Curs 1. Chimie ca știință și producție
DI Mendeleev a scris: "Scopul final al științei testate nu este numai erudiția, adică descrierea și cunoașterea, ... și înțelegerea neschimbării dintre variabilă și eternă între temporală, combinată cu ... oportunitatea de a aplica știința pentru utilizarea directă pentru noi victorii asupra naturii ".
Și el a scris: "Găsiți ... una neschimbată și comună în formele schimbate și particulare, sarcina de bază a cunoașterii" ("Fundamentele chimiei" (1871)).
Mendeleev a ajutat la găsirea acestei "cele mai comune și comune" a întregii chimie. El a atras atenția asupra faptului că chimia, la fel ca orice știință, este una și aceeași dată, și mijloace, scop, teorie și practică. Probabil, chimia, ca nici o altă știință, de la primele etape ale dezvoltării sale, este un fenomen inclus în sfera producției materiale.
Principala problemă a chimiei
Chimia ca atare întotdeauna necesar omenirea preferabil să fie derivate din substanțe de natură ca posibile toate materialele necesare - metale, ceramica, var, ciment, sticlă și beton, coloranți, produse farmaceutice, substanțe vzvryvchatye și materiale combustibile artificiale, cauciuc și materiale plastice, produse chimice Fibrele și materialele cu proprietăți electrofizice specificate ...
Prin urmare, toate cunoștințele chimice sunt unite printr-o sarcină unică și durabilă și principală a chimiei - sarcina de a obține substanțe cu proprietățile necesare.
Dar pentru a realiza această sarcină de producție, trebuie să putem realiza transformări calitative. Și deoarece calitatea este o colecție de proprietăți ale unei substanțe, trebuie să știm cum să-i controleze proprietățile, să știm de ce depind aceste proprietăți. Cu alte cuvinte, pentru a rezolva problema de producție, chimia trebuie să rezolve simultan problema teoretică a genezei proprietăților materiei.
Astfel, nucleul chimiei este o problemă dublă - obținerea de substanțe cu proprietăți predeterminate (activitatea productivă a omului) și identificarea modalităților de control al proprietăților materiei (activitatea cognitivă).
Istoria chimiei ca proces natural de schimbare a modalităților de rezolvare a problemei sale principale
Cea mai importantă caracteristică a OPC este că are un număr limitat și strict definit de soluții generale, deoarece proprietățile substanței depind doar de 4 factori:
compoziția elementară și moleculară;
factorii cinetici, inclusiv natura co-reactantilor;
înălțimea orientării sale chimice.
Acești patru factori au devenit cunoscuți, deoarece chimia a devenit o știință (la mijlocul secolului al XVII-lea). Dar, în perioadele de început ale dezvoltării chimiei, de exemplu, în perioada alchimică, sa presupus că proprietățile substanței depind de unele proprietăți elementale inițiale sau de "elementele primordiale": uscăciunea și umiditatea, căldura și frigul etc. Și deoarece nu putem neglija această primă modalitate de a explica diversitatea calitativă a corpurilor naturii, putem spune că OPX - problema genezei proprietăților materiei - are 5 căi de rezolvare, dintre care unul a apărut în perioada pre-științifică.
Odată cu schimbarea metodelor de rezolvare a problemei fundamentale a chimiei, se pare că este logic să se raporteze etapele de dezvoltare a chimiei.
M - o serie de informații științifice
Doctrina chimică.
Fig. Ierarhizarea nivelurilor cunoștințelor chimice sau a sistemelor conceptuale de chimie
Prima modalitate de a rezolva problema OCP
Apărut în filosofia naturală antică și a existat pentru mai mult de două mii de ani - până la lucrările lui R. Boyle. În acest timp, au fost propuse două explicații fundamentale diferite pentru diversitatea calitativă infinită a corpurilor naturii.
explicație atomică. Democritus, Epicurus. Lucretius Car a exprimat convingerile ingenioase despre diferența dintre "atomii primei materii" prin masa lor, o
Democritus (circa 460-370 î.Hr.) este un învățat grec vechi. A recunoscut veșnicia materiei și a crezut că ea constă într-un număr infinit de particule minuscule - atomi, o combinație diferită de care formează un număr infinit de lucruri și proprietățile lor. El a argumentat că atomii se mișcă sub influența regulii de necesitate. Potrivit lui Democritus, în Univers există nenumărate lumi care apar, se dezvoltă și se piară.
explicație continuă (anatomică). Aristotel și Empedocles au crezut că diversitatea corpurilor se datorează combinării celor patru elemente ale elementelor - foc, apă, aer, pământ și proprietățile corespunzătoare - căldură și frig, uscăciune și umiditate. asa:
Incendiu = substanță primară (PV) + căldură + uscăciune.
