• Koduteadus ja meditsiin 19. sajandil - 20. sajandi alguses 19. sajandi keemia meditsiinis
• Mis on peptiidid? Peptiidide tüübid ja liigid. Kõik peptiidide ja peptiididega vananemisvastase kosmeetika kohta Täiendavad peptiidid ei moodustu
• Ohtlike kemikaalide toksiline mõju inimestele
• Radioautoograafia Autoradiograafia meetod tsütoloogias
• Bakterite identifitseerimine antigeense struktuuri järgi
• Orgaaniline aine reovees Mis on orgaanilised ühendid vees
• Vesiniku indeks (pH tegur)
• Mis on vee pH ja miks on seda oluline teada?
• Redokspotentsiaali redokssüsteemid
• Pööratav redokssüsteem Pööratavad redokssüsteemid

Mateeria on see, millest füüsilised kehad koosnevad.

Aineid on palju ja neil kõigil on erinevad omadused. Näiteks suhkur ja lauasool on valged kristalsed tahked ained, kuid erinevad maitse ja vees lahustuvuse poolest; vesi ja atsetoon on värvitud vedelikud, kuid vesi on lõhnatu ning atsetoonil, mida teate kui head lakkide ja värvide lahustit, on iseloomulik lõhn; hapnik ja vesinik on värvitud gaasid, kuid vesinik on hapnikust 16 korda kergem.

Keemia üks ülesandeid on õppida eristama aineid nende füüsikaliste ja keemiliste omaduste ning mõnikord ka füsioloogilise toime järgi. Näiteks üldtuntud ainet - lauasoola - saab iseloomustada järgmiselt: valge tahke aine, soolase maitsega, rabe, vees lahustuv, sulamistemperatuur 801 °C, keemistemperatuur 1465 °C.

Teine keemia ülesanne on hankida erinevaid aineid, millest paljusid looduses ei leidu: plastid, mõned mineraalväetised (superfosfaat, ammooniumnitraat), taimekaitsevahendid, ravimid (aspiriin, streptotsiid), pesuained jne. Neid aineid saadakse mitmesuguste keemiliste muundamiste teel.

Keemia seos teiste teadustega

Keemia on üks loodusteaduse harudest, see on tihedalt seotud nii teiste teaduste kui ka kõigi rahvamajanduse harudega.

Ühe aine muutumisega teiseks kaasnevad mitmesugused füüsikalised nähtused, näiteks soojuse eraldumine või neeldumine. Seetõttu peavad keemikud teadma füüsikat.

Metsloomade olemasolu aluseks on ainevahetus. Bioloog, kes ei tunne keemiaseadusi, ei suuda seda protsessi mõista ega selgitada.

Keemiateadmised on vajalikud ka geoloogile. Neid kasutades viib ta edukalt läbi mineraalide otsimise. Arst, apteeker, kosmeetik, metallurg, kulinaar, ilma vastava keemiakoolituseta, ei saavuta oskuste kõrgusi.

Keemia on täppisteadus. Enne keemilise eksperimendi läbiviimist ja pärast selle lõpetamist teeb keemik vajalikud arvutused. Nende tulemused võimaldavad teha õigeid järeldusi. Seetõttu on keemiku tegevus ilma matemaatikatundmiseta võimatu.

Keemia kokkupuude teiste teadustega tekitab nende vastastikuse läbitungimise konkreetseid valdkondi. Seega on keemia ja füüsika üleminekualad esindatud füüsikalise keemia ja keemilise füüsikaga. Keemia ja bioloogia, keemia ja geoloogia vahele tekkisid erilised piirialad - geokeemia, biokeemia, biogeokeemia, molekulaarbioloogia. Kõige olulisemad keemiaseadused on sõnastatud matemaatilises keeles ja teoreetiline keemia ei saa areneda ilma matemaatikata. Keemia on avaldanud ja avaldab mõju filosoofia arengule ning on ise kogenud ja kogeb selle mõju.

Keskkond muutub üha saastatumaks nii liigsete väetiste pinnasesse viimise, sõidukite heitgaaside õhku paiskamise, erinevate tööstusharude kahjulike ainete veekogudesse, kui ka olmejäätmete tõttu. Kõik see toob kaasa taimede hävimise, loomade surma ja inimeste tervise halvenemise. Tõsiseks ohuks kõigele elusolendile on keemiarelvad – erilised ülimürgised ained. Selliste relvade varude hävitamine nõuab märkimisväärseid jõupingutusi, raha ja aega.

Inimese ja looduse suhet uurib noor loodusteadus ökoloogia. Keskkonnateadlaste vaateväljas on pidevalt keskkonnakaitse probleemid reostuse eest. Looduse säilimine tulevastele põlvedele sõltub meist igaühe hoolikast suhtumisest sellesse, meie kultuuri ja keemiateadmiste tasemest.

Keemia kui teaduse tekkimine, selle arengu peamised etapid.

Keemia päritolu seostatakse keemiliste protsesside ja käsitöö arenguga, nagu metallisulatus, õllepruulimine, nahaparkimine ja värvimine, mis andis praktilist teavet ainete käitumise kohta. Selle arengutee on pikk, õpetlik ja huvitav.

Keemiateaduse ajaloo peamised etapid on järgmised:

1. etapp. Iidsetest aegadest kuni 18. sajandi lõpuni. Alkeemiline periood, R. Boyle'i teosed.

2. etapp. Keemia kui teadus. Lomonosovi, Daltoni, Lavoisieri teosed.

3. etapp. XIX ja. Aatomi-molekulaarteooria, keemia fundamentaalsete teoreetiliste aluste kujunemine. Mendelejev D.I. avastus. 1809. aasta perioodiline seadus.

4. etapp. Kaasaegne keemia eduka taaselustamise periood. Teaduslikud ja praktilised uuringud keemia valdkonnas.

Keemia mängib kaasaegse ühiskonna elus tohutut rolli. Keemia tungib kõikidesse teaduse, tehnika, tootmise, põllumajanduse, igapäevaelu valdkondadesse, tuues sisse revolutsioonilised muutused tavapärastes protsessides ja meetodites, säästes tööjõudu, raha, aega ja materjale, suurendades inimeste jõukust. Nüüd saavad eriti kinnitust suure vene teadlase M. V. Lomonossovi sõnad: "Keemia laiutab inimasjades käed laiali."

Kaasaegses maailmas on tuhandeid erinevaid teadusi, haridusvaldkondi, sektsioone ja muid struktuurseid seoseid. Kuid erilise koha kõigi seas hõivavad need, mis on otseselt seotud inimese ja kõigega, mis teda ümbritseb. See on loodusteaduste süsteem. Loomulikult on olulised ka kõik muud erialad. Kuid see rühm on kõige iidsema päritoluga ja seetõttu inimeste elus erilise tähtsusega.

Mis on loodusteadused?

Vastus sellele küsimusele on lihtne. Need on distsipliinid, mis uurivad inimest, tema tervist, aga ka kogu keskkonda: mulda, üldiselt, ruumi, loodust, aineid, millest koosneb kõik elusad ja elutud kehad, nende muundumisi.

Loodusteaduste õppimine on inimestele huvi pakkunud juba antiikajast peale. Kuidas haigusest lahti saada, millest keha seest koosneb ja mis need on, samuti miljonid sarnased küsimused - see huvitas inimkonda selle esinemise algusest peale. Vaadeldavad erialad annavad neile vastused.

Seetõttu on vastus küsimusele, mis on loodusteadused, ühemõtteline. Need on teadusharud, mis uurivad loodust ja kõike elavat.

Klassifikatsioon

Loodusteadustega on seotud mitu peamist rühma:

1. Keemilised (analüütilised, orgaanilised, anorgaanilised, kvant-, organoelementide ühendid).
2. Bioloogilised (anatoomia, füsioloogia, botaanika, zooloogia, geneetika).
3. keemia, füüsikalised ja matemaatilised teadused).
4. Maateadused (astronoomia, astrofüüsika, kosmoloogia, astrokeemia,
5. Maakooreteadused (hüdroloogia, meteoroloogia, mineraloogia, paleontoloogia, füüsiline geograafia, geoloogia).

Siin on esindatud ainult põhilised loodusteadused. Siiski tuleb mõista, et igal neist on oma alajaotised, harud, tütar- ja lastedistsipliinid. Ja kui ühendate need kõik üheks tervikuks, saate terve loodusteaduste kompleksi, mis on sadades ühikutes.

Samal ajal võib selle jagada kolmeks suureks erialade rühmaks:

• rakendatud;
• kirjeldav;
• täpne.

Distsipliinide omavaheline interaktsioon

Loomulikult ei saa ükski distsipliin eksisteerida teistest eraldatuna. Kõik need on üksteisega tihedas harmoonilises koostoimes, moodustades ühtse kompleksi. Nii oleks näiteks bioloogia tundmine võimatu ilma füüsika põhjal loodud tehnilisi vahendeid kasutamata.

Samas ei saa elusolendite sees toimuvaid transformatsioone uurida ilma keemiat tundmata, sest iga organism on terve tohutu kiirusega toimuvate reaktsioonide tehas.

Loodusteaduste seoseid on alati jälgitud. Ajalooliselt tähendas ühe arendamine teises intensiivset kasvu ja teadmiste kogumist. Niipea, kui hakati arendama uusi maid, avastati saared, maismaaalad, kohe arenesid nii zooloogia kui ka botaanika. Elasid ju uued elupaigad (ehkki mitte kõik) inimkonna senitundmatud esindajad. Seega olid geograafia ja bioloogia omavahel tihedalt seotud.

Kui me räägime astronoomiast ja sellega seotud teadusharudest, siis on võimatu mitte märkida tõsiasja, et need arenesid tänu teaduslikele avastustele füüsika ja keemia valdkonnas. Teleskoobi disain määras suuresti edu selles valdkonnas.

Selliseid näiteid on palju. Kõik need illustreerivad tihedat seost kõigi looduslike teadusharude vahel, mis moodustavad ühe tohutu rühma. Allpool käsitleme loodusteaduste meetodeid.

Uurimismeetodid

Enne kõnealuste teaduste poolt kasutatavate uurimismeetodite käsitlemist on vaja kindlaks teha nende uurimisobjektid. Nemad on:

• inimene;
• elu;
• Universum;
• mateeria;
• Maa.

Igal neist objektidest on oma omadused ja nende uurimiseks on vaja valida üks või teine ​​meetod. Nende hulgas eristatakse reeglina järgmist:

1. Vaatlus on üks lihtsamaid, tõhusamaid ja iidsemaid viise maailma tundmaõppimiseks.
2. Eksperiment on keemiateaduste, enamiku bioloogiliste ja füüsikaliste distsipliinide alus. Võimaldab saada tulemuse ja selle põhjal järelduse teha
3. Võrdlus – see meetod põhineb konkreetse teema kohta ajalooliselt kogutud teadmiste kasutamisel ja nende võrdlemisel saadud tulemustega. Analüüsi põhjal tehakse järeldus objekti uuenduslikkuse, kvaliteedi ja muude omaduste kohta.
4. Analüüs. See meetod võib hõlmata matemaatilist modelleerimist, süstemaatikat, üldistust, tõhusust. Enamasti on see lõplik pärast mitmeid muid uuringuid.
5. Mõõtmine – kasutatakse konkreetsete elava ja eluta looduse objektide parameetrite hindamiseks.

Samuti on uusimad kaasaegsed uurimismeetodid, mida kasutatakse füüsikas, keemias, meditsiinis, biokeemias ja geenitehnoloogias, geneetikas ja teistes olulistes teadustes. See:

• elektron- ja lasermikroskoopia;
• tsentrifuugimine;
• biokeemiline analüüs;
• röntgeni struktuurianalüüs;
• spektromeetria;
• kromatograafia ja teised.

Muidugi pole see täielik nimekiri. Igas teaduslike teadmiste valdkonnas on töötamiseks palju erinevaid seadmeid. Kõik nõuab individuaalset lähenemist, mis tähendab, et moodustatakse meetodite kogum, valitakse seadmed ja seadmed.

Loodusteaduse kaasaegsed probleemid

Loodusteaduste põhiprobleemid praeguses arengujärgus on uue teabe otsimine, teoreetilise teadmistebaasi kogumine põhjalikumas, rikkalikus formaadis. Kuni 20. sajandi alguseni oli vaadeldavate erialade põhiprobleemiks vastandumine humanitaarteadustele.

Tänapäeval pole see takistus aga enam aktuaalne, kuna inimkond on mõistnud interdistsiplinaarse integratsiooni tähtsust inimese, looduse, ruumi ja muude asjade omandamisel.

Nüüd seisavad loodusteadusliku tsükli distsipliinid teistsuguse ülesande ees: kuidas hoida loodust ja kaitsta seda inimese enda ja tema majandustegevuse mõjude eest? Ja siin on kõige pakilisemad probleemid:

• happevihm;
• Kasvuhooneefekt;
• osoonikihi hävitamine;
• taime- ja loomaliikide väljasuremine;
• õhusaaste ja muud.

Bioloogia

Enamasti vastuseks küsimusele "Mis on loodusteadused?" Üks sõna tuleb meelde: bioloogia. See on enamiku inimeste arvamus, kes pole teadusega seotud. Ja see on täiesti õige arvamus. Lõppude lõpuks, mis siis, kui mitte bioloogia, seob otseselt ja väga tihedalt loodust ja inimest?

Kõik selle teaduse moodustavad distsipliinid on suunatud elussüsteemide, nende üksteise ja keskkonnaga suhtlemise uurimisele. Seetõttu on täiesti normaalne, et bioloogiat peetakse loodusteaduste rajajaks.

Lisaks on see ka üks vanemaid. Sündis ju iseendale, tema kehale, ümbritsevatele taimedele ja loomadele koos inimesega. Geneetika, meditsiin, botaanika, zooloogia ja anatoomia on tihedalt seotud sama distsipliiniga. Kõik need harud moodustavad bioloogia tervikuna. Samuti annavad nad meile tervikliku pildi loodusest ja inimesest ning kõigist elussüsteemidest ja organismidest.

Keemia ja füüsika

Need fundamentaalteadused teadmiste arendamisel kehade, ainete ja loodusnähtuste kohta pole vähem iidsed kui bioloogia. Need arenesid ka koos inimese arenguga, tema kujunemisega sotsiaalses keskkonnas. Nende teaduste põhiülesanneteks on kõigi elutu ja elusa looduse kehade uurimine neis toimuvate protsesside, nende seose keskkonnaga vaatenurgast.

Niisiis, füüsika käsitleb loodusnähtusi, mehhanisme ja nende esinemise põhjuseid. Keemia põhineb ainete tundmisel ja nende vastastikusel muutumisel üksteiseks.

Sellised on loodusteadused.

Maateadused

Ja lõpuks loetleme distsipliinid, mis võimaldavad teil rohkem teada saada meie kodu kohta, mille nimi on Maa. Need sisaldavad:

• geoloogia;
• meteoroloogia;
• klimatoloogia;
• geodeesia;
• hüdrokeemia;
• kartograafia;
• mineraloogia;
• seismoloogia;
• mullateadus;
• paleontoloogia;
• tektoonika ja teised.

