоит из элементарных частиц: электронов, протонов, нейтронов, мезонов и др. Химия изучает главным образом вещество, организованное в атомы, молекулы, ионы и радикалы. Такие вещества принято подразделять на простые и сложные (хим. соединения). Простые вещества образованы атомами одного хим. элемента и потому являются формой его существования в свободном состоянии, напр. Сера, железо, озон, алмаз.

Сложные вещества образованы разными элементами и могут иметь состав постоянный (стехиометрические соединения или дальтониды) или меняющийся в некоторых пределах (нестехиометрические соединения или бертоллиды).

Превращения веществ, сопровождающиеся изменением состава молекул, называются химическими реакциями. Традиционная химия химия Наука о веществах и закономерностях их превращений (физических и химических свойствах) и их применении.изучает реакции, которые происходят на макроскопическом уровне (в лаборатории или в окружающем мире), и интерпретирует их на атомно-молекулярном уровне. Известно, например, что сера сера Лат. Sulfur. S, химический элемент химический элемент Вид атомов, характеризующийся определенным зарядом ядра, строением электронных оболочек. Известно 109 элементов (1983 г.).VI группы периодической системы, атомный номер 16, атомная масса 32,06; халькоген. Содержание в земной коре 0,05 % по массе, в воде морей и океанов 0,09 %.горит на воздухе голубым пламенем, давая резкий запах. Это - макроскопическое явление.

Современная химия способна изучать химические реакции с участием отдельных молекул, обладающих строго определенной энергией. Пользуясь этим, можно управлять течением химических реакций, подавая энергию в определенные участки молекулы. Управление химическими процессами на молекулярном уровне - одна из основных особенностей современной химии.

Химия как метод изучения химических свойств и строения веществ является чрезвычайно многогранной и плодотворной наукой. На сегодняшний день известно около 15 млн. органических и около полумиллиона неорганических веществ, причем каждое из этих веществ может вступать в десятки реакций, и каждое из них имеет внутреннее строение. Внутреннее строение определяет химические свойства; в свою очередь, по химическим свойствам мы часто можем судить о строении вещества.

Современная химия настолько разнообразна как по объектам, так и по методам их исследования, что многие ее разделы представляют собой самостоятельные науки. Взаимодействие химии и физики дало сразу две науки: физическую химию и химическую физику, причем эти науки, несмотря на сходство названий, изучают совершенно разные объекты. Физическая химия исследует вещества, состоящие из большого числа атомов и молекул, с помощью физических методов и на основе законов физики. Химическая физика основной упор делает на физическом исследовании элементарных химических процессов и строения молекул, ее предметом являются отдельные частицы вещества.

Одним из передовых направлений химии является биохимия - наука, изучающая химические основы жизни.

Чрезвычайно интересные результаты получены в области космической химии, которая занимается химическими процессами, протекающими на планетах и звездах, а также в межзвездном пространстве.

Самой молодой областью химии является возникшая буквально в последнее десятилетие математическая химия. Ее задача - применение математических методов для обработки химических закономерностей, поиска связей между строением и свойствами веществ, кодирования веществ по их молекулярной структуре, подсчета числа изомеров органических веществ. Cовременная химия самым тесным образом взаимодействует со всеми другими областями естествознания. Ни одно серьезное химическое исследование не обходится без использования физических методов для установления структуры веществ и математических методов для анализа результатов.

Основу химии составляют атомно-молекулярная теория, теория строения атомов и молекул, закон сохранения массы и энергии и периодический закон.

В рамках курса общей химии познакомимся с наиболее общими принципами

управления поведением вещества - химическими термодинамикой и кинетикой.

Учение, описывающее скорость химических процессов, называется химической

кинетикой. Знание кинетики позволяет задавать скорость реакций, иногда весьма

неожиданным образом.

Наукой принято называть сферу человеческой деятельности, функцией которой

является выработка и теоретическая схематизация объективных знаний о действительности; отрасль культуры, которая существовала не во все времена и не у

всех народов.

Наглядно-модельное рассмотрение мира неизбежно ведет к приблизительности

любой модели. А.Эйнштейн (1879-1955) говорил "Пока математические законы

описывают действительность, они неопределенны, а когда они перестают быть

неопределенными, они теряют связь с действительностью".

Многие проблемы в преподавании и понимании основ естественных наук связаны со смешением реальности, ее физических моделей и их математического описания.

К чему может привести неоправданный приоритет математического описания (и

физической модели) над экспериментом? В современной экспериментальной науке

большое внимание уделяется правильной обработке результатов, причем большую

часть результатов исследователь получает после предварительной обработки

компьютером (фурье-спектроскопия, туннельная микроскопия, ЯМР-томография и др.).

Специфику естественнонаучного знания можно определить тремя признаками:

истинность, интерсубъективность и системность. Истинность научных истин

определяется принципом достаточного основания: всякая истинная мысль должна

быть обоснована другими мыслями, истинность которых доказана.

