Вопрос 53. Распространение химических элементов в космосе и на Земле.

Природа щедро разбросала свои материальные ресурсы по нашей планете. Но нетрудно заметить зависимость: чаще всего человек использует те веще­ства, запасы сырья которых ограничены, и наоборот, крайне слабо использует такие химические элементы и их соединения, сырьевые ресурсы которых почти без­граничны. В самом деле, 98,6% массы физически доступного слоя Земли со­ставляют всего восемь химических элементов: железо (4,6%) , кислород (47%), кремний (27,5%), магний (2,1%), алюминий (8,8%), кальций (3,6%), натрий (2,6%), калий (2,5%), никель. Более 95% всех металлических изделий, конст­рукций самых разнообразных машин и механиз­мов, транспортных путей произ­водятся из железорудного сырья. Ясно, что такая практика расточительна с точки зрения как ис­черпания ресурсов железа, так и энергетических затрат на пер­вичную обработку железорудного сырья.

Глядя на приведенные здесь данные о распространенности восьми названных химических элементов, можно смело утвер­ждать о больших возможностях в ис­пользовании алюминия, а затем магния и, может быть, кальция в создании ме­таллических материалов ближайшего будущего ,но для этого должны быть раз­работаны энергоэкономичные методы производства алюминия с целью получе­ния хлорида алюминия и восстановле­ния последнего до металла. Этот метод был уже опробован в ря­де стран и дал основание для проектирования алюми­ниевых за­водов большой мощности. Но выплавка алюминия в масштабах, со­поставимых с производством чугуна, стали и ферросплавов, еще не может быть реализована в самое ближайшее время, по­тому что эта задача должна решаться параллельно с разработкой соответствующих алюминиевых сплавов, способных конкуриро­вать с чугуном, сталью и другими материалами из железорудного сы­рья.

Широкая распространенность кремния служит посто­янным укором человече­ству в смысле чрезвычайно низкой сте­пени использования этого химического элемента в производстве материалов. Силикаты составляют 97% всей массы земной коры. И это дает основание утверждать, что именно они должны быть основным сырьем для производства практически всех строительных материалов и полуфабрикатов при изготовлении керамики, способной конкурировать с ме­таллами. Надо, кроме того, принимать во внимание еще и огромные скопления промышленных отходов силикатного характера, таких, как "пустая порода" при добыче угля, "хвосты" при добыче металлов из руд, зола и шлаки энергетиче­ского и металлургического производст­ва. И как раз эти силикаты необходимо в первую очередь превращать в сырье для строительных материалов. С одной стороны, это обещает большие выгоды, так как сырье не надо добывать, оно в готовом виде ждет своего потребителя. А с другой — его утилизация является мерой борьбы с загрязнением окружающей среды.

В космосе наиболее широко распространены лишь два элемента — водород и гелий, все остальные элементы можно рассматри­вать только как дополнение к ним.

Вопрос 54. Развитие представлений о химическом строение вещества. Химиче­ские соединения.

Химиейназывают науку о химических элементах и их соедине­ниях.

История развития химических концепций начинается с древних времен. Де­мокрит, Эпикур высказывали гениальные мысли о том, что все тела состоят из атомов различной величины и разной формы, что и обусловливает их качест­венное различие. Аристо­тель и Эмпедокл считали, что в телах сочетаются

Первый по-настоящему действенный способ определения свойств вещества был предложен во второй половине XVII в. английским ученым Р. Бойлем (1627—1691).Результаты экспериментальных исследований Р. Бойля пока­зали, что качества и свойства тел зависят от того, из каких ма­териальных элементов они состоят.

В 1860 г. выдающимся русским химиком А.М. Бутлеровым (1828—1886) была создана теория химического строения вещества — возник более высокий уровень развития химических знаний — структурная химия.

В этот период зарождалась технология органических веществ.

Под влиянием новых требований производства возникло учение о химиче­ских процессах,в котором учитывалось изменение свойств вещества под влия­нием температуры, давления, раство­рителей и других факторов, заменяющих дерево и металл в строительных работах, пищевое сырье в производстве олифы, лаков, моющих средств и смазочных материалов.

В 1960—1970 гг. появился следующий, более высокий, уровень химических знаний — эволюционная химия.В основе ее лежит принцип самоорганизации химических систем, т. е. принцип применения химического опыта высокоорга­низованной живой природы.

До недавнего времени химики считали ясным, что следует относить к хими­ческим соединениям, а что — к смесям. Еще в 1800-1808 гг. французский уче­ный Ж. Пруст (1754—1826) установил закон постоянства состава: любое инди­видуальное химическое соединение обладает строго определенным, неизмен­ным составом, прочным притяжением составных частей (атомов) и тем отлича­ется от смесей

С конца XIX в. возобновились исследования, подвергавшие сомнению абсо­лютизацию закона постоянства состава. Выдаю­щийся русский химик Н.С. Кур­наков (1860—1941) в результате исследований интерметалличе­ских соедине­ний, т. е. соединений, состоящих из двух металлов, установил образование на­стоящих индивидуаль­ных соединений переменного состава и нашел границы их од­нородности на диаграмме "состав-свойство", отделив от них об­ласти сущест­вования соединений стехиометрического состава. Химические соединения пе­ременного состава он назвал бертоллидами, а за соединения­ми постоянного со­става оставил названиедальтониды.

Как показали результаты физических исследований, суть проблемы химиче­ских соединений состоит не столько в посто­янстве или непостоянстве химиче­ского состава, сколько в физи­ческой природе химических связей, объединяю­щих атомы в единую квантово-механическую систему — молекулу.

Число химических соединений огромно. Они отличаются как составом, так и химическими и физическими свойствами. Но все же химическое соединение —качественно определенное веще­ство, состоящее из одного или нескольких хи­мических элемен­тов.