Prírodná veda. Interdisciplinárne prepojenia chémie s inými disciplínami Chémia v systéme prírodných vied

Hmota je to, z čoho sa skladajú fyzické telá.

Existuje veľa látok a všetky majú iné vlastnosti. Napríklad cukor a kuchynská soľ sú biele kryštalické pevné látky, líšia sa však chuťou a rozpustnosťou vo vode; voda a acetón sú bezfarebné kvapaliny, ale voda je bez zápachu a acetón, ktorý poznáte ako dobré rozpúšťadlo pre laky a farby, má charakteristický zápach; kyslík a vodík sú bezfarebné plyny, ale vodík je 16-krát ľahší ako kyslík.

Jednou z úloh chémie je naučiť sa rozlišovať látky podľa ich fyzikálnych a chemických vlastností a niekedy aj podľa ich fyziologického pôsobenia. Napríklad známu látku - kuchynskú soľ - možno charakterizovať takto: biela tuhá látka, slanej chuti, krehká, rozpustná vo vode, bod topenia 801 °C, bod varu 1465 °C.

Ďalšou úlohou chémie je získavanie rôznych látok, z ktorých mnohé sa v prírode nenachádzajú: plasty, niektoré minerálne hnojivá (superfosfát, dusičnan amónny), prípravky na ochranu rastlín, lieky (aspirín, streptocid), čistiace prostriedky atď. Tieto látky sa získavajú rôznymi chemickými premenami.

Prepojenie chémie s inými vedami

Chémia je jedným z odborov prírodných vied, je úzko prepojená tak s ostatnými vedami, ako aj so všetkými odvetviami národného hospodárstva.

Premenu jednej látky na druhú sprevádzajú rôzne fyzikálne javy, ako napríklad uvoľňovanie alebo pohlcovanie tepla. Chemici preto potrebujú poznať fyziku.

Základom existencie voľne žijúcich živočíchov je metabolizmus. Biológ, ktorý nepozná zákony chémie, nebude schopný pochopiť a vysvetliť tento proces.

Chemické znalosti sú potrebné aj pre geológa. Pomocou nich bude úspešne hľadať minerály. Lekár, farmaceut, kozmetológ, hutník, kulinársky špecialista bez príslušného chemického vzdelania nedosiahne vrcholy zručnosti.

Chémia je exaktná veda. Pred vykonaním chemického experimentu a po jeho ukončení chemik vykoná potrebné výpočty. Ich výsledky umožňujú vyvodiť správne závery. Preto je činnosť chemika nemožná bez znalosti matematiky.

Kontaktom chémie s inými vedami vznikajú špecifické oblasti ich vzájomného prenikania. Oblasti prechodu medzi chémiou a fyzikou sú teda reprezentované fyzikálnou chémiou a chemickou fyzikou. Medzi chémiou a biológiou, chémiou a geológiou vznikli špeciálne hraničné oblasti - geochémia, biochémia, biogeochémia, molekulárna biológia. Najdôležitejšie zákony chémie sú formulované v matematickom jazyku a teoretická chémia sa nemôže rozvíjať bez matematiky. Chémia mala a má vplyv na vývoj filozofie a sama zažila a zažíva svoj vplyv.

Životné prostredie je čoraz viac znečistené v dôsledku zavádzania nadmerného množstva hnojív do pôdy, uvoľňovania výfukových plynov vozidiel do ovzdušia, škodlivých látok z rôznych priemyselných odvetví do vodných plôch, ako aj domovým odpadom. To všetko vedie k ničeniu rastlín, smrti zvierat a zhoršovaniu ľudského zdravia. Vážnou hrozbou pre všetko živé sú chemické zbrane – špeciálne, extrémne toxické látky. Zničenie zásob takýchto zbraní si vyžaduje značné úsilie, peniaze a čas.

Vzťahom človeka a prírody sa zaoberá mladá prírodná veda ekológia. Problémy ochrany životného prostredia pred znečistením sú neustále v zornom poli environmentálnych vedcov. Zachovanie prírody pre budúce generácie závisí od starostlivého postoja každého z nás k nej, od úrovne našich kultúrnych a chemických znalostí.

Vznik chémie ako vedy, hlavné etapy jej vývoja.

Vznik chémie je spojený s rozvojom chemických procesov a remesiel, akými sú tavenie kovov, pivovarníctvo, činenie koží a farbenie, ktoré poskytovali praktické informácie o správaní látok. Cesta jeho vývoja je dlhá, poučná a zaujímavá.

Hlavné etapy v histórii chemickej vedy zahŕňajú:

1. etapa. Od staroveku do konca 18. storočia. Alchymistické obdobie, Diela R. Boyla.

2. etapa. Chémia ako veda. Diela Lomonosova, Daltona, Lavoisiera.

3. etapa. XIX a. Atómovo-molekulárna teória, formovanie základných teoretických základov chémie. Objav Mendelejeva D.I. Periodický zákon z roku 1809.

4. etapa. Moderné obdobie úspešného oživenia chémie. Vedecký a praktický výskum v oblasti chémie.

Chémia zohráva v živote modernej spoločnosti obrovskú úlohu. Chémia zasahuje všetky oblasti vedy, techniky, výroby, poľnohospodárstva, každodenného života, zavádza revolučné zmeny v zaužívaných procesoch a metódach, šetrí prácu, peniaze, čas a materiály, zvyšuje bohatstvo ľudí. Teraz sú obzvlášť potvrdené slová veľkého ruského vedca M. V. Lomonosova: "Chémia doširoka rozprestiera ruky v ľudských záležitostiach."

V modernom svete existujú tisíce rôznych vied, vzdelávacích disciplín, sekcií a iných štruktúrnych väzieb. Zvláštne miesto medzi všetkými však zaujímajú tie, ktoré sa týkajú priamo človeka a všetkého, čo ho obklopuje. Toto je systém prírodných vied. Samozrejme, dôležité sú aj všetky ostatné disciplíny. Ale je to práve táto skupina, ktorá má najstarší pôvod, a preto má mimoriadny význam v živote ľudí.

Čo sú prírodné vedy?

Odpoveď na túto otázku je jednoduchá. Sú to disciplíny, ktoré študujú človeka, jeho zdravie, ako aj celé životné prostredie: pôdu vo všeobecnosti, priestor, prírodu, látky tvoriace všetky živé a neživé telá, ich premeny.

Štúdium prírodných vied bolo pre ľudí zaujímavé už od staroveku. Ako sa zbaviť choroby, z čoho pozostáva telo zvnútra a aké sú, ako aj milióny podobných otázok - to je to, čo zaujímalo ľudstvo od samého začiatku jeho výskytu. Uvažované disciplíny na ne dávajú odpovede.

Preto na otázku, čo sú prírodné vedy, je odpoveď jednoznačná. Sú to disciplíny, ktoré študujú prírodu a všetko živé.

Klasifikácia

Existuje niekoľko hlavných skupín, ktoré sa týkajú prírodných vied:

Chemické (analytické, organické, anorganické, kvantové, organoprvkové zlúčeniny).
Biologické (anatómia, fyziológia, botanika, zoológia, genetika).
chémia, fyzikálne a matematické vedy).
vedy o Zemi (astronómia, astrofyzika, kozmológia, astrochémia,
vedy o zemskom obale (hydrológia, meteorológia, mineralógia, paleontológia, fyzická geografia, geológia).

Sú tu zastúpené len základné prírodné vedy. Malo by sa však chápať, že každá z nich má svoje vlastné podsekcie, pobočky, dcérske a detské disciplíny. A ak ich všetky spojíte do jedného celku, môžete získať celý prírodný komplex vied, ktorý sa počíta v stovkách jednotiek.

Zároveň ho možno rozdeliť do troch veľkých skupín disciplín:

aplikovaný;
popisný;
presné.

Interakcia disciplín medzi sebou

Samozrejme, žiadna disciplína nemôže existovať izolovane od ostatných. Všetky sú navzájom v úzkej harmonickej interakcii a tvoria jeden komplex. Takže napríklad poznanie biológie by nebolo možné bez použitia technických prostriedkov navrhnutých na základe fyziky.

Zároveň transformácie vo vnútri živých bytostí nemožno študovať bez znalostí chémie, pretože každý organizmus je celá továreň reakcií prebiehajúcich obrovskou rýchlosťou.

Vzťah prírodných vied sa vždy sledoval. Historicky vývoj jednej z nich znamenal intenzívny rast a hromadenie vedomostí v druhej. Hneď ako sa začali rozvíjať nové krajiny, boli objavené ostrovy, územia, okamžite sa rozvinula zoológia aj botanika. Veď nové biotopy obývali (aj keď nie všetky) dovtedy neznámi predstavitelia ľudskej rasy. Geografia a biológia boli teda úzko prepojené.

Ak hovoríme o astronómii a príbuzných odboroch, nemožno si nevšimnúť skutočnosť, že sa vyvinuli vďaka vedeckým objavom v oblasti fyziky a chémie. Dizajn ďalekohľadu do značnej miery predurčil úspech v tejto oblasti.

Takýchto príkladov je veľa. Všetky ilustrujú úzky vzťah medzi všetkými prírodnými disciplínami, ktoré tvoria jednu obrovskú skupinu. Nižšie uvažujeme o metódach prírodných vied.

Výskumné metódy

Predtým, ako sa budeme zaoberať výskumnými metódami, ktoré príslušné vedy používajú, je potrebné identifikovať predmety ich štúdia. Oni sú:

človek;
život;
Vesmír;
hmota;
Zem.

