- •Вопрос 1.
- •Вопрос 2.
- •Вопрос 5.
- •Вопрос 7.
- •Уровни естественно - научного познания
- •Вопрос 8.
- •Вопрос 9.
- •Вопрос 10.
- •Вопрос 11.
- •Вопрос 12.
- •Вопрос 13.
- •Вопрос 14.
- •Вопрос 17.
- •Вопрос 21.
- •Вопрос 22.
- •II. Модель э. Резерфорда
- •III. Модель атома по Бору
- •Вопрос 25 Современная концепция строения атомного ядра
- •Радиоактивность
- •Систематика элементарных частиц
- •Античастица
- •Перспективы развития физики микромира
- •Вопрос 28
- •Вопрос 40.
- •Вопрос 41.
- •Вопрос 42.
- •Вопрос 43.
- •Вопрос 44.
- •Вопрос 45.
- •Вопрос 46.
- •Вопрос 47.
- •Вопрос 48.
- •Биосферный уровень
- •Ноосферный уровень
- •Вопрос 49.
- •Вопрос 50.
- •Вопрос 51.
- •Вопрос 52.
- •Вопрос 53.
- •Вопрос 54.
- •Вопрос 55.
- •Вопрос 56.
- •Вопрос 57.
- •Вопрос 58.
- •Вопрос 59.
- •Вопрос 60.
Вопрос 40.
Исторические уровни развития химии: эмпирический, аналитический, технологический. структурный, современный.
ЭМПИРИЧЕСКИЙ: он длился до сер. 17 в. Химия носила чисто прикладной хар-тер. Основные отрасли: произ-во Ме, стеклоделие, парфюмерия, фармацевтика. Мало чего известно о развитии химии этого периода, т.к. хим. язык был не ясен. Известно немного химиков. # Болос из Менде (2000 лет назад) превращал один Ме в другой (трансмутация). Христианство вообще загнало химию в подполье, т.к. эта наука отождествлялась с колдовством. Как-то возродили химию арабы (алхимия) на рубеже 9 века.
Джабир (Гебер) (8в до н э)– известный араб. химик. Занимался трансмутацией, искал эликсир жизни (философ камень).
Авиценна (10 в) –дал развитие фармацевтике (гомеопатии), не верил в трансмутацию.
Псевдо-Джабир(14 в) открыл H2SO 4 и HNO3. Но этот ученый нам не известен.
В 17 веке алхимия превратилась в химию (Бойль).
АНАЛИТИЧЕСКИЙ сер 17 до сер 19 века. Три основные концепции аналитич химии были разработаны за эти 200 лет:
концепция простого и сложного в-ва
концепция понятия хим соединения
концепция атомизма
(они лежат в основе сегодняшней химии).
Георг Шталь разработал неверную теорию флогистона. Он считал, что в-во флогистон соединяется с Ме, при выделении его из руды.=> Ме слож в-во. Эту теорию опровергнул А. Лавуазье –первый западный экспериментатор, проводивший колич-ные
расчеты. Он же открыл закон сохранения массы (правда, Ломоносов открыл его раньше). Объяснение: E=mc2. Если меняется энергия, то меняется масса. Следовательно в хим р-циях должна меняться масса, но это изменение настолько мало, что мы можем не учитывать его. (# если взорвать 1 кг тротила, m=10-9г, а самые точные весы– 10-7г.).
Концепция понятия хим соединения объединила неск колич-ных законов, т.к. аналитическая химия стала грамотнее.
1. з. Пруста (1799)- з. постоянства состава хим соединения. Соотношения м/у массами э-тов, входящих в состав данного соединения, постоянные и не зависит от способа получения соединения.
# H2O: 2H2 +O2 2H2O
H2+1/2O2 HO2
2г 16г
1 : 8
2.з. Гей-Люссака (нач 19в) з. простых объемных отношений для газообразных в-в.
объемы, вступающих в р-цию, газов при одинаковых условиях относятся друг к другу и объемам образующихся газообразных в-в, как небольшие простые числа.
# 1v : 3v : 2v
N2 +3H 2 2NH3
1:3:2
3.з. Авогадро (1811г) в равных объемах любых газов, взятых при одинаковых условиях содержится одно и тоже число молекул.
Эти законы прочно утвердили химию как точную науку. Кроме того, они внесли свой вклад в атомно-молекулярное учение, т.к. они все дали представление о мельчайших частицах вещества.
