Становление и развитие химической картины мира

5 Янв 2015 | Автор: | Комментариев нет »

На протяжении длительного развития человечество не раз сталкивалось с большим числом проблем, от которых нередко зависело само его существование. Чтобы выжить, наш предок научился изготавливать и использовать простейшие орудия труда, чем компенсировал свои природные недостатки. В дальнейшем первобытный человек, оказавшийся перед проблемой обеспечения лишен, освоил охоту а затем земледелие и скотоводство Освоение все более сложных орудий и предметов труда вызвало энергическую проблему, потребовало перехода от естественных источников энергии к более совершенным Энергетическая проблема привела человека последовательно к освоению энергии пара, тепловой, электрической энергии наконец, энергии атома.

Необходимость повышения производительности труда и эффективности производства, роста темпов добычи и переработки громадного объема минеральных ресурсов, наряду с необходимостью решения энергетической проблемы, вызвал к жизни широкое использование химической технологии, всеобщую химизацию, а затем и компьютеризации общественного производства и быта.

Суммируя вышесказанное, можно сделать вывод, что осью развития человеческой цивилизации является проблема выживания человеческого общества в условиях окружающей среды, природы в целом Проблема выживания - движущая сила всей преобразующей деятельности человека на земле Для своего выживания человек всегда был и будет вынужден решать вечные проблемы овладения веществом, энергией и информацией.

Успехи человека в решении малых и больших проблем овладения веществом, энергией и информацией в значительной мере были достигнуты благодаря становлению и развитию химии, различных химических технологий Химизация общественного производства и быта позволила человеку решить многие социальные проблемы наращивание производства продуктов питания, широкое освоение нефтегазопереработки, производство металлов, материалов бытовой химии и т д. К сожалению, химия в совокупности с другими технологиями тру шила сложившееся в течение миллионов лет равновесие природных процессов на планете, стала отражаться на здоровье самого человека Появились проблемы загрязнения атмосферы, гидросферы, почвы, проблемы снижения биологической активности всего живого на земле и др.

Таким образом, человек, пройдя ряд этапов развития — от огня костра до термоядерной бомбы, к началу XXI века оказался в условиях, когда в очередной раз встал вопрос о его выживании Но сегодня проблема выживания человечества оказалась усложненной проблемами геополитического, социального и чисто технического характера Решение последних затруднено ввиду потребительского характера сложившейся цивилизации и эгоцентризма индустриально развитых стран.

Подведя итог, можно сказать, что место и роль химии в современной цивилизации должны рассматриваться системно, т.е. во всем многообразии отношений, существующих между обществом и природной средой в рамках критерия экологической безопасности. В то же время сама химия должна рассматриваться как система, состоящая из множества подсистем и элементов, находящихся во взаимосвязи друг с другом и образующих в совокупности определенную целостность.

Процесс зарождения и формирования химии как науки был длительным по времени, сложным и противоречивым по содержанию Истоки химических знаний лежат в глубокой древности. В их основе лежит потребность человека получить необходимые вещества для своей жизнедеятельности. Для этого нужно было научиться производить из одних веществ другие, с заданными свойствами, т. е. осуществлять их качественные превращения. Историю развития химии можно разделить на несколько этапов.

Период алхимии - с древности до XVI в., который характеризуется поисками философского камня, эликсира долголетия, алкагеста (универсального растворителя). В этот период также практиковалось «превращение» неблагородных металлов в золото или серебро. В течение своей многовековой истории алхимики в процессе проводимых ими исследований решали многие практически важные задачи, в частности были получены сведения о многих процессах и открыты различные методы производства продуктов, пользовавшихся большим спросом. Именно алхимики заложили фундамент для создания химии. Различают три основных типа развития алхимии: греко-египетской и, арабский и западноевропейский, выделение которых в структуре алхимических исследований обусловлено прежде всего особым пониманием целей и предмета в каждом из них.

В древнем Египте были известны способы производства металлов, получения сплавов для монет и драгоценных изделий, которые держались в секрете. Постоянно увеличивающийся спрос на благородные металлы, вызванный ростом населения, расширением торгового обмена, снижением продуктивности старых золотоносных месторождений подтолкнул представителей практической металлургии к реализации предполагавшейся тогда возможности превращения одного металла в другой, и, в частности, превращения свинца или железа в золото (трансмутация). В ходе поиска философского камня углублялись и расширялись знания о химических процессах, например, алхимики улучшили процесс очистки золота путем купеляции (нагревая богатую золотом руду со свинцом и селитрой), а также процесс выделения серебра путем сплавления руды со свинцом. Получила развитие и металлургия обыкновенных металлов, так был известен и процесс получения ртути.