Kokku on umbes 35 erinevat eriala. Üheskoos uuritakse meie planeeti, selle ehitust, omadusi ja iseärasusi, mis on inimeste eluks ja majanduse arenguks nii vajalikud.

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

Keemia täna

Kaasaegse keemia sünd

Perioodiline seadus

Kaasaegse keemia omadused

Järeldus

Keemia täna

"Keemia sirutab inimasjades käed laiali," on see Mihhail Lomonosovi tabav lause praegu eriti aktuaalne. Keemia on tänapäeval toit ja ravimid, kütus ja riided, väetised ja värvid, analüüs ja süntees, tootmise korraldamine ja oma toodete kvaliteedikontroll, joogivee valmistamine ja reovee ärajuhtimine, keskkonnaseire ja ohutu inimkeskkonna loomine. "Sellise teadmistemahu omandamine on võimatu!" hüüatab pessimist. "Oma töösse kirglikule inimesele pole miski võimatu," vastame. Ja kui otsustate oma saatuse siduda keemiaga, siis ootame teid meie teaduskonda. Siin saate põhjaliku ülikoolihariduse, mis võimaldab teil mitte ainult hõlpsasti kohaneda mis tahes töökohaga, vaid ka saada oma ala professionaaliks.

Koos keemikute jõudude traditsiooniliste rakendusvaldkondadega muutub ühiskonnaelus üha olulisemaks keemiaoskus. Tõepoolest, praeguseks on märgatavalt suurenenud ekspertiisiobjektide hulk ja mitmekesisus: vesi, õhk, pinnas, toiduained ja tööstuskaubad, ravimid ja erinevate ettevõtete jäätmed ning palju muud. Toote tüübi kindlaksmääramine, selle võltsimise fakt ja meetod, keskkonna puhtuse jälgimine, kohtuekspertiisi ekspertiis – see ei ole täielik loetelu sellest, mida asjatundlik keemik peaks suutma. Spetsialistide poolt saadud tulemused on võimas otsingu-, diagnostika- ja tõendusinformatsiooni allikas, mis aitab kaasa objektiivse tõe väljaselgitamisele hädaolukordade uurimisel, ökoanalüütilise, sanitaar-epidemioloogilise ja tollikontrolli läbiviimisel. Selle profiiliga spetsialiste vajavad siseasjade asutused ja FSB, justiitsministeerium, tervishoiuministeerium, eriolukordade ministeerium, tolliteenistus ja keskkonnafunktsioonidega osakonnad. Vahepeal meie riigis sedalaadi spetsialiste praktiliselt ei koolitata. Seetõttu alustab meie ülikooli keemiateaduskond keemiaekspertiisi valdkonna spetsialistide koolitamist.

Igal aastal alustab meie teaduskonnas oma tudengielu 50 esmakursuslast ning kokku õpib teaduskonnas umbes 250 üliõpilast. Noorematel aastatel õpivad õpilased lisaks keemiaerialadele kõrgemat matemaatikat, arvutiteadust, füüsikat, sotsiaal-majanduslikke erialasid ja võõrkeelt.

Pärast 3. kursust valivad üliõpilased vabatahtlikult osakonna, kus nad saavad vastava eriala. Teaduskonnas on kolm osakonda. Nafta analüütilise keemia ja keemia osakond, lühendatult AChN, (osakonna juhataja - professor V. I. Vershinin) tegeleb keskkonnakaitse probleemidega, aitab mõnel naftakeemiakompleksi ettevõttel tootmisprobleeme lahendada. Just Keemiateaduste Akadeemia osakond, ainsana linnas, alustab keemikute koolitamist keemiaekspertiisi alal. Osakonnas on aspirantuur erialadel "analüütiline keemia" ja "keemia õpetamise meetodid".

Anorgaanilise keemia kateedri juhiks on professor V.F. Borbat. Siin tutvustatakse teile metallide korrosiooni eest kaitsmise, reoveest raskemetallide puhastamise, erinevate elektrokeemiliste analüüsimeetodite õpetamise ja palju muud. Selle tulemusena saate elektrokeemia eriala. Lisaks alustab osakond meie linna jaoks nii olulise ökoloogia ja keskkonnakaitse valdkonna spetsialistide koolitamist. Üliõpilased, kes on üles näidanud kalduvust teaduslikule tööle, saavad seda jätkata osakonnas, astudes aspirantuuri erialadele "füüsikaline keemia" ja "elektrokeemia".

Orgaanilise keemia osakonnas, mille juhatajaks on professor R.S. Sagitullin, juhib uute orgaaniliste ühendite sünteesi, arendab põhimõtteliselt uusi meetodeid ravimite, värvainete, antioksüdantide jne saamiseks. Selle osakonna õpilased saavad "orgaanilise keemia" eriala. Ja nii nagu kahes teises osakonnas, toimub aspirantuur erialal "orgaaniline keemia".

Lisaks ülaltoodud erialadele on üliõpilastel võimalik soovi korral saada veel üks, lisaeriala - "Keemia õpetamise meetodid". See eriala on eriti kasulik neile õpilastele, kes pärast kooli lõpetamist otsustavad hakata õpetama koolides, tehnikakoolides ja ülikoolides.

Üliõpilaste loengutes omandatud teoreetilised teadmised kinnistatakse õppelaborites. Teaduskonnas on piisavalt suured õppepinnad, korralik kaasaegsete seadmete park, oma arvutiklass. Haridusõppe finaal teaduskonnas on lõputöö.

Meie spetsialistide koolituse mitmekülgsus võimaldab neil kiiresti omandada mis tahes töökoha. Keemiateaduskonna lõpetajatega kohtute linna tööstusettevõtetes, sertifitseerimislaborites, SESis, keskkonnakontrollis, ülikoolides, tehnikakoolides ja koolides.

Loodame teiega kohtuda meie teaduskonna kandideerijate seas. Ja kui teie jaoks pole veel "X" aeg kätte jõudnud või sa pole veel elukutse valiku üle otsustanud, tulge meie juurde Keemiakooli, mis tegutseb 10.-11.klassi õpilastele mõeldud teaduskonna baasil. . Siin saate kogenud õpetajate juhendamisel reaalse võimaluse laiendada ja süvendada oma keemiaalaseid teadmisi, tutvuda analüüsi ja sünteesi põhitõdedega ning teha teadustöid kaasaegsetel seadmetel.

Kaasaegsed majandustingimused on sellised, et ettevõtted peavad konkurentsis püsimiseks pidevalt täiustama oma tehnoloogiaid ja toodete kvaliteedikontrolli vorme ning selleks on vaja lihtsalt kõrgelt kvalifitseeritud keemikuid. Samas ei tohiks ettevõte reostada keskkonda, sest vastasel juhul tuleb maksta suuri trahve, seega on parem, kui töötajatel on head analüütilised keemikud, kes jälgiksid kahjulike ainete sisaldust ja kontrolliksid nende heitkoguseid. Nii et nõudlus kõrgharidusega keemiaspetsialistide järele on alati olemas. Ja järk-järgult muutub meie linna õhk puhtamaks ja vesi kergemaks ning leib maitseb paremini.

Kaasaegse keemia sünd

Vana-Kreeka loodusfilosoofide ideed jäid loodusteaduse peamisteks ideoloogilisteks allikateks kuni 18. sajandini. Kuni renessansi alguseni domineerisid teaduses Aristotelese ideed. Tulevikus hakkas kasvama atomistlike vaadete mõju, mida esmakordselt väljendasid Leukippos ja Demokritos. Alkeemilised tööd toetusid peamiselt Platoni ja Aristotelese loodusfilosoofilistele vaadetele. Enamik selle perioodi katsetajatest olid avameelsed šarlatanid, kes püüdsid primitiivsete keemiliste reaktsioonide abil saada kas kulda või filosoofikivi – ainet, mis annab surematuse. Siiski leidus tõelisi teadlasi, kes püüdsid teadmisi süstematiseerida. Nende hulgas on Avicenna, Paracelsus, Roger Bacon jne. Mõned keemikud usuvad, et alkeemia on ajaraiskamine. Kuid see pole nii: kulla otsimise käigus avastati palju keemilisi ühendeid ja uuriti nende omadusi. Tänu sellele teadmisele loodi 17. sajandi lõpus esimene tõsiseltvõetav keemiateooria, flogistoni teooria.

Flogistoni teooria ja Lavoisier' süsteem

Flogistoni teooria looja on Georg Stahl. Ta uskus, et flogiston sisaldub kõigis põlevates ja oksüdeeruvates ainetes. Põlemist või oksüdatsiooni pidas ta protsessiks, mille käigus keha kaotab flogistoni. Õhk mängib selles eriti olulist rolli. See on vajalik oksüdatsiooniks, et flogistoni endasse “imada”. Õhust satub flogiston taimede lehtedesse ja nende puitu, millest taastudes taas vabaneb ja kehasse tagasi jõuab. Nii sõnastati esimest korda põlemisprotsesse kirjeldav teooria. Selle omadused ja uudsus seisnesid selles, et oksüdatsiooni ja redutseerimise protsesse vaadeldi samaaegselt omavahelises seoses. Flogistoni teooria arendas Becheri ideid ja atomistlikke ideid. See võimaldas selgitada erinevate protsesside kulgu käsitöökeemias ja ennekõike metallurgias ning avaldas tohutut mõju keemiatööstuse arengule ja keemia "eksperimentaalkunsti" meetodite täiustamisele. Ka flogistoni teooria aitas kaasa elementide õpetuse kujunemisele. Flogistoni teooria järgijad nimetasid metallioksiidide elemente, pidades neid metallideks, millel puudub flogiston. Metalle seevastu peeti flogistoniga elementide (metallioksiidide) ühenditeks. Kõik, mida oli vaja, oli panna kõik selle teooria sätted "pahupidi". Mis hiljem tehti. Selgitamaks, et oksiidide mass on suurem kui metallide mass, pakkus Stahl välja (õigemini väitis), et flogistonil on negatiivne kaal, s.t. phlogiston, olles elemendiga ühenduses, “tõmbab” selle üles. Vaatamata põlemisel toimuvate protsesside ühekülgsele, ainult kvalitatiivsele iseloomustamisele oli flogistoni teoorial suur tähtsus just nende transformatsioonide selgitamisel ja süstematiseerimisel. Flogistoni teooria ebaõigsusele juhtis tähelepanu Mihhail Ivanovitš Lomonosov. Antoine Laurent Lavoisier suutis seda aga eksperimentaalselt tõestada. Lavoisier märkas, et fosfori ja väävli põlemisel, aga ka metallide kaltsineerimisel suureneb aine kaal. Tundub loomulik seda teha: põleva aine massi suurenemine toimub kõigi põlemisprotsesside ajal. See järeldus oli aga flogistoni teooria sätetega nii vastuolus, et selle väljendamiseks vähemalt hüpoteesi vormis oli vaja märkimisväärset julgust. Lavoisier otsustas testida Boyle'i, Ray, Mayowi ja Lomonosovi varem püstitatud hüpoteese õhu rolli kohta põlemisprotsessides. Teda huvitas, kas õhuhulk suureneb, kui selles oksüdeerunud keha väheneb ja tänu sellele eraldub lisaõhku. Lavoisier suutis tõestada, et õhu hulk tegelikult suureneb. Lavoisier nimetas seda avastust kõige huvitavamaks pärast Stahli loomingut. Seetõttu saatis ta 1772. aasta novembris Pariisi Teaduste Akadeemiale erisõnumi oma tulemuste kohta. Uurimise järgmises etapis mõtles Lavoisier välja selgitada, milline on "õhu" olemus, mis ühineb põlevate kehadega nende oksüdeerumisel. Kuid kõik katsed selle "õhu" olemust kindlaks teha 1772.–1773. Lõpetas asjata. Fakt on see, et Lavoisier taastas sarnaselt Stahlile "metalllubja" otsesel kokkupuutel "söetaolise ainega" ja sai ka süsinikdioksiidi, mille koostist ta siis kindlaks teha ei suutnud. Lavoisier’ sõnul tegi kivisüsi temaga julma nalja. Lavoisier, nagu ka paljud teised keemikud, ei tulnud aga välja ideega, et metallioksiidide redutseerimist saab läbi viia põleva klaasiga kuumutades. Kuid 1774. aasta sügisel teatas Joseph Priestley, et kui elavhõbedaoksiidi redutseeriti põleva klaasiga, tekkis uut tüüpi õhk - "deflogisteeritud õhk". Vahetult enne seda hapniku avastas Scheele, kuid teade selle kohta avaldati suure hilinemisega. Scheele ja Priestley selgitasid nende poolt täheldatud hapniku evolutsiooni fenomeni flogistoni teooria seisukohast. Ainult Lavoisier suutis kasutada hapniku avastamist peamise argumendina flogistoni teooria vastu. 1775. aasta kevadel kordas Lavoisier Priestley katset. Ta tahtis saada hapnikku ja kontrollida, kas hapnik on õhu komponent, mille tõttu toimus metallide põlemine või oksüdeerumine. Lavoisier ei suutnud mitte ainult hapnikku isoleerida, vaid ka elavhõbedaoksiidi uuesti hankida. Samal ajal määras Lavoisier sellesse reaktsiooni sisenevate ainete massisuhted. Teadlane suutis tõestada, et oksüdatsiooni- ja redutseerimisreaktsioonides osalevate ainete hulga suhted jäävad muutumatuks. Lavoisier’ töö tekitas keemias võib-olla samasuguse revolutsiooni nagu kaks ja pool sajandit enne Koperniku avastamist astronoomias. Ained, mida varem peeti elementideks, nagu näitas Lavoisier, osutusid ühenditeks, mis koosnesid omakorda keerukatest "elementidest". Lavoisier’ avastused ja vaated avaldasid tohutut mõju mitte ainult keemiateooria arengule, vaid ka kogu keemiateadmiste süsteemile. Nad muutsid keemiateadmiste ja keele põhialuseid nii palju, et tegelikult ei saanud järgmised keemikute põlvkonnad isegi aru terminoloogiast, mida kasutati enne Lavoisier'd. Selle põhjal hakkasid nad hiljem uskuma, et kuni Lavoisieri avastusteni on võimatu rääkida "ehtsast" keemiast. Samal ajal unustati keemiauuringute järjepidevus. Alles keemia ajaloolased hakkasid uuesti looma keemia arengu tegelikke seadusi. Samal ajal leiti, et Lavoisier' "keemiline revolutsioon" oleks olnud võimatu ilma teatud keemiliste teadmisteta enne teda.