Každý z týchto objektov má svoje vlastné charakteristiky a na ich štúdium je potrebné zvoliť jednu alebo druhú metódu. Medzi nimi sa spravidla rozlišujú tieto:

Pozorovanie je jedným z najjednoduchších, najúčinnejších a najstarších spôsobov, ako spoznať svet.
Experiment je základom chemických vied, väčšiny biologických a fyzikálnych disciplín. Umožňuje vám získať výsledok a na ňom vyvodiť záver
Komparácia – táto metóda je založená na využití historicky nahromadených poznatkov o určitej problematike a ich porovnaní so získanými výsledkami. Na základe analýzy sa urobí záver o inovácii, kvalite a ďalších vlastnostiach objektu.
Analýza. Táto metóda môže zahŕňať matematické modelovanie, systematiku, zovšeobecňovanie, efektívnosť. Najčastejšie je to definitívne po množstve ďalších štúdií.
Meranie – slúži na posúdenie parametrov konkrétnych predmetov živej a neživej prírody.

Nechýbajú ani najnovšie, moderné metódy výskumu, ktoré sa využívajú vo fyzike, chémii, medicíne, biochémii a genetickom inžinierstve, genetike a iných významných vedách. to:

elektrónová a laserová mikroskopia;
odstreďovanie;
biochemická analýza;
röntgenová štrukturálna analýza;
spektrometria;
chromatografia a iné.

Samozrejme, toto nie je úplný zoznam. Existuje mnoho rôznych zariadení na prácu v každej oblasti vedeckého poznania. Všetko si vyžaduje individuálny prístup, to znamená, že sa tvorí súbor metód, vyberá sa vybavenie a vybavenie.

Moderné problémy prírodných vied

Hlavnými problémami prírodných vied v súčasnom štádiu vývoja sú hľadanie nových informácií, akumulácia teoretickej vedomostnej bázy v hlbšom a bohatšom formáte. Až do začiatku 20. storočia bol hlavným problémom uvažovaných disciplín odpor k humanitným vedám.

Dnes však táto prekážka už nie je aktuálna, keďže ľudstvo si uvedomilo dôležitosť interdisciplinárnej integrácie pri osvojovaní si vedomostí o človeku, prírode, vesmíre a iných veciach.

Teraz pred disciplínami prírodovedného cyklu stojí iná úloha: ako zachovať prírodu a chrániť ju pred vplyvom človeka samotného a jeho ekonomickej aktivity? A tu sú najpálčivejšie problémy:

kyslý dážď;
Skleníkový efekt;
zničenie ozónovej vrstvy;
vymieranie rastlinných a živočíšnych druhov;
znečistenie ovzdušia a iné.

Biológia

Vo väčšine prípadov v odpovedi na otázku "Čo sú prírodné vedy?" Napadá ma jedno slovo: biológia. To je názor väčšiny ľudí, ktorí nie sú spojení s vedou. A toto je úplne správny názor. Veď čo, ak nie biológia, priamo a veľmi úzko spája prírodu a človeka?

Všetky disciplíny, ktoré tvoria túto vedu, sú zamerané na štúdium živých systémov, ich vzájomného pôsobenia a interakcie s prostredím. Preto je celkom normálne, že za zakladateľa prírodných vied sa považuje biológia.

Okrem toho je aj jedným z najstarších. Veď jemu samému sa jeho telo, okolité rastliny a živočíchy zrodili spolu s človekom. Genetika, medicína, botanika, zoológia a anatómia úzko súvisia s tou istou disciplínou. Všetky tieto odvetvia tvoria biológiu ako celok. Poskytujú nám tiež úplný obraz prírody, človeka a všetkých živých systémov a organizmov.

Chémia a fyzika

Tieto základné vedy vo vývoji vedomostí o telách, látkach a prírodných javoch nie sú o nič menej staré ako biológia. Vyvíjali sa aj spolu s vývojom človeka, jeho formovaním v sociálnom prostredí. Hlavnými úlohami týchto vied je štúdium všetkých telies neživej a živej prírody z hľadiska procesov prebiehajúcich v nich, ich spojenia s prostredím.

Fyzika teda zvažuje prírodné javy, mechanizmy a príčiny ich výskytu. Chémia je založená na poznaní látok a ich vzájomných premien na seba.

To sú prírodné vedy.

vedy o Zemi

A na záver uvádzame disciplíny, ktoré vám umožňujú dozvedieť sa viac o našom domove, ktorý sa volá Zem. Tie obsahujú:

geológia;
meteorológia;
klimatológia;
geodézia;
hydrochémia;
kartografia;
mineralógia;
seizmológia;
veda o pôde;
paleontológia;
tektonika a iné.

Celkovo existuje asi 35 rôznych disciplín. Spoločne študujú našu planétu, jej štruktúru, vlastnosti a črty, ktoré sú tak potrebné pre život ľudí a rozvoj ekonomiky.

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Chémia dnes

Zrod modernej chémie

Periodický zákon

Vlastnosti modernej chémie

Záver

Chémia dnes

"Chémia naťahuje svoje ruky v ľudských záležitostiach," - táto fráza Michaila Lomonosova je v súčasnosti obzvlášť dôležitá. Chémia je dnes potraviny a lieky, palivá a odevy, hnojivá a farby, analýza a syntéza, organizácia výroby a kontrola kvality jej produktov, príprava pitnej vody a likvidácia odpadových vôd, monitorovanie životného prostredia a vytváranie bezpečného ľudského prostredia. "Zvládnuť taký objem vedomostí je nemožné!" zvolá pesimista. „Pre človeka zapáleného pre svoju prácu nie je nič nemožné,“ odpovedáme. A ak sa rozhodnete spojiť svoj osud s chémiou, čakáme vás na našej fakulte. Tu získate zásadné vysokoškolské vzdelanie, ktoré vám umožní nielen ľahko sa adaptovať na akékoľvek pracovisko, ale aj stať sa profesionálom vo svojom odbore.

Spolu s tradičnými oblasťami použitia síl chemikov sa v živote spoločnosti stáva čoraz dôležitejšia chemická odbornosť. V súčasnosti sa skutočne výrazne zvýšil počet a rozmanitosť odborných predmetov: voda, vzduch, pôda, potraviny a priemyselný tovar, lieky a odpad z rôznych podnikov a oveľa viac. Zisťovanie druhu výrobku, skutočnosť a spôsob jeho falšovania, sledovanie čistoty prostredia, súdnoznalecké skúmanie – to nie je úplný zoznam toho, čo by mal odborník chemik zvládnuť. Výsledky získané odbornými odborníkmi sú silným zdrojom rešeršných, diagnostických a dôkazných informácií, ktoré prispievajú k zisteniu objektívnej pravdy pri vyšetrovaní mimoriadnych udalostí, vykonávaní ekoanalytických, sanitárno-epidemiologických a colných kontrol. Špecialistov tohto profilu potrebujú orgány pre vnútorné záležitosti a FSB, ministerstvo spravodlivosti, ministerstvo zdravotníctva, ministerstvo pre mimoriadne situácie, colná služba a oddelenia s environmentálnymi funkciami. Medzitým odborníci tohto druhu v našej krajine prakticky nie sú vyškolení. Chemická fakulta našej univerzity preto začína s prípravou odborníkov v oblasti chemickej expertízy.

Na našej fakulte každoročne začína svoj študentský život 50 študentov prvého ročníka a celkovo na fakulte študuje okolo 250 študentov. V juniorských ročníkoch študenti študujú okrem chemických odborov aj vyššiu matematiku, informatiku, fyziku, sociálno-ekonomické odbory a cudzí jazyk.

Po 3. ročníku si študenti dobrovoľne vyberajú odbor, kde získajú príslušnú špecializáciu. Fakulta má tri katedry. Katedra analytickej chémie a chémie ropy, skratka AChN, (vedúci katedry - profesor V.I. Vershinin) sa zaoberá problematikou ochrany životného prostredia, pomáha niektorým podnikom petrochemického komplexu riešiť výrobné problémy. Práve katedra Akadémie chemických vied, jediná v meste, začína s prípravou chemikov v oblasti chemickej expertízy. Katedra má postgraduálne štúdium v odboroch "analytická chémia" a "metódy vyučovania chémie".

Katedru anorganickej chémie vedie profesor V.F. Borbat. Tu sa zoznámite s problematikou ochrany kovov pred koróziou, úpravou ťažkých kovov z odpadových vôd, výučbou rôznych elektrochemických metód analýzy a oveľa viac. V dôsledku toho získate špecializáciu v oblasti elektrochémie. Okrem toho odbor začína s prípravou špecialistov v oblasti ekológie a ochrany životného prostredia, ktorá je pre naše mesto taká dôležitá. Študenti, ktorí prejavili náklonnosť k vedeckej práci, môžu v nej pokračovať na katedre zápisom na postgraduálne štúdium v odboroch „fyzikálna chémia“ a „elektrochémia“.

Na Katedre organickej chémie pod vedením profesora R.S. Sagitullin, vedie syntézu nových organických zlúčenín, vyvíja zásadne nové metódy získavania liekov, farbív, antioxidantov atď. Študenti na tomto oddelení získavajú špecializáciu „organická chémia“. A tak ako na ďalších dvoch odboroch, aj tu prebieha nadstavbové štúdium v odbore „organická chémia“.