# з. кратного соотношения:
СО СО
12 16 12 32
3:4 3:8
1атом:1 атом 1 атом:2 атома
если два эл-та образуют друг с другом неск хим соединений, масса одного из эл-тов, приходящаяся на одну и ту же массу др э-та, относятся м/у собой как небольшие целые числа. Эл-ты соединяются друг с другом в строго определ весовых соотношениях, соответствующих кол-ву их атомов.
В этот же период была опубликована период система (1869)
З. Менделеева: св-ва простых тел, а также их соединений, нах-ся в периодической зависимости от величины атомных весов эл-тов. Менделеев открыл естест закономерность изменения св-в эл-тов с изменением их атомных весов. Правда, проверив атомный состав всех 86 эл-тов ПС, Мозли в 1913 нашел ошибку Менделеева: св-ва зависят от заряда ядра.
Но с открытием органики законы Пруста, Дальтона стали нарушаться.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ: длился до сер 20в.
Были разработаны две главные концепции:
А. условий проведения хим р-ций
Б. структуры хим соединений.
А.Первая основана на классической термодинамике. Самый главный раздел: химическая кинетика.
Первый шаг в этом направлении сделали Гульдберг и Ваате (1863), открыв з. действия масс. Скорость хим р-ции при t=const прямопропорциональна концентрации реагирующих веществ.
A+BC; V=K*CACB; K- константа скорости;
С- молярная концентрация(моль/л); K=V при CA=CB=1;
Но скорость зависит еще и от температуры по з Вант-Гоффа (1865). При повышении температуры на 10 градусов скорость р-ции увелич в 2-4 раза. (Vt+t)/Vt=γt/10, где γ от 2 до 4;
Для того, чтобы молекулы прореагировали, нужно преодолеть энергетич барьер=>нужна доп энергия (активации).
Второй шаг заключался в смещении хим равновесия. Т.к. многие р-ции обратимы, нам надо сместить равновесие в сторону увеличения массовой доли того в-ва, которое нам нужно. В 1888г Ле-Шателье вывел правило смещения равновесия: любое изменение одного из условий равновесия вызывает смещение системы в том направлении, которое противодействует этому воздействию. Смещают равновесие с помощью изменения температуры, давления, концентрации.
Третий шаг–открытие катализа( Оствальд, к 19в). ускорить р-цию можно с помощью катализатора:
1.кат-р необходим в очень небольших кол-вах, т.к. он участвует в р-ции, но вконце р-ции выходит химически неизменимым.
2.действие кат-ра строго специфично, т.е. надо подобрать кат-р именно для этой р-ции.
3.кат-р действует не всей массой, а только активными центрами.
М-изм действия кат-ра:
1.А+ВАВ; ЕАКТ1; К-катализатор.
2.А+КАК; ЕАКТ2
3.АК+ВАВ+К; ЕАКТ3
ЕАКТ2+ ЕАКТ3<< ЕАКТ1; => Энергия активации уменьшается. Кат-р увеличивает кол-во активных молекул в реакционной среде.
Есть еще проматоры– в-ва, помогающие катализатору, т.е. они усиливают актив центры кат-ра.(ускоряют ход р-ции в 10-20р)
Б.Еще Берцелиус стал разделять в-ва, относящиеся к органике и к неорганике (1807). Потом открыли органический синтез, нашли вещ-ва с одинаковым кол-ным , но с разным качественным составом. (этиловый спирт и этиловый эфир). Все это ставило перед учеными множество вопросов. Вот какие были приняты решения:
все органич в-ва имеют атом С
кол-во атомов С может быть любым.
Расположение атомов может быть разное, т.е. простр-ое строение.
Впервые о разном строении высказался Берцелиус, введя термин изомеры.
А в 1852 произошла 2-я тихая революция. Франкланд – теория валентности. Valentia– сила, с кот-ой атомы присоединяются друг к другу, насыщаемость связей.
Огромный вклад внес А. Бутлеров. Вот современные положения его теории:
св-ва орг соединений определяется их хим строением, т.е. последовательным соединением атомов м/у собой.
Взаимное влияние атомов в мол-ах орг соединений проявляют атомы, непосредственно связанные друг с другом и нах-щиеся недалекр друг от друга.