Lavoisier kroonis keemiateadmiste arengut uue süsteemi loomisega, mis hõlmas möödunud sajandite tähtsamaid keemia saavutusi. See süsteem sai aga oluliselt laiendatud ja parandatud kujul teadusliku keemia aluseks. 80ndatel. 18. sajand Lavoisier' uut süsteemi tunnustasid juhtivad prantsuse loodusteadlased - C. Berthollet, A. De Fourcroix ja L. Guiton de Morvo. Nad toetasid Lavoisier’ uuenduslikke ideid ning töötasid koos temaga välja uue keemilise nomenklatuuri ja terminoloogia. 1789. aastal visandas Lavoisier õpikus "Keemia sissejuhatav kursus, mis esitati uuel kujul viimaste avastuste põhjal" enda välja töötatud teadmiste süsteemi alused. Lavoisier jagas elemendid metallideks ja mittemetallideks ning ühendid kahe- ja kolmekomponentseteks. Metallidest hapnikuga moodustatud topeltühendid omistas ta alustele ja mittemetallide ühendid hapnikuga hapetele. Hapete ja aluste koosmõjul saadud kolmekomponentseid ühendeid nimetas ta sooladeks. Lavoisier’ süsteem põhines täpsetel kvalitatiivsetel ja kvantitatiivsetel uuringutel. Ta kasutas seda üsna uut tüüpi argumentatsiooni, uurides paljusid vastuolulisi keemiaprobleeme - põlemisteooria küsimusi, elementide vastastikuse muundamise probleeme, mis olid teadusliku keemia kujunemisel väga olulised. Niisiis, et testida elementide vastastikuse muundamise võimalust, kuumutas Lavoisier mitu päeva suletud anumas vett. Selle tulemusena leidis ta veest ebaolulise koguse “mulda”, tuvastades samas, et laeva kogumassi muutust koos veega ei toimu. Lavoisier selgitas "maade" tekkimist mitte nende veest eraldumise, vaid reaktsioonianuma seinte hävimise tõttu. Sellele küsimusele vastamiseks kasutas Rootsi keemik ja proviisor K. Scheele samal ajal kvalitatiivseid tõendamismeetodeid, määrates kindlaks eraldatud “maade” ja anuma materjali identiteedi. Lavoisier, nagu ka Lomonosov, võttis arvesse antiikajast olemas olnud tähelepanekuid ainete massi säilimise kohta ja uuris süstemaatiliselt keemilises reaktsioonis osalevate ainete massisuhteid. Ta juhtis tähelepanu asjaolule, et näiteks väävli põlemisel või rauale rooste tekkimisel toimub lähteainete massi suurenemine. See läks vastuollu flogistoni teooriaga, mille kohaselt oleks pidanud hüpoteetiline flogistoon põlemisel eralduma. Lavoisier pidas ekslikuks selgitust, mille kohaselt oli flogistonil negatiivne kaal, ja loobus lõpuks sellest mõttest. Teised keemikud, nagu M. V. Lomonosov või J. Mayow püüdsid seletada elementide oksüdeerumist ja metallioksiidide (või, nagu tollal öeldi, “lubja”) teket kui protsessi, kus õhuosakesed ühinevad mingi ainega. Seda õhku saab taastumisega "tagasi tõmmata". 1772. aastal kogus Lavoisier seda õhku, kuid ei suutnud kindlaks teha selle olemust. Priestley oli esimene, kes teatas hapniku avastamisest. 1775. aastal õnnestus tal tõestada, et hapnik ühineb metalliga ja vabaneb sellest uuesti selle redutseerimisel, näiteks elavhõbeda "lubi" moodustumisel ja redutseerimisel. Süstemaatilise kaalumise teel leiti, et nendes transformatsioonides osaleva metalli kaal ei muutu. Tänapäeval näib, et see fakt tõestab veenvalt Lavoisier’ oletuste paikapidavust, kuid toona suhtus enamik keemikuid sellesse skeptiliselt. Sellise suhtumise üheks põhjuseks oli see, et Lavoisier ei osanud vesiniku põlemist seletada. Aastal 1783 sai ta teada, et Cavendish tõestas elektrikaare abil vee teket vesiniku ja hapniku segu põletamisel suletud anumas. Seda katset korrates leidis Lavoisier, et vee kaal vastab lähteainete kaalule. Seejärel viis ta läbi eksperimendi, mille käigus lasi veeauru läbi tugevalt kuumutatud vasktorusse asetatud raudlaastude. Hapnik ühendati raua laastudega ja vesinik koguti toru otsa. Seega suutis Lavoisier ainete teisendusi kasutades selgitada põlemisprotsessi nii kvalitatiivselt kui kvantitatiivselt ning selleks ei vajanud ta enam flogistoni teooriat. Priestley ja Scheele, kes pärast hapniku avastamist lõid tegelikult põhieeldused Lavoisier’ hapnikuteooria tekkeks, jäid ise kindlalt flogistoniteooria seisukohtadele kinni. Cavendish, Priestley, Scheele ja mõned teised keemikud uskusid, et lahknevusi katsetulemuste ja flogistoni teooria sätete vahel saab kõrvaldada täiendavate hüpoteeside loomisega. Katseandmete usaldusväärsus ja täielikkus, argumentatsiooni selgus ja esituse lihtsus aitasid kaasa Lavoisier’ süsteemi kiirele levikule Inglismaal, Hollandis, Saksamaal, Rootsis ja Itaalias. Saksamaal selgitas Lavoisier' ideid dr Girtanner kahes teoses New Chemical Nomenclature in German (1791) ja Fundamentals of Antiphlogistic Chemistry (1792). Tänu Girtannerile ilmusid esmakordselt uuele nomenklatuurile vastavad saksakeelsed ainete nimetused, näiteks hapnik, vesinik, lämmastik. Berliinis töötanud Hermbstedt avaldas 1792. aastal Saksa keelde tõlgitud Lavoisier’ õpik ja M. Klaproth tundis pärast Lavoisier’ katsete kordamist uue õpetuse ära; Lavoisier’ seisukohti jagas ka kuulus loodusteadlane A. Humboldt.

1790. aastatel avaldati Lavoisier' teoseid Saksamaal rohkem kui üks kord. Enamik Inglismaa, Hollandi, Rootsi ja talje tuntud keemikuid jagas Lavoisier' seisukohti. Tihti võib ajaloo- ja teaduskirjandusest lugeda, et keemikutel kulus Lavoisier’ teooria äratundmiseks üsna kaua aega. Võrreldes 200 aasta ajaga, mil astronoomid ei tunnustanud Koperniku seisukohti, ei ole 10–15-aastane keemiaalaste arutelude periood kuigi pikk. XVIII sajandi viimasel kolmandikul. üks olulisemaid oli probleem, mis huvitas teadlasi palju sajandeid: keemikud tahtsid mõista, miks ja mis vahekorras ained omavahel kombineerivad. Isegi Kreeka filosoofid näitasid selle probleemi vastu huvi ja renessansi ajal esitasid teadlased idee ainete afiinsusest ja koostasid isegi ainete seeriaid afiinsuse järgi. Paracelsus kirjutas, et elavhõbe moodustab amalgaame metallidega ja erinevate metallide jaoks erineva kiirusega ja järgmises järjestuses: kõige kiiremini kullaga, seejärel hõbeda, plii, tina, vasega ja lõpuks rauaga kõige aeglasemalt. Paracelsus uskus, et selle keemilise afiinsuse seeria põhjus ei ole ainult ainete "viha" ja "armastus" üksteise vastu. Tema ideede kohaselt sisaldavad metallid väävlit ja mida madalam on selle sisaldus, seda puhtamad on metallid ning ainete puhtus määrab suuresti nende afiinsuse üksteise suhtes. G. Stahl selgitas mitmeid metallide sadestumist, mis on tingitud flogistoni erinevast sisaldusest neis. Kuni XVIII sajandi viimase kolmandikuni. arvukad uuringud on suunatud ainete järjestamisele nende "afiinsuse järgi" ja paljud keemikud on koostanud vastavalt tabeleid. Ainete erineva keemilise afiinsuse selgitamiseks esitati ka atomistlikke ideid ja pärast 18. sajandi lõppu - 19. sajandi algust. Teadlased hakkasid mõistma elektri mõju teatud keemiliste protsesside kulgemisele ja püüdsid samal eesmärgil kasutada ideid elektri kohta. Nende põhjal lõi Berzelius dualistliku ainete koostise teooria, mille kohaselt koosnevad näiteks soolad positiivselt ja negatiivselt laetud "alustest" ja "hapetest": elektrolüüsi käigus tõmbuvad need vastupidiselt laetud elektroodide poole ja võivad laguneda. elementideks laengute neutraliseerimise tõttu . Alates XVIII sajandi teisest poolest. teadlased hakkasid eriti palju tähelepanu pöörama küsimusele: millistes kvantitatiivsetes suhetes interakteeruvad ained omavahel keemilistes reaktsioonides? Juba ammu on teada, et happed ja alused võivad üksteist neutraliseerida. Samuti on püütud määrata hapete ja aluste sisaldust soolades. T. Bergman ja R. Kirwan leidsid, et näiteks keemiliselt neutraalse kaaliumsulfaadi ja naatriumnitraadi topeltvahetusreaktsioonis tekivad uued soolad - naatriumsulfaat ja kaaliumnitraat, mis on samuti keemiliselt neutraalsed. Kuid ükski teadlastest ei teinud sellest tähelepanekust üldist järeldust. 1767. aastal avastas Cavendish, et sama palju lämmastik- ja väävelhapet, mis neutraliseerivad sama koguse kaaliumkarbonaati, neutraliseerivad ka sama koguse kaltsiumkarbonaati. I. Richter sõnastas esimesena ekvivalentide seaduse, mille seletus leiti hiljem Daltoni atomistliku teooria seisukohast.

Richter leidis, et neutraalne on ka kahe keemiliselt neutraalse soola lahuse segamisel saadud lahus. Ta viis läbi arvukalt aluste ja hapete koguseid, mis kombineerimisel annavad keemiliselt neutraalsed soolad. Richter tegi järgmise järelduse: kui sama kogus mis tahes hapet neutraliseeritakse erinevate rangelt määratletud koguste erinevate alustega, siis need aluste kogused on samaväärsed ja neutraliseeritakse sama koguse teise happega. Tänapäeva mõistes, kui kaaliumsulfaadi lahusele lisatakse näiteks baariumnitraadi lahust kuni baariumsulfaadi täieliku sadestumiseni, siis on ka kaaliumnitraati sisaldav lahus neutraalne:

K2SO4 + Ba(NO3)2 = 2KNO3 + BaSO4

Seetõttu on neutraalse soola moodustumisel üksteisega samaväärsed järgmised kogused: 2K, 1Ba, 1SO4 ja 2NO3. Pauling võttis selle konjunktiivsete kaalude seaduse kokku ja sõnastas selle tänapäevasel kujul": "Kahe elemendi kaalusummad (või nende täisarvulised kordsed), mis reageerivad sama koguse kolmanda elemendiga, reageerivad üksteisega samades kogustes." Alguses ei äratanud Richteri tööd peaaegu teadlaste tähelepanu, kuna ta kasutas endiselt flogistoni teooria terminoloogiat. Lisaks ei olnud teadlase saadud ekvivalentkaalude seeriad piisavalt selged ja tema pakutud aluste suhteliste koguste valikul polnud tõsiseid tõendeid. Olukorda parandas E.Fischer, kes ekvivalentkaalude hulgast valis Richter etaloniks väävelhappe ekvivalendi, võttes selle võrdseks 100-ga ja koostas selle põhjal “suhteliste kaalude” (ekvivalentide) tabeli. ühenditest. Kuid Fischeri vastetabel sai tuntuks alles tänu Berthollale, kes Fischerit kritiseerides tsiteeris neid andmeid oma raamatus "Keemilise staatika kogemus" (1803). Berthollet kahtles, et keemiliste ühendite koostis on konstantne. Tal oli selleks põhjust. Ained, mis XIX sajandi alguses. peeti puhtaks, tegelikult olid need kas erinevate ainete segud või tasakaalusüsteemid ning keemiliste ühendite kvantitatiivne koostis sõltus suuresti nende tekkereaktsioonides osalevate ainete kogustest.

Mõned keemiaajaloolased usuvad, et nagu Wenzel, nägi ka Berthollet ette massitegevuse seaduse põhisätteid, mis analüütiliselt väljendasid interakteeruvate suuruste mõju transformatsiooni kiirusele. Saksa keemik K. Wenzel näitas 1777. aastal, et metalli lahustumiskiirus happes, mõõdetuna teatud aja jooksul lahustunud metalli koguse järgi, on võrdeline happe “tugevusega”. Berthollet tegi palju selleks, et võtta arvesse reaktiivide masside mõju transformatsiooni kulgemisele. Ent ühelt poolt Wenzeli ja isegi Berthollet’ teoste ning teiselt poolt massitegevuse seaduse täpse sõnastuse vahel on kvalitatiivne erinevus. Berthollet’ negatiivne suhtumine Richteri neutraliseerimisseadusesse ei saanud kaua kesta, sest Proust oli Berthollet’ sätetele jõuliselt vastu. Olles teinud aastatel 1799-1807. Palju analüüse, Proust tõestas, et Berthollet tegi oma järeldused samade ainete erineva koostise kohta segusid, mitte üksikuid aineid analüüsides, et ta näiteks ei võtnud arvesse veesisaldust mõnes oksiidis. Proust tõestas veenvalt puhaste keemiliste ühendite koostise püsivust ja lõpetas võitluse Berthollet' seisukohtade vastu, kehtestades ainete koostise püsivuse seaduse: samade ainete koostis, olenemata valmistamisviisist, on sama (konstantne).

Perioodiline seadus

Arvestades keemia ajalugu, ei saa ma mainimata jätta perioodilise seaduse avastamist. Juba keemia arengu algfaasis avastati, et erinevatel elementidel on erilised omadused. Algselt jagati elemendid ainult kahte tüüpi - metallideks ja mittemetallideks. 1829. aastal avastas saksa keemik Johann Döbereiner, et eksisteerivad mitmed kolmest elemendist koosnevad rühmad (triaadid), millel on sarnased keemilised omadused. Debereiner avastas ainult 5 triaadi, need on:

See elementide omaduste avastamine ajendas keemikuid edasi uurima, kes püüdsid leida ratsionaalseid viise elementide klassifitseerimiseks.

1865. aastal hakkas inglise keemik John Newlands (1839-1898) huvi tundma elementide omaduste perioodilise kordumise probleemi vastu. Ta järjestas teadaolevad elemendid nende aatommasside kasvavas järjekorras järgmiselt: H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Cr Ti Mn Fe

Newlands märkas, et selles järjestuses sarnaneb kaheksas element (fluor) esimesega (vesinik), üheksas element meenutab teist jne. Seega kordusid omadused iga kaheksa elemendi järel. Selle elementide süsteemiga oli aga palju asju valesti:

1) Tabelis polnud kohta uutele elementidele.

2) Tabel ei avanud teadusliku lähenemise võimalust aatommasside määramisel ega võimaldanud valida nende tõenäoliste parimate väärtuste vahel.

3) Mõned elemendid tundusid olevat tabelis halvasti paigutatud. Näiteks võrreldi rauda väävliga (!) jne.

