Химия - это увлекательно! Основные понятия химии

ХИМИЯ , наука о веществах, их превращениях, взаимодействии и о происходящих при этом явлениях. Выяснением основных понятий, к-рыми оперирует X., как напр, атом, молекула, элемент, простое тело, реакция и др., учением о молекулярных, атомных и эквивалентных весах и изучением общих закономерностей, к-рым подчиняются простые и сложные тела, занимается общая X. Отличия в свойствах веществ, содержащих углерод, от соединений других элементов, особые закономерности и большое количество известных соединений углерода привели к отделению X. углерода-органической химии (см.)-от неорганической химии (см.), изучающей соединения остальных элементов. Нек-рые отделы этих наук в свою очередь выделились в самостоятельные дисциплины, как напр. биологическая химия (см.), X. реактивных веществ, X. редких элементов и др. С точки зрения методов, какими пользуется X. для изучения вещества, различают: аналитическую химию, преследующую цель узнать состав данного тела, для чего она разлагает его на составные части, выделяет из них чистые вещества и определяет, из каких элементов они построены (качественный анализ), в каких количествах находятся эти элементы (количественный анализ) и как они между собой соединены. Решения этих вопросов аналитическая X. достигает путем изучения реакций данного вещества с другими уже известными веществами (реактивами). Выводы и заключения аналитической X. проверяются синтетической X., к-рая, руководствуясь данными анализа и общими законами, стремится построить, получить вещество, исходя из более простых веществ, строение к-рых известно, или из элементов. Синтетическая X. не только искусственно получает вещества, находимые в природе, но и приготовляет совершенно новые вещества, подчас обладающие весьма ценными свойствами (синтезы многих красок, фарм. препаратов, взрывчатых веществ, ОВ и др.). Применение физ. методов к изучению веществ и хим. реакций привело к созданию физической химии (см.), дисциплины, охватывающей математическими закономерностями хим. явления и распадающейся в свою очередь на ряд дисциплин: термохимия, электрохимия, фотохимия и др. Изменение свойств вещества в зависимости от его раздробленности, дисперсности и весьма большое распространение в природе веществ в состоянии мельчайшего раздробления, в коллоидном состоянии-послужили причиной выделения в самостоятельную дисциплину еще одного отдела теоретической X.-коллоидной химии (см. Коллоиды, коллоидная химия). Достижения и выводы теоретической X. лежат в основе прикладной X., также дробящейся на ряд отделов, в зависимости от того, в какой области она находит применение. Так, техническая X. изучает наиболее целесообразные методы получения на практике различных веществ. Агрохимия исследует хим. состав и свойства различных почв в связи с культивированием на них тех или иных растений, учит целесообразному употреблению удобрений. Пищевая X. изучает продукты питания с точки зрения их питательной ценности, исследования доброкачественности, открытия фальсификаций и возможности замены одного продукта другим (проблема суррогатов). Фармацевтическая химия (см.) занимается синтезом медикаментов и выяснением связи между составом и строением вещества и его действием на организм. Судебная химия (см.), открывая яды и примеси посторонних веществ в различных продуктах и органах, способствует раскрытию преступлений. Некоторые отделы технической X., дав начало особым отраслям промышленности, выросли в специальные дисциплины, таковы: X. красителей, X. искусственного волокна, X. каучука и т. п. Если X. в своем развитии приходится пользоваться данными и прибегать к помощи математики, механики и гл. обр. физики, с к-рой X. в нек-рых отделах, как напр. в учении о строении атома, нераздельно сливается, то и обратно: данные X. широко используются в целом ряде дисциплин. Развитие геологии и минералогии стоит в тесной связи с хим. исследованием минералов, полезных ископаемых и горных пород. Ботаника в ее крупных отделах-физиологии растений и агрономии- основывается на данных X. Микробиология, имея дело с изменением вещества под влиянием микроорганизмов, тем самым входит в тесное соприкосновение с X. Широко пользуется успехами химии и медицина в самых разнообразных ее отделах. Биол. X. занимается изу- чением с хим. точки зрения протекающих в организме процессов. Физиология, фармакология, фармация, химиотерапия, экспериментальная гигиена и ряд других дисциплин, изучающих превращения веществ в организме или взаимодействие их с организмом, тем самым стоят в тесной связи с X. Краткий очерк развития X. Период первоначального знакомства с хим. явлениями, период накопления разрозненных опытных данных, отдельных наблюдений, фактов начался в Египте, где в руках жрецов были собраны сведения об обработке металлов, производстве стекла, эмали, приготовлении сплавов, лекарств, способах бальзамирования трупов. Все эти процессы обставляются мистическим ритуалом, хранятся в тайне, и повиди-мому от египетского слова chemi, означающего черный, темный, и произошло название X. Этот период продолжался арабами (8-9 вв.), назвавшими науку о приготовлении сплавов, очистке олова, свинца, о способах окраски, умножении золота, о приготовлении лекарств, любовных зелий и т. п. алхимией (см.). От арабов алхимия перешла в Европу (13-14 вв.). Расширение торговых связей и поднятие ценности золота в торговых оборотах выдвинули на первый план проблему получения золота из других веществ. Руководствуясь идеями Аристотеля и широко пользуясь экспериментом, алхимики в поисках философского камня для превращения веществ и элексиров, дающих здоровье и молодость, накопили огромный опытный материал, в чем основное значение этой эпохи. Работы Бойля (1627-1691), выдвинувшего на первое место эксперимент, а не предвзятые идеи, открывают новую эпоху в развитии X. Изучая разложение веществ, Бойль приходит к понятию хим. элемента как простого вещества, не поддающегося дальнейшему разложению. Развитие промышленности (17 и начало 18 вв.) и в частности металлургии сосредотачивало внимание химиков того времени на явлениях окисления и восстановления металлов, явлениях горения, и накопившиеся факты неизбежно требовали обобщения, без к-рого не могло быть дальнейшего развития. Таким обобщением явилась теория флогистона Г. Шталя (1660-1734) (см. Неорганическая химия), служившая путеводной нитью при дальнейших исследованиях в продолжение почти целого столетия. К этому времени на смену феодализма идет молодой, революционный тогда класс-буржуазия. Конец 18 в. характеризуется бурным ростом производительных сил и развитием естественных наук; в X. мы имеем целую плеяду талантливых химиков. Кевендиш (1766) открывает водород, Пристли (1774) получает и описывает кислород, Шееле-хлор и ряд органических соединений, Д. Резерфорд (1772) открывает азот. Теория флогистона в своем развитии накапливает ряд противоречий, и Лавуазье (1743-1794), основываясь на экспериментальном материале теории флогистона, опровергает последнюю, открывая в полученном Пристли кислороде реальный антипод флогистона. Введя строго количественный метод в X. (взвешивание веществ до и после реакции), Лавуазье обосновывает правильную теорию окисления и экспериментально подтверждает закон сохранения материи, формулированный еще ранее Ломоносовым (1711-1765). Количественные исследования Рихтера (1762-1807), Бергмана, Венцеля и других химиков привели к открытию законов постоянства состава, эквивалентов, и наконец Дальтон (1766-1844), открыв закон кратных отношений, видит в нем экспериментальное доказательство атомистической теории строения вещества, теории, лежащей в основе всех представлений современной X. Исследования Г. Люссака (1805) и Авогадро (1811) над объемами реагирующих газов способствовали дальнейшему развитию атомной и молекулярной теории вещества. В. Проут (1785-1850) пошел еще дальше и на основании простых соотношений, наблюдаемых у нек-рых атомных весов, сделал вывод о существовании атомов первоначальной материи, из которых построены все атомы элементов. Гипотеза Проута была совершенно оставлена после более точных определений атомных весов, произведенных Стасом (1813-1891), и только в современной X. после открытия изотопов (см.) эта гипотеза нашла блестящее подтверждение в электронной теории атомов. Большое влияние на дальнейшее развитие X. оказали работы Берцелиуса (1779-1848), выдвинувшего электрохимическую теорию сродства и определившего очень точно для того времени атомные веса известных тогда элементов. Ему же принадлежит введение современной хим. символики. Переход от кустарного