КОНЦЕПЦИИ ХИМИИ

§1. Концептуальные уровни химии. Учение о составе вещества

Химия – наука о веществах, их строении, свойствах и превращениях.

Предмет химии – превращения веществ на макроскопическом уровне и анализ этих превращений на микроскопическом, атомно-молекулярном уровне.

Исторически химия прошла четыре концептуальных уровня своего развития. Причем каждый последующий уровень включал в себя и дополнял предыдущий. Первый уровень связан с учением о составе вещества, второй – с развитием структурной химии, третий концептуальный уровень определяется становлением учения о химических процессах, четвертый современный уровень – эволюционная химия.

В конце 17 века зародилось учение о составе вещества. Это было сделано в работах английского ученого Р. Бойля. По Бойлю мельчайшие частицы вещества – атомы, могли соединяться, образуя более крупные частицы – кластеры (сейчас используется термин «молекула», введенный в 17 в. французским ученым П. Гассенди). Бойль утверждал, что свойства веществ зависят от того, из каких химических элементов они состоят. Химический элемент он трактовал как предел разложения вещества. В настоящее время химическим элементом называют вид атомов, имеющих определенный заряд ядра.

Развитием представлений о химических элементах явилось понятие о химических соединениях. Если в состав простых веществ входят атомы только одного элемента, то сложные вещества, или химические соединения, состоят из атомов нескольких элементов. Свойства соединений отличаются от свойств составляющих их элементов.

Расширение круга методов химического анализа и использование количественных методов измерения позволило определять числовые соотношения элементов в соединениях. В начале 19 века французский химик Ж. Пруст установил закон постоянства состава, согласно которому любое соединение содержит элементы в строго определенных массовых пропорциях независимо от способа его получения. Закон Пруста подтверждал гипотезу существования молекул.

В 1860 г. на первом международном съезде химиков были приняты правила написания химических формул и уравнений, а также определены понятия атома, молекулы и химического элемента. Так, атомом была названа наименьшая частица элемента в химических соединениях. А молекулой – наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

В 1869 г. Д.И. Менделеевым был открыт периодический закон химических элементов, который гласил: «Физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомной массы». На основании этого закона Менделеев упорядочил элементы в виде системы или таблицы и предсказал существование и свойства трех неизвестных в то время элементов, которые вскоре были открыты (галлий, скандий, германий). Эти открытия стали триумфом химической науки. Однако обосновать периодический закон в рамках научных знаний конца 19 века было невозможно в связи с отсутствием представлений о сложности строения атома. В 30-х годах 20 века с созданием атомной и ядерной физики, а также квантовой механики это обоснование появилось. Так, в частности, стало ясно, что свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома (порядкового номера элемента).