Vaatamata paljudele puudustele oli Newlandsi katse samm õiges suunas. Teame, et perioodilise seaduse avastus kuulub Dmitri Ivanovitš Mendelejevile. Vaatame selle avastamise ajalugu. Aastal 1869 N.A. Menšutkin esitles Vene Keemia Seltsi liikmetele D.I. Mendelejevi väikest teost “Omaduste seos elementide aatommassiga”. (D.I.Mendelejev ise koosolekul ei viibinud.) Sellel koosolekul ei võetud D.I.Mendelejevi tööd tõsiselt. Paul Walden kirjutas hiljem: "Suured sündmused saavad liiga sageli ebaolulist vastukaja ja päev, mis oleks pidanud olema noore Venemaa Keemiaühingu jaoks märkimisväärne päev, kuid tegelikult osutus igapäevaseks päevaks." DIMendelejev armastas julgeid ideid. Tema avastas muster, et elementide ja nende ühendite keemilised ja füüsikalised omadused on perioodilises sõltuvuses elementide aatommassist. Nagu tema eelkäijad, tõi D.I. Mendelejev välja kõige tüüpilisemad elemendid. Ta eeldas aga lünkade olemasolu tabelis ja julges väita, et need tuleks täita elementidega, mida pole veel avastatud. Mendelejeviga samal ajal tegeles Lothar Meyer sama probleemiga ja avaldas oma töö 1870. aastal. Perioodilise väljaande avastamise prioriteet jääb aga teenitult Dmitri Ivanovitš Mendelejevile, sest. isegi L. Meyer ise ei mõelnud eitada D. I. Mendelejevi silmapaistvat rolli perioodilise seaduse avastamisel. L. Meyer märkis oma mälestustes, et kasutas oma teose kirjutamisel D. I. Mendelejevi artikli abstrakti. 1870. aastal tegi Mendelejev tabelis mõned muudatused: nagu iga bepm-ideel põhinev muster, osutus uus süsteem elujõuliseks, kuna nägi ette täpsustusvõimalusi. Nagu ma ütlesin, oli Mendelejevi teooria geniaalsus selles, et ta jättis oma tabelisse tühjad kohad. Seega pakkus ta välja (õigemini oli ta kindel), et kõiki elemente pole veel avastatud. Kuid Dmitri Ivanovitš ei piirdunud sellega. Perioodilise seaduse abil kirjeldas ta isegi veel avastamata keemiliste elementide, näiteks galliumi, germaaniumi, skandiumi keemilisi ja füüsikalisi omadusi, mis said täielikult kinnitust. Pärast seda oli enamik teadlasi D.I. Mendelejevi teooria õigsuses veendunud. Meie ajal on perioodilisel seadusel suur tähtsus. Seda kasutatakse keemiliste ühendite, reaktsioonisaaduste omaduste ennustamiseks. Perioodilise seaduse abil ja meie ajal ennustatakse elementide omadusi - need on elemendid, mida pole võimalik saada märkimisväärses koguses.

Pärast Lavoisieri, Prousti, Lomonossovi ja Mendelejevi töid on meie sajandil tehtud juba palju olulisi avastusi keemia ja füüsika vallas. Need on tööd termodünaamikast, aatomi ja molekulide struktuurist, elektrokeemiast – seda loetelu võib lõputult jätkata. Lavoisier’ ja D.I.Mendelejevi avastused jäävad aga keemiateadmiste aluseks.

Kaasaegse keemia omadused

Olen jaotanud osadeks kaasaegse keemia omadused, juhin neile teie tähelepanu:

1) Aatom-molekulaarne kontseptsioon, struktuursed ja elektroonilised esitused on kaasaegse keemia aluseks.

2) Laialdane kasutus - matemaatika ja arvutid, - keerulised füüsikalised meetodid, - klassikaline ja kvantmehaanika.

3) Teoreetilise keemia, arvutimodelleerimise ja arvutikatsete eriline roll. Keemia paberil. Näitusel keemia.

4) Biokeemiliste ja keskkonnaprobleemide domineeriv roll.

Järeldus

Selles kokkuvõttes esitatud ühtne lähenemine väga erinevate objektide struktuurile hõlbustab ühist võrdlevat arutelu järjestatud ja korrastamata faaside struktuuri üle. Sellise arutelu praktiline tähtsus tuleneb asjaolust, et kui kristalsete ainete puhul annavad röntgendifraktsioonianalüüs ja muud difraktsioonimeetodid usaldusväärset struktuuriteavet, siis vedelkristallide ja eriti vedelike puhul täpset teavet struktuuri kohta (eriti kogusumma kohta). struktuur) on praktiliselt ligipääsmatu. Seetõttu on kristallstruktuuri teabe interpoleerimine keemiliste ühendite teistesse faasiolekutesse eriti oluline.

Sarnane olukord tekib siis, kui kristallograafia raames välja töötatud rangeid matemaatilisi käsitlusi laiendatakse objektidele, mis ei ole kristallid. Sellega seoses võtsid Bernal ja Carlyle kasutusele mõiste "üldistatud kristallograafia". Hiljem väljendasid sarnaseid kaalutlusi McKay ja Finney. Erinevate kondenseerunud faaside struktuuri võrdlevat analüüsi võib nimetada "üldistatud kristallkeemiaks". Olulist rolli selles valdkonnas mängib struktuurifragmentide (eriti molekulaarsete assotsiaatide ja aglomeraatide) konservatiivsus, millest oli juttu eespool.

Kasutatud kirjanduse loetelu

1. Keemiaentsüklopeediline sõnastik. M.: Nõukogude entsüklopeedia, 1983.

2. Füüsiline entsüklopeediline sõnastik. M.: Nõukogude entsüklopeedia, 1983.

3. Gordon A., Ford R. Keemiku kaaslane. M.: Mir, 1976.

4. Afanasjev V.A., Zaikov G.E. Füüsikalised meetodid keemias. Moskva: Nauka, 1984. (sari "Teaduse ja tehnoloogia ajalugu").

5. Drago R. Füüsikalised meetodid keemias. T. 1, 2. M.: Mir, 1981.

6. Vilkov L.V., Pentin Yu.A. Füüsikalised uurimismeetodid keemias. Struktuurimeetodid ja optiline spektroskoopia. M: Kõrgkool, 1987.

7. Vilkov L.V., Pentin Yu.A. Füüsikalised uurimismeetodid keemias. Resonants- ja elektrooptilised meetodid. Moskva: Kõrgkool, 1989.

8. Üleliidulise keemiaühingu ajakiri. DI. Mendelejev. 1985. T. 30. N 2.

Sarnased dokumendid

Keemiline vaade loodusele, päritolule ja hetkeseisule. Keemiateaduse ja selle struktuuri tundmise aine. Keemia ja füüsika seos. Keemia ja bioloogia seos. Keemia uurib keemiliste nähtuste materjalikandjate kvalitatiivset mitmekesisust.

abstraktne, lisatud 15.03.2004


Flogistoni teooria ja Lavoisier' süsteem. Perioodiline seadus. Kaasaegse keemia ajalugu kui selle põhiprobleemi lahendamise viiside muutmise loomulik protsess. Erinevad lähenemised aine iseorganiseerumisele. Keemilise evolutsiooni ja biogeneesi üldteooria Rudenko.

kursusetöö, lisatud 28.02.2011


Keemia arengu põhietapid. Alkeemia kui keskaegse kultuuri nähtus. Teadusliku keemia tekkimine ja areng. Keemia päritolu. Lavoisier: revolutsioon keemias. Aatomi- ja molekulaarteaduse võit. Kaasaegse keemia päritolu ja probleemid XXI sajandil.

abstraktne, lisatud 20.11.2006


Flogistoni teooria ja Lavoisier' süsteem. Flogistoni teooria looja on Georg Stahl. Ta uskus, et flogiston sisaldub kõigis põlevates ja oksüdeeruvates ainetes. Perioodiline seadus. Dmitri Ivanovitš Mendelejev.

abstraktne, lisatud 04.05.2004


Keemia päritolu Vana-Egiptuses. Aristotelese õpetus aatomitest kui alkeemia epohhi ideoloogilisest alusest. Keemia areng Venemaal. Lomonossovi, Butlerovi ja Mendelejevi panus selle teaduse arengusse. Keemiliste elementide perioodiline seaduspärasus kui sidus teaduslik teooria.

esitlus, lisatud 04.10.2013


Keemia kui teaduse tekke- ja kujunemisprotsess. Antiikaja keemilised elemendid. "Transmutatsiooni" peamised saladused. Alkeemiast teadusliku keemiani. Lavoisier' põlemisteooria. Korpuskulaarteooria arendamine. Revolutsioon keemias. Aatomi- ja molekulaarteaduse võit.

abstraktne, lisatud 20.05.2014


Mõiste "keemia" päritolu. Keemiateaduse arengu peamised perioodid. Alkeemia kõrgeima arengu tüübid. Teadusliku keemia sünniaeg. Keemia põhiseaduste avastamine. Süsteemne lähenemine keemias. Kaasaegne keemiateaduse arenguperiood.

abstraktne, lisatud 03.11.2009


Keemia päritolu ja areng, seos religiooni ja alkeemiaga. Kaasaegse keemia olulisemad tunnused. Keemia ja selle lõikude põhilised struktuuritasemed. Keemia põhiprintsiibid ja seadused. Keemiline side ja keemiline kineetika. Keemiliste protsesside õpetus.

abstraktne, lisatud 30.10.2009


Keemia kui teaduse ajalugu. Vene keemia esivanemad. M.V. Lomonosov. Matemaatiline keemia. Aatomiteooria on keemiateaduse alus. Aatomiteooria selgitas lihtsalt ja loomulikult kõiki keemilisi transformatsioone.

kokkuvõte, lisatud 02.12.2002


Alkeemiast teadusliku keemiani: tõelise aine muundumise teaduse tee. Revolutsioon keemias ning aatomi- ja molekulaarteaduses kui kaasaegse keemia kontseptuaalne vundament Kaasaegse tsivilisatsiooni keemilise komponendi ökoloogilised probleemid.

Interdistsiplinaarsete seoste vajadus õppetöös on vaieldamatu. Nende järjekindel ja süstemaatiline rakendamine suurendab oluliselt õppeprotsessi efektiivsust, kujundab õpilastes dialektilise mõtteviisi. Lisaks on interdistsiplinaarsed seosed vältimatu didaktiline tingimus, et arendada õpilastes huvi teaduste, sealhulgas loodusteaduste aluste tundmise vastu.

Seda näitas füüsika, keemia ja bioloogia tundide analüüs: enamasti piirduvad õpetajad vaid interdistsiplinaarsete seoste (ILC) fragmentaarse kaasamisega. Teisisõnu, need meenutavad ainult seotud teemade fakte, nähtusi või mustreid.

Õpetajad kaasavad harva õpilasi iseseisvasse töösse interdistsiplinaarsete teadmiste ja oskuste rakendamisel programmimaterjali uurimisel, samuti varem omandatud teadmiste iseseisvalt uude olukorda ülekandmise protsessi. Tagajärjeks on laste suutmatus läbi viia seotud ainete teadmiste edasiandmist ja sünteesi. Hariduses puudub järjepidevus. Nii jooksevad bioloogiaõpetajad pidevalt "ees", tutvustades õpilastele erinevaid elusorganismides toimuvaid füüsikalisi ja keemilisi protsesse, tuginemata füüsikalistele ja keemilistele mõistetele, mis ei aita bioloogiliste teadmiste teadlikult omandada.

Õpikute üldine analüüs võimaldab tõdeda, et palju fakte ja mõisteid on neis erinevates distsipliinides esitatud korduvalt ning nende korduv esitus annab õpilaste teadmisi praktiliselt vähe juurde. Pealegi tõlgendavad erinevad autorid sageli sama mõistet erinevalt, muutes seeläbi nende assimilatsiooniprotsessi keeruliseks. Sageli kasutatakse õpikutes õpilastele vähetuntud termineid ning interdistsiplinaarse iseloomuga ülesandeid on vähe. Paljud autorid peaaegu ei maini, et mõnda nähtust, mõistet on juba uuritud seotud ainete kursustel, ei viita sellele, et neid mõisteid käsitletaks üksikasjalikumalt mõne teise aine õppimisel. Loodusteaduste praeguste programmide analüüs võimaldab järeldada, et interdistsiplinaarsetele seostele ei pöörata piisavalt tähelepanu. Ainult bioloogia üldprogrammides 10.–11. klassile (V.B. Zahharov); “Inimesel” (V.I. Sivoglazov) on spetsiaalsed jaotised “Subjektidevaheline suhtlus”, kus on toodud füüsikalised ja keemilised mõisted, seadused ja teooriad, mis on bioloogiliste mõistete kujunemise aluseks. Füüsika ja keemia õppekavades sellised osad puuduvad ning õpetajad peavad ise määrama vajalikud MPS-id. Ja see on raske ülesanne – koordineerida seotud ainete materjali nii, et oleks tagatud ühtsus mõistete tõlgendamisel.

Füüsika, keemia ja bioloogia erialadevahelisi seoseid saaks luua palju sagedamini ja tõhusamalt. Molekulaarsel tasandil toimuvate protsesside uurimine on võimalik ainult siis, kui kaasatakse teadmised molekulaarsest biofüüsikast, biokeemiast, bioloogilisest termodünaamikast, küberneetika elementidest, mis üksteist täiendavad. See teave on hajutatud füüsika ja keemia kursustel, kuid alles bioloogia kursusel on võimalik interdistsiplinaarseid seoseid kasutades käsitleda õpilaste jaoks raskeid küsimusi. Lisaks on võimalik välja töötada looduslike distsipliinide tsüklile ühiseid mõisteid, nagu aine, interaktsioon, energia, diskreetsus jne.

Tsütoloogia aluste õppimisel tekivad interdistsiplinaarsed seosed biofüüsika, biokeemia ja bioküberneetika teadmiste elementidega. Näiteks võib rakku kujutada mehaanilise süsteemina ja sel juhul võetakse arvesse selle mehaanilisi parameetreid: tihedus, elastsus, viskoossus jne. Rakkude füüsikalis-keemilised omadused võimaldavad käsitleda seda kui hajutatud süsteemi, a elektrolüütide komplekt, poolläbilaskvad membraanid. Ilma "selliste kujutiste" ühendamiseta on vaevalt võimalik moodustada kontseptsiooni rakust kui keerulisest bioloogilisest süsteemist. Jaotises "Geneetika ja aretuse alused" on MPS kehtestatud orgaanilise keemia (valgud, nukleiinhapped) ja füüsika (molekulaar-kineetilise teooria alused, elektrilaengu diskreetsus jne) vahele.

Õpetaja peab eelnevalt planeerima võimaluse rakendada nii varasemaid kui ka tulevasi bioloogia seoseid vastavate füüsikaharudega. Info mehaanika kohta (kudede omadused, liikumine, veresoonte ja südame elastsusomadused jne) võimaldab arvestada füsioloogilisi protsesse; biosfääri elektromagnetvälja kohta – selgitada organismide füsioloogilisi funktsioone. Paljud biokeemia küsimused on sama olulised. Keeruliste bioloogiliste süsteemide (biogeotsenoosid, biosfäär) uurimine on seotud vajadusega omandada teadmisi indiviididevahelise infovahetuse viiside kohta (keemiline, optiline, heli), kuid selleks on jällegi vaja kasutada teadmisi füüsikast ja keemia.

