Средний химический состав земной коры и планет земной группы,% (по Конкину а.)

Состав	Венера	Земля	Луна	Марс	Метеориты
O	43,2	46,60	40,45	43,22	32,30
Si	21,04	27,72	19,26	20,86	16,3
Al	8,36	8,13	5,16	3,01	1,38
Fe	7,4	5,00	14,17	12,74	28,80
Mg	6,84	2,09	4,1	4,98	12,30
Ca	5,07	3,63	8,78	4,0	1,33
Na	 1,0	2,83	2,32	 1,0	0,60
K	3,32	2,59	0,05	0,08	0,15
S	0,65	0,047	0,19	3,08	2,12
Ni		0,0058			1,57
Cr		0,0083	0,18		0,34
Mn	0,15	0,09	0,22		0,21
Ti	0,95	0,6	6,1	0,48	0,13
Co		0,0018			0,12
P		0,08			0,11
Cl				0,7

Использование этих ресурсов в современных технологиях неравномерно. Металлы и керамика составляют до 90% предметов материальной жизни человека. Однако, керамика в сотни раз дешевле и легче. Поэтому современная химия настойчиво разрабатывает технологии более широкого использования ее в производстве материалов с заданными свойствами. Из керамики получены сверхтвердые, сверхпроводимые материалы с простой технологией их прессования и т.п. Химия разработала технологии получения элементоорганических и других соединений, позволивших получить принципиально новые материалы с заданными свойствами, которые в природе не существуют. Таки образом, современная химия может даже больше, чем сама природа.

На этапе структурной химии центральной стала задача понимания того как структура молекулы или системы молекул задает свойства вещества, как преобразовывая структуру можно изменять свойства вещества. Знание этого обстоятельства дает химии мощный инструмент для осуществления целенаправленных качественных преобразований вещества путем комбинирования различными сочетаниями структурных фрагментов молекул. Еще в конце прошлого века возникло направление органического синтеза, позже на основе простейших углеводородов были получены красители, препараты для фармацеи, взрывчатые вещества, каучуки, пластмассы, полупроводники, изоляторы. Структурная теория получила развитие и в неорганической химии, которая по существу имеет –дело с твердыми (кристаллическими) веществами. Здесь преследуется, в основном, две цели:

1. Найти способы получения кристаллов с «идеальной» решеткой, что позволяет рассчитывать на получение материалов высокопрочных и термостойких.

2. Получение веществ с запроектированными «дефектами» кристаллической решетки, чтобы потом получить материалы с заданными оптическими и электрофизическими свойствами. Технологии, создаваемые на этой основе требуют особых условий, иногда невесомости, иногда тончайшего оборудования, но это весьма перспективная отрасль современной химии.

Под влиянием технологии химического производства возник заказ на создание теории химических процессов. В этой области наиболее тесно взаимодействуют физика и химия, методы термодинамики и кинептики с собственно химическими методами. Главная задача здесь «сконструировать» теоретическую модель реакций, участвующих в химическом процессе, научиться управлять ею и контролировать ее с помощью катализаторов и ингибиторов, уметь направлять весь процесс на получение необходимых результатов. Всякая реакция может быть обратимой, что теоретически создает возможность равновесия между прямой и обратимой тенденцией. Но практически из-за невозможности контроля всех параметров реакции и ее условий, равновесие нарушается. Если смещение способствует получению необходимых результатов, то задача решена, но если смещение равновесия нарушает возможность получения результата, то требуются приемы термодинамики для управления ходом процесса. Наряду с ней привлекается кинептика, которая дает методы определения хода химических реакций во времени. Методы кинептики устанавливают зависимость химических реакций от характера исходных реагентов, от концентрации катализаторов или ингибиторов, способов смешивания, конструкции и технологических возможностей реактора и связанного с ним оборудования.