к машинному способу производства повлиял на развитие металлургии, потребовавшей в свою очередь высококачественного угля. Получающаяся при коксовании угля каменноугольная смола дала ряд веществ для бурного развития органической хим. промышленности, в первую очередь красок, нужных для текстильной промышленности. В тесной связи со сказанным стоит быстрое развитие органической X. начиная с 40-х годов 19 в. (работы Жерара, Бертло-во Франции, Фарадея-в Англии, Либиха, Велера, Бунзена, Кекуле-в Германии и Воскресенского, Зи-нина, Бутлерова-в России). Устанавливаются основные понятия о различии атома и молекулы, атомного веса и эквивалента (работы Лорана, Жерара, Канниццаро). Обобщением огромного материала химии явился периодический закон, открытый Д. И. Менделеевым (1837-1907). Периодическая система элементов (см.) не только позволила систематизировать имеющийся материал, но предсказала ряд позднее открытых элементов, указала на связь, существующую между элементами, и послужила основой для всего современного учения о строении атомов. Конец 19 в. и начало 20 в. характеризуется развитием физической X. Законы, найденные термохимией, позволили впервые подойти с количественной точки зрения к определению химического сродства. Теория растворов вант-Гоффа, электролитической диссоциации Аррениуса послужила фундаментом для создания учения об ионах (см.). Открытие лучей Рентгена, явлений радиоактивности, изотопов, развитие спектроскопии позволили глубже проникнуть в строение атомов и подойти к разрешению таких вопросов современной X., как природа хим. сродства, катализ, превращение элементов, строение высокомолекулярных соединений и, др. (работы Бора, Ленгмюра, Резерфорда, Дебая, Планка, Косселя, Астона, Льюиса, Тейлора, Штаудингера и др.). Роль X. в царской России была очень скромной. Правда, в области теоретической X. от- дельные русские ученые занимали видное место (Ломоносов, Зинин, Бутлеров, Менделеев, Марковников и др.), но по развитию хим. промышленности Россия занимала одно из последних мест. Только после Октябрьской революции во всей широте была поставлена проблема химизации всего хозяйства СССР. Уже к началу второго пятилетия окрепла основная хим. и туковая промышленность, расширено и реконструировано коксохим. производство. Создаются промышленности ани-ло-и лако-красочная, искусственного волокна, пластмасс, каучука, фармацевтическая и др. Растут хим. комбинаты: Березники, Бобрики, Хибины. Неимоверно расширилась сеть научно-исследовательских ин-тов, лабораторий, кафедр. Важнейшими хим. лабораториями и ин-тами в СССР являются: лаборатории хим. и биол. ассоциаций Академии наук СССР, Фи-зико-хим. ин-та им. Карпова, Государственный ин-т прикладной химии, Химико-фармацевтический ин-т, Ин-т органических полупродуктов и красителей, химический сектор ВИЭМ и лаборатории кафедр высших учебных заведений (лаборатории химии МГУ, Военно-химической академии, Ленинградского ун-та, Казанского ун-та и др.). Все это способствует росту хим. мощи Союза и выдвижению его и по хим. промышленности на одно из первых мест, а вместе с тем и росту хим. научных сил и самой X. Для обмена опытом и совместного обсуждения работ химики объединяются в хим. общества (Менделеевское хим. общество, в СССР, Deutsehe chemische Gesellschaft, Societe chimique de France, American chemical society и др.), периодически устраиваются международные съезды (напр. Менделеевские съезды, устраиваемые в СССР) и издается целый ряд периодических изданий (таковыжурнал общей и физ. X., журнал хим. промышленности, химико-фармацевтический журнал в СССР, Berichte der deutschen chemi-schen Gesellschaft, Zeitschrift fur analytische Chemie, Zeitschrift fur physikalische Chemie, Zeitschrift fur anorganische und allgemeine Chemie, Mikrochemie, Kolloid-Zeitschrift-в Германии, Journal of the American chemical society-в Америке, Journal of the chemical society-в Англии, Bulletin de la Societe chimique, Annales de chimie-во Франции и др. Преподавание X. в мед. вузах преследует две цели: 1) дать запас хим. сведений, благодаря к-рым врач может сознательно разбираться в хим. процессах, протекающих в здоровом и больном организме, сопоставлять их с картиной, получаемой при клин, исследовании крови, мочи, кала и т. п., ориентироваться в фармакологии, химиотерапии, разбираться в причинах проф. заболеваний и вести профилактическую работу на хим. производствах; 2) научить студента делать выводы и сопоставления из экспериментального материала, с к-рым он знакомится на практических занятиях, и расширить общий культурный кругозор студента. Т. к. отдельные хим. дисциплины стоят друг с другом в генетической связи, то преподавание X. целесообразно вести в следующей последовательности: неорганическая X., аналитическая X., органическая X., физическая X., коллоидная X. и биологическая X. Лит.: История.-В альдея П., Очерк истории химии в России, Одесса, 1917; Герц В., Очерк истории развития основных воззрений химии, Л., 1924; Ладе ц б у р г А., Лекции по истории развития химии от Лавуазье до нашего времени, Одесса, 1917; Мен-шуткин Б., Важнейшие этапы в развитии химии, Л"., 1932; Мур Ф., История химии, М.-Л., 1925; Рамса й-Оствальд, Из истории химии, П., 1920; Ш о р ы г и н П., Успехи органической химии, М.-Л., 1928; Berthelot M., Die Chemie im Altertum und im Mittelalter, Lpz., 1909; Brown J., A history of chemistry from the earliest times till the present day, L., 1913; Cushman A., Chemistry and civilization, Boston, 1920; Delacre M., Histoire de la chimie, P., 1920; G-r a e b e C, Geschichte der organi-schen Chemie, B.," 1920; Meyer E., Geschichte der Chemie von den altesten Zeiten bis zur Gegenwart, zugleich Einfiihrung in das Studium der Chemie, Lpz., 1914; Moore F., A history of chemistry, N.-Y., 1918; Tilde nW., The progres of scientific chemistry in our own times, with biographical notices, L., 1913. Руководства и справочники.-Г ипзберг А., Курс органической химии для медиков, Л., 1933; Каблуков И., Основные начала неорганической химии, М., 1931; Котюков И., Физическая химия, Томск, 1930; Л аур и Г., Сег"ден Си Раковский А., Курс физической химии, М., 1934; М е н д е л е е в Д., Основы химии, т. I-П, М., 1934; Реформатский А., Начальный курс органической химии, М.-П., 1923; о н ш е, Неорганическая химия, М., 1924; Степанов А., Курс органической химии для медиков, М.- Л., 1932; Тредвель Ф., Курс аналитической химии, т. I-II, М.-Л., 1927; Чичибабин А., Основные начала органической химии, М.-Л., 1931; Ш о-рыгин П., Краткий курс органической химии для медиков и биологов, Л. - М., 1932; В е i 1 s t e i n, Handbuch der organischen Chemie, hrsg. v. d. Deutschen chemischen Gesellschaft, B. I-XX, В., 1918-1935; Handbuch der biochemischen Arbeitsmethoden, hrsg. v. E. Abderhalden, В.-Wien, B. I-IV, 1909-1910; Holland J., A text-book of medical chemistry, Philadelphia-L., 1917; Holleman A., Lehrbuch der Chemie, B. I-II, B.-Lpz., 1930; Krause H., tlber den Anteil der Chemie an der Entwicklung der medizi-nischen Wissenschaften, Lpz., 1907; Oppenheimer C, Chemische Technik fur Aerzte, Lpz., 1912; The chemical age, chemical dictionary, London, 1924; U 1-lmann F., Enzyklopadie der technischen Chemie, Berlin, 1914. Библиография.-T ерентьев А., Специальная химическая литература и пользование ею, библиографич. указатель, М., 1933; За овладение техникой, Химический реферативный журнал, Л., с 1931; Bibliographia chimica, internationaler Literaturanzeiger fur Chemie, chemische Technologie und alle Grenzgebiete, Lpz., 1922- 1926; British chemical abstracts, L., с 1926; Chemical abstracts, Washington, с 1907; Chemisches Zentralblatt, В., с 1856; Mason F., An introduction to the literature ot. chemistry, Oxford, 1925; Mellon, Chemical publications, their nature and use, N. Y., 1928; W e s t с h a-rence Y. a. Berolzheimer D., Bibliography of bibliographies on chemistry and chemical technology, Washington, 1932. Периодические издания.- Журнал общей химии, М.-Л., с 1931; Журнал прикладной химии, М., с 1924; Журнал физической химии, М., с 1930; Annales de chimie et de physique, P., 1816; Berichte der Deutschen chemischen Gesellschaft, В., с 1868; Chemical News, L., с 1859; Helvetica chimica acta, Geneve,с 1918; Journal of theAmerican chemical society, N. Y., с 1879; Journal of the chemical society of London, L., с 1862; Liebig"s Annalen der Chemie, Lpz., с 1873; Zeitschrift fur angewandte Chemie, В., с 1888; Zeitschrift fur anorganische und allgemeine Chemie, Lpz., с 1891. См. также литературу к статьям Биологическая химия, Коллоиды, коллоидная химия, Физиология и Физическая химия. А. Кузин.

