Химя связная другой наука План Первый этап

Химя связная другой наука
План
1. Первый этап 
2. Возникновение химии
3. Известный американский биохимик


Первый этап охватывает доисторический и алхимический периоды развития химии. Бесконечно качественное разнообразие веществ объяснялось тем, что природа состоит из неизменной первоосновы всего существующего, а разнообразие вещей обусловлено способностью проявлять себя по-разному в зависимости от условий, т. е. единством сущности и явления. Указанный этап развития химии был исторически закономерным подготовительным этапом к возникновению химии как науки. Это. был период накопления фактического материала о веществах и их превращениях. Он длится более двух тысяч лет до второй половины ХУП в. 
Возникновение коллоидной химии как науки связано с именем английского ученого Т. Грэма, начавшего в 1861 г. систематические исследования коллоидных растворов, в которых он обобщил выполненные до него исследования. К числу исследований, сыгравших большую роль в становлении коллоидной химии, следует отнести работы М. В. Ломоносова по получению цветных стекол, в том числе рубина (1744—1755 гг.), открытие К. Шееле и Ф. Фонтана явления адсорбции газов углем (1777 г.) и русского ученого Т. Ловица — явления адсорбции из растворов (1785 г.), открытие русским физиком Ф. Рейсом явлений электрофореза и электроосмоса, обнаруженную И. Берцелиусом неустойчивость и опалесценцию коллоидных растворов, получение золей золота и серебра М. Фарадеем. 
Возникновение химии как самостоятельной науки обычно относят к XIX в., хотя химические представления всегда входили в качестве составной части естественнонаучных взглядов на природу. В своей практической деятельности человек имеет дело с веществом и его превращениями в течение многих тысячелетий о
Поговорка гласит Тление — мать растительности . Она хорошо подмечает главное различие в питании животных и растений. Понадобился опыт бесчисленных поколений земледельцев, чтобы так кратко выразить смысл унавоживания почвы, причем сформулировано это было задолго до возникновения химии как науки. 
Предыстория химии. Как и другие науки, химия выросла из потребностей материальной жизни общества. Как всегда, и здесь практика предшествовала теории открытие и освоение отдельных химических превращений громадной практической значимости (таких, как горение и выплавка металлов) совершилось еще при первобытнообщинном строе, и эти открытия на десятки тысячелетий опередили возникновение химии как науки. Прогресс общества сопровождался дальнейшим расширением круга практически освоенных химических превращений в рабовладельческих государствах, особенно в древнем Египте, где еще до начала нашей эры возникло стеклоделие и другие ремесла, связанные с получением и применением веществ. В это же время возникла и своеобразная, более или менее массовая специализация на поисках новых химических превращений, позже получившая название алхимии. 
Условные (частные) укоренившиеся названия применяются для тех гидридов, которые известны с давних пор, до периода возникновения химии как науки, например, вода, аммиак и др. 
Многие из ферментативных процессов, например, образование спирта из сахара и уксуса из спирта, скисание молока, были известны задолго до возникновения химии как науки. Однако понадобилось весьма длительное время, чтобы выяснить природу этих явлений. Таинственные процессы превращений одних веществ в другие без участия каких-либо видимых воздействий создали почву для различных предположений. Считалось, например, что виноградный сок в силу присущих ему свойств самопроизвольно очищается с образованием истинного духа вина (спирта) и с выделением экскрементов в виде осадка (дрожжей). Дальнейшие наблюдения показали, что этот осадок обладает свойством вызывать энергичное брожение сладких растворов. Бельгийский ученый Ван Гельмонт (1648) назвал этот осадок ферментом. Голландский ученый Антоний Левенгук в 1680 году показал, что осадок состоит из мелких телец, и описал различные породы дрожжей. Появилась виталистическая теория брожения, утверждавшая, что химические превращения в данном случае непосредственно связаны с жизнедеятельностью организмов и обусловливаются участием особой жизненной силы. Лавуазье (1789) на основании количественных исследований отвергает эту теорию. Он рассматривает процесс превращения сахара в спирт, как химическую реакцию с участием дрожжей в качестве реагента. Изучение вопроса приблизилось к правильной точке зрения, когда стали считать, что в процессе брожения играют роль не сами дрожжи, а особые вещества, ими выделяемые. Однако исследования Пастера (1857), показавшего на многочисленных примерах, что брожение связано с жизнедеятельностью организмов, привели к победе виталистических взглядов и к их господству еще в течение двух десятков лет. 