Interdistsiplinaarsete seoste kasutamine on keemiaõpetaja üks raskemaid metoodilisi ülesandeid. See eeldab teiste ainete programmide ja õpikute sisu tundmist. Interdistsiplinaarsete seoste rakendamine õppetöö praktikas hõlmab keemiaõpetaja koostööd teiste ainete õpetajatega.

Keemiaõpetaja töötab välja individuaalse kava interdistsiplinaarsete seoste rakendamiseks keemiakursusel. Õpetaja loovtöö meetod läbib sellega seoses järgmised etapid:

• 1. Õppimine keemiaprogrammis, selle rubriigis "Ainetevaheline suhtlus", teiste ainete programmide ja õpikutega, täiendava teadusliku, populaarteadusliku ja metoodilise kirjandusega;
• 2. Interdistsiplinaarsete seoste tunniplaneerimine kursuse- ja teemaplaanide abil;
• 3. Vahendite ja meetodite väljatöötamine interdistsiplinaarsete seoste rakendamiseks konkreetsetes tundides (interdistsiplinaarsete tunnetuslike ülesannete sõnastamine, kodutööd, õpilastele lisakirjanduse valik, vajalike õpikute ja visuaalsete abivahendite koostamine teistes õppeainetes, metoodiliste meetodite väljatöötamine nende kasutamiseks);
• 4. Keeruliste õppekorraldusvormide (interdistsiplinaarsete seostega õppetundide üldistamine, kompleksseminarid, ekskursioonid, ringitunnid, interdistsiplinaarsete teemade valikained jne) koostamise ja läbiviimise metoodika väljatöötamine;
• 5. Interdistsiplinaarsete seoste rakendamise tulemuste jälgimise ja hindamise meetodite väljatöötamine õppetöös (küsimused ja ülesanded õpilaste oskuste väljaselgitamiseks interdistsiplinaarsete seoste loomiseks).

Interdistsiplinaarsete seoste kavandamine võimaldab õpetajal edukalt rakendada oma metoodilisi, kasvatuslikke, arendavaid, kasvatuslikke ja konstruktiivseid funktsioone; pakkuda õpilastele klassiruumis, kodus ja koolivälises töös kõikvõimalikku nende tüüpide mitmekesisust.

Interdistsiplinaarsete seoste loomiseks on vaja selekteerida materjale ehk tuvastada need keemia teemad, mis on tihedalt läbi põimunud teiste ainete kursuste teemadega.

Kursuse kavandamine hõlmab kursuse iga haridusteema sisu lühianalüüsi, võttes arvesse ainesisest ja õppeainetevahelist suhtlust.

Interdistsiplinaarsete seoste edukaks rakendamiseks peab keemia-, bioloogia- ja füüsikaõpetaja teadma ja oskama:

kognitiivne komponent

• seotud kursuste sisu ja struktuur;
• · koordineerida õigeaegselt seotud ainete õppimist;
• MPS-i probleemi teoreetilised alused (MPS-i klassifikatsioonide tüübid, nende rakendamise meetodid, MPS-i funktsioonid, MPS-i põhikomponendid jne);
• tagada järjepidevus üldmõistete kujunemisel, seaduste ja teooriate uurimisel; kasutada ühiseid lähenemisviise õpilaste kasvatustöö oskuste ja vilumuste kujundamisel, nende arengu järjepidevusele;
• paljastada seotud ainete poolt uuritud erineva iseloomuga nähtuste seosed;
• · sõnastada konkreetsed õppe- ja kasvatusülesanded lähtuvalt füüsika, keemia, bioloogia MPS eesmärkidest;
• · analüüsida seotud erialade haridusinfot; õpilaste interdistsiplinaarsete teadmiste ja oskuste kujunemise tase; rakendatavate õppemeetodite tulemuslikkus, koolituste vormid, MPS-ist lähtuvad õppevahendid.

struktuurne komponent

• · moodustada eesmärkide ja eesmärkide süsteem, mis aitab kaasa MPS elluviimisele;
• · kavandada MPS elluviimisele suunatud õppe- ja kasvatustööd; selgitada välja MPS haridus- ja arenguvõimalused;
• · kujundada interdistsiplinaarsete ja integreerivate tundide, põhjalike seminaride jms sisu. Ette näha raskusi ja vigu, mis võivad õpilastel tekkida interdistsiplinaarsete teadmiste ja oskuste kujundamisel;
• · kujundada õppetundide metoodiline varustus, valida MPS-i alusel kõige ratsionaalsemad õppevormid ja -meetodid;
• kavandada erinevaid õppe- ja tunnetustegevuse korraldamise vorme; kujundada koolituste jaoks didaktilised seadmed. Organisatsiooniline komponent
• korraldada õpilaste õppe- ja tunnetustegevust, lähtudes eesmärkidest ja eesmärkidest, nende individuaalsetest omadustest;
• · kujundada MPS-i alusel õpilastes tunnetuslikku huvi loodusringe ainete vastu;
• korraldada ja juhtida ainetevaheliste ringide ja valikainete tööd; valdama EI-i oskusi; õpilaste tegevuse juhtimise meetodid.

Kommunikatiivne komponent

• Suhtlemise psühholoogia psühholoogilised ja pedagoogilised alused interdistsiplinaarsete teadmiste ja oskuste kujundamiseks; õpilaste psühholoogilised omadused;
• õpilasmeeskonnas psühholoogilistes olukordades liigelda; luua klassiruumis inimestevahelisi suhteid;
• · luua inimestevahelisi suhteid seotud erialade õpetajatega MPS-i ühisel rakendamisel.

Orientatsioonikomponent

• · tegevuse teoreetilised alused MPS kehtestamisel loodusliku tsükli ainete õppimisel;
• · orienteeruda seotud erialade õppematerjalides; õppemeetodite ja -vormide süsteemis, mis aitavad kaasa MPS edukale rakendamisele.

Mobilisatsiooni komponent

• · kohandada pedagoogilisi tehnoloogiaid füüsika, keemia, bioloogia MPS rakendamiseks; pakkuda välja autori või valida sobivaim metoodika interdistsiplinaarsete teadmiste ja oskuste kujundamiseks füüsika, keemia, bioloogia õpetamise protsessis;
• · arendada autori või kohandada traditsioonilisi meetodeid interdistsiplinaarse sisuga probleemide lahendamiseks;
• · valdama keerukate koolitusvormide läbiviimise metoodikat; oskama korraldada eneseharimistegevust MPS-i rakendamise tehnoloogia valdamiseks füüsika, keemia ja bioloogia õpetamisel.

Uurimiskomponent

• · analüüsida ja kokku võtta oma töö kogemused MPS rakendamisel; üldistada ja rakendada oma kolleegide kogemusi; viia läbi pedagoogiline eksperiment, analüüsida nende tulemusi;
• · korraldada tööd IPU metoodilise teema alal.

Seda professiogrammi võib pidada nii füüsika-, keemia- ja bioloogiaõpetajate MPS rakendamiseks ettevalmistamise protsessi ülesehitamiseks kui ka nende koolituse kvaliteedi hindamise kriteeriumiks.

Interdistsiplinaarsete seoste kasutamine keemiaõppes võimaldab alates esimesest kursusest tutvuda õppeainetega, mida ta vanematel kursustel õppima hakkab: elektrotehnika, juhtimine, majandus, materjaliteadus, masinaosad, tööstusökoloogia jne. Näidates keemiatundides välja, miks ja millistes ainetes õpilased neid või teisi teadmisi vajavad, motiveerib õpetaja mitte ainult ühe tunni materjali päheõppimist, et saada hinnangut, vaid muudab ka mittekeemiaerialade õpilaste isiklikke huvisid. erialad.

Keemia ja füüsika seos

Koos keemiateaduse enda diferentseerumisprotsessidega toimub praegu ka keemia integratsiooniprotsess teiste loodusteaduste harudega. Eriti intensiivselt arenevad füüsika ja keemia omavahelised seosed. Selle protsessiga kaasneb üha enam seotud füüsikaliste ja keemiliste teadmiste harude tekkimine.

Kogu keemia ja füüsika koosmõju ajalugu on täis näiteid ideede, objektide ja uurimismeetodite vahetamisest. Erinevatel arenguetappidel varustas füüsika keemiat mõistete ja teoreetiliste kontseptsioonidega, millel oli tugev mõju keemia arengule. Samas, mida keerulisemaks muutusid keemiauuringud, seda enam tungisid keemiasse füüsika seadmed ja arvutusmeetodid. Reaktsiooni termiliste mõjude mõõtmise vajadus, spektraal- ja röntgendifraktsioonanalüüsi arendamine, isotoopide ja radioaktiivsete keemiliste elementide, aine kristallvõrede, molekulaarstruktuuride uurimine nõudis loomist ja tõi kaasa kõige suurema kasutamise. keerulised füüsikalised instrumendid - spektroskoopid, massispektrograafid, difraktsioonivõred, elektronmikroskoobid jne.

Kaasaegse teaduse areng on kinnitanud sügavat seost füüsika ja keemia vahel. See seos on geneetilist laadi, see tähendab, et keemiliste elementide aatomite moodustumine, nende ühendamine aine molekulideks toimus anorgaanilise maailma arengu teatud etapis. Samuti põhineb see seos teatud tüüpi ainete, sealhulgas ainete molekulide struktuuri ühisusel, mis lõpuks koosnevad samadest keemilistest elementidest, aatomitest ja elementaarosakestest. Keemilise liikumisvormi tekkimine looduses põhjustas ideede edasise arengu füüsika uuritud elektromagnetilise vastastikmõju kohta. Perioodilise seaduse alusel edeneb praegu mitte ainult keemia, vaid ka tuumafüüsika, mille piiril tekkisid sellised segatud füüsikalis-keemilised teooriad nagu isotoopide keemia ja kiirguskeemia.

Keemia ja füüsika uurivad peaaegu samu objekte, kuid ainult igaüks neist näeb neis objektides oma külge, oma uurimisobjekti. Niisiis, molekul ei ole mitte ainult keemia, vaid ka molekulaarfüüsika uurimisobjekt. Kui esimene uurib seda tekkeseaduste, koostise, keemiliste omaduste, sidemete, koostisosadeks aatomiteks dissotsieerumise tingimuste seisukohalt, siis teine ​​uurib statistiliselt molekulide masside käitumist, mis määrab soojusnähtused, erinevad agregatsiooniseisundid, üleminekud gaasilisest vedelast ja tahkest faasist ja vastupidi, nähtused, mis ei ole seotud molekulide koostise ja nende sisemise keemilise struktuuri muutumisega. Keemiliste ja füüsikaliste nähtuste tihedast seosest annavad veenvalt tunnistust iga keemilise reaktsiooni kaasnevas reaktiivmolekulide masside mehaanilise liikumisega, soojuse eraldumisega või neeldumisega uutes molekulides purunemise või sidemete tekkimise tõttu. Seega on keemiliste protsesside energia tihedalt seotud termodünaamika seadustega. Keemilisi reaktsioone, mis vabastavad energiat, tavaliselt soojuse ja valguse kujul, nimetatakse eksotermilisteks. On ka endotermilisi reaktsioone, mis neelavad energiat. Kõik eelnev ei ole vastuolus termodünaamika seadustega: põlemise korral vabaneb energia samaaegselt süsteemi siseenergia vähenemisega. Endotermilistes reaktsioonides suureneb süsteemi siseenergia soojuse sissevoolu tõttu. Mõõtes reaktsiooni käigus vabaneva energia hulka (keemilise reaktsiooni soojusefekt), saab hinnata süsteemi siseenergia muutust. Seda mõõdetakse kilodžaulides mooli kohta (kJ/mol).

Üks näide veel. Hessi seadus on termodünaamika esimese seaduse erijuhtum. See ütleb, et reaktsiooni termiline efekt sõltub ainult ainete alg- ja lõppolekust ega sõltu protsessi vaheetappidest. Hessi seadus võimaldab arvutada reaktsiooni soojusefekti juhtudel, kui selle otsene mõõtmine on mingil põhjusel võimatu.

Relatiivsusteooria, kvantmehaanika ja elementaarosakeste teooria tulekuga ilmnesid veelgi sügavamad seosed füüsika ja keemia vahel. Selgus, et keemiliste ühendite omaduste olemuse, ainete muundumise mehhanismi selgitamise võti peitub aatomite struktuuris, selle elementaarosakeste ja eriti väliskesta elektronide kvantmehaanilistes protsessides. orgaaniliste ja anorgaaniliste ühendite molekulid jne.

Füüsika ja keemia kokkupuute alal tekkis ja areneb edukalt selline suhteliselt noor keemia põhiosadest nagu füüsikaline keemia, mis kujunes välja 19. sajandi lõpus. kemikaalide ja segude füüsikaliste omaduste kvantitatiivse uurimise edukate katsete tulemusena molekulaarstruktuuride teoreetiline selgitamine. Selle eksperimentaalseks ja teoreetiliseks aluseks oli D.I. Mendelejev (perioodiseaduse avastus), Van't Hoff (keemiliste protsesside termodünaamika), S. Arrhenius (elektrolüütilise dissotsiatsiooni teooria) jne. Selle uurimise teemaks olid üldteoreetilised küsimused keemiliste ühendite molekulide struktuuri ja omaduste kohta, ainete muundumisprotsessid seoses nende füüsikaliste omaduste vastastikuse sõltuvusega, keemiliste reaktsioonide toimumise tingimuste uurimine ja sel juhul toimuvad füüsikalised nähtused. Nüüd on füüsikaline keemia mitmekülgne teadus, mis seob füüsika ja keemia tihedalt.

Füüsikalises keemias endas on praeguseks silma paistnud ja täielikult välja kujunenud elektrokeemia, lahuste uurimine, fotokeemia ja kristallkeemia iseseisvate sektsioonidena oma erimeetodite ja uurimisobjektidega. XX sajandi alguses. Iseseisva teadusena paistis silma ka füüsikalise keemia sügavustes üles kasvanud kolloidkeemia. Alates XX sajandi teisest poolest. Seoses tuumaenergeetika probleemide intensiivse arenguga tekkisid ja said suure arengu füüsikalise keemia uusimad harud - suure energiaga keemia, kiirguskeemia (selle uurimise objektiks on ioniseeriva kiirguse toimel toimuvad reaktsioonid) ja isotoopide keemia.

Füüsikalist keemiat peetakse praegu kogu keemiateaduse kõige laiemaks üldteoreetiliseks aluseks. Paljud tema õpetused ja teooriad on anorgaanilise ja eriti orgaanilise keemia arendamisel väga olulised. Füüsikalise keemia tulekuga hakati ainet uurima mitte ainult traditsiooniliste keemiliste uurimismeetodite abil, mitte ainult selle koostise ja omaduste, vaid ka struktuuri, termodünaamika ja kineetika seisukohast. keemilise protsessi, aga ka viimase seose ja sõltuvuse poolelt muudele liikumisvormidele omaste nähtuste mõjust (valgus- ja kiirguskiirgus, valgus- ja soojuskiirgus jne).