Относительная молекулярная масса - масса (а. е. м.) 6,02 × 10 23 молекул сложного вещества. Численно равна молярной массе, но отличается размерностью.

1. Атомы в молекулах соединены друг с другом в определённой последовательности. Изменение этой последовательности приводит к образованию нового вещества с новыми свойствами.
2. Соединение атомов происходит в соответствии с их валентностью.
3. Свойства веществ зависят не только от их состава, но и от «химического строения», то есть от порядка соединения атомов в молекулах и характера их взаимного влияния. Наиболее сильно влияют друг на друга атомы, непосредственно связанные между собой.

Тепловой эффект реакции - это теплота, которая выделяется или поглощается системой при течении в ней химической реакции. В зависимости от того, происходит реакция с выделением теплоты или сопровождается поглощением теплоты, различают экзо-и эндотермические реакции. К первым, как правило, относятся все реакции соединения, а ко вторым - реакции разложения.

Скорость химической реакции - изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства.

Внутренняя энергия системы - суммарная энергия внутренней системы, включающая энергию взаимодействия и движения молекул, атомов, ядер, электронов в атомах, внутриядерную и другие виды энергии, кроме кинетической и потенциальной энергии системы, как целого.

Стандартная энтальпия (теплота) образования сложного вещества - тепловой эффект реакции образования 1 моля этого вещества из простых веществ, находящихся в устойчивом агрегатном состоянии при стандартных условиях (= 298 К и давлении 101 кПа).

И т. п.), материалы и др. Число хим. соед. огромно и все время увеличивается; поскольку химия сама создает свой объект; к кон. 20 в. известно ок. 10 млн. хим. соединений.
Х имия как наука и отрасль пром-сти существует недолго (ок. 400 лет). Однако хим. знание и хим. практика (как ремесло) прослеживаются в глубинах тысячелетий, а в примитивной форме они появились вместе с человеком разумным в процессе его взаимод. с . Поэтому строгая дефиниция химии может основываться на широком, вневременном универсальном смысле - как области естествознания и человеческой практики, связанной с хим. элементами и их комбинациями.
Слово "химия" происходит либо от наименования Древнего Египта "Хем" ("темный", "черный" - очевидно, по цвету почвы в долине реки Нил; смысл же назв.- "египетская наука"), либо от древнегреч. chemeia - искусство выплавки . Совр. назв. химии производится от позднелат. chimia и является интернациональным, напр. нем. Chemie, франц. chimie, англ. chemistry. Термин "химия" впервые употребил в 5 в. греч. алхимик .