Однако в период правления императора Диоклетиана в Древнем Риме алхимия стала преследоваться, так как он боялся, что получение дешевого золота окончательно подорвет шаткую экономику империи Император приказал уничтожить все труды по алхимии.

Следующий этап развития алхимии - это V11-X1 вв. Среди арабских алхимиков наиболее известен Джабир ибн Хайям, в Европе известен как Гебер, в частности он описал нашатырный спирт, способ перегонки уксуса для получения уксусной кислоты, технология получения свинцовых белил и др. Наиболее известны его исследования по трансмутации металлов. Гебер считал, что, поскольку ртуть является жидким, следовательно, он - наиболее чистый из металлов. Другим элементом, обладающим столь же необычными свойствами, является сера Она способна самовоспламеняться Семь основных металлов представляют собой смесь ртути и серы, чем меньше серы, тем они более прочны, блестящие и ковкие металлы Для превращения одного металла в другой необходимой меть некое вещество, которое они в конечном итоге назвали эликсир. В Европе он получил название философского камня, который должен был обладать многими чудесными свойствами: излечиваться всех болезней, давать бессмертие, а главное - превращать неблагородные металлы в серебро и золото Труднее всего образуется золото, так как это наиболее совершенный металл.

Последним этапом в развитии алхимии - это западноевропейская алхимия. Во время крестовых походов европейцы позаимствовали у арабов многие научно-практические знания, среди них и алхимию. Так как европейская алхимия находилась под покровительством астрологии и имела характер тайной науки, имена ученых не сохранились. Самым важным достижением химии было открытие минеральных кислот - серной и азотной. С помощью этих кислот европейским химикам удалось осуществить многие новые реакции, растворить вещества, которые до сих пор считались нерастворимыми, в том числе и золото в царской водке. Минеральные кислоты дали человечеству больше, чем могло бы дать золото, так как, если бы оно перестало быть редким металлом, то мгновенно бы обесценилось. Ценность же минеральных кислот тем выше, чем они доступнее и дешевле. В этом видна непосредственная связь одной из естественных наук с экономикой, т. е. чем совершеннее технология получения в данном случае минеральных кислот, тем они дешевле и доступнее. Совершенствование технологии возможно только за счет более глубоких знаний в определенной области естественных наук. Европейские химики ввели третью составную часть металлов - соль. Под солью подразумевалось соляное основание металлов, которое должно было дополнить две другие составные части (ртуть и серу) и придать ртути свойство затвердевать и противостоять огню.  В связи с этим изучено было огромное количество солей, Особой заслугой западноевропейских химиков является изучение продуктов брожения: вина и уксуса. Именно в Западной Европе научились получать чистый спирт путем перегонки крепких вин и водки. В этот период были созданы перегонные аппараты различных конструкций и применяемых при различных операциях, связанных с нагреванием на открытом огне, на песчаной и водяной банях, а также при выпаривании, фильтровании, настаивании и возгонке.

Таким образом, были подготовлены условия для исследования химических соединений, их применения в медицине и практической науке. В это время последует новое запрещение алхимии, которое преследовало следующие цели: не допустить обесценивания золота и бороться против мошенничества (поиск золота стал делом многих мошенников).

Второй этап - период зарождения научной химии, который продолжался в течение ХУI-ХVIII веков. В это время были созданы теории Парацельса, теории газов Бойля, Кавендиша и др., теория флогистона Г.Шталя, теория химических элементов Лавуазье. Связан он был с совершенствованием прикладной химии, с развитием металлургии, с производством стекла, с усовершенствованием методов перегонки и др. Возможность развития химии как самостоятельной науки была связана с изменением условий жизни, в частности с обновлением европейской культуры, открытием Америки и расширением торговых отношений, потребностью в новых видах промышленного производства. Изменилось также и понимание задачи химии, в качестве основной задачи химии стало рассматриваться изготовление лекарств, это направление химии получило название ятрохимии. Основателем этого направления считается Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, который более известен под именем Парацельс: (в переводе означает «превосходящий Цельса, который был древнеримским ученым, писавшим труды по медицине). Ятрохимия выражала стремление соединить медицину с химией, переоценивая при этом роль химических превращений r организме и приписывая определенным химическим соединениям способность устранять в организме нарушения равновесия. Парацельс свято верил, если человеческое состоит из особых веществ, то происходящие в них изменения должны вызывать болезни, которые могут быть излечены лишь путем применения лекарств, восстанавливающих нормальное химическое равновесие. До Парацельса в качестве лекарств использовались преимущественно растительные препараты, но он полагался только на эффективность лекарственных средств, изготовленных из минералов, и поэтому стремился создавать лекарства такого типа.