Интерсубъективность означает, что каждый исследователь должен получать

одинаковые результаты при изучении одного и того же объекта в одних и тех же

условиях. Системность научного знания подразумевает его строгую индуктивно-

дедуктивную структуру.

Парадигмы в науке

В истории науки долгое время преобладали теории ее кумулятивного (накопительного) развития. Согласно кумулятивному подходу, каждая новая теория включает все предшествующие теории, и в этом процессе ничто никогда не теряется.

Однако исследования развития физики в XX веке показали, что кумулятивистская

схема неприложима к реальной истории науки.

По мнению американского физика и философа Томаса Куна, развитие науки

проходит через последовательные стадии “периодов нормальной науки” и “научных

революций”. В его теории центральной является концепция научной парадигмы (от

греч. paradeigma – пример, образец). Т.Кун пишет: “Под парадигмами я подразумеваю признанные всеми научные достижения, которые в течение определенного времени дают модель постановки проблем и их решений научному сообществу.” Сам Т.Кун использует понятие “парадигма”, по его собственному признанию, примерно двадцатью двумя различными способами.

Некоторые из парадигм имеют философскую природу, они общи и всеохватны,

другие парадигмы руководят научным мышлением в довольно специфических, ограниченных областях исследований. Отдельная парадигма может поэтому стать обязательной для всех естественных наук, другая – лишь для астрономии, физики, биологии или молекулярной биологии. Парадигма столь же существенна для науки, как наблюдение и эксперимент; приверженность к специфическим парадигмам есть

необходимая предпосылка любой серьезной научной работы.

Невозможно заниматься наукой без некоторого набора предварительных убеждений, фундаментальных философских установок и ответов на вопрос о природе реальности и человеческого знания. Но нужно четко помнить об относительной природе любой парадигмы – какой бы прогрессивной она ни была и как бы убедительно ни формулировалась. Не следует смешивать ее с истиной о реальности.

Физика на рубеже XX и XXI веков использует для описания элементарных частиц 11-мерное пространство, а большинство биологов считает, что все живые существа трехмерны и подчиняются одномерному времени, поэтому не существует ни “биополя”, ни “коллективного бессознательного”.

Основные парадигмы современной физики:

Атомно-молекулярное строение вещества, “кирпичное” (из элементарных частиц) в

своей основе.

Квантовая природа микромира.

Корпускулярно-волновая природа электричества (электроны и электромагнитные

волны, электрическое поле).

Закон сохранения материи-энергии.

Специальная и общая теория относительности (отсутствие “мирового эфира”, свобода в

выборе систем координат и отсчета).

Теория “большого взрыва” в космологии.

Запретные зоны: сингулярность (природа до “большого взрыва”),

торсионные (микролептонные) поля, эффект формы (пирамиды).

Основные парадигмы современной химии:

Атомно-молекулярное строение вещества.

Электрическая (электронная) природа химической связи.

Однозначная связь строения вещества и его химических свойств (Периодичекий закон).

Запретные зоны: трансмутация (алхимическое превращение элементов)

Основные парадигмы современной биологии:

Синтетическая теория эволюции (дарвинизм + генетика).

Молекулярная (ДНК) природа наследственности.

Принцип биогенеза (все живое – от живого: omne vivum ex vivo)

Запретные зоны: “биополе”, внетелесное существование сознания.

Алхимия.

Глубинная философия алхимиков заключается в том, что, прежде чем на

основании ограниченных знаний преобразовывать мир, нужно очистить и преобразовать себя, как часть Природы. Одна из важнейших предпосылок "Великого делания" алхимиков (получения "философского камня") – воспитание в себе "чувства вещества", того резонанса исследователя и предмета исследования, при котором человек ощущает вещество "изнутри". Неотделимость исследователя от объекта исследования, очевидная для алхимиков, была переоткрыта в XX веке при разработке квантовой механики.

Рассмотрение современной химии и алхимии с позиций одной и той же научной парадигмы глубоко ошибочно. Современная химия – наука о материальном мире, конкретнее – о веществах и их превращениях. Алхимия – это наука о взаимодействии человеческих души и духа с материальным миром. В решении современных научных проблем и преподавании химии “алхимический” подход очень эффективен.

Возникновение современной европейской науки

Поворот от алхимии к “настоящей” химии начался в XVI веке, с возникновением капитализма.

Возникновение науки химии

Наука химия родилась одновременно с первой научной химической теорией – в

1697 году немецкий химик Георг Эрнст Шталь (1659-1734) опубликовал работу

“Основания зимотехники или общая теория брожения”, где впервые было изложено

учение о флогистоне. Флогистон по мнению Шталя – составная часть всех горючих тел,

выделяющаяся при горении или обжиге. Роль воздуха заключалась во “вбирании”

флогистона; листья растений “всасывали” флогистон из воздуха, а при горении

древесины он снова выделялся. Разумеется, химики давно объясняют причины горения

на основании более научной “кислородной” теории, но именно благодаря теории

флогистона химия начала бурно развиваться в XVIII веке.

К середине XIX века алхимия перестала быть массовой “эпидемией”. Наступила эпоха химии-науки.