Проследить возникновение химии у истоков цивилизации — задача нелегкая, но еще труднее определить характер химических знании у различных народов. Правда, степень цивилизации парода, хотя 6е.1 и на первой ее стадии, всегда столь многосторонне проявляется в области культуры и техники, что при достаточном знании археологии нетрудно проследить за развитием отдельных искусств (применим этот термин, чтобы более строго отличать античную науку от современной) 

Если Лавуазье определил химию как науку аналитическую, то с возникновением теории химического строения начался период бурного, лавинообразного целенаправленного синтеза миллионов новых, неведомых веществ. Органическая химия стала наукой синтетической, и о ней с законной гордостью мог сказать Бертло, что она творит свой собственный объект. 

Препаративный метод с самого возникновения химии как науки и до конца прошлого века являлся основным в химических исследованиях. Но выяснению таких важных понятий, как химическое соединение, раствор, фаза, смесь, в значительной мере способствовало использование в химии физических методов. 

Известный американский биохимик, популяризатор науки и писатель-фантаст А. Азимов знакомит читатели с предметом химии, историей возникновения и развития основных идей и представлений. 

О процессе формирования представлений об элементах-стихиях см. Аху-тин А. В. Мифологические истоки учения об элементах. В кн. Всеобщая история химии. Возникновение и развитие химии с древнейших времен до ХУП в.— М. Наука, 1980, с. 74—91. 

По материалам этой главы см. Всеобщая история химии. Возникновение и развитие химии с древнейших времен до ХУП в.— М. Наука, 1980, 399 с. (Часть первая. Истоки химических знаний) Колчин Б. А. Черная металлургия и металлообработка в Древней Руси.— М. Изд-во АН СССР, 1953 Лукас А. Материалы и ремесленные производства Древнего Египта,—М. ИЛ, 1958, 747 с. 

Название науки — физическая химия — отражает как историю возникновения ее на стыке двух наук — физики и химии, так и в значительно большей мере то, что она широко использует теоретические и экспериментальные методы физики при исследовании химических явлений. Два теоретических метода физики давно и широко используются при решении основных задач физической химии. Термодинамический метод применяется для решения проблемы направленности процессов химического и фазового равновесия. Метод молекулярно-кинетической теории — при определении свойств систем, состоящих из множества частиц, таких, как газы, кристаллы или растворы. 

В настоящее время происходит не только бурное развитие различных научных дисциплин, но и изменяется сама структура науки и классификация ее отдельных отраслей. Характерным является возникновение ряда новых дисциплин (ядерной техники и физики, космонавтики, кибернетики и др.). Так как осуществляемые в науке и технике процессы все дальше отходят от тех, которые естественно протекают в природе, то возникают потребности в материалах с совершенно новыми свойствами. Материальной основой новой техники являются новые материалы. Это обстоятельство определяет резкое повышение роли химии и в особенности физической химии, дающей научные основы для получения материалов с заданными свойствами. 
Теоретические представления древнегреческих натурфилософов, с одной стороны, и эмпирическая разработка практических приемов в древних химических ремеслах, с другой стороны, казалось бы подготовили почву для возникновения научной химии. Между тем пятнадцать веков разделяют химию древних и химию как науку ХШ-ХУ1 вв. Потребовалась длительная работа для того, чтобы безграничная вера в полную взаимопревращаемость вещества, в конце концов, рухнула под напором практики алхимиков. 