История химии. Как основанная на опыте практика, химия возникла вместе с зачатками человеческого общества (использование огня, приготовление пищи, шкур) и в форме ремесел рано достигла изощренности (получение и , ядов и лекарств). Вначале человек использовал хим. изменения . объектов ( , гниение), а с полным освоением огня и - хим. процессы и сплавления (гончарное и стекольное произ-ва), выплавку . Состав древнеегипетского стекла (4 тыс. лет до н. э.) существенно не отличается от состава совр. бутылочного стекла. В Египте уже за 3 тыс. лет до н. э. выплавляли в больших кол-вах , используя в качестве (самородная применялась с незапамятных времен). Согласно клинописным источникам, развитое произ-во , и существовало в Месопотамии также за 3 тыс. лет до н. э. Освоение хим. процессов произ-ва и , а затем и являлось ступенями не только , но цивилизации в целом, изменяло условия жизни людей, влияло на их устремления.
Одновременно возникали и теоретич. обобщения. Напр., китайские рукописи 12 в. до н. э. сообщают о "теоретич." построениях систем "основных элементов" ( , огонь, дерево, и земля); в Месопотамии родилась идея рядов противоположностей, взаимод. к-рых "составляют мир": мужское и женское, тепло и холод, влага и сухость и т. д. Очень важной была идея (астрологич. происхождения) единства явлений макрокосма и микрокосма.
К концептуальным ценностям относится и атомистич. учение, к-рое было развито в 5 в. до н. э. древнегреч. философами Левкиппом и Демокритом. Они предложили аналоговую семантич. модель строения в-ва, имеющую глубокий комбинаторный смысл: комбинации по определенным правилам небольшого числа неделимых элементов ( и букв) в соединения ( и слова) создают информационное богатство и разнообразие (в-ва и языки).
В 4 в. до н. э. Аристотель создал хим. систему, основанную на "принципах": сухость - и холод - тепло, с помощью попарных комбинаций к-рых в "первичной материи" он выводил 4 основных элемента (земля, и огонь). Эта система почти без изменений просуществовала 2 тыс. лет.
После Аристотеля лидерство в хим. знании постепенно перешло из Афин в Александрию. С этого времени создаются рецептуры получения хим. в-в, возникают "учреждения" (как храм Сераписа в Александрии, Египет), занимающиеся деятельностью, к-рую позже арабы назовут "аль-химия".
В 4-5 вв. хим. знание проникает в Малую Азию (вместе с несторианством), в Сирии возникают философские школы, транслировавшие греч. натурфилософию и передавшие хим. знание арабам.
В 3-4 вв. возникла - философское и культурное течение, соединяющее мистику и магию с ремеслом и искусством. внесла значит. вклад в лаб. мастерство и технику, получение многих чистых хим. в-в. Алхимики дополнили элементы Аристотеля 4 началами ( , и ); комбинации этих мистич. элементов и начал определяли индивидуальность каждого в-ва. оказала заметное влияние на формирование западноевропейской культуры (соединение рационализма с мистикой, познания с созиданием, специфич. культ ), но не получила распространения в др. культурных регионах.
, или по-европейски , Ибн (Авиценна), Абу-ар-Рази и др. алхимики ввели в хим. обиход (из ), мн. , NaOH, HNO 3 . Книги , переведенные на латынь, пользовались огромной популярностью. С 12 в. арабская начинает терять практич. направленность, а с этим и лидерство. Проникая через Испанию и Сицилию в Европу, она стимулирует работу европейских алхимиков, самыми известными из к-рых были Р. Бэкон и Р. Луллий. С 16 в. развивается практич. европейская , стимулированная потребностями (Г. Агрикола) и медицины (Т. Парацельс). Последний основал фармакологич. отрасль химии - ятрохимиюи вместе с Агриколой выступал фактически как первый реформатор .
Х имия как наука возникла в ходе научной революции 16-17 вв., когда в Западной Европе возникла новая цивилизация в результате тесно связанных революций: религиозной (Реформация), давшей новое толкование богоугодности земных дел; научной, давшей новую, механистич. картину мира (гелиоцентризм, бесконечность, подчиненность естественным законам, описание на языке математики); промышленной (возникновение фабрики как системы машин с использованием энергии ископаемого ); социальной (разрушение феодального и становление буржуазного общества).
Х имия, вслед за физикой Г. Галилея и И. Ньютона, могла стать наукой лишь на пути механицизма, к-рый задал основные нормы и науки. В химии это было гораздо сложнее, чем в физике. Механика легко абстрагируется от особенностей индивидуального объекта. В химии каждый частный объект (в-во) - индивидуальность, качественно отличная от других. Химия не могла выразить свой предмет чисто количественно и на всем протяжении своей истории оставалась мостом между миром количества и миром качества. Однако надежды антимеханицистов (от Д. Дидро до В. Оствальда) на то, что химия заложит основы иной, немеханистич. науки, не оправдались, и химия развивалась в рамках, определенных ньютоновской картиной мира.
Более двух веков химия вырабатывала представление о материальной природе своего объекта. Р. Бойль, заложивший основы рационализма и эксперим. метода в химии, в своем труде "Химик-скептик" (1661) развил представления о хим. (корпускулах), различия в форме и массе к-рых объясняют качества индивидуальных в-в. Атомистич. представления в химии подкреплялись идеологич. ролью атомизма в европейской культуре: человек-атом - модель человека, положенная в основу новой социальной философии.
Металлургич. химия, имевшая дело с р-циями , и , кальцинации - прокаливания (химию называли пиротехнией, т. е. огненным искусством) -привлекла внимание к образующимся при этом . Я. ван Гельмонт, введший понятие " " и открывший (1620), положил начало пневматич. химии. Бойль в работе "Огонь и пламя, взвешенные на " (1672), повторяя опыты Ж. Рея (1630) по увеличению массы при , пришел к выводу, что это происходит за счет "захвата весомых частиц пламени". На границе 16-17 вв. Г. Шталь формулирует общую теорию химии - теорию (теплорода, т. е. "в-ва ", удаляющегося с помощью из в-в при их ), к-рая освободила химию от продержавшейся 2 тыс. лет системы Аристотеля. Хотя М. В. Ломоносов, повторив опыты по , открыл в хим. р-циях (1748) и смог дать правильное объяснение процессам и как взаимод. в-ва с частицами (1756), познание и было невозможно без развития пневматич. химии. В 1754 Дж. Блэк открыл (повторно) ("фиксированный "); Дж. Пристли (1774) - , Г. Кавендиш (1766) - ("горючий "). Эти открытия дали всю информацию, необходимую для объяснения процессов , и , что и сделал А. Лавуазье в 1770-90-х гг., фактически похоронив этим теорию и стяжав себе славу "отца современной химии".
К нач. 19 в. пневматохимия и исследования состава в-в приблизили химиков к пониманию того, что хим. элементы соединяются в определенных, эквивалентных соотношениях; были сформулированы (Ж. Пруст, 1799-1806) и объемных отношений (Ж. Гей-Люс-сак, 1808). Наконец, Дж. Дальтон, наиб. полно изложивший свою концепцию в сочинении "Новая система химической философии" (1808-27), убедил современников в существовании , ввел понятие (массы) и возвратил к жизни понятие элемента, но уже в совсем ином смысле -как совокупности одного вида.
Гипотеза А. Авогадро (1811, принята научным сообществом под влиянием С. Канниццаро в 1860) о том, что частицы простых представляют собой из двух одинаковых , разрешила целый ряд противоречий. Картина материальной природы хим. объекта была завершена с открытием периодич. закона хим. элементов (Д. И. Менделеев, 1869). Он связал количеств. меру () с качеством (хим. св-ва), вскрыл смысл понятия хим. элемент, дал химику теорию большой предсказательной силы. Химия стала совр. наукой. Периодич. закон узаконил собственное место химии в системе наук, разрешив подспудный конфликт хим. реальности с нормами механицизма.
Одновременно шел поиск причин и сил хим. взаимодействия. Возникла дуалистич. (электрохим.) теория (И. Берцелиус, 1812-19); введены понятия " " и "хим. связь", к-рые наполнились физ. смыслом с развитием теории строения и . Им предшествовали интенсивные исследования орг. в-в в 1-й пол. 19 в., приведшие к разделению химии на 3 части: , и (до 1-й пол. 19 в. последняя была основным разделом химии). Новый эмпирич. материал (р-ции замещения) не укладывался в теорию Берцелиуса, поэтому были введены представления о группах , действующих в р-циях как целое - радикалах (Ф. Вёлер, Ю. Либих, 1832). Эти представления были развиты Ш. Жераром (1853) в (4 типа), ценность к-рой состояла в том, что она легко связывалась с концепцией (Э. Франкленд, 1852).
В 1-й пол. 19 в. было открыто одно из важнейших явлений химии - (сам термин предложен Берцелиусом в 1835), очень скоро нашедшее широкое практич. применение. В . 19 в. наряду с важными открытиями таких новых в-в (и классов), как и (В. Перкин, 1856), были выдвинуты важные для дальнейшего развития химии концепции. В 1857-58 Ф. Кекуле развил теорию применительно к орг. в-вам, установил четырехвалентность и способность его связываться друг с другом. Этим был проложен путь теории хим. строения орг. соед. (), построенной А. М. Бутлеровым (1861). В 1865 Кекуле объяснил природу ароматич. соед. Я. Вант-Гофф и Ж. Ле Бель, постулировав тетраэдрич. структуры (1874), проложили путь трехмерному взгляду на структуру в-ва, заложив основы как важного раздела химии.
В . 19 в. одновременно было положено начало исследованиям в области и . Л. Вильгельми изучил кинетику (впервые дав ур-ние скорости ; 1850), а К. Гульдберг и П. Вааге в 1864-67 сформулировали . Г. И. Гесс в 1840 открыл основной закон , М. Бертло и В. Ф. Лугинин исследовали теплоты мн. р-ций. В это же время развиваются работы по , и , начало к-рым было положено еще в 18 в.
Работами Дж. Гиббса, Вант-Гоффа, В. Нернста и др. создается . Исследования электропроводности р-ров и привели к открытию электролитич. (С. Аррениус, 1887). В этом же году Оствальд и Вант-Гофф основали первый журнал, посвященный , и она оформилась как самостоятельная дисциплина. К . 19 в. принято относить зарождение и , особенно в связи с пионерскими работами Либиха (1840-е гг.) по изучению , и .
19 в. по праву м. б. назван веком открытий хим. элементов. За эти 100 лет было открыто более половины (50) существующих на Земле элементов. Для сравнения: в 20 в. открыто 6 элементов, в 18 в.- 18, ранее 18 в.- 14.
Выдающиеся открытия в физике в кон. 19 в. (рентгеновские лучи, ) и развитие теоретич. представлений (квантовая теория) привели к открытию новых (радиоактивных) элементов и явления изотопии, возникновению и , новым представлениям о строении и о природе хим. связи, дав начало развитию совр. химии (химии 20 в.).
Успехи химии 20 в. связаны с прогрессом аналит. химии и физ. методов изучения в-в и воздействия на них, проникновением в механизмы р-ций, с синтезом новых классов в-в и новых материалов, дифференциацией хим. дисциплин и интеграцией химии с другими науками, с удовлетворением потребностей совр. пром-сти, техники и технологии, медицины, строительства, сельского хозяйства и др. сфер человеческой деятельности в новых хим. знаниях, процессах и продуктах. Успешное применение новых физ. методов воздействия привело к формированию новых важных направлений химии, напр. , а также использующие идеи . Получают дальнейшее развитие методы, моделирующие биохим. р-ции. Успехи (в т. ч. сканирующей туннельной) открыли перспективы "конструирования" в-в на мол. уровне, привели к созданию нового направления в химии - т. наз. нанотехнологии. Для управления хим. процессами как в лаб., так и в пром. масштабе, начинают использоваться принципы мол. и надмол. организации ансамблей реагирующих (в т. ч. подходы, основанные на ).
Химия как система знания о в-вах и их превращениях. Это знание содержится в запасе фактов - надежно установленных и проверенных сведений о хим. элементах и соед., их р-циях и поведении в природных и искусств. средах. Критерии фактов и способы их систематизации постоянно развиваются. Крупные обобщения, надежно связывающие большие совокупности фактов, становятся научными законами, формулировка к-рых открывает новые этапы химии (напр., и энергии, периодич. закон Менделеева). Теории, используя специфич. понятия, объясняют и прогнозируют факты более частной предметной области. По сути, опытное знание становится фактом только тогда, когда получает теоретич. толкование. Так, первая хим. теория - теория , будучи неверной, способствовала становлению химии, т. к. соединяла факты в систему и позволяла формулировать новые вопросы. (Бутлеров, Кекуле) упорядочила и объяснила огромный материал орг. химии и обусловила быстрое развитие хим. синтеза и исследования структуры орг. соединений.
Х имия как знание - система очень динамичная. Эволюционное накопление знаний прерывается революциями - глубокой перестройкой системы фактов, теорий и методов, с возникновением нового набора понятий или даже нового стиля мышления. Так, революцию вызвали труды Лавуазье (матери-алистич. теория , внедрение количеств. методов эксперимента, разработка хим. номенклатуры), открытие периодич. закона Менделеева, создание в нач. 20 в. новых аналит. методов (микроанализ, ). Революцией можно считать и появление новых областей, вырабатывающих новое видение предмета химии и влияющих на все ее области (напр., возникновение физ. химии на базе хим. и хим. кинетики).
Хим. знание обладает развитой структурой. Каркас химии составляют основные хим. дисциплины, сложившиеся в 19 в.: аналит., неорг., орг. и физ. химия. В дальнейшем в ходе структуры химии образовалось большое число новых дисциплин (напр., ), а также новая инженерная отрасль - .
На каркасе дисциплин вырастает большая совокупность исследовательских областей, часть из к-рых входит в ту или иную дисциплину (напр., химия элементоорг. соед.- часть орг. химии), другие носят многодисциплинарный характер, т. е. требуют объединения в одном исследовании ученых из разных дисциплин (напр., исследование структуры с использованием комплекса сложных методов). Третьи являются междисциплинарными, т. е. требуют подготовки специалиста нового профиля (напр., химия нервного импульса).
Поскольку почти вся практич. деятельность людей связана с применением материи как в-ва, хим. знание необходимо во всех областях науки и технологии, осваивающих материальный мир. Поэтому сегодня химия стала, наравне с математикой,

