Химия.Химическая форма материи

Рефераты по биологии » Химия.Химическая форма материи

Чувашский государственный педагогический университет им.И.Я.Яковлева

Кафедра философии


Контрольная работа по курсу

«Концепции современного естествознания».



Содержание:


Введение. 2

Предмет и круг проблем химии. Основная проблема химии. 3

Возникновение и основные этапы развития химии. 8

2.1.Алхимия как феномен средневековой культуры 9

2.2. Истоки химии 10

2.3. Лавуазье: революция в химии 12

2.4. Победа атомно-молекулярного учения 12

3.Взаимодействие физики и химии. 14

4.Роль химии в формировании общей научной картины мира. 19

Заключение. 23

Литература. 24


Введение.

Формирование современного естествознания - это процесс очень сложный и многоплановый включающий рассмотрение систем наук о природе или естественных наук взятых в их взаимной связи в развитии этих наук в различные исторические эпохи. Одной из важнейших таких систем естествознания на мой взгляд является химическая наука. Современная химия развивается стремительными темпами плодотворно сотрудничая с физикой математикой биологией и другими науками.

Истоки химических знаний лежат в глубокой древности. В их основе - потребность человека получить необходимые вещества объяснить взаимодействие веществ для своей жизнедеятельности.

Химия очень тесно связана с производством материальных ценностей и является больше практической наукой. Современные достижения химии в ее практической деятельности вносят большой вклад в общее миропонимание в развитие естественнонаучных знаний существенно отражаются на состоянии взаимодействия общества с природой. Добавляемые химией и химической производственной практикой знания о природе о вещах и превращениях веществ являются основой для формирования мировоззрения человека развития общих представлений о мире о природе человека его деятельности.

Еще с древних времен и вплоть до наших дней в развитии научной в том числе и химической мысли почти по всем направлениям можно констатировать позитивный и безостановочный прогресс. Научные знания продолжают постоянно углубляться и совершенствоваться.

Для формирования у современного человека естественнонаучного способа мышления целостного мировоззрения необходимы и знания основных положений химии как одной из важнейших наук ее исторического развития и современного понимания роли химии для жизни и деятельности человека.


Предмет и круг проблем химии. Основная проблема химии.

Современный период развития химии длится с 60-х годов XIX века до наших дней. Это наиболее плодотворный период развития химии так как в течение немногим более 100 лет были разработаны периодическая классификация элементов теория валентности теория ароматических соединений и стереохимия теория электролитической диссоциации Аррениуса электронная теория материи и другие. Вместе с тем значительно расширился диапазон химических исследований. Такие составные части химии как неорганическая химия органическая химия физическая химия фармацевтическая химия химия пищевых продуктов агрохимия геохимия биохимия приобрели статус самостоятельных наук и собственную теоретическую базу.

Химия в отличие от многих других наук (например биологии) сама создает свой предмет исследования. Как никакая другая наука она является одновременно и наукой и производством. Химия всегда была нужна человечеству в основном для того чтобы получать из веществ природы по возможности все необходимые металлы и керамику известь и цемент стекло и бетон красители и фармацевтические препараты взрывчатые вещества и горюче-смазочные материалы каучук и пластмассы химические волокна и материалы с заданными электрофизическими свойствами. Поэтому все химические знания» приобретенные за многие столетия и представленные в виде теорий законов методов технологий объединяет одна-единственная непреходящая главная задача химии. Это задача получения веществ с необходимыми свойствами. Но это - производственная задача и чтобы ее реализовать надо уметь из одних веществ производить другие то есть осуществлять качественные превращения вещества. А поскольку качество - это совокупность свойств вещества надо знать от чего зависят свойства. Иначе говоря чтобы решить названную производственную задачу химия должна решить теоретическую задачу генезиса (происхождения) свойств вещества.

Таким образом основанием современной химии выступает двуединая проблема - получение веществ с заданными свойствами (на достижение чего направлена производственная деятельность человека) и выявление способов управления свойствами вещества (на реализацию чего направлена научно-исследовательская деятельность).

