29. Естественно-научные знания о веществе.

ХИМИЧЕСКАЯ ФОРМУЛА И ЯЗЫК ХИМИИ

Эмпирическая химическая формула соединения показывает, ка­кие элементы и в каком соотношении входят в состав химического со­единения. Эмпирическая формула устанавливается опытным путем. На основе эмпирической формулы некоторого вещества может быть найдена его молекулярная формула. В химии выработаны правила оп­ределения молекулярной формулы. Молекулярные формулы позво­ляют отобразить химические превращения. Для этого используются химические уравнения, которые служат эффективным и простым способом описания химических процессов. Методика составления уравнений химических реакций с учетом характера конкретных ве­ществ и взаимодействий хорошо разработана современной химией. Ре­зультаты химического взаимодействия могут быть вычислены с по­мощью методов физики. Однако даже в простых случаях эти расчеты были бы чрезвычайно сложны. На основе методов, выработанных в химии, используя для описания вещества и его превращения язык хи­мических формул и уравнений, химик решает эти проблемы намного проще и быстрее. Благодаря тому, что химии удалось выработать собственный язык, свое феноменологическое описание свойств ве­ществ и химических превращений. Язык химии разнообразен, он содержит возможности ото­бражения особенностей химических реакций и различных свойств ве­ществ. Например, структурные формулы показывают последователь­ность и пространственный порядок соединения атомов в молекулах. Таким образом, атомно-молекулярный уровень организации материи, чрезвычайно сложно описываемый на фундаментальном уровне, на уровне квантовой механики, потребовал выработки своего химиче­ского языка. Сегодня физика, составляющая ядро теоретической хи­мии, служит базой дальнейшего развития этой науки. Развитие совре­менной химии, ее основные концепции оказались тесно связанными не только с физикой, но и с другими естественными науками, особенно с биологией. Как и другие составляющие естествознания, химия имеет многочисленные практические приложения. Однако еще Д.И. Менделеевым было обращено внимание на существенную осо­бенность этой науки: химия в значительной мере сама создает свой объект изучения. Самые разнообразные исследования в ней направ­лены на раскрытие закономерностей химических превращений, кото­рые реализованы искусственно, на получение и изучение веществ, большинство из которых в природе не встречается. Химия как наука теснейшим образом связана с химией как производством. Д.И. Менде­леев рассматривал химические заводы как лаборатории больших раз­меров. Основная цель современной химии, вокруг которой строится вся исследовательская работа, заключается в получении веществ с за­данными свойствами. Это и определяет содержание двуединой цен­тральной задачи химии: исследование генезиса (т.е. происхожде­ния) свойств веществ и разработка на этой основе методов получения веществ с заранее заданными свойствами.

30. Концептуальные уровни современной химии

По мере развития химии до ее современного уровня в ней сложи­лись четыре совокупности подходов к решению основной задачи. Раз­витие этих подходов обусловило формирование четырех концептуаль­ных систем химических знаний. Концептуальные подходы к решению основной проблемы химии появлялись последовательно. Первоначально свойства веществ связывались исключительно с их со­ставом (в этом суть учения о составе). На этом уровне развития содер­жание химии исчерпывалось ее традиционным, менделеевским опре­делением – как науки о химических элементах и их соединениях. Да­лее учение о составе было дополнено концепцией структурной химии. Структурная концепция объединяет теоретические представления в химии, устанавливающие связь свойств веществ не только с составом, но и со структурой молекул. В рамках этого подхода возникло понятие «реакционная способность», включающая представление о химической активности отдельных фрагментов молекулы – отдельных ее атомов (и даже отдельных химических связей) или целых атомных групп. Струк­турная концепция позволила превратить химию из преимущественно аналитической науки в науку синтетическую. Этот подход позволил в конечном итоге создать промышленные технологии синтеза многих органических веществ. Затем было развито учение о химических про­цессах. В рамках этой концепции с помощью методов физической ки­нетики и термодинамики были выявлены факторы, влияющие на на­правленность и скорость протекания химических превращений и на их результат. Химия вскрыла механизмы управления реакциями и пред­ложила способы изменения свойств получаемых веществ. Последний этап концептуального развития химии связан с использованием в ней некоторых принципов, реализованных в химизме живой природы. В рамках эволюционной химии осуществляется поиск таких условий, при которых в процессе химических превращений идет самосовершен­ствование катализаторов реакций. По существу, речь идет об изучении и применении самоорганизации химических систем, происходящих в клетках живых организмов. Каждая новая концептуальная ступень в развитии химии означает не отрицание подходов, использовавшихся ранее, а опору на них. Все кон­цептуальные системы используются не порознь, а во взаимосвязи. По­следовательное дополнение химии названными концептуальными сис­темами составляет логику развития этой науки. Термин «концептуаль­ная система», а не «концепция» использован в приведенных рассу­ждениях не случайно. Причина этого заключается в том, что на каж­дой ступени рассмотренной лесенки развития химии, были использованы различные научные идеи для решения конкретных проблем. Примером тому служит выдающееся открытие в области хи­мии, сделанное на пути решения одной из исходных проблем химии – проблемы химического элемента.