Лекция 18/18 (ФСН, ФФ, ЭкФ) 2016
Химические концепции
1. Хронологический подход к истории химии
2. Содержательный подход к истории химии
2.1 Учение о составе
2.2. Структурная химия
2.3 Эволюционная химия
2.4 Учение о химических процессах
Химия – одна из ведущих естественных наук, тесно связанная физикой и биологией. Без продуктов химического производства жизнь современного человека представить себе не возможно. Химия возникла из запросов практики.
При рассмотрении истории химии возможны 2 подхода: хронологический и содержательный.
1. Хронологический подход
Хронологический подход включает 4 периода:
1-й период. Донаучный или алхимический. Он продолжался в Европе с 11-го по 17-й века. Затем начинается вытеснение алхимии.
2-й период. Создание научной химии. Огромную роль в становлении химии как науки сыграли анг. физико-химик Роберт Бойль 17 в., фр. химик Антуан Лавуазье 18 в. Российским основателем научной химии является М. В. Ломоносов.
3-й период. Классическая химия. Начинается в 19 в. с трудов А.М. Бутлерова и Д.И. Менделеева. Бутлеров создает теорию строения органических соединений, а Менделеев (1869) открывает периодический закон и создает периодическую систему элементов. Современная формулировка периодического закона: «Свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома или порядкового номера элемента». Закон и таблица позволили превратить химию из набора огромного количества эмпирических данных в науку, умеющую объяснить и предсказать.
4-й период. Современная химия. С начала ХХ века до наших дней. К этому периоду относятся:
- квантовая химия (рассматривает вопросы химии с помощью знаний квантовой механики),
- новые физические методы исследования в химии,
- успехи биологической химии,
- достижения в области медицинской и структурной химии, химии природных соединений, теоретической и компьютерной химии, а также химии окружающей среды…..
Согласно современным представлениям
«Химия – это наука о веществах, их превращениях и явлениях, сопровождающих эти превращения».
Химия не только изучает природные вещества, но и создает новые.
Вещество – это то, из чего состоят физические тела.
Вещества бывают простыми и сложными.
Сложные вещества называются химическими соединениями (серная кислота, гидроксид натрия, оксид калия, сульфат натрия).
2. Содержательный подход к истории химии
По мере развития химии как науки сложились 4 концептуальные системы химических знаний:
1. Учение о составе. XVII в.
2. Структурная химия. ХIХ в.
3. Учение о химических процессах. 50-е. годы ХХ века.
4. Эволюционная химия. 70- е годы ХХ века.
2.1 Учение о составе
Первоначально свойства веществ связывали только с их составом. На этом уровне решали 2 проблемы:
проблема
химического элемента, и
проблема химического соединения.
Решение проблемы химического элемента
Представления о химическом элементе менялись следующим образом:
в 17 в. считалось, что хим. элемент – это предел хим. разложения вещества.
в 19 в. признаком хим. элемента стало его место в периодической системе, определяемое его атомной массой. Это представление об элементе связано с работами Менделеева. В 1869 г. он систематизировал все известные к тому времени химические элементы (63 элемента); составил таблицу, названую ПС элементов, и сформулировал закон: «Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов».
В ХХ в квантовая химия «откорректировала» формулировку пер. закона и в настоящее время он звучит так: «Свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда атомного ядра».
А химический элемент – это вид атомов с одинаковым зарядом атомного ядра».
Решение проблемы химического соединения
Практически все элементы проявляются в земных условиях в составе тех или иных хим. соединений. В настоящее время известно около 27 млн. орг. соединений и 500 тыс. неорганических.
В рамках проблемы химического соединения решали два вопроса:
1) соединения имеют постоянный или переменный состав?
2) какие силы объединяют атомы в молекулы в хим. соединении?
Анг. уч. Джон Дальтон (1766-1844) утверждал, что химические соединения имеют постоянный состав. Его утверждение основывалось на атомно-молекулярном учении. Состав химического соединения, согласно Дальтону, может быть представлен формулой: АВ, АВ2, АВ3, А2В3 и т.п.
Но уже современник Дальтона фр. химик Клод-Луи Бертолле (1748-1822) указывал на возможность существования соединений переменного состава. Например, он считал, что многие растворы и сплавы – это химические соединения, состав которых изображается формулами: ABx, AxBy, где х и y переменные числа.
В конце 19 в. рус. уч. Д.П. Коновалов доказал, что существуют соединения как постоянного (дальтониды), так и переменного состава (бертоллиды).
Решить вопрос о силах, объединяющих атомы в молекулы, помогла квантовая физика. Эти силы называются химическими связями. Химическая связь имеет электронную природу (реализуется взаимодействием электронов), но осуществляется она по-разному. Поэтому различают три основных типа химических связей: ковалентную, ионную и металлическую. См. пособие (розовое) тема 4.
2.2 Структурная химия
Структурная химия изучает расположение атомов в молекулах, определяемое длинами связей и значениями валентных углов. Огромный вклад в структурную химию внесла «Теория строения органических соединений» А.М. Бутлерова (1861 г).