Okrem uvedených špecializácií môžu študenti voliteľne získať ešte jednu, doplnkovú špecializáciu – „Metódy vyučovania chémie“. Táto špecializácia bude užitočná najmä pre tých študentov, ktorí sa po ukončení štúdia rozhodnú pre pedagogickú prácu na školách, technických školách a univerzitách.

Teoretické poznatky získané študentmi na prednáškach si upevňujú vo vzdelávacích laboratóriách. Fakulta disponuje dostatočne veľkými vyučovacími plochami, dobrou flotilou moderných prístrojov a má vlastnú počítačovú triedu. Finále vzdelávania na fakulte je diplomová práca.

Všestrannosť školení našich špecialistov im umožňuje rýchlo zvládnuť akékoľvek pracovisko. Absolventov Chemickej fakulty stretnete v priemyselných podnikoch mesta, v certifikačných laboratóriách, SES, kontrole životného prostredia, na univerzitách, technických školách a školách.

Dúfame, že sa s Vami stretneme medzi uchádzačmi našej fakulty. A ak pre vás ešte nenastal čas „X“, alebo ste sa ešte nerozhodli pre výber povolania, príďte k nám do Chemickej školy, ktorá funguje na báze fakulty pre žiakov 10.-11. . Tu pod vedením skúsených učiteľov získate skutočnú príležitosť rozšíriť a prehĺbiť svoje znalosti chémie, zoznámiť sa so základmi analýzy a syntézy a vykonávať vedeckú prácu na moderných zariadeniach.

Moderné ekonomické podmienky sú také, že podniky, aby obstáli v konkurencii, musia neustále zlepšovať svoje technológie a formy kontroly kvality výrobkov, a na to jednoducho potrebujú vysokokvalifikovaných chemikov. Zároveň by podnik nemal znečisťovať životné prostredie, pretože inak bude musieť platiť obrovské pokuty, preto je lepšie mať medzi zamestnancami dobrých analytických chemikov, ktorí by monitorovali obsah škodlivých látok a kontrolovali ich emisie. Takže vždy bude dopyt po špecialistoch s vysokoškolským vzdelaním v chémii. A postupne bude vzduch v našom meste čistejší, voda bude ľahšia a chlieb bude chutiť lepšie.

Zrod modernej chémie

Myšlienky starých gréckych prírodných filozofov zostali hlavnými ideologickými zdrojmi prírodných vied až do 18. storočia. Až do začiatku renesancie vedu dominovali myšlienky Aristotela. V budúcnosti začal rásť vplyv atomistických názorov, ktoré prvýkrát vyjadrili Leucippus a Democritus. Alchymistické diela sa opierali najmä o prírodno-filozofické názory Platóna a Aristotela. Väčšina experimentátorov toho obdobia boli úprimní šarlatáni, ktorí sa pomocou primitívnych chemických reakcií pokúšali získať zlato alebo kameň mudrcov - látku, ktorá dáva nesmrteľnosť. Existovali však skutoční vedci, ktorí sa snažili systematizovať poznatky. Medzi nimi sú Avicenna, Paracelsus, Roger Bacon atď. Niektorí chemici veria, že alchýmia je strata času. Nie je to však tak: v procese hľadania zlata bolo objavených veľa chemických zlúčenín a skúmali sa ich vlastnosti. Vďaka týmto poznatkom vznikla na konci 17. storočia prvá seriózna chemická teória, teória flogistónu.

Teória flogistónu a Lavoisierov systém

Tvorcom flogistónovej teórie je Georg Stahl. Veril, že flogistón je obsiahnutý vo všetkých horľavých a oxidovateľných látkach. Spaľovanie alebo oxidáciu považoval za proces, pri ktorom telo stráca flogistón. Zvlášť dôležitú úlohu v tom zohráva vzduch. Je potrebný na oxidáciu, aby do seba „absorboval“ flogistón. Zo vzduchu sa flogistón dostáva do listov rastlín a ich dreva, z ktorých sa pri obnove opäť uvoľňuje a vracia do tela. Tak bola po prvý raz sformulovaná teória popisujúca procesy spaľovania. Jeho vlastnosti a novosť spočívali v tom, že procesy oxidácie a redukcie boli súčasne uvažované vo vzájomnej súvislosti. Teória flogistónu rozvíjala Becherove myšlienky a atomistické myšlienky. Umožnil vysvetliť priebeh rôznych procesov v remeselnej chémii a predovšetkým v hutníctve a mal obrovský vplyv na rozvoj chemických remesiel a zdokonalenie metód „experimentálneho umenia“ v chémii. K rozvoju náuky o živloch prispela aj teória flogistónu. Prívrženci flogistónovej teórie nazývali prvky oxidov kovov a považovali ich za kovy bez flogistónu. Kovy sa na druhej strane považovali za zlúčeniny prvkov (oxidy kovov) s flogistónom. Všetko, čo bolo potrebné, bolo postaviť všetky ustanovenia tejto teórie „hore nohami“. Čo bolo urobené neskôr. Na vysvetlenie, že hmotnosť oxidov je väčšia ako hmotnosť kovov, Stahl navrhol (alebo skôr tvrdil), že flogistón má negatívnu váhu, t.j. flogistón, ktorý sa spojil s prvkom, ho „vytiahne“. Napriek jednostrannej, iba kvalitatívnej charakterizácii procesov prebiehajúcich pri spaľovaní, mala teória flogistónu veľký význam pre vysvetlenie a systematizáciu práve týchto premien. Na nesprávnosť flogistónovej teórie poukázal Michail Ivanovič Lomonosov. Antoine Laurent Lavoisier to však dokázal experimentálne dokázať. Lavoisier si všimol, že pri spaľovaní fosforu a síry, ako aj pri kalcinácii kovov dochádza k zvýšeniu hmotnosti látky. Zdalo by sa to prirodzené: pri všetkých spaľovacích procesoch dochádza k zvýšeniu hmotnosti spaľovanej látky. Tento záver bol však natoľko v rozpore s ustanoveniami teórie flogistónu, že na jeho vyjadrenie aspoň vo forme hypotézy bola potrebná pozoruhodná odvaha. Lavoisier sa rozhodol otestovať hypotézy, ktoré predtým predložili Boyle, Ray, Mayow a Lomonosov o úlohe vzduchu v spaľovacích procesoch. Zaujímalo ho, či sa množstvo vzduchu zvyšuje, ak sa v ňom redukuje okysličené teleso a uvoľňuje sa vďaka tomu ďalší vzduch. Lavoisier dokázal, že množstvo vzduchu sa skutočne zvyšuje. Lavoisier označil tento objav za najzaujímavejší od čias Stahla. Preto v novembri 1772 poslal parížskej akadémii vied osobitnú správu o svojich výsledkoch. V ďalšej fáze výskumu Lavoisiera napadlo zistiť, aká je povaha „vzduchu“, ktorý sa spája s horľavými telesami počas ich oxidácie. Avšak všetky pokusy zistiť povahu tohto "vzduchu" v rokoch 1772-1773. Skončil márne. Faktom je, že Lavoisier, podobne ako Stahl, obnovil „kovové vápno“ priamym kontaktom s „uhoľnou hmotou“ a dostal aj oxid uhličitý, ktorého zloženie potom nedokázal určiť. Podľa Lavoisiera „uhlie z neho hralo krutý žart“. Lavoisier, podobne ako mnohí iní chemici, však neprišiel s myšlienkou, že redukciu oxidov kovov je možné uskutočniť zahrievaním horiacim sklom. Ale na jeseň roku 1774 Joseph Priestley oznámil, že keď sa oxid ortuti redukoval horiacim sklom, vytvoril sa nový typ vzduchu - „deflogistický vzduch“. Krátko predtým, ako tento kyslík objavil Scheele, správa o tom bola zverejnená s veľkým oneskorením. Scheele a Priestley vysvetlili nimi pozorovaný fenomén vývoja kyslíka z hľadiska flogistónovej teórie. Len Lavoisier dokázal použiť objav kyslíka ako hlavný argument proti flogistónovej teórii. Na jar 1775 Lavoisier reprodukoval Priestleyho experiment. Chcel získať kyslík a skontrolovať, či je kyslík zložkou vzduchu, pri ktorej dochádza k horeniu alebo oxidácii kovov. Lavoisierovi sa podarilo nielen izolovať kyslík, ale aj znovu získať oxid ortuti. Lavoisier zároveň určil hmotnostné pomery látok vstupujúcich do tejto reakcie. Vedec dokázal, že pomery množstva látok zapojených do oxidačných a redukčných reakcií zostávajú nezmenené. Práca Lavoisiera spôsobila v chémii možno rovnakú revolúciu ako dve a pol storočia pred objavením Koperníka v astronómii. Látky, ktoré boli predtým považované za prvky, ako ukázal Lavoisier, sa ukázali ako zlúčeniny, ktoré sa skladajú zo zložitých „prvkov“. Objavy a názory Lavoisiera mali obrovský vplyv nielen na rozvoj chemickej teórie, ale aj na celý systém chemických poznatkov. Tak transformovali samotný základ chemických vedomostí a jazyka, že ďalšie generácie chemikov v skutočnosti ani nerozumeli terminológii, ktorá sa používala pred Lavoisierom. Na tomto základe neskôr začali veriť, že až do objavov Lavoisiera nebolo možné hovoriť o „pravej“ chémii. Zároveň sa zabudlo na kontinuitu chemického výskumu. Iba historici chémie začali znovu vytvárať skutočne existujúce zákony vývoja chémie. Zároveň sa zistilo, že Lavoisierova „chemická revolúcia“ by bola nemožná bez existencie určitej úrovne chemických znalostí pred ním.