Базируясь на своих представлениях о строении материи, Ломоносов разработал так называемую "корпускулярную теорию строения вещества", в которой впервые разграничил понятия атома, элемента, молекулы, простого вещества. С этого времени под "элементом" стали понимать элемент химический, а не абстрактный элемент материи. Правильнее было бы говорить "элемент химии", а не "химический элемент". Потому что термин элемент приобрел самое широкое использование в науке и технике элемент дома, моста, солнечной системы и т. д. К сожалению, в толковых и энциклопедических словарях нет современного определения элемента в широком смысле. Правда, в ФЭС [6, с. 793] довольно подробно описывается история возникновения и станов-.иения понятия "элемент". Первоначально — это буквы латинского алфавита Э(Ь)-Э(М)-Э(К)ты (иначе, члены ряда букв алфавита). Потом - простейшие начала физические элементы (Платон). У Аристотеля "элемент" становится философским термином, употребляющимся очень широко. В дальнейшем элементом стали называть составную часть сложного тела. Наиболее полно смысл термина "элемент" сегодня раскрывается в системно-структурном методе познания в сопоставлении (и противопоставлении) с другим коренным понятием метода "система". Здесь элемент — составная часть системы, органически связанная с другими ее частями (элементами), которые совокупно обеспечивают целостность последней. 
Временем возникновения химии как науки можно считать 40-е годы XVIII в., когда М. В. Ломоносовым (в 1741 г., за 25 лет до рождения Дж. Дальтона) в одной нз его ранних работ Элементы математической химии были развиты молекулярно-атомистические представления. 
Бойль делает из химии науку . Это известное изречение Ф. Энгельса является результатом систематического изучения огромного фактического материала из истории естествознания, который привлекался в 1873—1883 гг. при подготовке Диалектики природы . Помимо оригинальных источников, Ф. Энгельс использовал истори-ко-научные труды крупнейших естествоиспытателей и, в частности, химиков — Ю. Либиха, Г. Коппа, М. Бертло, А. Кекуле, Г. Э. Роско, К. Шорлеммера. Тогда, когда Ф. Энгельс писал свои заметки и фрагменты к Диалектике природы и, рассматривая вопрос о последовательном развитии отдельных отраслей естествознания , пришел к выводу о выдающемся значении трудов Бойля, его друг и соратник К. Шорлеммер опубликовал монографию Возникновение и развитие органической химии [2], в которой охарактеризовал Бойля как первого химика, отчетливо уяснившего себе различия между элементами и химическими соединениями и потому открывшего новую главу в истории химии .
Всеобщая история химии. Возникновение и развитие химии с древнейших времен до XVII века / Отв. редактор д-р хим. наук Ю. И. Соловьев.— М. Наука, 1986. 
Физическая химия — наука, изучающая взаимосвязь и взаимные переходы химической и физических форм движения материи. Так, физическая форма движения материи — колебательное движение атомов в молекулах при определенной температуре — обусловливает возникновение химической формы движения материи — разрушение старых молекул путем термической диссоциации и возникновение новых молекул путем соединения образовавшихся активных частиц Физическая химия выделилась в самостоятель-. ную дисциплину во второй половине прошлого столетия. Однако первый курс физической химии был написан великим русским ученым М. В. Ломоносовым еще в 1752 г. В своем курсе Ломоносов дал следующее определение новой дисциплине Физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях .
Phlogistique ), который не только заложил фундамент количественной теории тепла, но и послужил основой для возникновения химической науки, за что Лавуазье заслужил звание отца современной химии. Таким образом, уже с ранних времен изучение химических явлений и горения развивалось в самой тесной связи друг с другом. 
Предистория химии. Открытие отдельных химических превращений громадной практической значимости — таких, как горение (па выражению Энгельса, первая победа человека над природой), выплавка металлов из руд и практическое овладение этими превращениями произошло еще при первобытно-общинном строе. Эти открытия на десятки тысячелетий опередили возникновение химии как науки. Прогресс производства сопровождался дальнейшим расширением круга практически освоенных химических превращений при рабовладельческом строе (открытие стеклоделия), а особенно при феодально-крепостническом строе. При этом возникла и своеобразная, более или менее массовая, специализация в поисках новых химических превращений — алхимия. 
Рассчитанные в предыдущем разделе адиабатические потенциалы электронно-вырожденных и псевдовырожденных систем позволяют, подставив эти потенциалы в вибронные уравнения ( 1.13), перейти к исследованию динамики движения ядер в таких системах. По сути своей такая процедура может быть названа решением обратной задачи квантовой химии. Действительно, наиболее общей известной до сих пор центральной задачей квантовой химии с момента ее возникновения как науки в 1927 г. было определение электронного строения молекулярной системы, имеющей определенную ядерную конфигурацию (т. е. при фиксированных ядрах). В некоторых случаях конфигурации ядер варьировали, но задачу электронного строения по необходимости решали для каждой фиксированной конфигурации. 
С просьбой о командировке Бутлеров обратился в физико-математический факультет Казанского университета в октябре 1856 г. В своем заявлении он указывал на несомненную пользу личных свиданий и обмена мнениями между учеными и особенно на настоятельную потребность в таком обмене мнений для работающих, подобно ему, в области органической химии — науке с неустановившейся достаточно теоретической частью , которая непрерывно обогащается новыми фактическими данными, дающими толчок для возникновения новых теоретических взглядов. Бутлеров подчеркивал, что ему, профессору университета, удаленного от других научных центров, такая поездка особенно необходима. Он просил поэтому командировать его на год в Германию, Австрию, Италию, Францию и Швейцарию, а ёсли будет возможно, то и в Англию для личного знакомства с известными химиками этих стран, для изучения методов работы, применяемых в главных химических лабораториях, и для того, чтобы, посещая лекции знаменитых иностранных ученых, познакомиться с их манерой преподавания и приложить в Казанском университете то, что окажется полезным и целесообразным. 