В своих химических изысканиях Парацельс заимствовал из алхимических традиций учение о трех основных составных частях материи - ртути, серы и соли, которым соответствуют основные свойства материи: летучесть, горючесть и твердость. Эти три элемента составляют основу макрокосма (вселенной), но относятся и микрокосму (человеку), состоящему из духа, души и тела. Определяя причины болезней, Парацельс утверждал, что лихорадка и чума происходят от избытка в организме серы, при избытке ртути наступают параличи, а избыток соли может вызвать расстройства желудка и водянку. Точно также и причины многих других болезней он приписывал избытку или недостатку этих трех основных элементов.

В сохранении здоровья человека Парацельс придавал большое значение химии, так как исходил из наблюдения, что медицина покоится на четырех опорах, а именно на философии, астрологии, химии и добродетели. Химия должна развиваться в согласии с медициной, потому что этот союз приведет к прогрессу обеих наук.

Ятрохимия принесла значительную пользу химии, так как способствовала освобождению ее от влияния алхимии и существенно расширила знания о жизненно важных соединениях, оказав тем самым благотворное влияние и на фармацию. Но одновременно ятрохимия была и помехой для развития химии, потому что сужала поле ее исследований. По этой причине в XVII и XVIII вв. целый ряд исследователей отказались от принципов ятрохимии и избрали иной путь своих исследований, внедряя химию в жизнь и ставя ее на службу человеку. Именно эти исследователи своими открытиями способствовали созданию первых научных химических теорий. Одним из таких открытий стало открытие теории флогистона. В XVIII в. началось бурное развитие механики, которое оказалось плодотворным и для химии.

Развитие механики привело к созданию паровой машины и положило начало промышленной революции. Человек получил машину, которая, казалось, может делать всю тяжелую работу на свете. В свою очередь, использование огня в паровой машине возродило у химиков интерес к процессу горения. Почему одни предметы горят, а другие не горят? Что представляет собой процесс горения?

Задолго до XVIII в. греческие и западные алхимики пытались ответить на эти вопросы. По представлениям древних греков все, что способно гореть, содержит в себе элемент огня, который в соответствующих условиях может высвобождаться. Алхимики придерживались примерно той же точки зрения, но считали, что способные к горению вещества содержат в себе элемент «сульфур». В 1669 г. немецкий химик Иоганн Бехер попытался дать рациональное объяснение явлению горючести. По его предположению, твердые вещества состоят из трех видов «земли», и один из этих видов, названный им «жирная земля», служит горючим веществом. Все эти объяснения не отвечали на вопрос о сущности горения, но они стали отправной точкой для создания единой теории, известной под названием теории флогистона.

Основоположником теории флогистона является немецкий врач и химик Теорг Шталь, который постарался последовательно развить идеи Бехера о «жирной земле», но в отличие от Бехера Шталь вместо понятия «жирная земля» ввел понятие «флогистон» —от греческого «флогистос» — горючий, воспламеняющийся. В соответствии с этой теорией все горючие вещества богаты особым горючим веществом — флогистоном и чем больше флогистона содержит данное тело, тем больше оно способно к горению. То, что остается после завершения горения, флогистона не содержит и потому гореть не может. Расплавление металлов подобно горению дерева Металлы, по мнению Шталя, тоже содержат флогистон, но, теряя его, превращаются в известь, ржавчину или окалину. Но, если к этим остаткам опять добавить флогистон, то вновь можно получить металлы. При нагревании этих веществ с углем металл «возрождается».

Такое понимание процесса плавления позволило дать приемлемое объяснение и процессу превращение руд в металл - первому теоретическому открытию в области химии. Объяснение Шталя состояло в следующем Руда, содержание флогистона в которой мало, нагревается на древесном угле, весьма богатом флогистоном. Флогистон переходит при этом из древесного угля в руду, в результате чего древесный уголь превращается в золу, бедную флогистоном, а руда превращается в металл, богатый флогистоном.