Lavoisier korunoval rozvoj chemických poznatkov vytvorením nového systému, ktorý zahŕňal najdôležitejšie úspechy chémie minulých storočí. Tento systém sa však vo výrazne rozšírenej a opravenej podobe stal základom vedeckej chémie. V 80. rokoch. 18. storočie Nový systém Lavoisier uznali poprední francúzski prírodovedci – C. Berthollet, A. De Fourcroix a L. Guiton de Morvo. Podporili Lavoisierove inovatívne myšlienky a spolu s ním vyvinuli novú chemickú nomenklatúru a terminológiu. V roku 1789 Lavoisier načrtol základy systému vedomostí, ktoré vyvinul, v učebnici „Úvodný kurz chémie, podaný v novej podobe na základe najnovších objavov“. Lavoisier rozdelil prvky na kovy a nekovy a zlúčeniny na binárne a ternárne. Dvojité zlúčeniny tvorené kovmi s kyslíkom pripisoval zásadám a zlúčeniny nekovov kyslíkom kyselinám. Ternárne zlúčeniny získané interakciou kyselín a zásad, nazýval soli. Lavoisierov systém bol založený na precíznom kvalitatívnom a kvantitatívnom výskume. Tento pomerne nový typ argumentácie použil pri štúdiu mnohých kontroverzných problémov chémie - otázok teórie horenia, problémov vzájomnej premeny prvkov, ktoré boli veľmi aktuálne pri formovaní vedeckej chémie. Aby Lavoisier otestoval myšlienku možnosti vzájomnej premeny prvkov, zohrieval vodu v uzavretej nádobe niekoľko dní. V dôsledku toho našiel vo vode zanedbateľné množstvo „zeme“, pričom zistil, že k zmene celkovej hmotnosti plavidla spolu s vodou nedochádza. Lavoisier vysvetlil vznik „krajín“ nie v dôsledku ich oddelenia od vody, ale v dôsledku zničenia stien reakčnej nádoby. Na zodpovedanie tejto otázky švédsky chemik a lekárnik K. Scheele zároveň použil kvalitatívne metódy dokazovania, zisťovania identity pridelených „pozemkov“ a materiálu plavidla. Lavoisier, rovnako ako Lomonosov, vzal do úvahy pozorovania, ktoré existovali od staroveku, o zachovaní hmotnosti látok a systematicky študoval hmotnostné pomery látok zúčastňujúcich sa na chemickej reakcii. Upozornil na to, že napríklad pri spaľovaní síry alebo tvorbe hrdze na železe dochádza k zvýšeniu hmotnosti východiskových látok. To odporovalo flogistónovej teórii, podľa ktorej sa mal hypotetický flogistón uvoľniť pri spaľovaní. Lavoisier považoval vysvetlenie, podľa ktorého mal flogistón negatívnu váhu, za chybné a napokon od tejto myšlienky upustil. Iní chemici, ako napríklad M. V. Lomonosov alebo J. Mayow sa pokúsili vysvetliť oxidáciu prvkov a tvorbu oxidov kovov (alebo, ako sa vtedy hovorilo, „vápna“) ako proces, pri ktorom sa častice vzduchu spájajú s nejakou látkou. Tento vzduch môže byť „stiahnutý späť“ rekuperáciou. V roku 1772 Lavoisier zozbieral tento vzduch, ale nedokázal zistiť jeho povahu. Priestley bol prvý, kto oznámil objav kyslíka. V roku 1775 sa mu podarilo dokázať, že je to kyslík, ktorý sa spája s kovom a pri jeho redukcii sa z neho opäť uvoľňuje, ako napríklad pri vzniku a redukcii ortuťového „vápna“. Systematickým vážením sa zistilo, že hmotnosť kovu podieľajúceho sa na týchto premenách sa nemení. Dnes by sa zdalo, že táto skutočnosť presvedčivo dokazuje platnosť Lavoisierových predpokladov, no vtedy bola väčšina chemikov voči nej skeptická. Jedným z dôvodov tohto postoja bolo, že Lavoisier nevedel vysvetliť spaľovanie vodíka. V roku 1783 sa dozvedel, že Cavendish pomocou elektrického oblúka dokázal vznik vody pri spaľovaní zmesi vodíka a kyslíka v uzavretej nádobe. Opakovaním tohto experimentu Lavoisier zistil, že hmotnosť vody zodpovedá hmotnosti východiskových materiálov. Potom vykonal experiment, pri ktorom vodnú paru nechal prejsť železnými hoblinami umiestnenými vo vysoko vyhrievanej medenej trubici. Kyslík sa spojil so železnými hoblinami a vodík sa zachytil na konci skúmavky. Lavoisier tak pomocou premien látok dokázal kvalitatívne aj kvantitatívne vysvetliť proces horenia a na to už nepotreboval teóriu flogistónu. Priestley a Scheele, ktorí objavením kyslíka vlastne vytvorili základné predpoklady pre vznik Lavoisierovej kyslíkovej teórie, sa sami pevne držali pozícií flogistónovej teórie. Cavendish, Priestley, Scheele a niektorí ďalší chemici verili, že nezrovnalosti medzi výsledkami experimentov a ustanoveniami teórie flogistónu možno odstrániť vytvorením ďalších hypotéz. Spoľahlivosť a úplnosť experimentálnych údajov, jasnosť argumentácie a jednoduchosť prezentácie prispeli k rýchlemu šíreniu Lavoisierovho systému v Anglicku, Holandsku, Nemecku, Švédsku a Taliansku. V Nemecku boli Lavoisierove myšlienky vysvetlené v dvoch prácach Dr. Girtannera, New Chemical Nomenclature in German (1791) a Fundamentals of Antiphlogistic Chemistry (1792). Vďaka Girtannerovi sa prvýkrát objavili nemecké označenia látok, zodpovedajúce novému názvosloviu, napríklad kyslík, vodík, dusík. Hermbstedt, ktorý pôsobil v Berlíne, publikoval v roku 1792 Lavoisierova učebnica preložená do nemčiny a M. Klaproth po zopakovaní Lavoisierových pokusov spoznal nové učenie; Lavoisierove názory zdieľal aj slávny prírodovedec A. Humboldt.

V 90. rokoch 18. storočia vyšli Lavoisierove diela v Nemecku viackrát. Väčšina známych chemikov v Anglicku, Holandsku, Švédsku a pása zdieľala názory Lavoisiera. V historickej a vedeckej literatúre sa často možno dočítať, že chemikom trvalo pomerne dlho, kým rozpoznali Lavoisierovu teóriu. V porovnaní s 200 rokmi, keď astronómovia neuznávali názory Koperníka, však 10-15-ročné obdobie diskusií v chémii nie je také dlhé. V poslednej tretine XVIII storočia. jedným z najdôležitejších bol problém, ktorý zaujímal vedcov po mnoho storočí: chemici chceli pochopiť, prečo a v akom pomere sa látky navzájom spájajú. Dokonca aj grécki filozofi prejavili záujem o tento problém a počas renesancie vedci predložili myšlienku afinity látok a dokonca vytvorili sériu látok podľa afinity. Paracelsus napísal, že ortuť tvorí amalgámy s kovmi a pre rôzne kovy rôznou rýchlosťou a v nasledujúcom poradí: najrýchlejšie so zlatom, potom so striebrom, olovom, cínom, meďou a nakoniec najpomalšie so železom. Paracelsus veril, že dôvodom tejto série chemickej afinity nie je len „nenávisť“ a „láska“ látok k sebe navzájom. V súlade s jeho predstavami kovy obsahujú síru a čím nižší je jej obsah, tým sú kovy čistejšie a čistota látok do značnej miery určuje ich vzájomnú afinitu. G. Stahl vysvetlil množstvo usadenín kovov v dôsledku rozdielneho obsahu flogistónu v nich. Až do poslednej tretiny XVIII storočia. početné štúdie boli zamerané na usporiadanie látok podľa ich „príbuznosti“ a mnohí chemici podľa toho zostavili tabuľky. Na vysvetlenie rozdielnej chemickej afinity látok boli predložené aj atomistické myšlienky a po konci 18. - začiatok 19. stor. Vedci začali chápať vplyv elektriny na priebeh určitých chemických procesov a na rovnaký účel sa snažili využiť predstavy o elektrine. Na ich základe vytvoril Berzelius dualistickú teóriu zloženia látok, napríklad v súlade s tým, že soli pozostávajú z kladne a záporne nabitých „báz“ a „kyselín“: počas elektrolýzy sú priťahované k opačne nabitým elektródam a môžu sa rozkladať. do prvkov v dôsledku neutralizácie nábojov . Od druhej polovice XVIII storočia. vedci začali venovať osobitnú pozornosť otázke: v akých kvantitatívnych pomeroch látky interagujú pri chemických reakciách? Už dlho je známe, že kyseliny a zásady sa môžu navzájom neutralizovať. Boli tiež urobené pokusy určiť obsah kyselín a zásad v soliach. T. Bergman a R. Kirwan zistili, že napríklad pri reakcii dvojitej výmeny medzi chemicky neutrálnym síranom draselným a dusičnanom sodným vznikajú nové soli – síran sodný a dusičnan draselný, ktoré sú aj chemicky neutrálne. Žiadny z výskumníkov však z tohto pozorovania nevyvodil všeobecný záver. V roku 1767 Cavendish zistil, že rovnaké množstvo kyseliny dusičnej a sírovej, ktoré neutralizujú rovnaké množstvo uhličitanu draselného, neutralizuje aj rovnaké množstvo uhličitanu vápenatého. I. Richter ako prvý sformuloval zákon ekvivalentov, ktorého vysvetlenie bolo nájdené neskôr zo stanoviska Daltonovej atomistickej teórie.