Химия - одна из важнейших областей естествознания, сыгравшая огромную роль в создании современной научной картины мира. Обычно ее определяют как науку, которая изучает вещества и их превращения. Этому определению нельзя отказать в справедливости, хотя оно не совсем точно. Ведь физика тоже изучает вещества и их превращения, разумеется, своими специфическими методами и в своих собственных целях. В химии же свойства простых и сложных веществ выявляются и проявляются в ходе тех химических взаимодействий, в которых эти вещества участвуют. Поэтому химическими превращениями являются такие, в результате которых образуются новые химические индивидуумы со своими характерными свойствами. Все химические превращения обязательно связаны с перестройкой внешних электронных оболочек атомов элементов, участвующих в реакциях, тогда как внутренние оболочки и атомное ядро остаются незатронутыми.

Ныне в сферу действия химической науки вовлечены примерно 100 доступных для химических исследований элементов (существующих в природе и полученных посредством ядерного синтеза) и их самых разнообразных соединений.

Хотя с различными химическими превращениями человек имел дело еще в древние времена, становление химии как самостоятельной науки - со своими целями и задачами, с собственным арсеналом понятий и терминов - фактически начало происходить во второй половине XVIII в. Это становление подготавливалось исподволь, на протяжении многих столетий. Первоначальные сведения о химических явлениях и процессах накапливались в результате практической деятельности людей - в ходе выплавки металлов, изготовления стекла и керамики, изготовления и крашения тканей, получения различных продуктов питания и т. д. В этом плане историки науки часто используют термин «ремесленная химия». Конечно, она еще не была наукой, а лишь своеобразным сводом определенных химических приемов и рецептов. Некоторые задатки будущей химии сформировались и в период господства алхимии. Хотя алхимики преследовали мистические цели, им принадлежали и многие важные практические достижения: они предложили способы разложения различных руд и минералов, получили некоторые необходимые реактивы (например, азотную, серную и соляную кислоты, царскую водку, ряд солей и щелочей), изобрели приборы, необходимые для химических исследований (колбы, реторты, нагревательные печи), описали такие процессы, как прокаливание, перегонка, дистилляция, растворение и осаждение. Далее внесла свой вклад в фундамент будущей химической науки и ятрохимия - область знаний, которая, в частности, ставила целью изготовление различных лекарств для лечения людей.

XIV-XVI века вошли в историю человечества как эпоха Возрождения. Для нее характерен расцвет многих наук - механики, математики, физики. Что касается химии, то она лишь начала осознавать свое истинное место в системе человеческих знаний.

В XVII столетии засверкали имена многих ученых, которые своими идеями и трудами подготавливали приобретение химией статуса определенной области познания. Французский физик П. Гассенди ввел понятие «молекула», которое обозначало соединение «атомов». Его соотечественник Ж. Рей установил: при прокаливании металлов их вес увеличивается. Англичане Р. Гук и Дж. Майов значительно обогнали время, сформулировав правильные представления о процессах горения и дыхания. Голландский естествоиспытатель Я. ван Гельмонт ввел термин «газ» (от греческого слова «хаос») и фактически впервые наблюдал выделение углекислого газа. Французский ученый Н. Лемерй написал первый фундаментальный учебник «Курс химии», в котором четко определил химию как искусство разделять различные вещества, содержащиеся в смешанных телах, существующих в природе,- минералах, растительных и животных телах.

Выдающегося английского естествоиспытателя Р. Бойля Фридрих Энгельс назвал создателем научной химии: «Бойль делает из химии науку». Книга Бойля, называвшаяся «Химик-спектик» (увидела свет в 1661 г.), критически пересматривала многие прежние химические воззрения. Главная заслуга ученого состояла в том, что он стал рассматривать химические элементы не как некие отвлеченные понятия, а как реально существующие минеральные вещества. Он считал: в действительности химических элементов может быть много - и тем самым нацеливал на их поиск в природе. Бойль дал и определение элементов как простых тел, не составленных друг из друга, а являющихся составными частями всех смешанных (сложных) тел. И наконец, Бойль широко ввел в практику химический анализ как главный метод изучения состава веществ. Бойля даже считают основоположником аналитической химии. Столетие спустя именно химико-аналитический метод стал приносить обильные плоды в виде большого числа открываемых химических элементов.

Анализ позволил химии решать одну из ее важнейших задач: изучать, что из чего состоит. Так возникло учение о составе химических соединений. Позднее возникли проблемы познания их свойств и строения. Этот классический «треугольник познания»: состав - строение - свойства определил основное содержание химии фактически вплоть до нашего времени.