В 70-е годы химия вышла на высший уровень развития: возникла эволюционная химия. В ее основе лежит теория самоорганизации химических систем. Это те принципы, по которым эволюционирует живая материя, используя для этого возможности биохимических процессов. Синтез новых соединений, более сложных и высокоорганизованных, при условии самопроизвольного протекания химических процессов – вот, что стремиться познать эволюционная химия. Конечно ученые пытаются понять это изучая, прежде всего, «лабораторию» живого организма, как из неорганической возникает органическая материя. Как из химических реакций в системной их субординации возникает жизнь с высокоэффективным химическим «производством», которое осуществляется в клетке, в тканях растительных и животных организмов. Низкие температуры и давления, высокая эффективность использования энергии и реагентов; точность управления и высочайшая продуктивность без экологических последствий – вот чему учатся химики у природы, для того, чтобы по этим же параметрам создавать новые технологии в принципиально новом производстве.

В современной эволюционной химии изучаются многообразные катализаторы, которыми пользуются живые организмы, затем предпринимаются попытки моделировать высокую активность и селективность биокатализаторов в технологических процессах производства с помощью закрепления катализаторов на твердой поверхности. Это обеспечивает стабильность и непрерывное их действие. Такие способы широко используются в тонком органическом синтезе. Созданы технологии в промышленных масштабах для синтеза органических соединений различных типов, для разработки различных способов обезвреживания и очистки использованной воды или воздуха. В целом, изучение и промышленное освоение опыта каталитических реакций живых систем большая и перспективная задача современной химии. Многие из известных науке химических элементов попадают в химические процессы живых организмов, но только 6 из них играют основную роль, получивших название органогенов – углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. В организмах они составляют весовую долю до 97%. 12 других элементов – натрий, калий, магний, хлор, медь и др. составляют около 1,6%. Еще около 20 химических элементов играют узкоспециализированную роль в биосистемах. Оставшиеся химические элементы для биосистем играют несущественную роль.

На Земле, из всех органогенов наиболее широкое распространение имеют водород и кислород. Остальные распространены в меньшей степени. Это углерод, азот, сера и др., достигающие 0,3% весового объема поверхности Земли. Наиболее высокие органогенные способности у углерода. Кислород и водород носители окислительных и восстановительных процессов; азот, фосфор, сера – активно участвуют в работе ферментов; железо и магний – отличаются неустойчивостью в своих функциях.

Эволюционная химия установила, что из нескольких миллионов органических соединений в построении живой материи принимает участие только несколько сотен, а из более ста известных аминокислот лишь около 20, входят в состав белков. Но только из 4-х нуклеотидов образуются сложные нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), кодирующие наследственность и программы метаболизма. Таким образом, огромный мир растений и животных возник из небольшого набора органических веществ. Из минимума химических элементов и соединений возникло огромное многообразие биологических систем. Все это свидетельствует о том, что в ходе эволюции отбирались те химические структуры, которые обладают гибкой реактивностью и способны селектировать каталитическое действие. Одни структуры лучше способны были к адсорбции, другие – переносу электронов, третьи – энергетическому обеспечению, четвертые – воспроизведению себе подобных. Причем в процессе эволюции эти способности возникали постепенно и последовательно.

А.П.Руденко в 70-х годах предпринял попытку построить общую теорию химической эволюции. Были определены общие идеи и принципы. Сущность химической эволюции видится в саморазвитии каталитических систем, в отборе каталитических центров, обладающих высокой активностью. Если изменения катализатора необратимы, то изменяется механизм базовой реакции. Состав и структура катализаторов могут изменяться как за счет трансформации, так и за счет дробления и появления новых катализаторов. С наибольшей скоростью и вероятностью происходят те эволюционные изменения, в которых возможно максимальное увеличение активности катализатора, при условии, что для этого есть достаточные источники энергии. Теория Руденко позволила дать общую классификацию этапов химической эволюции, показать динамический характер катализаторов; установить предел химической эволюции при переходе к биогенезу и т.д. Расширение принципов эволюционной химии открывает перспективы управления нестационарными химическими процессами создания «мягких» технологий (без высоких температур и давлений); моделирования синтеза имеющего место в живой материи; создания безотходных и малоэнергоемких технологий, т.е. создания «нефизического», «немеханического» производства- производства будущего.