Richter zistil, že neutrálny je aj roztok získaný zmiešaním roztokov dvoch chemicky neutrálnych solí. Uskutočnil početné stanovenia množstva zásad a kyselín, ktoré po spojení poskytujú chemicky neutrálne soli. Richter urobil nasledujúci záver: ak je rovnaké množstvo akejkoľvek kyseliny neutralizované rôznymi, presne definovanými množstvami rôznych zásad, potom sú tieto množstvá zásad ekvivalentné a neutralizované rovnakým množstvom inej kyseliny. V moderných podmienkach, ak sa napríklad roztok dusičnanu bárnatého pridá k roztoku síranu draselného, kým sa síran bárnatý úplne nevyzráža, roztok obsahujúci dusičnan draselný bude tiež neutrálny:

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

Preto pri tvorbe neutrálnej soli sú nasledujúce množstvá navzájom ekvivalentné: 2K, 1Ba, 1SO4 a 2NO3. Pauling zhrnul a sformuloval v jeho modernej podobe tento zákon konjunktívnych váh“: „Hmotnostné množstvá dvoch prvkov (alebo ich celočíselných násobkov), ktoré pri reakcii s rovnakým množstvom tretieho prvku navzájom reagujú v rovnakých množstvách. Richterova práca spočiatku takmer nevzbudila pozornosť výskumníkov, pretože stále používal terminológiu flogistónovej teórie. Okrem toho séria ekvivalentných váh získaných vedcom nebola dostatočne jasná a výber relatívnych množstiev báz, ktoré navrhol, nemal vážne dôkazy. Situáciu napravil E.Fischer, ktorý spomedzi ekvivalentných váh vybral Richter za štandard ekvivalent kyseliny sírovej, pričom ho vzal rovný 100, a na základe toho zostavil tabuľku „relatívnych váh“ (ekvivalentov) zlúčenín. Ale Fischerova tabuľka ekvivalentov sa stala známou len vďaka Berthollovi, ktorý, kritizujúc Fischera, citoval tieto údaje vo svojej knihe „Experience in chemical statics“ (1803). Berthollet pochyboval, že zloženie chemických zlúčenín je konštantné. Mal na to dôvod. Látky, ktoré na začiatku XIX storočia. boli považované za čisté, v skutočnosti to boli buď zmesi alebo rovnovážne systémy rôznych látok a kvantitatívne zloženie chemických zlúčenín do značnej miery záviselo od množstva látok zapojených do reakcií ich vzniku.

Niektorí historici chémie sa domnievajú, že podobne ako Wenzel, aj Berthollet predvídal hlavné ustanovenia zákona o hromadnej akcii, ktoré analyticky vyjadrovali vplyv množstiev interagujúcich na rýchlosť transformácie. Nemecký chemik K. Wenzel v roku 1777 ukázal, že rýchlosť rozpúšťania kovu v kyseline, meraná množstvom kovu rozpusteného za určitý čas, je úmerná „sile“ kyseliny. Berthollet urobil veľa pre to, aby zohľadnil vplyv hmotností činidiel na priebeh transformácie. Medzi dielami Wenzela a dokonca aj Bertholleta na jednej strane a presnou formuláciou zákona masovej akcie na strane druhej je však kvalitatívny rozdiel. Bertholletov negatívny postoj k Richterovmu neutralizačnému zákonu nemohol dlho trvať, keďže Proust sa rázne postavil proti Bertholletovým ustanoveniam. Robil v rokoch 1799-1807. Veľa analýz Proust dokázal, že Berthollet urobil svoje závery o rozdielnom zložení tých istých látok analýzou zmesí a nie jednotlivých látok, že napríklad nezohľadnil obsah vody v niektorých oxidoch. Proust presvedčivo dokázal stálosť zloženia čistých chemických zlúčenín a svoj boj proti Bertholletovým názorom zavŕšil ustanovením zákona o stálosti zloženia látok: zloženie tých istých látok, bez ohľadu na spôsob prípravy, je rovnaký (konštantný).

Periodický zákon

Vzhľadom na históriu chémie nemôžem nespomenúť objav periodického zákona. Už v raných štádiách vývoja chémie sa zistilo, že rôzne prvky majú špeciálne vlastnosti. Spočiatku boli prvky rozdelené iba na dva typy - kovy a nekovy. V roku 1829 nemecký chemik Johann Döbereiner objavil existenciu niekoľkých skupín troch prvkov (triád) s podobnými chemickými vlastnosťami. Debereiner objavil iba 5 triád, sú to:

Tento objav vlastností prvkov podnietil ďalší výskum chemikov, ktorí sa pokúsili nájsť racionálne spôsoby klasifikácie prvkov.

V roku 1865 sa anglický chemik John Newlands (1839-1898) začal zaujímať o problém periodického opakovania vlastností prvkov. Známe prvky zoradil vzostupne podľa atómových hmotností takto: H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Cr Ti Mn Fe

Newlands si všimol, že v tejto sekvencii sa ôsmy prvok (fluór) podobá prvému (vodík), deviaty prvok druhému atď. Vlastnosti sa teda opakovali každých osem prvkov. V tomto systéme prvkov však bolo veľa nesprávnych:

1) V tabuľke nebolo miesto pre nové prvky.

2) Tabuľka neotvárala možnosť vedeckého prístupu k určovaniu atómových hmotností a neumožňovala výber medzi ich pravdepodobnými najlepšími hodnotami.

3) Niektoré prvky sa zdali byť v tabuľke zle umiestnené. Napríklad železo sa porovnávalo so sírou (!) atď.

Napriek mnohým nedostatkom bol Newlandsov pokus krokom správnym smerom. Vieme, že objav periodického zákona patrí Dmitrijovi Ivanovičovi Mendelejevovi. Pozrime sa na históriu jeho objavenia. V roku 1869 N.A. Menshutkin predstavil členom Ruskej chemickej spoločnosti malú prácu D.I. Mendeleeva „Vzťah vlastností s atómovou hmotnosťou prvkov“. (Sám D.I.Mendelejev na stretnutí nebol prítomný.) Na tomto stretnutí sa práca D.I.Mendelejeva nebrala vážne. Paul Walden neskôr napísal: „Veľké udalosti sa príliš často stretávajú s bezvýznamnou odozvou a deň, ktorý mal byť významným dňom pre mladú Ruskú chemickú spoločnosť, ale v skutočnosti sa ukázal byť každodenným dňom. DIMedelejev miloval odvážne nápady. Vzor, ktorý objavil, bol, že chemické a fyzikálne vlastnosti prvkov a ich zlúčenín sú v periodickej závislosti od atómovej hmotnosti prvkov. Rovnako ako jeho predchodcovia, D.I.Mendelejev vyčlenil najtypickejšie prvky. Predpokladal však prítomnosť medzier v tabuľke a odvážil sa tvrdiť, že by mali byť vyplnené prvkami, ktoré ešte neboli objavené. V rovnakom čase ako Mendelejev, Lothar Meyer pracoval na rovnakom probléme a publikoval svoju prácu v roku 1870. Prioritou pri objavovaní periodika však zaslúžene zostáva Dmitrij Ivanovič Mendelejev, od r. ani samotnému L. Meyerovi nenapadlo poprieť vynikajúcu úlohu D. I. Mendelejeva pri objavení periodického zákona. L. Meyer vo svojich memoároch naznačil, že pri písaní práce použil abstrakt článku D. I. Mendelejeva. V roku 1870 Mendelejev urobil niekoľko zmien v tabuľke: ako každý vzor založený na myšlienke bepm, nový systém sa ukázal ako životaschopný, pretože poskytoval možnosť vylepšenia. Ako som povedal, genialita Mendelejevovej teórie spočívala v tom, že vo svojom stole nechal prázdne miesta. Preto naznačil (alebo si bol skôr istý), že ešte neboli objavené všetky prvky. Dmitrij Ivanovič sa tam však nezastavil. Pomocou periodického zákona dokonca opísal chemické a fyzikálne vlastnosti doteraz neobjavených chemických prvkov, napr.: gália, germánia, skandia, ktoré boli plne potvrdené. Potom bola väčšina vedcov presvedčená o správnosti teórie D.I. Mendelejeva. V našej dobe má veľký význam periodický zákon. Používa sa na predpovedanie vlastností chemických zlúčenín, reakčných produktov. S pomocou periodického zákona av našej dobe sa predpovedajú vlastnosti prvkov - to sú prvky, ktoré nemožno získať vo významných množstvách.

Po dielach Lavoisiera, Prousta, Lomonosova a Mendelejeva sa v našom storočí už urobilo veľa dôležitých objavov v oblasti chémie a fyziky. Ide o práce o termodynamike, štruktúre atómu a molekúl, elektrochémii - tento zoznam môže pokračovať donekonečna. Základom chemických poznatkov však zostávajú objavy Lavoisiera a D.I. Mendelejeva.

Vlastnosti modernej chémie

Vlastnosti modernej chémie som rozdelil do sekcií, dávam vám ich do pozornosti:

1) Atómovo-molekulárny koncept, štruktúrne a elektronické znázornenia sú základom modernej chémie.

2) Široké využitie - matematika a počítače, - zložité fyzikálne metódy, - klasická a kvantová mechanika.