Это и есть основная проблема химии. Она же является системообразующим началом данной науки. Эта проблема возникла в древности и не теряет своего значения в наши дни. Естественно что в разные исторические эпохи она решалась по-разному так как способы ее решения зависят от уровня материальной и духовной культуры общества а также от внутренних закономерностей присущих ходу научного познания. Достаточно сказать что изготовление таких материалов как например стекло и керамика краски и душистые вещества в древности осуществлялось совершенно иначе чем в XVIII веке и позже.

Вся история химии все ее развитие является закономерным процессом смены способов решения ее основной проблемы.

Важнейшей особенностью основной проблемы химии является то что она имеет всего четыре способа решения. Речь идет при этом не о частных методах изучения и превращения вещества - их множество а о самых общих способах решения вопроса: от чего от каких факторов зависят свойства вещества. А они зависят от четырех факторов:

1) от его элементного и молекулярного состава;

2) от структуры его молекул;

3) от термодинамических и кинетических (наличие катализаторов воздействие материала стенок сосудов и т.д.) условий в которых вещество находится в процессе химической реакции;

4) от высоты химической организации вещества.

Первый по-настоящему действенный способ решения проблемы происхождения свойств вещества появился во второй половине XVII века в работах английского ученого Роберта Бойля. Его исследования показали что качества и свойства тела не имеют абсолютного характера и зависят от того из каких химических элементов эти тела составлены. С этого момента стали считать что наименьшей частицей простого тела является молекула. В период с середины XVII века до первой половины XIX века учение о составе вещества представляло собой всю тогдашнюю химию. Оно существует и сегодня представляя собой часть химии.

Монопольное положение учения о составе вещества сохранялось до 1830-х годов. К этому времени мануфактурное производство сменилось фабричным опирающимся на машинную технику и широкую сырьевую базу. В химическом производстве стала преобладать переработка огромных масс вещества растительного и животного происхождения их качественное разнообразие потрясающе велико - сотни тысяч химических соединений а состав их крайне однообразен - лишь несколько элементов-органогенов (углерод водород кислород сера азот фосфор) из которых эти соединения состоят. Объяснение необычайно широкому разнообразию органических соединений при столь бедном их элементном составе было найдено в явлениях получивших названия «изомерия» и «полимерия». Стало совершенно ясно что свойства веществ а следовательно и их качественное разнообразие обусловливаются не только составом но еще и структурой молекул. Появилось новое решение проблемы генезиса свойств а также отграничились сами понятия «свойство» и «функция» или реакционная способность. В понятие «реакционная способность» включались представления о химической активности отдельных фрагментов молекулы - атомов атомных групп и даже отдельных химических связей.

Так было положено начало второму уровню развития химических знаний который получил название структурной химии. Она стала более высоким уровнем по отношению к учению о составе включая его в себя.

На втором уровне своего развития химия превратилась из науки преимущественно аналитической в науку главным образом синтетическую. Этот период связан с развитием химии органического синтеза. В это время появились всевозможные азокрасители для текстильной промышленности различные препараты для фармации искусственный шелк и т.д. Для этого все материалы добывались в ограниченных масштабах и с огромными затратами низкопроизводительного преимущественно сельскохозяйственного труда.

Интенсивное развитие автомобилестроения авиации энергетики приборостроения в первой половине XX века выдвинуло новые требования к производству материалов. Необходимо было получать высокооктановое моторное топливо специальные синтетические каучуки пластмассы высокостойкие изоляторы жаропрочные органические и неорганические полимеры полупроводники. Для получения этих материалов способ решения основной проблемы химии основанный на учении о составе и структурных теориях был явно недостаточен. Он не учитывал резкие изменения свойств вещества в результате влияния температуры давления растворителей и многих других факторов воздействующих на направление и скорость химических процессов.