Название органическая произошло от слова организм , так как на заре возникновения этой науки (органическая химия выделилась в самостоятельную науку в середине XIX в.) все органические вещества получали только из организмов животных или растений. Получить органические соединения искусственным путем в XVIII и в самом начале XIX в. не удавалось. Поэтому, а также из-за резкого различия свойств органических и неорганических веществ считалось, что все органические соединения образуются под воздействием особой таинственной жизненной силы. Эта идеалистическая теория получила название виталистической (от латинского слова vita — жизнь). 
Органическая химия, рождение которой часто связывают с 1828 г., когда Вёлер синтезировал мочевину из цианата аммония, находится на втором этапе развития благодаря возникновению физической органической химии — науки, получившей признание в последние 40 лет. В настоящее время развитие органической химии продолжается на широком фронте и физико-химические исследования сопровождаются важными открытиями в области препаративной и теоретической химии. 
С первых дней возникновения химии координационных соединений русские и советские ученые внесли неоценимый вклад в развитие этой науки. Всем известно, какую важную роль сыграли работы Чугаева для понимания разнообразных явлений координационной химии, и в частности процесса сольватации. Именно поэтому мне так приятно, что моя монография будет опубликована на русском языке. Ведь издание какой-либо научной книги на русском языке означает не только большое число новых читателей, но также и расщирение круга исследователей, использующих новые данные и представления в научной работе. После того как в 1975 г. издательством Мир была ог ли-кована на русском языке одна из моих книг — Органические реагенты в неорганическом анализе , я получил много писем с очень ингерес-ными и полезными предложениями. Надеюсь, что издание настоящей книги на русском языке также найдет отклик у советских читателей. 

Несомненно, что сейчас химия со своими продуктами, методами и концешщями стоит на путях, которые ведут в будущее. Но ее успешное продвижение вперед тесно связано с другими дисциплинами, особенно с физикой, техникой и биологией, и эта взаимосвязь приводит к возникновению пограничных наук и областей знания, в создании которых химия играет роль авторитетной повитухи . Все более отчетливо проявляются в развитии химической промышленности тенденции взаимного проникновения и взаимного влияния отдельных составных частей и дисциплин. Развитие современного химического производства немыслимо без развития и совершенствования методов монтажа установок, электроники, измерительной, управляющей и регулирующей техники, научного приборостроения, а также без улучшения сырьевой базы и энергетического хозяйства. Для всех этих отраслей хозяйства химия становится главным потребителем. Одновременно для своих основных поставщиков она разрабатывает новые продукты и методы, а также различные вспомогательные средства, ускоряющие прогресс этих отраслей. Междисциплинарное сотрудничество и специализация-вот формула успеха, имеющая значение также и для химии. Поэтому не случайно, что многие описанные в этой книге достижения обязаны своим происхождением не только активности химиков, но и тр у-дам специалистов других наук и дисциплин ученых, техников, технологов, машино- и аппаратостроителей, физиков, математиков и биологов. В будущем это сотрудничество станет еще более тесным. 

В средние века наиболее важными качественными особенностями тел стали считать горючесть, летучесть, растворимость и огнестойкость. В соответствии с этим изменились н элементы, олицетворяющие проявление этих качеств олицетворением горючести стали считать серу, летучести—ртуть, огнестойкости и растворимости— соль. По-прежнему в согласии с учением Аристотеля считалось, что путем изменения пропорций этих основных качеств возможно превращение одних веществ в другие, и среди этих превращений особенно заманчивым казалось превращение неблагородных металлов в золото. На протяжении целых столетий осуществление этой идеи было основной задачей того периода донаучной химии, которая именуется теперь периодом алхимии. Считалось, что изменение качественных особенностей веществ, особенно же превращение неблагородных металлов в золото, возмож>. о только с помощью философского камня — чудодейственного вещества, наличие которого решало успех дела. Бесплодные поиски философского камня, бесчисленные попытки осуществить столь желаемое превращение, хотя и приводили алхимиков попутно к некоторому обогащению эмпирическими зпания 1и1 о качественных особенностях веществ, однако не сиособствовали, а, наоборот, задерживали возникновение химии как науки. Алхимики, оторванные от
Квантовая химия возникла в русле тенденций к интеграции знания, присущих новейшему естествознанию. Возникновение этой науки означало не только взаимное проникновение методов разных научных дисциплин, в данном сл5гчае квантовой механики и химии, и их взаимное оплодотворение, а существенное углубление познания. 
Возникновение электрохимии — науки, устанавливающей связь химических и электрохимических явлений,— было предсказано еще в XVIII в. словами М. В. Ломоносова Без химии путь к познанию электричества закрыт (1765 г.). Раз)зитие электрохимии в России началось в начале XIX в. Всю историю отечественной электрохимии можно разделить на два периода. К первому сериоду относится весь XIX в. и начало XX в. до Великой Октябрьской социалистической революции. После этой знаменательной даты в нашей стране началась эпоха бурного роста паук и, в частности, электрохимии. 