3) Špeciálna úloha teoretickej chémie, počítačového modelovania a počítačových experimentov. Chémia na papieri. Chémia vystavená.

4) Dominantná úloha biochemických a environmentálnych problémov.

Záver

Jednotný prístup k štruktúre veľmi odlišných objektov prezentovaný v tomto abstrakte uľahčuje spoločnú porovnávaciu diskusiu o štruktúre usporiadaných a neusporiadaných fáz. Praktický význam takejto diskusie je spôsobený skutočnosťou, že zatiaľ čo pre kryštalické látky röntgenová difrakčná analýza a iné difrakčné metódy poskytujú spoľahlivé informácie o štruktúre, pre tekuté kryštály a najmä kvapaliny presné informácie o štruktúre (najmä o celkovej štruktúra) je prakticky neprístupná. Preto je interpolácia informácií o kryštálovej štruktúre do iných fázových stavov chemických zlúčenín mimoriadne dôležitá.

Podobná situácia nastáva, keď sa prísne matematické prístupy vyvinuté v rámci kryštalografie rozšíria na objekty, ktoré nie sú kryštálmi. V tejto súvislosti Bernal a Carlyle zaviedli koncept „všeobecnej kryštalografie“. Neskôr podobné úvahy vyjadrili McKay a Finney. Porovnávacia analýza štruktúry rôznych kondenzovaných fáz sa môže nazývať "všeobecná kryštalická chémia". Dôležitú úlohu v tejto oblasti bude hrať konzervativizmus štruktúrnych fragmentov (najmä molekulárnych asociátov a aglomerátov), o ktorom sme hovorili vyššie.

Zoznam použitej literatúry

1. Chemický encyklopedický slovník. M.: Sovietska encyklopédia, 1983.

2. Fyzický encyklopedický slovník. M.: Sovietska encyklopédia, 1983.

3. Gordon A., Ford R. Chemist's Companion. M.: Mir, 1976.

4. Afanasiev V.A., Zaikov G.E. Fyzikálne metódy v chémii. Moskva: Nauka, 1984. (Séria "Dejiny vedy a techniky").

5. Drago R. Fyzikálne metódy v chémii. T. 1, 2. M.: Mir, 1981.

6. Vilkov L.V., Pentin Yu.A. Fyzikálne metódy výskumu v chémii. Štrukturálne metódy a optická spektroskopia. M: Vyššia škola, 1987.

7. Vilkov L.V., Pentin Yu.A. Fyzikálne metódy výskumu v chémii. Rezonančné a elektrooptické metódy. Moskva: Vyššia škola, 1989.

8. Journal of the All-Union Chemical Society. DI. Mendelejev. 1985. T. 30. N 2.

Podobné dokumenty

Chemický pohľad na prírodu, vznik a súčasný stav. Predmet poznania chemickej vedy a jej štruktúra. Vzťah medzi chémiou a fyzikou. Vzťah medzi chémiou a biológiou. Chémia študuje kvalitatívnu rôznorodosť materiálových nosičov chemických javov.

abstrakt, pridaný 15.03.2004

Teória flogistónu a Lavoisierov systém. Periodický zákon. História modernej chémie ako prirodzeného procesu zmeny spôsobov riešenia jej hlavného problému. Rôzne prístupy k samoorganizácii hmoty. Všeobecná teória chemickej evolúcie a biogenézy Rudenko.

ročníková práca, pridaná 28.02.2011

Hlavné etapy vývoja chémie. Alchýmia ako fenomén stredovekej kultúry. Vznik a rozvoj vedeckej chémie. Pôvod chémie. Lavoisier: revolúcia v chémii. Víťazstvo atómovej a molekulárnej vedy. Vznik modernej chémie a jej problémy v XXI.

abstrakt, pridaný 20.11.2006

Teória flogistónu a Lavoisierov systém. Tvorcom flogistónovej teórie je Georg Stahl. Veril, že flogistón je obsiahnutý vo všetkých horľavých a oxidovateľných látkach. Periodický zákon. Dmitrij Ivanovič Mendelejev.

abstrakt, pridaný 04.05.2004

Pôvod chémie v starovekom Egypte. Aristotelova doktrína atómov ako ideologického základu epochy alchýmie. Rozvoj chémie v Rusku. Príspevok Lomonosova, Butlerova a Mendeleeva k rozvoju tejto vedy. Periodický zákon chemických prvkov ako koherentná vedecká teória.

prezentácia, pridané 10.04.2013

Proces vzniku a formovania chémie ako vedy. Chemické prvky staroveku. Hlavné tajomstvá "transmutácie". Od alchýmie k vedeckej chémii. Lavoisierova teória spaľovania. Rozvoj korpuskulárnej teórie. Revolúcia v chémii. Víťazstvo atómovej a molekulárnej vedy.

abstrakt, pridaný 20.05.2014

Pôvod pojmu "chémia". Hlavné obdobia vo vývoji chemickej vedy. Typy najvyššieho rozvoja alchýmie. Obdobie zrodu vedeckej chémie. Objavenie základných zákonov chémie. Systémový prístup v chémii. Moderné obdobie rozvoja chemickej vedy.

abstrakt, pridaný 3.11.2009

Vznik a vývoj chémie, jej spojenie s náboženstvom a alchýmiou. Najdôležitejšie vlastnosti modernej chémie. Základné štruktúrne úrovne chémie a jej sekcie. Základné princípy a zákony chémie. Chemická väzba a chemická kinetika. Náuka o chemických procesoch.

abstrakt, pridaný 30.10.2009

História chémie ako vedy. Predkovia ruskej chémie. M.V. Lomonosov. Matematická chémia. Atómová teória je základom chemickej vedy. Atómová teória jednoducho a prirodzene vysvetlila akúkoľvek chemickú premenu.

abstrakt, pridaný 02.12.2002

Od alchýmie k vedeckej chémii: cesta skutočnej vedy o premenách hmoty. Revolúcia v chémii a atómovej a molekulárnej vede ako koncepčný základ modernej chémie Ekologické problémy chemickej zložky modernej civilizácie.

Potreba interdisciplinárnych prepojení vo vyučovaní je nepopierateľná. Ich dôsledná a systematická realizácia výrazne zefektívňuje výchovno-vzdelávací proces, formuje dialektický spôsob myslenia žiakov. Medzipredmetové prepojenia sú navyše neodmysliteľnou didaktickou podmienkou rozvoja záujmu žiakov o poznanie základov vied, vrátane prírodných.

To ukázala analýza hodín fyziky, chémie a biológie: učitelia sa vo väčšine prípadov obmedzujú len na fragmentárne začleňovanie interdisciplinárnych prepojení (ILC). Inými slovami, iba pripomínajú fakty, javy alebo vzory z príbuzných predmetov.

Učitelia zriedkavo zapájajú študentov do samostatnej práce na aplikácii interdisciplinárnych vedomostí a zručností pri štúdiu programového materiálu, ako aj do procesu samostatného prenosu predtým získaných vedomostí do novej situácie. Dôsledkom je neschopnosť detí prenášať a syntetizovať poznatky z príbuzných predmetov. Vo vzdelávaní neexistuje kontinuita. Učitelia biológie tak neustále „predbiehajú“ a oboznamujú študentov s rôznymi fyzikálnymi a chemickými procesmi vyskytujúcimi sa v živých organizmoch, bez toho, aby sa spoliehali na fyzikálne a chemické pojmy, čo robí málo pre vedomé zvládnutie biologických vedomostí.

Všeobecný rozbor učebníc umožňuje konštatovať, že mnohé fakty a pojmy sú v nich prezentované opakovane v rôznych odboroch a ich opakovaná prezentácia prakticky len málo dopĺňa vedomosti študentov. Navyše ten istý koncept je často rôznymi autormi interpretovaný odlišne, čím sa komplikuje proces ich asimilácie. V učebniciach sa často používajú pojmy, ktoré sú žiakom málo známe a úloh interdisciplinárneho charakteru je málo. Mnohí autori takmer neuvádzajú, že niektoré javy, pojmy už boli študované v kurzoch príbuzných predmetov, nenaznačujú, že tieto pojmy budú podrobnejšie zvažované pri štúdiu iného predmetu. Analýza súčasných programov v prírodných disciplínach umožňuje konštatovať, že interdisciplinárnym prepojeniam sa nevenuje náležitá pozornosť. Iba v programoch všeobecnej biológie pre ročníky 10-11 (V.B. Zakharov); „Človek“ (V.I. Sivoglazov) má špeciálne sekcie „Medzisubjektové komunikácie“ s uvedením fyzikálnych a chemických konceptov, zákonov a teórií, ktoré sú základom pre formovanie biologických konceptov. V učebných osnovách fyziky a chémie takéto sekcie neexistujú a učitelia si musia sami nastaviť potrebné MPS. A to je neľahká úloha – koordinovať materiál príbuzných predmetov tak, aby bola zabezpečená jednota vo výklade pojmov.

Medziodborové prepojenia fyziky, chémie a biológie by sa mohli vytvárať oveľa častejšie a efektívnejšie. Štúdium procesov prebiehajúcich na molekulárnej úrovni je možné len vtedy, ak sú zahrnuté poznatky molekulárnej biofyziky, biochémie, biologickej termodynamiky, prvkov kybernetiky, ktoré sa navzájom dopĺňajú. Tieto informácie sú rozptýlené v kurzoch fyziky a chémie, ale iba v kurze biológie je možné uvažovať o problémoch, ktoré sú pre študentov ťažké, pomocou interdisciplinárnych spojení. Okrem toho je možné vypracovať koncepty spoločné pre kolobeh prírodných disciplín, ako je hmota, interakcia, energia, diskrétnosť atď.