Теория флогистона на первых порах встретил резкую критику, но при этом быстро завоевывать популярность и во второй половине XVII в была принята химиками повсеместно, так как позволила дать четкие ответы на многочисленные вопросы. Однако один вопрос эта теория решить не могла. Большинство горючих веществ при горении в значительной степени исчезали. Оставшиеся зола и сажа были намного легче, чем исходное вещество. Но пока химики не сознавали важность точных измерений и изменением в весе пренебрегали.

К концу XVIII опыты Лнтуан-Лорана Лавуазье позволили сформулировать закон сохранения массы. Его многочисленные опыты по нагреванию различных веществ в закрытых сосудах позволили установить, что независимо от характера химических процессов и их продуктов, общий вес всех участвующих в реакции веществ остается без изменений.

Это позволило ему выдвинуть новую теорию образования металлов и руд. Согласно этой теории, в руде металл соединен с газом. Когда руду нагревают на древесном угле, уголь абсорбирует газ из руды и при этом образуется углекислый газ и метан.

Таким образом, в отличие от Шталя, который считал, что плавка металла включает переход флогистона из древесного угля в руду, по представлению Лавуазье - это процесс перехода газа из руды в уголь. Идея Лавуазье позволяла объяснить причины изменения веса веществ в результате горения, т. е. масса никогда не создается и не уничтожается, а лишь переходит от одного вещества к другому. Данный вывод известен в настоящее время как закон сохранения массы, он стал основой для всего процесса развития химии XIX в. Однако перед Лавуазье стояла еще одна задача, почему при соединении воздуха с металлом образуется окалина, а при соединении с деревом — газы, и почему при этих взаимодействиях участвовал не весь воздух, а только примерно пятая часть его? При решении этой задачи Лавуазье пришел к выводу, что воздух является не простым веществом, а смесью двух газов, одну пятую часть которой составляет «дефлогистированный воздух», который и соединяется с горящими и ржавеющими предметами, переходит из руды в древесный уголь и необходим для жизни. Лавуазье назвал этот газ кислородом, т. е. порождающим кислоты, так как ошибочно полагал, что кислород — компонент всех кислот. Второй газ — «флогистированный воздух» также является самостоятельным веществом, он не поддерживаем горения, поэтому Лавуазье назвал его азотом - безжизненным. Важную роль в этих исследованиях сыграли результаты опытов английского физика Кавендиша, который доказал, что образующиеся при горении газы конденсируются в жидкость, которая является водой, т. е. выяснилось, что вода не простое вещество, а продукт соединения двух газов. Лавуазье назвал выделяющийся при горении газ водородом («образующим воду»), который при горении соединяется с кислородом, образуя воду Новые теории Лавуазье повлекли за собой полную рационализацию химии. Было окончательно покончено со всеми таинственными элементами. Начиная с этого времени, химики начали интересоваться только теми веществами, которые можно было взвесить или измерить каким-либо другим способом.

Третий период развития химии — это период открытия основных законов химии, который охватывает первые шестьдесят лет XIX в. и характеризуется возникновением и развитием атомной теории Дальтона, атомно-молекулярной теории Лвогадро, установлением Берцелиусом атомных весов элементов и формированием основных понятий химии: атом, молекула и др.

Проблема химического состава веществ была главной в развитии химии вплоть до 30-40 гг прошлого века. В это время мануфактурное производство сменилось машинным, а для него была необходима широкая сырьевая база. В промышленном производстве стали преобладай, переработка огромных масс вещества растительного и животного происхождения. В производстве стали участвовать вещества с различными свойствами, состоящие лишь из нескольких химических элементов органического происхождения: углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор Широкое разнообразие органических соединений, возникших на базе ограниченного числа химических элементов, объясняется не только составом, но и структурой соединения этих элементов. Первым ученым, который добился значительных успехов в этом направлении развития химии, был Джон Дальтон. Он открыл закон кратных отношений и основы атомной теории. В соответствии с законом кратных отношений два элемента могут соединяться друг с другом и разных соотношениях, но при этом каждая новая комбинация элементов представляет собой новое соединение.

Дальтон, исходи из положения о корпускулярном строении материи и основываясь на понятии химического элемента, сформулированного Лавуазье, пришел к выводу, что все атомы каждого отдельного элемента одинаковы и обладают определенным весом, который .он назвал атомным весом. Таким образом, каждый "элемент обладает своим атомным весом, но этот вес относителен, так как абсолютный вес атомов определить невозможно. В качестве условной единицы атомного веса элементов Дальтон принимает атомный вес водорода и сопоставляет с ним вес других элементов. Он составил первую таблицу атомных весов, которая в ряде аспектов оказалась ошибочной. Основное заблуждение Дальтона состояло в том, что при образовании молекулы атомы одного элемента соединяются с атомами другого элемента попарно. Хотя уже в то время было накоплено достаточно фактов, свидетельствующих о том, что подобное сочетание атомов «один к другому» не является общим правилом.