На рубеже XVII и XVIII вв. немецкий химик Г. Шталь предложил так называемую теорию флогистона,- по существу, первую химическую теорию. Хотя она и оказалась ошибочной, но позволила систематизировать процессы горения и обжига (кальцинации) металлов, объяснив эти процессы с единой точки зрения. Шталь считал, что различные вещества и металлы содержат в своем составе особое «начало горючести» - флогистон. При прокаливании металлы теряли флогистон, превращаясь в оксиды, т. е. процессы окисления заключались в потере окислявшимися веществами флогистона. Напротив, в ходе процессов восстановления оксиды приобретали флогистон, вновь становясь металлами. Критика учения о флогистоне во многом способствовала развитию химического мышления.

Выдающимися достижениями русского ученого-эн-циклопедиста М. В. Ломоносова в области естествознания, и в частности химии, являются материалистическое толкование химических явлений, создание корпускулярной теории веществ, формулировка основополагающего закона природы - закона сохранения массы веществ и движения.

В середине XVIII в. на авансцену вышла так называемая пневматическая химия, изучавшая газы с химической точки зрения. Одним из выдающихся ее достижений стало открытие кислорода. Понимание его природы как самостоятельного газообразного химического элемента позволило А. Лавуазье развенчать концепцию флогистона и сформулировать кислородную теорию горения и дыхания. Вместе с крупными достижениями химического анализа это событие положило начало первой химической революции. Эту революцию трудно ограничить четкими временными рамками. В последние десятилетия XVIII в. начал развиваться количественный подход к изучению химических процессов, была разработана первая номенклатура химических названий; А. Лавуазье предложил «Таблицу простых тел», которая, по существу, стала первой систематикой известных к тому времени (1789) химических элементов.

Важнейшей составляющей первой химической революции стала атомистика Дж. Дальтона. В самом начале XIX в. он четко сформулировал основы атомистического учения: тождественность атомов одного и того же вещества; способность различных атомов соединяться в различных соотношениях; абсолютную неделимость атомов. Наконец, Дальтон ввел фундаментально важное понятие атомного веса, т. е. практически первый измеримый количественный параметр, характеризующий атом. Ф. Энгельс вполне справедливо полагал, что «новая эпоха начинается в химии с атомистики (следовательно, не Лавуазье, а Дальтон- отец современной химии)» (см. Атомно-моле-кулярное учение).

Первая химическая революция имела основным своим результатом создание атомно-молекулярного учения. Под его прямым и непосредственным влиянием проходило развитие химии на протяжении всего XIX столетия. Химия полностью обрела статус самостоятельной науки в ряду других естественных наук. Она создала свои специфические понятия и термины; ее практическое значение с каждым годом все отчетливее осознавалось; она становилась предметом преподавания во многих учебных заведениях. Во многих странах возникали химические общества, появлялись новые химические журналы.

К началу 1890-х гг. сформировалась та совокупность химических знаний, которая составила так называемую классическую химию. Она достаточно четко подразделялась на четыре фундаментальных раздела: неорганическую, органическую, физическую и аналитическую химии. К краеугольным камням классической химии относились, в частности, учение о периодичности; учение о строении органических соединений; учение о координационных соединениях; учение о валентности; учение о химическом процессе (включающее проблемы кинетики и катализа); учение о растворах (вместе с теорией электролитической диссоциации). Достаточное развитие получили аналитические методы. Таким «богатством» располагала химия на исходе XIX в. Но на пути ее дальнейшего развития вставали вполне определенные трудности и преграды.

Дело в том, что первая химическая революция уже в значительной степени исчерпала себя. Атомно-моле-кулярное учение достигло больших высот развития, но ведь никто не знал, как устроен атом. Никакой заслуживающей внимания модели его строения наука прошлого столетия предложить не могла. А без этого знания многие фундаментальные теории и идеи химии не могли получить необходимого объяснения и обоснования. В том числе учение Д. И. Менделеева о периодичности свойств элементов (см. Периодический закон химических элементов), химического строения теория А. М. Бутлерова. Поэтому становилась неизбежной новая, вторая революция в химии. Ее основное содержание составила разработка учения об атоме (см. Атом). Оно стало своеобразным «знаменем» новейшей химии, химической науки XX в., подобно тому как компасом химии прошлого века было атомно-молекулярное учение.

Попробуем теперь вкратце охарактеризовать основные особенности новейшей химии. Что же представляет ныне эта область человеческого знания?

Первая отличительная черта новейшей химии - химия оказывается мощной «производительной силой». И не в том очевидном смысле, что она производит обширный ассортимент самых разнообразных практически важных продуктов. Она синтезирует, извлекает из природного сырья, растительных и животных организмов огромное количество новых химических соединений. Тем самым химия порождает непрерывно и в массовом масштабе объекты своего исследования, и, видимо, о каких-либо пределах получения новых соединений нет смысла ставить вопрос. Каждую неделю становятся известными более десятка не известных ранее химических индивидуумов. Правда, лишь очень немногие «новорожденные» соединения получают путевку в практику: в основном они имеют теоретический интерес. Но вот что особенно важно: получение новых соединений проводится, как правило, по заранее разработанному плану. Исследователь уже заранее, хотя бы в общих чертах, видит цель эксперимента.

С этой чертой связана весьма тесно вторая черта новейшей химии - решение задачи получения веществ с заранее заданными свойствами. Такими, которые характеризуются необходимыми параметрами, удовлетворяющими определенным потребностям практики. Конечно, даже на заре своего существования химия преследовала цели извлечения и получения веществ, практически ценных. Но все это делалось, разумеется, ощупью: достаточная осмысленность начала приобретаться в XIX в. Ныне поставленная задача решается с начала до конца осмысленно: выбираются наиболее рациональные методы синтеза и способы проведения эксперимента; при предварительных расчетах нередко прибегают к помощи ЭВМ. Между прочим, без широкого получения веществ с заданными свойствами современная научно-техническая революция не могла бы развиваться столь стремительно...

Однако, очевидно,- говорим мы о синтезе «просто» веществ или веществ с необходимыми свойствами - сама постановка задачи должна широко опираться на теорию. На самую современную строгую научную теорию, притом такую, которая дает реальные возможности прогнозировать. А отсюда - третья характерная черта новейшей химии - наличие у нее фундаментальных теоретических основ. Одна из основ - учение о строении атома и химической связи с многочисленными следствиями. Теоретический аппарат химии включает также многоплановое учение о химическом процессе, объединившее в себе современные представления о химической кинетике, катализе и реакционной способности. Без широчайшего использования физических и математических знаний современному химику делать нечего. Ныне сплошь да рядом говорят о «физикализации» и «математизации» химии. А это означает, что новейшая химия, безусловно, может быть отнесена к разряду точных наук. Кстати, само возникновение новейшей химии нередко связывают с появлением и стремительным развитием квантовомеханических методов исследования (см. Квантовая химия).

Химия начала процесс своего осознания с анализа минералов. Фактически вся история классической и новейшей химии - это история становления и развития самых разнообразных аналитических методов: химических, физико-химических и физических. Высокой чувствительности достиг спектральный анализ в самых разных своих направлениях и приложениях. Следы примесей в исследуемых материалах позволяет определять радиоактивационный анализ. В арсеналах лабораторий - методы ЭПР (электронного парамагнитного резонанса), ЯМР (ядерного магнитного резонанса), радиоспектроскопия, масс-спектроскопия, спектрофотометрия. Этот перечень не составляет труда продолжить. Названные методы позволяют изучать тончайшие особенности строения молекул и механизмов протекания химических реакций. С каждым годом химия становится все более и более «зрячей». И отсюда следует четвертая черта новейшей химии - широкое использование аналитических методов. Ученые затрудняются дать вполне однозначное определение аналитической химии, настолько всеобъемлющей и всепроникающей научной дисциплиной стала она в наше время.