Pri štúdiu základov cytológie sa nadväzujú interdisciplinárne prepojenia s prvkami poznatkov biofyziky, biochémie a biokybernetiky. Napríklad bunka môže byť reprezentovaná ako mechanický systém a v tomto prípade sa berú do úvahy jej mechanické parametre: hustota, elasticita, viskozita atď. Fyzikálno-chemické vlastnosti bunky nám umožňujú považovať ju za rozptýlený systém, súbor elektrolytov, semipermeabilné membrány. Bez spojenia „takýchto obrazov“ je sotva možné vytvoriť koncept bunky ako komplexného biologického systému. V časti "Základy genetiky a šľachtenia" je MPS začlenená medzi organickú chémiu (proteíny, nukleové kyseliny) a fyziku (základy molekulárno-kinetickej teórie, diskrétnosť elektrického náboja atď.).

Učiteľ musí vopred naplánovať možnosť realizácie predchádzajúcich aj budúcich spojení biológie s príslušnými odvetviami fyziky. Informácie o mechanike (vlastnosti tkanív, pohyb, elastické vlastnosti ciev a srdca atď.) umožňujú uvažovať o fyziologických procesoch; o elektromagnetickom poli biosféry – vysvetliť fyziologické funkcie organizmov. Mnohé otázky biochémie sú rovnako dôležité. Štúdium zložitých biologických systémov (biogeocenózy, biosféra) je spojené s potrebou osvojiť si poznatky o spôsoboch výmeny informácií medzi jednotlivcami (chemické, optické, zvukové), na to je však opäť potrebné využiť poznatky fyziky resp. chémia.

Využitie medzipredmetových súvislostí je jednou z najťažších metodických úloh učiteľa chémie. Vyžaduje znalosť obsahu programov a učebníc z iných predmetov. Pri realizácii medzipredmetových prepojení v praxi vyučovania ide o spoluprácu učiteľa chémie s učiteľmi iných predmetov.

Učiteľ chémie vypracuje individuálny plán na implementáciu medzipredmetových súvislostí v kurze chémie. Metóda tvorivej práce učiteľa v tomto ohľade prechádza týmito fázami:

1. Štúdium programu chémia, jeho časti „Medzipredmetové komunikácie“, programov a učebníc v iných predmetoch, doplnkovej vedeckej, populárno-náučnej a metodologickej literatúry;
2. Plánovanie vyučovacích hodín interdisciplinárnych prepojení s využitím kurzových a tematických plánov;
3. Rozvoj prostriedkov a metód na realizáciu medzipredmetových súvislostí na konkrétnych vyučovacích hodinách (formulácia interdisciplinárnych kognitívnych úloh, domáce úlohy, výber doplnkovej literatúry pre žiakov, príprava potrebných učebníc a názorných pomôcok v iných predmetoch, vypracovanie metodických metód na ich využitie);
4. Vypracovanie metodiky prípravy a vedenia komplexných foriem organizácie vzdelávania (zovšeobecnenie vyučovacích hodín s interdisciplinárnymi väzbami, komplexné semináre, exkurzie, krúžkové hodiny, výberové predmety na interdisciplinárne témy a pod.);
5. Vypracovanie metód sledovania a hodnotenia výsledkov implementácie medzipredmetových súvislostí vo vzdelávaní (otázky a úlohy na identifikáciu zručností žiakov nadväzovať medzipredmetové súvislosti).

Plánovanie medzipredmetových väzieb umožňuje učiteľovi úspešne realizovať ich metodické, vzdelávacie, rozvojové, vzdelávacie a konštruktívne funkcie; zabezpečiť všetku rozmanitosť ich typov v triede, v domácej a mimoškolskej práci žiakov.

Na vytvorenie interdisciplinárnych súvislostí je potrebné vybrať materiály, to znamená identifikovať tie témy chémie, ktoré sú úzko prepojené s témami z kurzov iných predmetov.

Plánovanie kurzu zahŕňa stručnú analýzu obsahu každej vzdelávacej témy kurzu, berúc do úvahy vnútropredmetovú a medzipredmetovú komunikáciu.

Pre úspešnú realizáciu interdisciplinárnych prepojení musí učiteľ chémie, biológie a fyziky vedieť a byť schopný:

kognitívna zložka

obsah a štruktúra súvisiacich kurzov;
· časovo koordinovať štúdium príbuzných predmetov;
Teoretické základy problematiky MPS (typy klasifikácií MPS, metódy ich implementácie, funkcie MPS, hlavné zložky MPS atď.);
zabezpečiť kontinuitu pri formovaní všeobecných pojmov, štúdiu zákonov a teórií; využívať spoločné prístupy k formovaniu zručností a schopností výchovno-vzdelávacej práce medzi žiakmi, kontinuitu v ich rozvíjaní;
odhaliť vzťah javov rôznej povahy, ktoré študujú príbuzné predmety;
· formulovať konkrétne vyučovacie a vzdelávacie úlohy vychádzajúce z cieľov MPS fyziky, chémie, biológie;
· analyzovať vzdelávacie informácie príbuzných odborov; úroveň formovania interdisciplinárnych vedomostí a zručností študentov; efektívnosť aplikovaných vyučovacích metód, foriem školení, učebných pomôcok na báze MPS.

konštrukčný komponent

· vytvoriť systém cieľov a zámerov, ktoré prispievajú k implementácii MPS;
· plánovať vyučovaciu a výchovnú prácu zameranú na implementáciu MPS; identifikovať vzdelávacie a rozvojové príležitosti MPS;
· navrhnúť obsah interdisciplinárnych a integračných hodín, komplexných seminárov a pod. Predvídať ťažkosti a chyby, s ktorými sa môžu študenti stretnúť pri formovaní interdisciplinárnych vedomostí a zručností;
· navrhovať metodické vybavenie vyučovacích hodín, voliť čo najracionálnejšie formy a metódy vyučovania na základe MPS;
plánovať rôzne formy organizácie vzdelávacích a poznávacích aktivít; navrhovať didaktické vybavenie pre školenia. Organizačná zložka
organizovať vzdelávacie a poznávacie činnosti žiakov v závislosti od cieľov a zámerov, od ich individuálnych charakteristík;
· formovať kognitívny záujem žiakov o predmety prírodného cyklu na základe MPS;
organizovať a riadiť prácu medzipredmetových krúžkov a výberových predmetov; zvládnuť zručnosti NOT; metódy riadenia aktivít žiakov.

Komunikatívna zložka

Psychológia komunikácie psychologické a pedagogické základy pre formovanie interdisciplinárnych vedomostí a zručností; psychologické charakteristiky žiakov;
orientovať sa v psychologických situáciách v študentskom kolektíve; nadviazať medziľudské vzťahy v triede;
· nadviazať medziľudské vzťahy s učiteľmi príbuzných odborov pri spoločnej implementácii MPS.

Orientačný komponent

· teoretické základy činnosti pri zakladaní MPS pri štúdiu predmetov prírodného cyklu;
· orientovať sa vo vzdelávacích materiáloch príbuzných odborov; v systéme metód a foriem vzdelávania, ktoré prispievajú k úspešnej implementácii MPS.

Mobilizačná zložka

· prispôsobiť pedagogické technológie na implementáciu MPS fyziky, chémie, biológie; ponúknuť autorovi alebo zvoliť najvhodnejšiu metodiku na formovanie interdisciplinárnych vedomostí a zručností v procese vyučovania fyziky, chémie, biológie;
· rozvíjať autorské alebo adaptovať tradičné metódy riešenia problémov interdisciplinárneho obsahu;
· ovládať metodiku vedenia komplexných foriem školení; vedieť organizovať samovzdelávacie aktivity na zvládnutie technológie zavádzania MPS do vyučovania fyziky, chémie a biológie.

Výskumná zložka

· analyzovať a zhrnúť skúsenosti z ich práce na implementácii MPS; zovšeobecňovať a implementovať skúsenosti svojich kolegov; vykonať pedagogický experiment, analyzovať ich výsledky;
· organizovať prácu na metodickej téme IPU.

Tento profesiogram možno považovať jednak za základ budovania procesu prípravy učiteľov fyziky, chémie a biológie na implementáciu MPS, ale aj za kritérium hodnotenia kvality ich prípravy.

Využitie medziodborových väzieb v štúdiu chémie umožňuje študentom zoznámiť sa už od prvého ročníka s predmetmi, ktoré budú študovať vo vyšších kurzoch: elektrotechnika, manažment, ekonómia, náuka o materiáloch, časti strojov, priemyselná ekológia a pod. Poukazovaním na hodinách chémie, prečo a v akých predmetoch budú žiaci potrebovať tie či oné vedomosti, učiteľ motivuje zapamätanie si učiva nielen na jednu vyučovaciu hodinu, k získaniu hodnotenia, ale mení aj osobné záujmy žiakov nechemického štúdia. špeciality.

Vzťah medzi chémiou a fyzikou

Spolu s procesmi diferenciácie samotnej chemickej vedy prechádza chémia v súčasnosti integračnými procesmi s inými odvetviami prírodných vied. Obzvlášť intenzívne sa rozvíjajú vzájomné vzťahy medzi fyzikou a chémiou. Tento proces je sprevádzaný vznikom ďalších a ďalších príbuzných fyzikálnych a chemických odvetví poznania.