On tähelepanuväärne, et XX sajandi esimesel poolel. tekkis piir keemia ja uute füüsikaharude (kvantmehaanika, aatomite ja molekulide elektrooniline teooria) teaduse vahel, mida hiljem hakati nimetama keemiliseks füüsikaks. Ta rakendas laialdaselt uusima füüsika teoreetilisi ja eksperimentaalseid meetodeid keemiliste elementide ja ühendite struktuuri ning eriti reaktsioonide mehhanismide uurimisel. Keemiline füüsika uurib aine liikumise keemiliste ja subatomaarsete vormide omavahelist seost ja vastastikust üleminekut.

F. Engelsi antud alusteaduste hierarhias külgneb keemia vahetult füüsikaga. See naabruskond andis kiiruse ja sügavuse, millega paljud füüsikaharud viljakalt keemiasse kiilusid. Keemia piirneb ühelt poolt makroskoopilise füüsikaga - termodünaamika, pideva keskkonna füüsikaga ja teiselt poolt - mikrofüüsikaga - staatilise füüsikaga, kvantmehaanikaga.

On hästi teada, kui viljakad need kontaktid keemia jaoks olid. Termodünaamikast sai alguse keemiline termodünaamika – keemilise tasakaalu uurimine. Staatiline füüsika pani aluse keemilisele kineetikale – keemiliste transformatsioonide kiiruste uurimisele. Kvantmehaanika paljastas Mendelejevi perioodilise seaduse olemuse. Kaasaegne keemilise struktuuri ja reaktsioonivõime teooria on kvantkeemia, s.o. kvantmehaanika põhimõtete rakendamine molekulide ja "X-teisenduste" uurimisel.

Teine tõend füüsika viljakast mõjust keemiateadusele on füüsikaliste meetodite üha laienev kasutamine keemiauuringutes. Selle valdkonna silmatorkav edasiminek on eriti selgelt näha spektroskoopiliste meetodite näitel. Hiljuti kasutasid keemikud elektromagnetilise kiirguse lõpmatust vahemikust ainult kitsast piirkonda infrapuna- ja ultraviolettkiirguse nähtavatest ja külgnevatest aladest. Füüsikute avastatud magnetresonantsneeldumise nähtus tõi kaasaia, mis on kõige informatiivsem kaasaegne analüütiline meetod ja meetod molekulide elektronstruktuuri uurimiseks, ning elektronidea, ainulaadne meetod ebastabiilsete vaheühendite uurimiseks. osakesed – vabad radikaalid. Elektromagnetilise kiirguse lühikese lainepikkusega piirkonnas tekkis röntgen- ja gammakiirguse resonantsspektroskoopia, mis võlgneb oma välimuse Mössbaueri avastamisele. Sünkrotronkiirguse areng on avanud uusi väljavaateid selle suure energiaga spektroskoopia haru arendamiseks.

Näib, et kogu elektromagnetiline ulatus on omandatud ja selles valdkonnas on raske oodata edasist edu. Küll aga ilmusid laserid – oma spektritugevuselt ainulaadsed allikad – ja koos nendega ka põhimõtteliselt uued analüütilised võimalused. Nende hulgas on lasermagnetresonants, kiiresti arenev ülitundlik meetod gaasis olevate radikaalide tuvastamiseks. Teine tõeliselt fantastiline võimalus on aatomite tükiline registreerimine laseriga – selektiivsel ergastamisel põhinev tehnika, mis võimaldab registreerida rakus vaid mõne võõra lisandi aatomi. Silmatorkavad võimalused radikaalsete reaktsioonide mehhanismide uurimiseks pakkus tuumade keemilise polarisatsiooni nähtuse avastamine.

Nüüd on raske nimetada kaasaegse füüsika valdkonda, mis keemiat otseselt ega kaudselt ei mõjutaks. Võtame näiteks ebastabiilsete elementaarosakeste füüsika, mis on kaugel tuumadest ja elektronidest ehitatud molekulide maailmast. Võib tunduda üllatav, et rahvusvahelistel erikonverentsidel arutatakse positroni või müüoni sisaldavate aatomite keemilist käitumist, mis põhimõtteliselt ei suuda anda stabiilseid ühendeid. Kuid ainulaadne teave ülikiirete reaktsioonide kohta, mida sellised aatomid võimaldavad saada, õigustab seda huvi täielikult.

Vaadates tagasi füüsika ja keemia suhete ajaloole, näeme, et füüsikal on olnud oluline, kohati ka määrav roll keemia teoreetiliste kontseptsioonide ja uurimismeetodite kujunemisel. Selle rolli tunnustamise astet saab hinnata, vaadates näiteks Nobeli keemiaauhinna laureaatide nimekirja. Vähemalt kolmandik sellest nimekirjast on füüsikalise keemia valdkonna suurimate saavutuste autorid. Nende hulgas on neid, kes avastasid radioaktiivsuse ja isotoobid (Rutherford, M. Curie, Soddy, Aston, Joliot-Curie jt), panid aluse kvantkeemiale (Pauling ja Mulliken) ja kaasaegsele keemilisele kineetikale (Hinshelwood ja Semenov), arendasid välja. uued füüsikalised meetodid (Debye, Geyerovsky, Eigen, Norrish ja Porter, Herzberg).

Lõpuks tuleks meeles pidada, kui määravat tähtsust hakkab teaduse arengus mängima teadlase töö produktiivsus. Füüsikalised meetodid on selles osas keemias revolutsioonilist rolli mänginud ja mängivad ka edaspidi. Piisab, kui võrrelda näiteks aega, mille orgaaniline keemik kulutas sünteesitud ühendi struktuuri kindlaksmääramiseks keemiliste vahenditega, ja mida ta kulutab praegu, omades füüsikaliste meetodite arsenali. Kahtlemata ei kasutata seda füüsikasaavutuste rakendamise reservi kaugeltki piisavalt.

Võtame mõned tulemused kokku. Näeme, et füüsika üha suuremas mastaabis ja tungib üha viljakamalt keemiasse. Füüsika paljastab kvalitatiivsete keemiliste seaduspärasuste olemuse, varustab keemiat täiuslike uurimisvahenditega. Füüsikalise keemia suhteline maht kasvab ja puuduvad põhjused, mis võiksid seda kasvu aeglustada.

Keemia ja bioloogia seos

Teadupärast läksid keemia ja bioloogia pikka aega oma teed, kuigi keemikute ammune unistus oli elusorganismi loomine laboris.

Keemia ja bioloogia vaheliste suhete järsk tugevnemine toimus A.M.i loomise tulemusena. Butlerovi teooria orgaaniliste ühendite keemilisest struktuurist. Sellest teooriast juhindudes astusid orgaanilised keemikud loodusega konkurentsi. Järgnevad keemikute põlvkonnad näitasid üles suurt leidlikkust, tööd, kujutlusvõimet ja loomingulist otsimist aine suunatud sünteesi poole. Nende eesmärk polnud mitte ainult loodust jäljendada, vaid ka seda ületada. Ja täna võime kindlalt väita, et paljudel juhtudel on see saavutatud.

Teaduse järkjärguline areng 19. sajandil, mis viis aatomi struktuuri avastamiseni ning raku struktuuri ja koostise üksikasjalike teadmisteni, avas keemikutele ja bioloogidele praktilised võimalused töötada koos keemiaprobleemidega. rakuteooria, eluskudedes toimuvate keemiliste protsesside olemuse ja bioloogiliste funktsioonide tingimuslikkuse küsimustest.keemilised reaktsioonid.

Kui vaadata ainevahetust organismis puhtalt keemilisest vaatenurgast, siis nagu A.I. Oparin, näeme hulga suhteliselt lihtsaid ja ühtseid keemilisi reaktsioone, mis ajas üksteisega ühinevad, ei toimu juhuslikult, vaid ranges järjestuses, mille tulemusena moodustuvad pikad reaktsiooniahelad. Ja see kord on loomulikult suunatud kogu elusüsteemi kui terviku pidevale enesesäilitamisele ja taastootmisele antud keskkonnatingimustes.

Ühesõnaga, sellised elusolendite spetsiifilised omadused nagu kasv, paljunemine, liikuvus, erutuvus, võime reageerida väliskeskkonna muutustele on seotud teatud keemiliste transformatsioonide kompleksidega.

Keemia tähtsus elu uurivate teaduste seas on erakordselt suur. Just keemia paljastas klorofülli kui fotosünteesi keemilise baasi olulisema rolli, hemoglobiini kui hingamisprotsessi alusena, tehti kindlaks närvilise ergastuse edasikandumise keemiline olemus, määrati nukleiinhapete struktuur jne. Kuid peamine on see, et objektiivselt on bioloogiliste protsesside, elusolendite funktsioonide aluseks keemilised mehhanismid. Kõik elusorganismis toimuvad funktsioonid ja protsessid on väljendatavad keemia keeles, spetsiifiliste keemiliste protsesside kujul.

Muidugi oleks vale taandada elunähtused keemilistele protsessidele. See oleks jäme mehhaaniline lihtsustus. Ja selle selgeks tõendiks on elussüsteemide keemiliste protsesside spetsiifilisus võrreldes elututega. Selle spetsiifilisuse uurimine paljastab aine liikumise keemiliste ja bioloogiliste vormide ühtsuse ja vastastikuse seose. Samast räägivad ka teised teadused, mis tekkisid bioloogia, keemia ja füüsika ristumiskohas: biokeemia on teadus elusorganismide ainevahetusest ja keemilistest protsessidest; bioorgaaniline keemia - teadus elusorganisme moodustavate ühendite ehitusest, funktsioonidest ja sünteesiviisidest; füüsikaline ja keemiline bioloogia kui teadus komplekssete infoedastussüsteemide toimimisest ja bioloogiliste protsesside reguleerimisest molekulaarsel tasandil, samuti biofüüsika, biofüüsikaline keemia ja kiirgusbioloogia.

Selle protsessi peamisteks saavutusteks olid rakkude metabolismi keemiliste produktide määramine (ainevahetus taimedes, loomades, mikroorganismides), nende produktide bioloogiliste radade ja biosünteesi tsüklite loomine; viidi ellu nende kunstlik süntees, avastati regulatsiooni- ja päriliku molekulaarmehhanismi materiaalsed alused ning selgitati suurel määral keemiliste protsesside tähendust raku ja laiemalt elusorganismide energiaprotsessides.

Tänapäeval muutub keemia jaoks eriti oluliseks bioloogiliste printsiipide rakendamine, millesse koondub paljude miljonite aastate jooksul saadud kogemus elusorganismide kohanemisest Maa tingimustega, kõige arenenumate mehhanismide ja protsesside loomise kogemus. Sellel teel on juba teatud saavutusi.

Rohkem kui sajand tagasi mõistsid teadlased, et bioloogiliste protsesside erakordse efektiivsuse aluseks on biokatalüüs. Seetõttu seadsid keemikud endale eesmärgiks luua eluslooduse katalüütilisel kogemusel põhinev uus keemia. Sellesse ilmub uus keemiliste protsesside juhtimine, kus rakendatakse sarnaste molekulide sünteesi põhimõtteid, luuakse ensüümide põhimõttel nii erinevate omadustega katalüsaatorid, mis ületavad kaugelt meie tööstuses olemasolevaid.

Hoolimata asjaolust, et ensüümidel on kõigile katalüsaatoritele omased ühised omadused, ei ole nad siiski viimastega identsed, kuna toimivad elussüsteemides. Seetõttu seisavad kõik katsed kasutada eluslooduse kogemusi anorgaanilises maailmas toimuvate keemiliste protsesside kiirendamiseks tõsiste piirangutega. Seni saab rääkida vaid osade ensüümide funktsioonide modelleerimisest ja nende mudelite kasutamisest elussüsteemide aktiivsuse teoreetiliseks analüüsiks, samuti eraldatud ensüümide osalisest praktilisest rakendamisest mõne keemilise reaktsiooni kiirendamiseks.

Siin on ilmselt kõige lootustandvam suund biokatalüüsi põhimõtete rakendamisele keemias ja keemiatehnoloogias keskendunud uuringud, mille jaoks on vaja uurida kogu eluslooduse katalüütilist kogemust, sealhulgas ensüümi moodustumise kogemust. ise, rakk ja isegi organism.

Elementaarsete avatud katalüütiliste süsteemide enesearengu teooria, mille kõige üldisemal kujul esitas professor A.P. Rudenko aastal 1964, on üldine keemilise evolutsiooni ja biogeneesi teooria. See lahendab küsimusi evolutsiooniprotsessi liikumapanevate jõudude ja mehhanismide kohta, see tähendab keemilise evolutsiooni seaduste kohta, elementide ja struktuuride valiku ja nende põhjuste kohta, keemilise organiseerituse kõrguse ja sellest tulenevalt keemiliste süsteemide hierarhia kohta. evolutsioonist.

Selle teooria teoreetiline tuum on seisukoht, et keemiline evolutsioon on katalüütiliste süsteemide iseareng ja seetõttu on katalüsaatorid arenev aine. Reaktsiooni käigus toimub nende katalüütiliste tsentrite loomulik valik, millel on suurim aktiivsus. Katalüütiliste süsteemide eneseareng, iseorganiseerumine ja isekomplitseerimine toimub transformeeritava energia pideva sissevoolu tõttu. Ja kuna põhiline energiaallikas on põhireaktsioon, saavad eksotermiliste reaktsioonide alusel arenevad katalüütilised süsteemid maksimaalsed evolutsioonilised eelised. Seega pole põhireaktsioon mitte ainult energiaallikas, vaid ka vahend katalüsaatorite kõige progressiivsemate evolutsiooniliste muutuste valimiseks.

Neid seisukohti arendades on A.P. Rudenko sõnastas keemilise evolutsiooni põhiseaduse, mille kohaselt moodustuvad suurima kiiruse ja tõenäosusega need katalüsaatori evolutsiooniliste muutuste teed, millel toimub selle absoluutse aktiivsuse maksimaalne kasv.

Avatud katalüütiliste süsteemide enesearengu teooria praktiline tagajärg on nn "mittestatsionaarne tehnoloogia", see tähendab muutuvate reaktsioonitingimustega tehnoloogia. Tänapäeval jõuavad teadlased järeldusele, et statsionaarne režiim, mille usaldusväärne stabiliseerimine näis olevat tööstusprotsessi kõrge efektiivsuse võti, on mittestatsionaarse režiimi puhul vaid erijuht. Samal ajal leiti palju mittestatsionaarseid režiime, mis aitavad kaasa reaktsiooni intensiivistumisele.

Praegu on juba näha väljavaated uue keemia tekkeks ja arenguks, mille baasil luuakse jäätmevaene, jäätmevabu ja energiasäästlikke tööstustehnoloogiaid.

Tänaseks on keemikud jõudnud järeldusele, et kasutades samu põhimõtteid, millele on üles ehitatud organismide keemia, on tulevikus (loodust täpselt kordamata) võimalik ehitada põhimõtteliselt uus keemia, uus keemiliste protsesside juhtimine, kus rakendatakse sarnaste molekulide sünteesi põhimõtteid. Kavas on luua muundurid, mis kasutavad suure kasuteguriga päikesevalgust, muutes selle keemiliseks ja elektrienergiaks ning keemilise energia suure intensiivsusega valguseks.