Apa = PV + umiditate + rece.
Air = PV + căldură + umiditate.
Pământ = PV + rece + uscăciune.
În epoca alchimiei, faimosul Paracelsus (1493-1541) a argumentat și în această direcție. În inima Paracelsusului existent, există trei principii (tria prima): mercurul este începutul volatilității, sulful este începutul inflamabilității, sarea este începutul durității.
În alchimie, principiile-începuturile au fost reificate.
Ambele abordări au fost lipsite de motive empirice, au fost speculative și, de fapt, nu au putut da mult pentru practica de producție. Astfel, la acea vreme, nu exista nicio legătură între practică și "teorie" deloc sau exista o legătură extrem de slabă și unilaterală.
Trebuie subliniat faptul că primul mod de a rezolva OPC este o altă trăsătură care lipsește în alte moduri - doomul său istoric. Moare cu apariția unei noi căi, practic inutile. În acest sens, trebuie remarcat că toate celelalte modalități de rezolvare a OPC, care sunt discutate mai jos, s-au născut, continuă să fie aplicate până în prezent și nu sunt amenințate cu moartea.
Caracteristici ale primelor moduri de a pune împreună, astfel încât marca de pe urma ceea ce cineva ar putea ideea de granița dintre „chimia științifică“, care începe cu R. Boyle, iar unele chimie non-științifică (sau nu foarte științific), care a existat înainte de Boyle.
A doua modalitate de a rezolva OCP
Această metodă are loc în a doua jumătate a secolului al XVII-lea în lucrările omului de știință englez R. Boyle. Aspectul său este legat de Renaștere, care, odată cu schimbările progresive în viața economică și politică, a provocat o transformare radicală în domeniul științei naturale, și anume, apariția unei abordări experimentale a studiului naturii.
Studiile lui Boyle l-au condus la următoarele concluzii:
toate calitățile și proprietățile corpurilor nu au un caracter absolut și depind de elementele materiale de care sunt compuse aceste organisme, adică. Boyle a respins ideile despre elementele-calități, că proprietățile corpurilor sunt determinate de proprietățile-elemente;
Elementele sunt simple, apoi corpuri nedecomodabile, din care fac parte toate organismele mixte, adică compuși chimici;
elementele constau în corpusculi și corpusculi - de atomi.
Ie Boyle a exprimat ideea că proprietățile substanțelor sunt determinate de compoziția lor: compoziția proprietăților.
Această metodă (a doua) a inițiat chimia experimentală, definind-o ca fiind știința compoziției substanțelor sau "știința elementelor chimice și compușii lor" (conform lui DI Mendeleev).
Doctrina compoziției este primul sistem conceptual de chimie. Conform acestei predări, proprietățile substanțelor pot fi studiate prin modificarea compoziției lor.
A treia cale de a rezolva problema OCP
Cea de-a treia modalitate de a rezolva OPC a fost cauzată de trecerea de la stadiul de fabricație al capitalismului, unde muncii manuale au dominat, la sistemul de fabrică al producției capitaliste, bazat pe mașini și o bază nouă de materii prime.
Industria textilă în secolul al XVIII-lea. - prima jumătate a secolului al XIX-lea. a necesitat producerea unei mase uriașe de substanțe de origine vegetală și animală, varietatea calitativă a căreia este extrem de mare, iar compoziția este extrem de monotonă (5-7 elemente - "organogene").
În aceste condiții, precum și ca urmare a descoperirii la începutul secolului al XIX-lea. izomerismul și polimerul, au existat idei că proprietățile și varietatea calitativă a substanțelor determină nu numai compoziția, ci și structura materiei în sensul larg al cuvântului.
Deci a existat un al doilea sistem conceptual de chimie - chimie structurală. Dacă în cadrul doctrinei compoziției (primul sistem conceptual) a fost în primul rând o știință analitică. apoi în cadrul celui de-al doilea sistem a devenit predominant sintetic. Perioada de formare a istoricilor de chimie structurală numită "marș triumfal de sinteză organică" (coloranți azo, medicamente, mătase artificială etc.).