В новом свете ныне предстают и три других фундаментальных раздела химической науки: неорганическая, органическая и физическая химия. Все более и более размываются границы между неорганикой и органикой. Вот два обширных класса химических соединений: элементоорганические и координационные. Их количество стремительно возрастает. Между тем многие из них не так-то просто отнести к неорганическим или органическим. Химики-органики включают в сферу своих интересов все большее число элементов. В то же время неорганики синтезируют постоянно новые координационные соединения с органическими лигандами. Многие аналитические методы с одинаковым успехом используются в обоих фундаментальных разделах химии.

Наблюдается дифференциация (дробление) химии на отдельные самостоятельные химические дисциплины - и в этом состоит пятая характерная черта новейшей химической науки. Современная неорганическая химия включает в себя «химии» как отдельных элементов, так и их совокупностей. Привычными стали, например, понятия: химия азота, химия фосфора, химия фтора, химия урана; исследования некоторых наиболее важных элементов достигли такого размаха, что оформились в самостоятельные подразделы неорганической химии. А ведь есть еще химия редких элементов и химия редкоземельных элементов, химия трансурановых элементов и химия инертных газов. Наконец, обрели самостоятельность и направления, изучающие отдельные классы неорганических соединений,- химия гидридов, химия карбидов и т. д.

Еще более «пестрая» картина в органической химии. Назовем белки, жиры, углеводы, ароматические и алифатические соединения, насыщенные и ненасыщенные соединения, ферменты и гормоны, терпены и полимеры. У каждого класса из этих соединений - своя, самостоятельная химия.

Дифференциация химии - веяние времени. Объем накапливаемой химической информации поражал воображение еще в середине прошлого века. Ныне он поистине безбрежен. Поэтому даже самый высокоодаренный химик не может быть специалистом-химиком «широкого профиля», как это было присуще некоторым величайшим ученым в первой половине XIX в. Он даже не может «охватить» всю органику или неорганику. Даже в отдельной химической дисциплине он не всегда одинаково уверенно ориентируется от А до Я. А потому узкая специализация в новейшей химии, как и вообще в науке, неизбежна.

Мы не сказали еще о физической химии. Как фундаментальная химическая наука, она оформилась в 1880-х гг., объединив в себе такие направления исследований, как электрохимия, термохимия, учение о кинетике, учение о катализе, учение о растворах наряду с развившимся теоретическим аппаратом химической термодинамики. В XX в. она также испытала процесс дифференциации, когда от классических дисциплин физической химии отпочковывались новые. Но в то же время возникли и совершенно новые: радиохимия, радиационная химия, плазмохимия и ряд других. Физическую химию иногда считают плодом тесного взаимодействия, интеграции химии и физики. С этим представлением нельзя целиком согласиться. Однако процесс взаимопроникновения естественных наук в нашем столетии развивался интенсивно. Примером такого рода «интегрированных» наук могут служить биохимия, геохимия, биогеохимия, космохимия. Поэтому тенденцию химии вкладывать накопленные ею знания в развитие других наук можно рассматривать как еще одну, шестую ее характерную черту.

Как и другие области знаний, химия переживает информационный взрыв. Объем новой химической информации возрастает прямо-таки в геометрической прогрессии. В настоящее время в мире выходит более 250 химических журналов, которые публикуют результаты, достигнутые химиками разных стран. Сведения о достижениях химии публикуются и в журналах более общего профиля. Издаются многие сотни монографий по химии. Чуть ли не каждую неделю происходят съезды и конференции по различным химическим проблемам. Чтобы как-то облегчить исследователям ознакомление с информацией по химии, во многих странах мира выходят специальные реферативные журналы. Все большую роль играет компьютерная обработка информации.

Вот, пожалуй, основные особенности химической науки нашего времени. Науки, без которой немыслима современная цивилизация. Науки, которая кормит, поит, одевает, обувает, строит, добывает полезные ископаемые, позволяет покорять космос и опускаться на дно океана, создавать материалы, которые не знает природа. В содружестве с другими науками она помогает все глубже постигать тайны мироздания.

Душу химии составляют химические реакции. Они протекают в различных условиях. Одни - на холоде, другие - при комнатной температуре, третьи - при небольшом нагревании, четвертые - при высоких температурах. Одни реакции происходят мгновенно, иногда со взрывом. Другие в обычных условиях или вообще не идут, или протекают чрезвычайно медленно, но их можно ускорить с помощью катализаторов. В перечне современных химических дисциплин не могут быть не упомянуты такие, как химия высоких температур и химия низких температур. Они изучают химические процессы, происходящие в экстремальных условиях: с одной стороны - десятки тысяч градусов, с другой - температуры, близкие к абсолютному нулю. Частью новейшей химии является химия плазмы: здесь предмет химического исследования - четвертое состояние вещества. Мы можем назвать, далее, химию высоких давлений. Именно на этом направлении исследований были приготовлены искусственные алмазы, получено такое удивительное вещество, как водород в металлическом состоянии.

Химия оперирует различными материальными структурами. На одном «полюсе» - огромные, состоящие из многих тысяч атомов молекулы, например молекулы белков; на другом - единичные атомы химических элементов, которые к тому же имеют чрезвычайно малую продолжительность жизни,- атомы синтезированных тяжелых трансурановых элементов. На одном «полюсе» - простейшая молекула водорода, на другом - сложнейшая по структуре молекула инсулина... Поистине химия выглядит наукой контрастов.

Классической химия становилась во многом благодаря самой себе, своим собственным теоретическим представлениям, идеям и понятиям. Новейшая химия своим возникновением и развитием существенно обязана физике. Прежде всего физическому учению о строении атома. Нередко утверждают, что химия ныне вообще не должна рассматриваться как самостоятельная наука. Что она не более, чем раздел физики. На чем основано это утверждение? На том, что в основе механизмов любых химических процессов лежат физические закономерности. Ведь даже самая простая реакция - это в конечном счете перераспределение электронов между участвующими в ней атомами. А описывается это перераспределение языком физики, понятиями квантовой механики (см. Квантовая химия). Все это трудно оспаривать. Но мир химических превращений и явлений настолько сложен, ярок, многообразен и беспределен, что свести его к попыткам объяснения через физические реалии и математические уравнения было бы совершенно неоправданным упрощением, «выхолащиванием» вечно юной души науки химии. Ведь это то же самое, что свести очарование какого-нибудь музыкального

произведения к совокупности математических уравнений, описывающих колебания воздуха, вызываемые звуками музыкального инструмента.

Конечно, физика и впредь будет помогать химии глубже познавать природу вещей и процессов, на своем языке объяснять открываемые ею законы и закономерности. Но она не отнимет у химии ее важнейшей цели - получения новых фактов и сведений о свойствах химических элементов и их соединений и разработки методов получения бесконечного множества новых веществ и материалов.

Основной вопрос, на который должен знать ответ человек для правильного понимания картины мира - что такое вещество в химии. Данное понятие формируется ещё в школьном возрасте и направляет ребёнка в дальнейшем развитии. Приступая к изучению химии важно найти точки соприкосновения с ней на бытовом уровне, это позволяет наглядно и доступно разъяснить те или иные процессы, определения, свойства и т.д.

К сожалению, в силу неидеальности системы образования, многие упускают некоторые фундаментальные азы. Понятие «вещество в химии» - это своего рода краеугольный камень, своевременное усвоение данного определения даёт человеку правильный старт в последующем развитии в области естествознания.

Формирование понятия

Перед тем как перейти к понятию вещества, необходимо определить, чем является предмет химии. Вещества - это то, что непосредственно изучает химия, их взаимные превращения, строение и свойства. В общем понимании вещество - это то, из чего состоят физические тела.