Järeldus

Kaasaegset keemiat esindavad paljud erinevad suunad teadmiste arendamisel aine olemuse ja selle muundamise meetodite kohta. Samas pole keemia lihtsalt ainetealaste teadmiste summa, vaid kõrgelt korrastatud, pidevalt arenev teadmiste süsteem, millel on oma koht teiste loodusteaduste seas.

Keemia uurib keemiliste nähtuste materiaalsete kandjate kvalitatiivset mitmekesisust, aine liikumise keemilist vormi. Kuigi struktuurilt ristub see teatud valdkondades füüsika, bioloogia ja teiste loodusteadustega, säilitab see oma eripära.

Üks olulisemaid objektiivseid aluseid keemia kui iseseisva loodusteadusliku distsipliini esiletõstmiseks on ainete seoste keemia eripära tunnistamine, mis väljendub eelkõige jõudude kompleksis ja erinevat tüüpi vastasmõjudes, mis määravad olemasolu. kahe- ja polüaatomilistest ühenditest. Seda kompleksi iseloomustatakse tavaliselt kui keemilist sidet, mis tekib või katkeb aine organisatsiooni aatomitasandi osakeste interaktsiooni käigus. Keemilise sideme tekkimist iseloomustab elektrontiheduse märkimisväärne ümberjaotumine võrreldes sideme kaugusele lähedal asuvate sidumata aatomite või aatomifragmentide elektrontiheduse lihtsa asukohaga. See omadus eraldab kõige täpsemalt keemilise sideme erinevatest molekulidevaheliste interaktsioonide ilmingutest.

Keemia kui teaduse osatähtsuse pideva suurenemisega loodusteaduste sees kaasneb fundamentaal-, kompleks- ja rakendusuuringute kiire areng, uute soovitud omadustega materjalide ja uute protsesside kiirem väljatöötamine tootmistehnoloogia ja -töötlemise valdkonnas. ained.

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

Majutatud aadressil http://www.allbest.ru/

Plaan

1. Loodusteadus kui loodusteadus. Põhilised loodusteadused ja nende seos

2. Kvantfüüsika ja selle aluspõhimõtted. Osakeste ja antiosakeste maailm

3. Mehaanika. Klassikalise mehaanika põhiseadused

1. Loodusteadus kui loodusteadus. Põhilised loodusteadused ja nende seos

loodusteadus teadus loodus . Kaasaegses maailmas on loodusteadus loodusteaduste ehk nn loodusteaduste süsteem, mida võetakse vastastikuses seoses ja mis reeglina põhinevad uurimisobjektide kirjeldamise matemaatilistel meetoditel.

Loodusteadus:

Üks kolmest peamisest loodusteaduslike teadmiste valdkonnast, ühiskonnast ja mõtlemisest;

See on tööstus- ja põllumajandustehnoloogia ning meditsiini teoreetiline alus

See on maailmapildi loodusteaduslik alus.

Olles aluseks teadusliku maailmapildi kujunemisele, on loodusteadus teatud seisukohtade süsteem ühe või teise arusaama kohta loodusnähtustest või protsessidest. Ja kui selline vaadete süsteem omandab ühe, määratleva iseloomu, siis reeglina nimetatakse seda mõisteks. Aja jooksul ilmnevad uued empiirilised faktid ja üldistused ning protsesside mõistmise seisukohtade süsteem muutub, tekivad uued mõisted.

Kui käsitleme loodusteaduste ainevaldkonda võimalikult laialt, siis hõlmab see:

Aine liikumise erinevad vormid looduses;

Nende materiaalsed kandjad, mis moodustavad mateeria struktuurse korralduse tasandite "redeli";

Nende seos, sisemine struktuur ja teke.

Kuid see ei olnud alati nii. Seadme probleemid, kõige Universumis (Kosmoses) leiduva organisatsiooni päritolu, kuulusid 4.-6.sajandil "füüsika" alla. Ja Aristoteles nimetas nende probleemidega tegelejaid lihtsalt "füüsikuteks" või "füsioloogideks", sest. vanakreeka sõna "füüsika" on võrdne sõnaga "loodus".

Kaasaegses loodusteaduses käsitletakse loodust mitte abstraktselt, väljaspool inimtegevust, vaid konkreetselt kui inimese mõju all olevat, sest selle teadmised ei saavutata mitte ainult spekulatiivse, teoreetilise, vaid ka inimeste praktilise tootmistegevusega.

Seega täiustatakse loodusteadust kui looduse peegeldust inimteadvuses selle aktiivse ümberkujundamise protsessis ühiskonna huvides.

Loodusteaduse eesmärgid tulenevad sellest:

Loodusnähtuste olemuse, nende seaduspärasuste paljastamine ja selle põhjal uute nähtuste ennustamine või loomine;

Oskus kasutada praktikas teadaolevaid loodusseadusi, jõude ja aineid.

Siit järeldub, et kui ühiskond on huvitatud kõrgelt kvalifitseeritud spetsialistide koolitamisest, kes suudavad oma teadmisi produktiivselt kasutada, siis kaasaegse loodusteaduse mõistete uurimise eesmärk ei ole mitte füüsika, keemia, bioloogia vms õppimine, vaid peidus olevate paljastamine. seosed, mis loovad füüsikaliste, keemiliste ja bioloogiliste nähtuste orgaanilise ühtsuse.

Loodusteadused on:

Teadused kosmose, selle struktuuri ja evolutsiooni kohta (astronoomia, kosmoloogia, astrofüüsika, kosmokeemia jne);

Füüsikateadused (füüsika) - teadused loodusobjektide sügavaimatest seadustest ja samal ajal - nende muutuste kõige lihtsamatest vormidest;

Keemiateadused (keemia) - teadused ainetest ja nende muundumisest

Bioloogiateadused (bioloogia) - bioteadused;

Maateadused (geonoomia) – siia kuuluvad: geoloogia (teadus maakoore ehitusest), geograafia (teadus maapinna suuruse ja kuju kohta) jne.

Loetletud teadused ei ammenda kogu loodusteadust, sest. inimene ja inimühiskond on loodusest lahutamatud, nad on osa sellest.

Inimese soov ümbritseva maailma tundmise järele väljendub tema uurimistegevuse erinevates vormides, meetodites ja suundades. Objektiivse maailma iga põhiosa – loodust, ühiskonda ja inimest – uurivad omaette teadused. Loodusteaduslike teadmiste terviku moodustab loodusteadus ehk teadmine loodusest ("loodus" - loodus - ja "teadmised").

Loodusteadus on loodusteaduste kogum, mille uurimisobjektiks on erinevad loodusnähtused ja protsessid, nende evolutsiooniseadused. Lisaks on loodusteadus omaette iseseisev loodusteadus kui tervik. See võimaldab teil uurida kõiki meid ümbritseva maailma objekte sügavamalt, kui ükski loodusteadus seda teha suudab. Seetõttu on loodusteadus koos ühiskonna- ja mõtlemisteadustega inimese teadmiste kõige olulisem osa. See hõlmab nii teadmiste hankimise tegevust kui ka selle tulemusi, st loodusprotsesside ja nähtuste kohta teaduslike teadmiste süsteemi.

Loodusteadusliku aine eripära seisneb selles, et ta uurib samu loodusnähtusi korraga mitme teaduse seisukohalt, paljastades kõige üldisemad mustrid ja suundumused, pidades loodust justkui ülalt. Ainult nii saab loodust esitleda ühtse tervikliku süsteemina, avada alused, millele on rajatud kogu ümbritseva maailma objektide ja nähtuste mitmekesisus. Selliste uuringute tulemuseks on põhiseaduste formuleerimine, mis seovad mikro-, makro- ja megamaailma, Maad ja Kosmost, füüsikalisi ja keemilisi nähtusi elu ja meelega Universumis. Selle kursuse põhieesmärk on looduse kui ühtse terviklikkuse mõistmine, sügavamate seoste otsimine füüsikaliste, keemiliste ja bioloogiliste nähtuste vahel, samuti peidetud seoste tuvastamine, mis loovad nende nähtuste orgaanilise ühtsuse.

Loodusteaduse struktuur on keeruline hargnenud teadmiste süsteem, mille kõik osad on hierarhilise alluvuse suhtes. See tähendab, et loodusteaduste süsteemi saab kujutada omamoodi redelina, mille iga aste on vundamendiks sellele järgnevale teadusele ning tugineb omakorda eelneva teaduse andmetele.

Niisiis, kõigi loodusteaduste alus, alus on füüsika, mille teemaks on kehad, nende liikumised, muundumised ja avaldumisvormid erinevatel tasanditel.

Järgmine samm hierarhias on keemia, mis uurib keemilisi elemente, nende omadusi, muundumisi ja ühendeid.

Keemia on omakorda aluseks bioloogiale – elavate teadusele, mis uurib rakku ja kõike sellest tulenevat. Bioloogia põhineb teadmistel ainest, keemilistest elementidest.

Maateadused (geoloogia, geograafia, ökoloogia jne) on loodusteaduse struktuuri järgmine aste. Nad võtavad arvesse meie planeedi struktuuri ja arengut, mis on füüsikaliste, keemiliste ja bioloogiliste nähtuste ja protsesside keeruline kombinatsioon.

Selle suurejoonelise loodusealaste teadmiste püramiidi lõpetab kosmoloogia, mis uurib universumit tervikuna. Osa nendest teadmistest on astronoomia ja kosmogoonia, mis uurivad planeetide, tähtede, galaktikate jne ehitust ja päritolu. Sellel tasemel toimub uus tagasipöördumine füüsika juurde. See võimaldab rääkida loodusteaduse tsüklilisusest, suletud olemusest, mis ilmselgelt peegeldab Looduse enda üht olulisemat omadust.

Teaduses toimuvad kõige keerulisemad teaduslike teadmiste eristamise ja integreerimise protsessid. Teaduse diferentseerimine on kitsamate, privaatsete uurimisvaldkondade eraldamine mis tahes teaduse sees, nende muutmine iseseisvateks teadusteks. Seega paistsid füüsikas silma tahkisfüüsika ja plasmafüüsika.

Teaduse integratsioon on uute teaduste tekkimine vanade sõlmpunktides, teaduslike teadmiste ühendamise protsesside avaldumine. Seda tüüpi teaduste näideteks on füüsikaline keemia, keemiline füüsika, biofüüsika, biokeemia, geokeemia, biogeokeemia, astrobioloogia jne.

Loodusteadus on loodusteaduste kogum, mille uurimisobjektiks on erinevad loodusnähtused ja protsessid, nende evolutsiooniseadused.

Metafüüsika (kreeka meta ta physika – pärast füüsikat) on filosoofiline õpetus ülitundlikest (kogemisele ligipääsmatutest) olemispõhimõtetest.

Naturfilosoofia on looduse spekulatiivne tõlgendus, selle kui terviku tajumine.

Süsteemne lähenemine on idee maailmast kui mitmetasandiliste süsteemide kogumist, mida ühendavad hierarhilised alluvussuhted.

2. Kvantfüüsika ja selle peamised rakendusedincipi. Osakeste ja antiosakeste maailm

Aastal 1900 Saksa füüsik M. Planck demonstreeris oma uurimistööga, et energia kiirgus toimub diskreetselt, teatud osadena – kvantidena, mille energia sõltub valguslaine sagedusest. M. Plancki teooria ei vajanud eetri mõistet ja ületas J. Maxwelli elektrodünaamika vastuolud ja raskused. M. Plancki katsed viisid valguse kahetise olemuse äratundmiseni, millel on nii korpuskulaarsed kui lainelised omadused. On selge, et selline järeldus ei sobinud kokku klassikalise füüsika ideedega. M. Plancki teooria tähistas uue kvantfüüsika algust, mis kirjeldab mikrokosmoses toimuvaid protsesse.

A. Einstein pakkus M. Plancki ideedele tuginedes välja valguse footoniteooria, mille kohaselt on valgus liikuvate kvantide voog. Valguse kvantteooria (footoniteooria) käsitleb valgust kui katkendliku struktuuriga lainet. Valgus on jagamatute valguskvantide – footonite voog. A. Einsteini hüpotees võimaldas seletada fotoelektrilise efekti fenomeni – elektronide väljalöömist ainest elektromagnetlainete mõjul. Sai selgeks, et footon lööb elektroni välja ainult siis, kui footoni energia on piisav, et ületada elektronide ja aatomituuma vastastikmõju jõud. 1922. aastal sai A. Einstein Nobeli preemia valguse kvantteooria loomise eest.

Fotoelektrilise efekti protsessi selgitamisel lähtuti lisaks M. Plancki kvanthüpoteesile ka uutest ideedest aatomi ehituse kohta. 1911. aastal Inglise füüsik E. Rutherford pakkus välja aatomi planeedimudeli. Mudel kujutas aatomit positiivselt laetud tuumana, mille ümber tiirlevad negatiivselt laetud elektronid. Elektronide liikumisest orbiitidel tekkivat jõudu tasakaalustab positiivselt laetud tuuma ja negatiivselt laetud elektronide vaheline tõmbejõud. Aatomi kogulaeng on null, kuna tuuma ja elektronide laengud on üksteisega võrdsed. Peaaegu kogu aatomi mass on koondunud selle tuumasse ja elektronide mass on tühine. Aatomi planetaarse mudeli abil selgitati alfaosakeste kõrvalekaldumise nähtust aatomi läbimisel. Kuna aatomi suurus on võrreldes elektronide ja tuuma suurusega suur, siis alfaosake läbib seda takistusteta. Läbipainet täheldatakse ainult siis, kui alfaosake möödub tuuma lähedalt, sel juhul põhjustab elektriline tõukejõud selle järsu kõrvalekaldumise oma algselt teelt. 1913. aastal Taani füüsik N. Bohr pakkus välja täiuslikuma aatomi mudeli, täiendades E. Rutherfordi ideid uute hüpoteesidega. N. Bohri postulaadid olid järgmised:

1. Statsionaarsete olekute postulaat. Elektron teeb aatomis liikumatutel orbiitidel stabiilseid orbitaalseid liikumisi, ei kiirga ega neela energiat.

2. Sageduste reegel. Elektron on võimeline liikuma ühelt statsionaarselt orbiidilt teisele, samal ajal kiirgades või neelates energiat. Kuna orbiitide energiad on diskreetsed ja konstantsed, siis ühelt neist teisele liikudes eraldub või neeldub alati teatud osa energiast.

Esimene postulaat võimaldas vastata küsimusele: miks elektronid, liikudes ringikujulistel orbiitidel ümber tuuma, sellele ei lange, s.t. Miks jääb aatom stabiilseks?

Teine postulaat selgitas elektronikiirguse spektri katkestust. N. Bohri kvantpostulaadid tähendasid klassikaliste füüsikaliste mõistete tagasilükkamist, mida seni peeti absoluutselt tõeseks.

Vaatamata kiirele äratundmisele ei andnud N. Bohri teooria siiski paljudele küsimustele vastuseid. Eelkõige ei ole teadlased suutnud täpselt kirjeldada mitme elektroniga aatomeid. Selgus, et see on tingitud elektronide lainelisest olemusest, mida on ekslik kujutada teatud orbiitidel liikuvate tahkete osakestena.