Большой вклад в создание атомной теории внес шведский химик Иенс Якоб Берцелиус, который открыл закон постоянства состава молекулы вещества. Он также разрабатывал более сложные и точные методы экспериментов определения атомного веса, причем атомные веса были соотнесены им с кислородом, атомный вес которого был принят за сто Берцелиус ввел в 1814г. в употребление символы химических элементов, а также химических реакций. Его система химической символики весьма содействовала развитию химии. В качестве символа элемента берется первая буква его латинского или греческого названия. В тех случаях названия двух или более элементов начинаются с одних и тех же букв, к ним добавляется вторая буква названия. Появившиеся символы химических элементов используются и по сей день. Еще одним значительным вкладом Берцелиуса в развитие химии является его предложение о делении всех веществ на неорганические и органические. Вещества неживой природы могли выдерживать жесткую обработку, и именно их он назвал неорганическими. А вещества живой или некогда живой материи такой обработки не выдерживали, их он назвал органическими. Во многих своих проявлениях эти две группы веществ вели себя принципиально различным образом, в частности, органические вещества при нагревании или каком-либо другом воздействии легко превращаются в неорганические, возможность обратного перехода была установлена гораздо позже. В то время считали, что для перехода неорганических веществ в органические требуется какое-то особое воздействие («жизненная сила»), которая проявляется только внутри живой ткани (это учение называется витализм, в соответствии с которой жизнь - особое явление, подчиняющееся не законам мироздания, а влиянию особых жизненных сил).

До середины XIX в развитие химии происходило беспорядочно и хаотически. Химики открывали все новые и новые химические элементы, описывали их свойства, способность вступать в различные реакции и постепенно накопили огромный эмпирический материал, который необходимо было привести в определенную систему. Логическим завершением всего многовекового процесса возникновения и развития химии стал первый международный химический конгресс, который состоялся в сентябре I860 г. в немецком городе Карлсруе. На нем были сформулированы и приняты основополагающие принципы, теории и законы химии, которые не вызывали никаких сомнений у участников. Тем самым химия заявила о себе как о самостоятельной науке.

Современный период развития химии длится с 60   х гг. XIX в. до наших дней. В это время были разработаны периодическая классификация элементов, теория валентности, теория ароматических соединении и стереохимия, теория электролитической диссоциации Аррениуса и т.д. Значительно расширился и диапазон химических исследований. Такие составные части химии, как неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, фармацевтическая химия, химия пищевых продуктов, агрохимия, геохимия, биохимия и т. д., приобрели статус самостоятельных наук и собственную теоретическую базу.

Основателем системного подхода в химии стал русский химик Дмитрий Иванович Менделеев Он считал, что любое точное знание составляет систему, в основе которой должен быть единый систематизирующий фактор. В качестве такого фактора он выбрал атомный вес, полагая, что последний является главной характеристикой всех химических элементов. Основываясь на увеличении и уменьшении валентности элементов в соответствии с их атомным весом, Менделеев разделил элементы на периоды. В то время были известны всего 62 химических элемента, поэтому в таблице оказались пустые клетки, которые Менделеев объяснял тем, что эти элементы еще не открыты Впоследствии эти элементы были открыты, их свойства оказались именно такими, как предсказал Менделеев. Классификация Менделеева была выдающимся научным достижением, стала подлинно научной системой химических знаний. По мере накопления знаний о строении атома периодическая система элементов совершенствовалась и завоевывала у химиков всеобщий авторитет, так как объясняла многие факты, а самое главное указывала на существование глубокой зависимости между различными элементами, выводила свойства химических элементов из их порядкового номера в таблице Менделеева.

Здесь вы можете написать комментарий

* Обязательные для заполнения поля
Все отзывы проходят модерацию.
Навигация
Связаться с нами
Наши контакты

vadimmax1976@mail.ru

8-908-07-32-118

8-902-89-18-220

О сайте

Magref.ru - один из немногих образовательных сайтов рунета, поставивший перед собой цель не только продавать, но делиться информацией. Мы готовы к активному сотрудничеству!