Задолго до возникновения химии высокомолекулярных соединений как науки большое практическое значение имели процессы химической переработки полимеров, особенно природных (целлюлоза, белки, каучук). После того как в начале 30-х годов XX в. были разработаны методы синтеза полимеров, исследователи приступили к изучению химических превращений искусственных высокомолекулярных веществ. Если на первом этапе преследовалась только цель использования химических реакций для установления строения полимеров, то впоследствии продукты химической переработки этих веществ приобретают самостоятельное значение для производства пластических масс, лаков, синтетических волокон, ионитов и т. д. Сюда относятся хлорирование поливинилхлорида и каучука, гидролиз поливинилацетата в поливиниловый спирт, синтез из последнего поливинил-ацеталей, сульфирование, нитрование и хлорметилирование сополимеров стирола в производстве ионитов и т. д. 
Изучение роли минеральных элементов в обмене веществ недавно привело к возникновению новой науки—бионеоргаиической химии (или неорганической биохимии), предмет которой охарактеризован выше (см. Введение). 
Химия высокомолекулярных соединений как самостоятельная область науки появилась в начале 20-х годов XX века. Это новое направление в органической химии получило весьма бурное развитие в связи с возникновением и ростом таких важных в жизни современного общества ветвей науки и отраслей промышленности, как производство синтетического каучука, искусственного волокна, плгГстических масс и др. В настоящее время химия высокомолекулярных сое рнений является одним из мощных факторов воздействия науки на технический прогресс. Непрерывно и систематически создаются новые вещества, не имеющие себе аналогов в природе, которые находят самое широкое применение в технике в качестве конструктивных материалов, в быту, в медицине и др. 
Возникновение физической химии относится к середине XVIII в. и связано с именем великого русского ученого М. В. Ломоносова. В 1751 г. он диктовал студентам первые основания физической химии и читал по ним лекции по 4 часа в неделю с демонстрацией опытов (из Отчета Академии наук ), В следующем году он написал Введение в истинную физическую химию , в котором дал очень близкое к современному определение ее предметной области Физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях . 

Возникновение физической хнмии как самостоятельной науки относится к середине XVIII в. Первый в мире курс физической химии был создан М. В. Ломоносовым (1752—1754). На основе своих физико-химических исследований М. В. Ломоносов пришел к принципиально новому определению химии как науки о свойствах тел, исходя из того, что все изменения в природе связаны с движением материи. Он первым обосновал основной закон сохранения массы вещества и пришел к определению принципа сохранения материи и движения, получившего признание как всеобщий закон природы. 
Электрохимия — раздел физической химии, в котором изучаются физико-химические свойства ионных систем (растворов, расплавов или твердых электролитов), а также явления, возникающие на границе двух фаз с участием заряженных частиц (ионов и электронов). В двухфазной электрохимической системе одна из фаз — чаще всего металл или полупроводник, другая — раствор или расплав электролита. В этом случае электрохимию определяют как науку, изучающую взаимодействие зарядов металла или полупроводника с ионами и молекулами раствора или расплава. Если система неравновесна, такое взаимодействие сопровождается возникновением в цепи, содержащей фазы, электрического тока. Учитывая это, дают еще более узкое определение электрохимии как науки, изучающей физико-химические процессы, сопровождающиеся появлением электрического тока или происходящие под действием на химические соединения электрического тока. 

Теоретический курс призван вскрыть диалектику относительной и абсолютной истины в науке, обнаружить движение гипотез и теорий, их возникновение, развитие и поглощение в более полной и верной концепции. Величайшая заслуга теоретической химии заключалась в том, что она мысленным взглядом проникла через пестрое многообразие химических явлений вглубь строения материи, сумела познать устройство органических молекул, свойства атомов еще в те времена, когда многим естествоиспытателям атомномолекулярное учение представлялось пустой игрой воображения.