1. Вопрос 1

1. Предмет химии и ее задачи.

Химия — наука о строении, свойствах веществ, их превращениях и сопровождающих явлениях

Практическое получение водорода:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑

Задачи:

• изучение веществ, их свойств и прогнозирование использования веществ в народном хозяйстве:

2H2 + O2 = 2H2O + Q

В ходе реакции выделяется очень большое количество энергии.

Значит, водород можно использовать в качестве топлива.

• получение различных веществ, необходимых в народном хозяйстве:

Растительные сельскохозяйственные отходы содержат значительные количества пентозанов. Переработкой их методом гидролиза получают такие ценные для народного хозяйства продукты, как кормовые дрожжи, этиловый спирт, многоатомные спирты, фурфурол и др.

• разработка и использование новых источников энергии:

2H2 + O2 = 2H2O + Q

В ходе реакции выделяется очень большое количество энергии.

Значит, водород можно использовать в качестве топлива.

• охрана окружающей среды:

С целью защиты окружающей среды в химической промышленности используют различные фильтры, пилогазовловлювачи, снижают выброс вредных веществ в атмосферу.

• освоение органических и неорганических источников сырья:

из хлорбензола получить фенол

C6H5Cl + NaOH → C6H5OH + NaCl

Получить хлористый винил

CH₂ Cl - CH₂ Cl+NaOH → CH₂ = CHCl+NaCl+H₂ 0

Взаимосвязь химии с другими естественнонаучными дисциплинами.

С физикой

На разных этапах своего развития физика снабжала химию понятиями и теоретическими концепциями, оказавшими сильное воздействие на развитие химии. При этом чем больше усложнялись химические исследования, тем больше аппаратура и методы расчетов физики проникали в химию. Необходимость измерения тепловых эффектов реакции, развитие спектрального и рентгеноструктурного анализа, изучение изотопов и радиоактивных химических элементов, кристаллических решеток вещества, молекулярных структур потребовали создания и привели к использованию сложнейших физических приборов -спектроскопов, масс-спектрографов, дифракционных решеток, электронных микроскопов и т.д. Возникновение химической формулы движения в природе вызвало дальнейшее развитие представлений об электромагнитном взаимодействии, изучаемом физикой. На основе периодического закона ныне осуществляется прогресс не только в химии, но и в ядерной физике, на границе которой возникли такие смешанные физико-химические теории, как химия изотопов, радиационная химия. Физика и химия изучают практически одни и те же объекты, но только каждая из них видит в этих объектах свою сторону, свой предмет изучения. Так, молекула является предметом изучения не только химии, но и молекулярной физики. Если первая изучает ее с точки зрения закономерностей образования, состава, химических свойств, связей, условий ее диссоциации на составляющие атомы, то последняя статистически изучает поведение масс молекул, обусловливающее тепловые явления, различные агрегатные состояния, переходы из газообразной в жидкую и твердую фазы и обратно, - явления, не связанные с изменением состава молекул и их внутреннего химического строения. Сопровождение каждой химической реакции механическим перемещением масс молекул реагентов, выделение или поглощение тепла за счет разрыва или образования связей в новых молекулах убедительно свидетельствуют о тесной связи химических и физических явлений. Так, энергетика химических процессов тесно связана с законами термодинамики.

С биологией

Органическая природа предоставила химикам-органикам прекрасные образцы своего творения - вещества растительного и животного происхождения - для подражания и воспроизведения подобных веществ в химических лабораториях. Так для химиков возник «биологический идеал», оказавший большое влияние на развитие органической химии. Последующие поколения химиков проявили большую изобретательность, труд, фантазию и творческий поиск в направленном синтезе вещества. Их замыслом было не только подражать природе, они хотели превзойти ее. И сегодня мы можем уверенно заявить, что во многих случаях это удалось. Лишь постепенное развитие науки XIX века, приведшее к раскрытию структуры атома и детальному познанию строения и состава клетки, открыло перед химиками и биологами практические возможности совместной работы над химическими проблемами учения о клетке, среди них вопросы о характере химических процессов в живых тканях, об обусловленности биологических функций химическими реакциями. Действительно, если посмотреть на обмен веществ в организме с чисто химической точки зрения, как это сделал А.И. Опарин, мы увидим совокупность большого числа сравнительно простых и однообразных химических реакций, которые сочетаются между собой во времени, протекают не случайно, а в строгой последовательности, в результате чего образуются длинные цепи реакций. И этот порядок закономерно направлен к постоянному самосохранению и самовоспроизведению всей живой системы в целом в данных условиях окружающей среды. Но главное заключалось в том, что объективно в самой основе биологических процессов, функций живого лежат химические механизмы. Все функции и процессы, происходящие в живом организме, оказывается возможным изложить на языке химии, в виде конкретных химических процессов. Химических процессов в живых системах специфичны по сравнению с неживыми. Изучение этой специфики раскрывает единство и взаимосвязь химической и биологической форм движения материи.

С астрономией

Среда, окружающая звезды, – это место, где происходят разнообразные химические процессы, где соседствуют атомы и молекулы, газ, пыль. Нуклеосинтез – образование атомов – происходит внутри звезд, состоящих из плазмы, слишком горячей, чтобы там протекали реакции с образованием молекул. Но вот когда звезда заканчивает свое существование (взрывом сверхновой), когда элементы выбрасываются в космос, создавая оболочку вокруг звезды, тогда и происходят химические реакции. По мере остывания вещества в этих оболочках происходит взаимодействие элементов, приводящее к образованию не только молекул газа, но и частиц твердого вещества – пыли.

С геологией

Сейчас нам совершенно ясно, что каждое природное минеральное тело — это физико-химическая система, состоящая из определенных составных частей — элементов, образовавшаяся и существующая в определенной физико-химической обстановке. В каждом месторождении мы различаем прежде всего минеральное тело с определенным комплексом свойств, с определенным химическим составом, тесно связанное с известной обстановкой, с рядом спутников. Размеры тела и его свойства являются результатами каких-то определенных геологических процессов в широком смысле этого слова.

С экологией

Главными загрязнителями окружающей среды являются теплоэлектростанции, цветная металлургия, транспорт. Например, ежегодно в атмосферу выбрасывается 100 млн. тонн серы оксида. Более половины этого количества приходится на долю теплоэлектростанций, четверть - на долю цветной металлургии и лишь несколько процентов - на долю черной металлургии и основной химической промышленности. То же можно сказать о выбросах оксидов азота и углекислого газа, о твердых пылевые выбросы и канцерогенные микроэлементы.С целью защиты окружающей среды в химической промышленности используют различные фильтры, пилогазовловлювачи, снижают выброс вредных веществ в атмосферу. Когда их после использования сжигают, то тем самым лишь усугубляют загрязнения воздуха. Перед химиками стоит задача разработки способов утилизации синтетических материалов и создание новых полимеров, которые раскладывались в природе. Очень остро стоит проблема рационального использования воды и недопустимости загрязнения водоемов. Кардинальное решение проблемы заключается в создании замкнутых технологических систем, когда использованная вода очищается и снова возвращается в производство.