Отличит особенность орг в-в от неорг явл-ся их структурное строение (изомерия)
Изомерия:
А) углеродного скелета
Б) за счет положения кратной связи
В) геометрич изомерия ( цис и транс)
Г) изомеря классов (#эфиры и спирты)
Есть еще зеркальная изомерия(глюкоза)
СОВРЕМЕННЫЙ ЭТАП:
Направления:
химия новых материалов:полимеры и металлокерамика.
Химия новых состояний (экстремальная): традиционная химия, химия высоких тем-тур, давлений, энергий(лазерная химия)
Биологизация химии: получение биокат-ров (ферментов), моделирование работы жив клетки, исследования самоколебательных р-ций (самоорганиз системы)
Фармацевтика , парфюмерия, пищ добавки
Рассматриваем первое направление: полимеры бывают природные– продукт жизнедеятельности орг-ма (клетчатка), искусственные – из природных материалов(ацетатный шелк из целлюлозы), синтетические– синтез из орган или неорган в-в (аналогов в природе нет). Сейчас полимеры очень распространены. Сущ-ет два пути получения полимеров:
р-ция полимеризации. Полимер получаешь быстро, но исх в-ва должны быть очень чисты, т.к. эта р-ция чувствительна к примесям.
Р-ция поликонденсации – постепенное присоединение мономеров. Не особенно чувст-на к примесям. Промежуточные в-ва очень устойчивы, еще выделяется низкомолекул. в-во.
В 1994г 94% всех полимеров составляют синтетические. Их св-ва:
стойкость к окислителям
стойкость к растворению
электроизоляционные свойства
простота получения
недостаток: ксенобиотизм – засоряют наши свалки, т.к. они не съедобны длы бактерий.
Металлокерамика– сплавление С с др добавками(#Zr, Ti, B, Ge, Mo, W)
Св-ва: огнеупорная, химостойкая, высокотвердая, но не хрупкая.
Последний писк– BN темпер плавления 3200, используют в космич технике.
Рассмотрим 2-ой пункт: экстремальная химия бывает:
радиационная химия– исследование влияния жестких лучей на протекание хим р-ций. Можно их использовать вместо кат-ров в р-ции полимеризации, срок технич способности полимеров растет.
Химия высоких Т, р, Е– синтез очень тугоплавких материалов (метод порошковой металлургии). металлы сплавляют с С,Si, В. нет оксидов, поэтому не надо раскислять, а Ме-ы очень тугоплавкие (2100-3500оС)
Плазмохимия – проведение р-ций в струе плазмы (# для порошковой химии– измельчения металлов). Нужен прибор плазмотрон. В нем за 0, 0001с 80% метана превращается в ацителен.
Лазерная химия. Лазер– узконаправленный пучок(когерентные волны). Поиск пут прямого использования энергии, выделяющейся в хим р-ции. Преобразовать энергию в направленные когерентные излучения. Перспективы этого направлены на космос.
Рассматриваем третий пункт:
Биологизация химии– изучение работы живой клетки с точки зрения, т.е. мех-зм проведения хим р-ций. Одно из направлений– изучение ферментов.
Ферменты – белковые мол-лы с актив центром не в белке, а в комплексном соединении. Это биокатализаторы, играющие осн роль в биор-циях. Известно более 1000 ферментов.
Преимущества перед катализаторами:
Работают при физиологических температурах и давлениях.
Долго работают без регененрации.
Ускор-ют ход хим р-ции в 10-100 млн раз
Все ферменты способны, как все биологич системы к самоорганизации и саморегуляции=> естест отбор актив центров.
Но как внедрить их в произ-во?
Сначала ферменты выделяли из жив в-ва, но жизнь их оказалась слишком мала. К тому же сколько надо живого в-ва даже для небольшого кол-ва ферментов.да еще они при высоких Т денатурируются. Сейчас сущ-ет неск направлений по разработке:
Выделение и очистка природ ферментов (энзимология). Или используют иммобилизацию– изготовление ферментов на подложках (казеин, силикон) для увеличения жизни
Разработка и синтез искусственных ферментов.# инсулин, лактаза, витамины, др. гормоны.
Моделирование работы жив клетки(наиб перспективно)
Четвертое направление: вся фармацевтика стоит на получении сверхчистых в-в.
#Флеминг вырастил плесень, из которой получил пенициллин в 1928. Это открытие было очень важно. Этот антибиотик мог побелить многие известные болезни.
Были открыты алкалоиды – целая группа горьких соединений(морфин, кофеин, хинин), широко применяемых в медицине.