Cea de-a patra modalitate de a rezolva problema OCP
În secolul XX. dezvoltarea cerințelor industriei aeronautice, putere și instrumente avansate pentru obținerea de materiale cu proprietăți strict determinate (carburant cu cifră octanică ridicată, ungere specială și cauciucuri speciale și materiale plastice acoperitoare izolatori, polimeri organici si anorganici rezistente la căldură, semiconductori). Metodele de rezolvare a OPC bazate numai pe teoria chimiei structurale și a teoriei compoziției au devenit deja în mod clar insuficiente pentru a rezolva problemele practice, deoarece acestea sunt:
- nu au oferit randamente acceptabile din punct de vedere economic ale produselor;
- orientate, de regulă, pe reactivi de origine vegetală și animală. La acestea au fost cheltuite zeci de milioane de tone de cereale, cartofi, grăsimi, piele brută etc.
- nu au capacitățile necesare pentru a gestiona procesele de sinteză.
Sub influența noilor cerințe de producție, a apărut cea de-a patra metodă de rezolvare a OPC, care a servit drept bază pentru un nou - cel de-al treilea sistem conceptual de chimie - studiul proceselor chimice.
Obiectul nu devine o substanță chimică completă și conversia în sine, obiectul Chimie - nici o structura a moleculei și sistemul cinetic entitate chimică în care structura moleculară este reprezentată doar ca un anumit. Au existat noi oportunități pentru sinteza organică și noi metode de gestionare a proceselor chimice. (. Cauciuc sintetic, materiale plastice, fibre sintetice, detergenți, alcool, etc.) Datorită unui nou procedeu de obținere a soluțiilor OPH materiale de tonaj mondial sa bazat pe materia primă de petrol, iar producția de îngrășăminte cu azot - bazat pe azotul din aer. Deja în 1960 100% alcool industrial, 80% detergent, 90% lacuri și lacuri, 35% fibre, 65% cauciuc și aproximativ 20% din materiale din piele au fost produse pe baza gazului și a materiei prime de petrol. Grație unei noi metode de rezolvare chimie OPH ofera anual sute agricultura de mii de tone de uree și proteine de ulei numai ca hrana pentru animale și câteva milioane de tone de îngrășăminte. Un număr mare de produse agricole se îndreaptă direct către hrana pentru animale și hrană pentru animale.
Cea de-a cincea cale de a rezolva OCP
În prezent, chimia trece la a cincea metodă de rezolvare a problemei sale principale. Această metodă deschide modalități de utilizare a sistemelor chimice cele mai organizate în producția de materiale, care sunt posibile numai în sinteza prebiologică. Această metodă a constituit baza pentru cel de-al patrulea și ultimul sistem conceptual al științei chimice - chimie evolutivă.
Să generalizăm tot ce am spus.
Ierarhia prezentată a sistemelor conceptuale reflectă ierarhia sistemelor materiale:
Atomul elementului chimic este studiul compoziției
Molecule de compus chimic. Structura chimică.
Sistemul de reacție a particulelor - studiul procesului chimic
Sisteme catalitice foarte organizate - chimie inevolutiva
Tendința principală în dezvoltarea chimiei moderne este dezvoltarea cea mai completă a nivelului său de a treia - doctrina procesului chimic și trecerea la al patrulea nivel - în domeniul chimiei evolutive.
În cadrul celui de-al treilea nivel este necesar:
- pentru a descoperi natura multor particule intermediare;
- pentru a dezvălui mecanismele multor reacții, în special transferul de electroni;
- continuă să stăpânească practica teoriei ratelor absolute de reacție;
- pentru a deschide o masă de pete albe în teoria catalizei.
- dezvolta o cinetică întrebări și hidrodinamice Macrokinetics sisteme de reactoare mari, limitând soluții la problemele complexe ale tranziției la scară largă de la cercetare de laborator pentru unitățile industriale.
În cadrul celui de-al patrulea nivel este necesar să se decidă:
- dezvoltarea experienței catalitice a animalelor sălbatice;
- modelarea sistemelor biologice pentru a implementa o larga varietate de procese - prin descompunerea fotochimică a apei în hidrogen și oxigen pentru sinteza modelelor biopolimeri în conjuncție cu bioreglatorilor.