Под влиянием новых требований производства возник третий способ решения проблемы генезиса свойств учитывающий всю сложность организации химических процессов в реакторах и обеспечивающий их экономически приемлемую производительность. После этого химия становится наукой уже не только и не столько о веществах как законченных предметах но наукой о процессах и механизмах изменения вещества. Благодаря этому она обеспечила многотоннажное производство синтетических материалов заменяющих дерево и металл в строительных работах пищевое сырье в производстве олифы лаков моющих средств и смазочных материалов. Производство искусственных волокон каучуков этилового спирта и многих растворителей стало базироваться на нефтяном сырье а производство азотных удобрений - на основе азота воздуха. Появилась технология нефтехимических производств с ее поточными системами обеспечивающими непрерывные высокопроизводительные процессы.

Так еще в 1935 году все 100 процентов таких материалов как кожа меха резина волокна моющие средства олифа лаки уксусная кислота этиловый спирт производились всецело из животного и растительного сырья в том числе из пищевого. На это расходовались десятки миллионов тонн зерна картофеля жиров сырой кожи и т.д. А уже в 1960-е годы 100% технического спирта 80% моющих средств 90% олифы и лаков 40% волокон 70% каучука и около 25% кожевенных материалов изготовлялись на основе газового и нефтяного сырья.

1. Но и эти возможности еще далеко не предел. В 60 - 70-е годы появился четвертый способ решения основной проблемы химии открывающий пути использования в производстве материалов самые высокоорганизованные химические системы какие только возможны в настоящее время. В основе этого способа лежит принцип использования в процессах получения целевых продуктов таких условий которые приводят к самосовершенствованию катализаторов химических реакций то есть к самоорганизации химических систем. В сущности речь идет об использовании химического опыта живой природы. Это своеобразная биологизация химии.


Возникновение и основные этапы развития химии.

При изучении истории развития химии возможны два взаимно дополняющих подхода: хронологический и содержательный.

При хронологическом подходе историю химии принято подразделять на несколько периодов. Следует учитывать что периодизация истории химии будучи достаточно условной и относительной имеет скорее дидактический смысл.

При этом на поздних этапах развития науки в связи с её дифференциацией неизбежны отступления от хронологического порядка изложения поскольку приходится отдельно рассматривать развитие каждого из основных разделов науки.

Как правило большинство историков химии выделяют следующие основные этапы её развития:1

1. Предалхимический период: до III в. н.э.

В предалхимическом периоде теоретический и практический аспекты знаний о веществе развиваются относительно независимо друг от друга. Происхождение свойств вещества рассматривает античная натурфилософия практические операции с веществом являются прерогативой ремесленной химии.

2. Алхимический период: III – XVI вв.

Алхимический период в свою очередь разделяется на три подпериода:2

александрийскую

арабскую

европейскую алхимию.

Алхимический период – это время поисков философского камня считавшегося необходимым для осуществления трансмутации металлов.

В этом периоде происходит зарождение экспериментальной химии и накопление запаса знаний о веществе; алхимическая теория основанная на античных философских представлениях об элементах тесно связана с астрологией и мистикой. Наряду с химико-техническим "златоделием" алхимический период примечателен также и созданием уникальной системы мистической философии.

3. Период становления (объединения): XVII – XVIII вв.

В период становления химии как науки происходит её полная рационализация. Химия освобождается от натурфилософских и алхимических взглядов на элементы как на носители определённых качеств. Наряду с расширением практических знаний о веществе начинает вырабатываться единый взгляд на химические процессы и в полной мере использоваться

экспериментальный метод. Завершающая этот период химическая революция окончательно придаёт химии вид самостоятельной науки занимающейся экспериментальным изучением состава тел.

4. Период количественных законов (атомно-молекулярной теории): 1789 – 1860 гг.

Период количественных законов ознаменовавшийся открытием главных количественных закономерностей химии – стехиометрических законов и формированием атомно-молекулярной теории окончательно завершает превращение химии в точную науку основанную не только на наблюдении но и на измерении.