Tegelikkuses võivad elektroni olekud muutuda. N. Bohr väitis, et mikroosakesed ei ole ei laine ega kehake. Ühte tüüpi mõõteriistade puhul käituvad need pideva väljana, teise puhul nagu diskreetsed materjaliosakesed. Selgus, et ka ettekujutus elektronide liikumise täpsetest orbiitidest on ekslik. Tänu oma lainelisele olemusele on elektronid pigem "määrdunud" aatomi kohale ja üsna ebaühtlaselt. Teatud punktides saavutab nende laengutihedus maksimumi. Maksimaalse elektronlaengutiheduse punkte ühendav kõver on selle "orbiit".

20-30ndatel. W. Heisenberg ja L. de Broglie panid aluse uuele teooriale – kvantmehaanikale. 1924. aastal filmis "Valgus ja mateeria"

L. de Broglie pakkus välja laine-osakeste duaalsuse universaalsuse, mille kohaselt kõik mikroobjektid võivad käituda nii lainetena kui ka osakestena. Tuginedes juba väljakujunenud valguse duaalsele (korpuskulaarsele ja lainelisele) olemusele, väljendas ta ideed mis tahes materjaliosakeste laineomadustest. Nii näiteks käitub elektron elektromagnetväljas liikudes nagu osake ja kristalli läbides nagu laine. Seda ideed nimetatakse korpuskulaarlaine dualismiks. Korpuskulaarlaine dualismi põhimõte kehtestab mateeria diskreetsuse ja pidevuse ühtsuse.

1926. aastal E. Schrödinger ehitas L. de Broglie ideedele tuginedes lainemehaanika. Tema arvates on kvantprotsessid laineprotsessid, seetõttu on klassikaline kujutlus ruumis kindla koha hõivavast materiaalsest punktist adekvaatne vaid makroprotsesside jaoks ja mikromaailma jaoks täiesti vale. Mikrokosmoses eksisteerib osake nii laine kui ka korpusklina. Kvantmehaanikas võib elektroni käsitleda kui lainet, mille pikkus sõltub selle kiirusest. E. Schrödingeri võrrand kirjeldab mikroosakeste liikumist jõuväljades ja võtab arvesse nende laineomadusi.

Nendele ideedele tuginedes 1927. a. sõnastati komplementaarsuse printsiip, mille kohaselt mikrokosmoses toimuvate protsesside laine- ja korpuskulaarsed kirjeldused ei välista, vaid täiendavad üksteist ning ainult ühtsuses annavad täieliku kirjelduse. Ühe lisasuuruse täpsel mõõtmisel toimub teises kontrollimatu muutus. Osakese ja laine mõisted mitte ainult ei täienda üksteist, vaid on samal ajal ka vastuolus. Need on toimuvast täiendavad pildid. Korpuskulaarlaine dualismi väide sai kvantfüüsika aluseks.

1927. aastal Saksa füüsik W. Heisenberg jõudis järeldusele, et osakese ja selle kiirusest sõltuva impulsi koordinaate on võimatu üheaegselt täpselt mõõta, neid suurusi saame määrata vaid teatud tõenäosusega. Klassikalises füüsikas eeldatakse, et liikuva objekti koordinaate saab määrata absoluutse täpsusega. Kvantmehaanika piirab seda võimalust tõsiselt. W. Heisenberg oma töös "Aatomituuma füüsika" visandas oma ideed.

W. Heisenbergi järeldust nimetatakse määramatuse suhte printsiibiks, mis on kvantmehaanika füüsikalise tõlgenduse aluseks. Selle olemus on järgmine: mikroosakeste erinevate füüsikaliste omaduste - koordinaadi ja impulsi - üheaegselt täpseid väärtusi pole võimalik saada. Kui saame ühe suuruse täpse väärtuse, siis teine ​​jääb täiesti ebakindlaks, füüsikaliste suuruste mõõtmisel on põhimõttelised piirangud, mis iseloomustavad mikroobjekti käitumist.

Seega järeldas W. Heisenberg, et tegelikkus erineb sõltuvalt sellest, kas me seda jälgime või mitte. "Kvantteooria ei võimalda enam täiesti objektiivset looduse kirjeldamist," kirjutas ta. Mõõteseade mõjutab mõõtmistulemusi, s.t. teaduslikus eksperimendis osutub inimese mõju eemaldamatuks. Eksperimendi olukorras seisame silmitsi mõõteseadme subjekti-objekti ühtsusega ning uuritava reaalsusega.

Oluline on märkida, et see asjaolu ei ole seotud mõõteriistade ebatäiuslikkusega, vaid on mikroobjektide objektiivsete korpuskulaarlaineomaduste tagajärg. Nagu füüsik M. Born väitis, on lained ja osakesed vaid füüsilise reaalsuse "projektsioonid" eksperimentaalsesse olukorda.

Kaks kvantfüüsika aluspõhimõtet – määramatuse suhte põhimõte ja komplementaarsuse põhimõte – näitavad, et teadus keeldub kirjeldamast ainult dünaamilisi seadusi. Kvantfüüsika seadused on statistilised. Nagu kirjutab V. Heisenberg, "aatomiprotsessidega katsetes tegeleme asjade ja faktidega, mis on sama reaalsed kui kõik igapäevaelu nähtused. Kuid aatomid või elementaarosakesed pole sel määral tõelised. Pigem moodustavad nad maailma tendentsidest või võimalustest kui asjade ja faktide maailm." Seejärel sai kvantteooria tuumafüüsika aluseks ja 1928. a. P. Dirac pani aluse relativistlikule kvantmehaanikale.

3. Mehaanika. Peamineklassikalise mehaanika seadused

loodusteadus teadus mehaanika kvant

Klassikaline mehaanika on füüsikateooria, mis kehtestab makroskoopiliste kehade liikumisseadused, mille kiirus on palju väiksem kui valguse kiirus vaakumis.

Klassikaline mehaanika jaguneb järgmisteks osadeks:

Staatika (mis arvestab kehade tasakaalu)

Kinemaatika (mis uurib liikumise geomeetrilisi omadusi, arvestamata selle põhjuseid)

Dünaamika (mis arvestab kehade liikumist).

Newtoni kolm seadust moodustavad klassikalise mehaanika aluse:

Newtoni esimene seadus postuleerib spetsiaalsete tugiraamistike, mida nimetatakse intertsiaalseteks, olemasolu, milles iga keha säilitab puhkeseisundi või ühtlase sirgjoonelise liikumise, kuni sellele mõjuvad teiste kehade jõud (inertsiseadus).

Newtoni teine ​​seadus ütleb, et inertsiaalsetes võrdlusraamides on iga keha kiirendus võrdeline sellele mõjuvate jõudude summaga ja pöördvõrdeline keha massiga (F = ma).

Newtoni kolmas seadus ütleb, et kui suvalised kaks keha interakteeruvad, kogevad nad üksteiselt jõudu, mis on suuruselt võrdsed ja suunalt vastupidised (tegevus võrdub reaktsiooniga).

Nende Newtoni mehaanika põhiseaduste alusel füüsiliste kehade liikumise arvutamiseks tuleb neid täiendada kehade vahel erinevatel vastastikmõjudel tekkivate jõudude kirjeldusega. Kaasaegses füüsikas käsitletakse paljusid erinevaid jõude: gravitatsioon, hõõrdumine, rõhk, pinge, Archimedes, tõstejõud, Coulomb (elektrostaatiline), Lorentz (magnetiline) jne Kõik need jõud sõltuvad vastastikku mõjutavate kehade suhtelisest asendist ja kiirusest.

Klassikaline mehaanika on omamoodi mehaanika (füüsika haru, mis uurib kehade asendi muutumise seadusi ja seda põhjustavaid põhjuseid), mis põhineb Newtoni 3 seadusel ja Galileo relatiivsusprintsiibil. Seetõttu nimetatakse seda sageli "Newtoni mehaanikaks". Klassikalises mehaanikas on olulisel kohal inertsiaalsüsteemide olemasolu. Klassikaline mehaanika jaguneb staatikaks (mis arvestab kehade tasakaalu) ja dünaamikaks (mis arvestab kehade liikumist). Klassikaline mehaanika annab igapäevases kogemuses väga täpseid tulemusi. Kuid süsteemide puhul, mis liiguvad suurel kiirusel, mis läheneb valguse kiirusele, annab täpsemaid tulemusi relativistlik mehaanika, mikroskoopiliste mõõtmetega süsteemide puhul - kvantmehaanika ja mõlema omadusega süsteemide puhul - kvantväljateooria. Sellegipoolest säilitab klassikaline mehaanika oma väärtuse, sest seda on palju lihtsam mõista ja kasutada kui teisi teooriaid ning see läheneb laias ulatuses tegelikkusele üsna hästi. Klassikalist mehaanikat saab kasutada selliste objektide liikumise kirjeldamiseks nagu topsid ja pesapallid, paljude astronoomiliste objektide (nagu planeedid ja galaktikad) ja isegi paljude mikroskoopiliste objektide, nagu orgaanilised molekulid, liikumise kirjeldamiseks. Kuigi klassikaline mehaanika ühildub üldjoontes teiste "klassikaliste teooriatega", nagu klassikaline elektrodünaamika ja termodünaamika, leiti 19. sajandi lõpus ebakõlasid, mida sai lahendada ainult kaasaegsemate füüsikateooriate abil. Eelkõige ennustab klassikaline elektrodünaamika, et valguse kiirus on kõigi vaatlejate jaoks konstantne, mida on raske klassikalise mehaanikaga ühildada ja mis viis erirelatiivsusteooria loomiseni. Klassikalise termodünaamikaga koos vaadeldes viib klassikaline mehaanika Gibbsi paradoksini, mille puhul on võimatu täpselt määrata entroopia suurust ja ultraviolettkatastroofi, mille puhul must keha peab kiirgama lõpmatu hulga energiat. Katsed neid probleeme lahendada viisid kvantmehaanika väljatöötamiseni.

Majutatud saidil Allbest.ru

...

Sarnased dokumendid

Loodusteaduse kui loodusteaduste süsteemi põhikomponendid. Aleksandria teaduse arengu periood. Newtoni mehaanika põhiseadused. Elektromagnetismi õpetuse loomise etapid. Kvantmehaanika. stöhhiomeetrilised seadused. Katalüüsi fenomen.

test, lisatud 16.01.2009


Kursuse "Kaasaegse loodusteaduse mõisted" eesmärgid ja eesmärgid, selle distsipliini koht teiste teaduste süsteemis. F. Engelsi pakutud teaduste klassifikatsioon. Füüsikaliste, keemiliste ja bioloogiliste teadmiste seos. Atmosfääriprotsesside tüübid looduses.

kontrolltöö, lisatud 13.06.2013


Loodusteaduse koht kaasaegses teaduslikus maailmapildis. Keskaja teaduse panus teaduslike teadmiste arengusse. Näide paradigma muutusest arheoloogias on võitlus evolutsionismi ja migratsiooni mõistete vahel. Teaduse areng keskajal, Leonardo da Vinci panus.

abstraktne, lisatud 12.09.2010


Teaduse tähendus tänapäeva kultuuris ja teadusliku teadmise struktuur. Euroopa loodusteaduse evolutsiooni peamised etapid. Füüsiliste interaktsioonide tüübid. Mehaaniline, elektromagnetiline ja kvantrelativistlik maailmapilt. Aatomi ehituse mudelid.

õpetus, lisatud 27.01.2010


Loodusteaduse kui teadusliku teadmise haru definitsioon, selle erinevus teistest teadustest, loodusteaduse osadest. Teadus kui üks sotsiaalse teadvuse vorme. Reaalsuse erinevate protsesside ja nähtuste kui teaduse põhieesmärkide kirjeldamine ja selgitamine.

abstraktne, lisatud 16.04.2011


Klassikaline mehaanika kui loodusteaduste teooria alus. Klassikalise loodusteaduse tekkimine ja areng. Copernicuse süsteem. Gallileo Gallilei. Isaac Newton. Klassikalise mehaanika aluste kujunemine. Flux meetod.

kontrolltööd, lisatud 10.06.2007


Teadmiste süstematiseerimine eraldi teadusteks. Loodusteaduse tekkimine ja areng, põhimõisted ja eesmärgid. Loodusteaduslike teadmiste seos inimese tootmis- ja töötegevusega. Loodusteaduse ja ühiskonna suhe ja vastastikune sõltuvus.

test, lisatud 04.04.2009


Mõiste kui uurimismeetodite põhiideede kogum ja tulemuste kirjeldus, teaduse funktsioonid. Maailmapildid - teaduslikud, mehaanilised, elektromagnetilised ja kaasaegsed (ühendavad kõik loodusteadused). Põhiprintsiibid, millel need põhinevad.

abstraktne, lisatud 10.06.2010


Loodusteadus kui teaduslike teadmiste süsteem looduse, ühiskonna ja mõtlemise kohta nende vastastikuses seoses. Aine liikumise vormid looduses. Loodusteaduse õppeaine, eesmärgid, arengumustrid ja tunnused, empiirilised, teoreetilised ja rakenduslikud aspektid.

abstraktne, lisatud 15.11.2010


Füüsika ja loodusteadus. Kvantmehaanika ja kvantfüüsika kujunemine, nende seaduste ja põhimõtete eripära. Põhimõisted "elementaarne", "lihtne-keeruline", "jaotus". Elementaarosakeste mitmekesisus ja ühtsus, nende klassifitseerimise probleem.

• Jan Amos Comeniuse tegevus ja pedagoogilised vaated
• Kiirusekonstant arvutatakse valemiga Kiirustandi väärtus
• Kahekomponentsete süsteemide faasiskeemid "polümeer - lahusti" Kahekomponentsete süsteemide "polümeer - lahusti" faasiskeemid
• Optiliste spektrite peen- ja hüperpeenstruktuur
• Kuidas nullist iseseisvalt keemiat õppida: tõhusad viisid
• Alkeenide omadused ja omadused
• Üliõpilase tunnused praktikakohast
• Ettevõttes praktikal olnud üliõpilase tunnused: reeglite kirjutamine
• Faraday elulugu. Suured teadlased. Michael Faraday. elektromagnetilise pöörlemise avastamine
• Kaasaegsed uuendused hariduses

• Benseenitsüklil olevad asendajad jagunevad kahte rühma Benseenitsükli reaktsioonid
• Keemiliste reaktsioonide liigid orgaanilises keemias Elektrofiilsed liitumisreaktsioonid
• Heterogeensete segude eraldamise meetodid
• Polümetakrüülhape
• VI A alarühma elementide üldised omadused Alarühma elemendid 6a
• Füüsika teoreetilised alused
• Graafiteooria keemias. graafikuteooria. Graafiteooria põhimõisted ja teoreemid
• Algebra ja harmoonia keemilistes rakendustes
• Testid kursusel „Ökoloogia ja looduskorraldus
• WWF Venemaa direktor Igor Chestin: Jakuutia on üks liidreid, ma tean, et te reisite palju… Miks teil seda vaja on