Итак, в химии? Сформируем определение путём перехода от общего понятия к чисто химическому. Вещество - это определённый обязательно имеющий массу, которую можно измерить. Данная характеристика отличает вещество от другого вида материи - поля, которое массы не имеет (электрическое, магнитное, биополе и т.д.). Материя, в свою очередь, - это то, из чего созданы мы и всё, что нас окружает.

Несколько другая характеристика материи, определяющая то, из чего конкретно она состоит - это уже предмет химии. Вещества сформированы атомами и молекулами (некоторые ионами), а значит любая субстанция, состоящая из этих формульных единиц, и есть вещество.

Простые и сложные вещества

После усвоения базового определения можно перейти к его усложнению. Вещества бывают различных уровней организации, то есть простые и сложные (или соединения) - это самое первое деление на классы веществ, химия имеет множество последующих разделений, подробных и более сложных. Эта классификация, в отличие от многих других, имеет строго определённые границы, каждое соединение можно чётко отнести к одному из видов, взаимоисключающих друг друга.

Простое вещество в химии - это соединение, состоящее из атомов только одного элемента из периодической таблицы Менделеева. Как правило, это бинарные молекулы, то есть состоящие из двух частиц, соединённых посредством ковалентной неполярной связи - образования общей неподелённой электронной пары. Так, атомы одного и того же химического элемента имеют идентичную электроотрицательность, то есть способность удерживать общую электронную плотность, поэтому она не смещена ни к одному из участников связи. Примеры простых веществ (неметаллы) - водород и кислород, хлор, йод, фтор, азот, сера и т.д. Из трёх атомов состоит молекула такого вещества, как озон, а из одного - всех благородных газов (аргона, ксенона, гелия и т.д.). В металлах (магнии, кальции, меди т.д.) существует свой собственный тип связи - металлический, осуществляющийся за счёт обобществления свободных электронов внутри металла, а образования молекул как таковых не наблюдается. При записи вещества металла указывается просто символ химического элемента без каких-либо индексов.

Простое вещество в химии, примеры которого были приведены выше, отличается от сложного качественным составом. Химические соединения образованы атомами разных элементов, от двух и более. В таких веществах имеет место ковалентный полярный или ионный тип связывания. Так как разные атомы имеют отличающуюся электроотрицательность, то при образовании общей электронной пары происходит её сдвиг в сторону более электроотрицательного элемента, что приводит к общей поляризации молекулы. Ионный тип - это крайний случай полярного, когда пара электронов полностью переходит к одному из участников связывания, тогда атомы (или их группы) превращаются в ионы. Чёткой границы, между этими типами нет, ионную связь можно интерпретировать как ковалентную сильно полярную. Примеры сложных веществ - вода, песок, стекло, соли, оксиды и т.д.

Модификации веществ

Вещества, именуемые простыми, на самом деле имеют уникальную особенность, которая не присуща сложным. Некоторые химические элементы могут образовывать несколько форм простого вещества. В основе всё так же лежит один элемент, но количественный состав, строение и свойства кардинально отличают такие образования. Эта особенность имеет название аллотропии.

Кислород, сера, углерод и другие элементы имеют несколько Для кислорода - это О 2 и О 3 , углерод даёт четыре типа веществ - карбин, алмаз, графит и фуллерены, молекула серы бывает ромбической, моноклинной и пластической модификации. Такое простое вещество в химии, примеры которого не ограничены вышеперечисленными, имеет огромное значение. В частности, фуллерены используются как полупроводники в технике, фоторезисторы, добавки для роста алмазных плёнок и в других целях, а в медицине это мощнейшие антиоксиданты.

Что происходит с веществами?

Каждую секунду внутри и вокруг происходит превращение веществ. Химия рассматривает и объясняет те процессы, которые идут с качественным и/или количественным изменением состава реагирующих молекул. Параллельно, часто взаимосвязано протекают и физические превращения, которые характеризуются лишь изменением формы, цвета веществ или агрегатного состояния и некоторых других характеристик.

Химические явления - это реакции взаимодействия различных видов, например, соединения, замещения, обмена, разложения, обратимые, экзотермические, окислительно-восстановительные и т.д., в зависимости от изменения интересующего параметра. К относят: испарение, конденсацию, сублимацию, растворение, замерзание, электропроводимость и т.д. Часто они сопровождают друг друга, например, молния во время грозы - это физический процесс, а выделение под её действием озона - химический.

Физические свойства

Вещество в химии - это материя, которой присущи определённые физические свойства. По их наличию, отсутствию, степени и интенсивности можно спрогнозировать, как вещество поведёт себя в тех или иных условиях, а также объяснить некоторые химические особенности соединений. Так, например, высокие температуры кипения органических соединений, в которых есть водород и электроотрицательный гетероатом (азот, кислород и т.д.), свидетельствуют о том, что в веществе проявляется такой химический тип взаимодействия, как водородная связь. Благодаря знанию о том, какие вещества имеют наилучшую способность проводить электрический ток, кабеля и провода электропроводки изготавливаются именно из определённых металлов.

Химические свойства

Установлением, исследованием и изучением другой стороны медали свойств занимается химия. с её точки зрения - это их реакционная способность к взаимодействию. Некоторые вещества крайне активны в этом смысле, например, металлы или любые окислители, а другие, благородные (инертные) газы, при нормальных условиях в реакции практически не вступают. Химические свойства можно активировать или пассивировать при необходимости, иногда это не связано с особыми трудностями, а в некоторых случаях приходится нелегко. Учёные проводят многие часы в лабораториях, методом проб и ошибок добиваясь поставленных целей, иногда и не достигают их. Изменяя параметры окружающей среды (температуру, давление и т.д.) или применяя специальные соединения - катализаторы или ингибиторы - можно повлиять на химические свойства веществ, а значит и на ход реакции.

Классификация химических веществ

В основе всех классификаций лежит разделение соединений на органические и неорганические. Главный элемент органики - это углерод, соединяясь друг с другом и гидрогеном, атомы карбона образуют углеводородный скелет, который после заполняется другими атомами (кислородом, азотом, фосфором, серой, галогенами, металлами и другими), замыкается в циклы или разветвляется, обосновывая тем самым большое разнообразие органических соединений. На сегодняшний день науке известны 20 миллионов таких веществ. В то время как минеральных соединений всего лишь полмиллиона.

Каждое соединение индивидуально, но имеет и множество похожих черт с другими в свойствах, строении и составе, на этой основе происходит группировка в классы веществ. Химия имеет высокий уровень систематизации и организации, это точная наука.

Неорганические вещества

1. Оксиды - бинарные соединения с кислородом:

а) кислотные - при взаимодействии с водой дают кислоту;

б) основные - при взаимодействии с водой дают основание.

2. Кислоты - вещества, состоящие из одного или нескольких протонов водорода и кислотного остатка.

3. Основания (щёлочи) - состоят из одной или нескольких гидроксильных групп и атома металла:

а) амфотерные гидроксиды - проявляют свойства и кислот и оснований.

4. Соли - результат между кислотой и щелочью (растворимым основанием), состоят из атома металла и одного или нескольких кислотных остатков:

а) кислые соли - анион кислотного остатка имеет в составе протон, результат неполной диссоциации кислоты;

б) основные соли - с металлом связана гидроксильная группа, результат неполной диссоциации основания.

Органические соединения

Классов веществ в органике великое множество, такой объём информации сложно сразу запомнить. Главное, знать основные разделения на алифатические и циклические соединения, карбоциклические и гетероциклические, предельные и непредельные. Также углеводороды имеют множество производных, в которых атом гидрогена замещён на галоген, кислород, азот и другие атомы, а так же функциональные группы.

Вещество в химии - это основа сущестования. Благодаря органическому синтезу человек на сегодняшний день имеет огромное количество искусственных веществ, заменяющих натуральные, а также не имеющих аналогов по своим характеристикам в природе.