Концептуальные уровни в познании
веществ и химические системы
Химию обычно рассматривали как науку в составе и качественном превращении различных веществ. Ведь для того чтобы понять, какие именно первоначальные элементы определяют свойства простых и сложных веществ, надо, во-первых, уметь различать простые и сложные вещества, а во-вторых, определить те элемент, от которых зависит их свойства. Между тем долгое время ученые считали, например, металлы сложными веществами, а об элементах существовали самые противоречивые представления. В химию, по сути дела, до открытия в 1869 г. Периодической системе химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева (1834-1907) не существовало той объединяющей концепции, с помощью которой можно было бы объяснить весь накопленый фактический материал, а следовательно, представить все наличное знание как систему теоритической химии.
Свойства простых веществ и химических соединений от тех неизменных начал или носителей, которые впоследствии стали называть элементами.
Первый концептуальный уровень можно назвать исследованием различных свойств веществ в зависимости от их химического состава, определяемого их элементами.
Второй концептуальный уровень познания свойств, связан с исследованием структуры, т.е. способа взаимодействия элементов веществ.
Третий уровеь познания предстовляет собой иследование внутрених механизмов и условий протекания химических процессов, таких как температура, давление, скорость протекания реакций и некоторые другие.все эти факты оказывают громадное влияние на характер процесови объем получаемых веществ, что имеет первостепенное значение для масового производства.
Четвертый концептуальныйуровень являеться дальнейшим развитием предыдущего уровня, связаннным с более глубоким изучением природы реагентов, участвующих в химических реакций, а также применение катализаторов, значительно ускоряющих скорость их протекания.
Состав вещества и химические системы
Для опрделения свойства веществ необходима определить, из каких элементов они состоят, а это предпологает наличие точного понятия химического элемента. Определение Р. Бойлем элемент как "простого тело", ни сам Р. Бойлем ни его сторонники не имели ясного представления о "простом веществе" и поэтому принимали за него по сути дела химическое соединение.
Такое ошибочное определение было навязано ученым господсвовавшей в то время ложной гипотизой флогистона,
согласно которой сложные теласостоят соответствующего элемента и особого "невесомого тела" - филогистона. Эта гипотиза была опровергнута известным французким химиком Антуаном Лавуазье (1743-1794)после отктытие кислорода и выявление его роли в процесах окисление и горения. Он же первый предпринял попытку систематизации открытых к тому времени химических элементов, хотя при этом отнес к ним и некоторые химические соединения. А. Лавуазье считал элементами только такие тела, которые не поддавались в его время реакции разложения.
Великая заслуга Д. И. Мендилеева состоит в том, что, открыв периодический закон, он заложил фундамент для построенияподлинно научной системы химических знаний. В качестве системообразующего фактора он выбрал атомную массу, или атомый вес. В соответствии с атомним весом он расположил химические элементы в систему и показал, что их войства находятся в периодической зависимости от атомного веса.
В настоящее время химическим элементом называют вещество, все атомы которого обладают одинаковым зарядом ядра,хотя и различаются по своей массе, вследствии чего атомные веса элементов не выражаются целыми числами.
В начале ХIХ в. возникала острая дискуссия между Ж. Прутом и К. Бертолле. Пруст считал, что любое химическое соединение должно обладать вполне определенным, неизмененним составом, и это свое убеждение сформулировал ввиде закона постоянства состава. Впоследствии закон постоянства состава с позиции атомно-молекулярного учения обосновал химик Д. Дальтон. Он утверждал, что всякое индивидуальное вещество - простое или сложное - состоит из мельчайших частиц - молекул, которе в свою очередь образованны из атомов. Именно молекулы являются наименьшими частицами, обладающими свойствами вещества.
Долгое время закон постоянства химического состава считался абсолютной истинной, не допускающих не каких исключений, хотя уже К. Бертолле указывал насуществование соединений переменного состава в форме растворв и сплавов. В последствии были найдены более убедительные доказательства существования химических соединений пременного состава. Со временем химики открыли другие соединения переменного состава и пришли к выводу, что они отличаются от соединений постоянного состава тем, что не обладают молекулярным строением. Однако такой вывод оказался неубедительным с точки зрения современных научных предстовлений о строении атомов и молекул. Молекулой по-прежнему называют наименьшую частицу вещества, которая определяет его свойства и может существовать самостоятельно. Однако к молекулам теперь относятся также разнообразные другие квантово-механические системы (ионные, атомные монокристаллы, полимеры и другие макромолекулы).
Таким образом, в свете современных физических предстовлений изчезает не только прежнее резкое противопоставление химических соединений постоянного состава как обладающих молекулярным строением и соедений переменного состава, лишенных этого строения, но и отождествление химического соединения со сложным веществом, состоящим из нескольких элементов. В принципе соединеиямогут состоять из одного элемента.
Структура вещества и химические системы
Характер любой системы зависит не только от состава строения ее элементов, но и от их взаимодействия. Именно такое взаимодействие определяет специфические, целостные свойства самой системы. Поэтому при исследовании разнообразных веществ и их реакционной спосбности ученым приходилоь заниматся и изучением их структур.
В качестве первичной химической системы, рассматривалась при этом малекула, и поэтому, когда заходила о структуре веществ, то имелась ввиду именно структура молекулы как меньшей единицы вещества. Сами предстовления о структуре молекулы постепенно совершенствовались, уточнялись и конкретизировались, начиная от весьма общих предположений отвлеченного характера и кончая гипотезами, обоснованныим с помощью систематических химических экспериментов.
Химические процессы, самоорганизация и
эволюция химических систем
Способность к взаимодействию различных химических реагентов определяется не только их атомно-молекулярой структурой, но и условиями протикания химических раекций.
К условиям протикания химческих процессов относятся прежде всего термодинамические факторы, характеризующие зависимость реакции от температуры, давления и некоторых дугих условий. В еще большей степени характер и особенно скорость реакций зависят от кинетических условий, которые определяются наличием катализаторов и дургих добавок к реагентам, а также влиянием растворителей, стенок реактора и иных условий.
Не следует, однако, забывать, что эти условия могу оказывать воздействие на характер и результат химических реакций при оперделенной структуре молекул химических соединений. Наиболее октивны в этом отношении соединения переменного состава с ослабленными связями между компонентами. Именно на них и направленно в первую очередь действе разных катализаторов, которые значительно ускоряют ход химической реакции. Меньшее влияние оказывают на реакцыю такие термодинамические факторы, как температура и давление.
Следует обратить особое внимание на то, что возникновение и эволюция жизни на Землебыли бы невозможны без существования ферментов, служащих по сути дела живыми катализаторами.
Катализ играл большую роль в процессе перехода от химичиских систем к биологическим, т.е. на предбиотический стадии эволюции, в настоящее время подтверждается многими данными и аргументами. В отличии от самоорганизации открытых физических систем в химических реакциях важное значение приобретают каталатические процессы.
Роль этих процессов усиливается по мере усложнения состава и структуры химических систем. На этом основании некоторые ученые, например, напрямую связывают химическую эволюцию с самоорганизацией и саморавитии каталитических систем. Другими словами, такая эволюция если не циликом, то в зачительной мере связана с процессами самоорганизации каталичиских систем. Следует помнить,что переход к простейшим формам жизни предпологает также особый дефференцированный отбор лишь таких химических элементов и их соединений, которые являются основным строительным материалом для образования биологических систем. В связи с этим достаточно отмтить, что из более чем ста химиеских лишь шесть, названных органогенами, служат основой для построения живых систем.
|