5. Период классической химии: 1860 г. – конец XIX в.

Период классической химии характеризуется стремительным развитием науки: создаётся периодическая система элементов теория валентности и химического строения молекул стереохимия химическая термодинамика и химическая кинетика; блестящих успехов достигают прикладная неорганическая химия и органический синтез.  В связи с ростом объёма знаний о веществе и его свойствах начинается дифференциация химии – выделение её отдельных ветвей приобретающих черты самостоятельных наук.

2.1.Алхимия как феномен средневековой культуры

Алхимия складывалась в эпоху эллинизма на основе слияния прикладной химии египтян с греческой натурфилософией мистикой и астрологией (золото соотносили с Солнцем серебро - с Луной медь - с Венерой и т.д.) (II-VI вв.) в александрийской культурной традиции представляя собой форму ритуально-магического искусства. 3

Алхимия - это самозабвенная попытка найти способ получения благородных металлов. Алхимики считали что ртуть и сера разной чистоты соединяясь в различных пропорциях дают начало металлам в том числе и благородным. В реализации алхимического рецепта предполагалось участие священных или мистических сил а средством обращения к этим силам было слово - необходимая сторона ритуала. Поэтому алхимический рецепт выступал одновременно и как действие и как священнодействие.4

В средневековой алхимии выделялись две тенденции.

Первая - это мистифицированная алхимия ориентированная на химические превращения (в частности ртути в золото) и в конечном счете на доказательство возможности человеческими усилиями осуществлять космические превращения. В русле этой тенденции арабские алхимики сформулировали идею «философского камня» - гипотетического вещества ускорявшего «созревание» золота в недрах земли; это вещество заодно трактовалось и как эликсир жизни исцеляющий болезни и дающий бессмертие.

Вторая тенденция была больше ориентирована на конкретную практическую технохимию. В этой области достижения алхимии несомненны. К ним следует отнести: открытие способов получения серной соляной азотной кислот селитры сплавов ртути с металлами многих лекарственных веществ создание химической посуды и др.

2.2. Истоки химии

Химия древности. Химия наука о составе веществ и их превращениях начинается с открытия человеком способности огня изменять природные материалы. По-видимому люди умели выплавлять медь и бронзу обжигать глиняные изделия получать стекло еще за 4000 лет до н.э.5 К 7 в. до н.э. Египет и Месопотамия стали центрами производства красителей; там же получали в чистом виде золото серебро и другие металлы. Примерно с 1500 до 350 до н.э. для производства красителей использовали перегонку а металлы выплавляли из руд смешивая их с древесным углем и продувая через горящую смесь воздух. Самим процедурам превращения природных материалов придавали мистический смысл.

Греческая натурфилософия. Эти мифологические идеи проникли в Грецию через Фалеса Милетского который возводил все многообразие явлений и вещей к единой первостихии – воде. Однако греческих философов интересовали не способы получения веществ и их практическое использование а главным образом суть происходящих в мире процессов. Так древнегреческий философ Анаксимен утверждал что первооснова Вселенной – воздух: при разрежении воздух превращается в огонь а по мере сгущения становится водой затем землей и наконец камнем. Гераклит Эфесский пытался объяснить явления природы постулируя в качестве первоэлемента огонь.

Четыре первоэлемента. Эти представления были объединены в натурфилософии Эмпедокла из Агригента – создателя теории четырех начал мироздания.6 В различных вариантах его теория властвовала над умами людей более двух тысячелетий. Согласно Эмпедоклу все материальные объекты образуются при соединении вечных и неизменных элементов-стихий – воды воздуха земли и огня – под действием космических сил любви и ненависти. Теорию элементов Эмпедокла приняли и развили сначала Платон уточнивший что нематериальные силы добра и зла могут превращать эти элементы один в другой а затем Аристотель.

Согласно Аристотелю элементы-стихии – это не материальные субстанции а носители определенных качеств – тепла холода сухости и влажности.

Страницы: 1 2