Celá história interakcie chémie a fyziky je plná príkladov výmeny myšlienok, predmetov a metód výskumu. Fyzika v rôznych fázach svojho vývoja zásobovala chémiu pojmami a teoretickými pojmami, ktoré mali silný vplyv na rozvoj chémie. Zároveň čím bol chemický výskum komplikovanejší, tým viac prenikali do chémie zariadenia a výpočtové metódy fyziky. Potreba merania tepelných účinkov reakcie, vývoj spektrálnej a röntgenovej difrakčnej analýzy, štúdium izotopov a rádioaktívnych chemických prvkov, kryštálových mriežok hmoty, molekulárnych štruktúr si vyžiadali vytvorenie a viedli k využitiu naj zložité fyzikálne prístroje – spektroskopy, hmotnostné spektrografy, difrakčné mriežky, elektrónové mikroskopy a pod.

Rozvoj modernej vedy potvrdil hlboké prepojenie fyziky a chémie. Toto spojenie je genetickej povahy, to znamená, že tvorba atómov chemických prvkov, ich spojenie do molekúl hmoty sa vyskytlo v určitom štádiu vývoja anorganického sveta. Toto spojenie je tiež založené na spoločnej štruktúre špecifických typov látok, vrátane molekúl látok, ktoré v konečnom dôsledku pozostávajú z rovnakých chemických prvkov, atómov a elementárnych častíc. Vznik chemickej formy pohybu v prírode spôsobil ďalší rozvoj predstáv o elektromagnetickej interakcii, ktorú študovala fyzika. Na základe periodického zákona dnes napreduje nielen chémia, ale aj jadrová fyzika, na hranici ktorej vznikli také zmiešané fyzikálno-chemické teórie ako chémia izotopov a radiačná chémia.

Chémia a fyzika študujú takmer tie isté objekty, ale len každý z nich vidí v týchto objektoch svoju stránku, svoj vlastný predmet štúdia. Molekula je teda predmetom štúdia nielen chémie, ale aj molekulárnej fyziky. Ak ho prvý študuje z hľadiska zákonitostí vzniku, zloženia, chemických vlastností, väzieb, podmienok jeho disociácie na jednotlivé atómy, potom druhý štatisticky študuje správanie hmotností molekúl, čo určuje tepelné javy, rôzne stavy agregácie, prechody z plynnej do kvapalnej a pevnej fázy a naopak, javy nesúvisiace so zmenou zloženia molekúl a ich vnútornej chemickej štruktúry. Sprevádzanie každej chemickej reakcie mechanickým pohybom hmôt molekúl reaktantov, uvoľňovanie alebo pohlcovanie tepla v dôsledku rozbitia alebo tvorby väzieb v nových molekulách presvedčivo svedčia o úzkom spojení medzi chemickými a fyzikálnymi javmi. Energia chemických procesov teda úzko súvisí so zákonmi termodynamiky. Chemické reakcie, pri ktorých sa uvoľňuje energia, zvyčajne vo forme tepla a svetla, sa nazývajú exotermické. Existujú aj endotermické reakcie, ktoré absorbujú energiu. Všetky vyššie uvedené nie sú v rozpore so zákonmi termodynamiky: v prípade spaľovania sa energia uvoľňuje súčasne s poklesom vnútornej energie systému. Pri endotermických reakciách sa vnútorná energia systému zvyšuje v dôsledku prílevu tepla. Meraním množstva energie uvoľnenej počas reakcie (tepelný účinok chemickej reakcie) je možné posúdiť zmenu vnútornej energie systému. Meria sa v kilojouloch na mol (kJ/mol).

Ešte jeden príklad. Hessov zákon je špeciálnym prípadom prvého termodynamického zákona. Uvádza, že tepelný účinok reakcie závisí len od počiatočného a konečného stavu látok a nezávisí od medzistupňov procesu. Hessov zákon umožňuje vypočítať tepelný účinok reakcie v prípadoch, keď je jeho priame meranie z nejakého dôvodu nemožné.

S príchodom teórie relativity, kvantovej mechaniky a teórie elementárnych častíc sa odhalili ešte hlbšie súvislosti medzi fyzikou a chémiou. Ukázalo sa, že kľúč k vysvetleniu podstaty vlastností chemických zlúčenín, samotného mechanizmu premeny látok spočíva v štruktúre atómov, v kvantovo mechanických procesoch jeho elementárnych častíc a najmä elektrónov vonkajšieho obalu. molekuly organických a anorganických zlúčenín a pod.

V oblasti kontaktu fyziky a chémie vznikla a úspešne sa rozvíja taká pomerne mladá sekcia hlavných sekcií chémie ako je fyzikálna chémia, ktorá sa formovala koncom 19. storočia. ako výsledok úspešných pokusov o kvantitatívne štúdium fyzikálnych vlastností chemikálií a zmesí teoretické vysvetlenie molekulárnych štruktúr. Experimentálnym a teoretickým základom pre to bola práca D.I. Mendelejev (objav Periodického zákona), Van't Hoff (termodynamika chemických procesov), S. Arrhenius (teória elektrolytickej disociácie) atď. Predmetom jej štúdia boli všeobecné teoretické otázky týkajúce sa štruktúry a vlastností molekúl chemických zlúčenín, procesov premeny látok v súvislosti so vzájomnou závislosťou ich fyzikálnych vlastností, štúdium podmienok pre vznik chemických reakcií a ich fyzikálne vlastnosti. fyzikálne javy, ktoré v tomto prípade prebiehajú. Teraz je fyzikálna chémia diverzifikovanou vedou, ktorá úzko spája fyziku a chémiu.

V samotnej fyzikálnej chémii doteraz vynikli a plne sa rozvinuli elektrochémia, štúdium roztokov, fotochémia a kryštalická chémia ako samostatné sekcie s vlastnými špeciálnymi metódami a predmetmi štúdia. Na začiatku XX storočia. Koloidná chémia, ktorá vyrástla v hlbinách fyzikálnej chémie, vynikla aj ako samostatná veda. Od druhej polovice XX storočia. V súvislosti s intenzívnym rozvojom problematiky jadrovej energetiky vznikli a zaznamenali veľký rozvoj najnovšie odbory fyzikálnej chémie - vysokoenergetická chémia, radiačná chémia (predmetom jej štúdia sú reakcie prebiehajúce pri pôsobení ionizujúceho žiarenia), resp. izotopová chémia.

Fyzikálna chémia je teraz považovaná za najširší všeobecný teoretický základ celej chemickej vedy. Mnohé z jej učení a teórií majú veľký význam pre rozvoj anorganickej a najmä organickej chémie. S nástupom fyzikálnej chémie sa štúdium hmoty začalo realizovať nielen tradičnými chemickými metódami výskumu, a to nielen z hľadiska jej zloženia a vlastností, ale aj zo strany štruktúry, termodynamiky a kinetiky. chemického procesu, ako aj zo strany spojenia a závislosti tohto od vplyvu javov, ktoré sú vlastné iným formám pohybu (vystavenie svetlu a žiareniu, vystavenie svetlu a teplu atď.).

Je pozoruhodné, že v prvej polovici XX storočia. existovala hranica medzi chémiou a novými odvetviami fyziky (kvantová mechanika, elektronická teória atómov a molekúl) vedou, ktorá sa neskôr stala známou ako chemická fyzika. Široko uplatnila teoretické a experimentálne metódy najnovšej fyziky pri štúdiu štruktúry chemických prvkov a zlúčenín a najmä mechanizmu reakcií. Chemická fyzika študuje vzájomné prepojenie a vzájomný prechod chemických a subatomárnych foriem pohybu hmoty.

V hierarchii základných vied podľa F. Engelsa chémia priamo susedí s fyzikou. Toto susedstvo poskytovalo rýchlosť a hĺbku, s ktorou sa mnohé odvetvia fyziky plodne vklinili do chémie. Chémia hraničí na jednej strane s makroskopickou fyzikou – termodynamikou, fyzikou spojitých médií a na druhej strane – s mikrofyzikou – statickou fyzikou, kvantovou mechanikou.

Je dobre známe, aké plodné boli tieto kontakty pre chémiu. Z termodynamiky vznikla chemická termodynamika – náuka o chemickej rovnováhe. Statická fyzika tvorila základ chemickej kinetiky - štúdium rýchlostí chemických premien. Kvantová mechanika odhalila podstatu Mendelejevovho periodického zákona. Modernou teóriou chemickej štruktúry a reaktivity je kvantová chémia, t.j. aplikácia princípov kvantovej mechaniky na štúdium molekúl a „X transformácií“.

Ďalším dôkazom plodného vplyvu fyziky na chemickú vedu je stále sa rozširujúce využívanie fyzikálnych metód v chemickom výskume. Výrazný pokrok v tejto oblasti je obzvlášť zreteľne viditeľný na príklade spektroskopických metód. Nedávno, z nekonečného rozsahu elektromagnetického žiarenia, chemici použili iba úzku oblasť viditeľných a priľahlých oblastí infračerveného a ultrafialového rozsahu. Objav fenoménu absorpcie magnetickej rezonancie fyzikmi viedol k vzniku nukleárnej magnetickej rezonančnej spektroskopie, najinformatívnejšej modernej analytickej metódy a metódy na štúdium elektrónovej štruktúry molekúl, a elektrónovej paramagnetickej rezonančnej spektroskopie, jedinečnej metódy na štúdium nestabilných medziproduktov. častice – voľné radikály. V krátkovlnnej oblasti elektromagnetického žiarenia vznikla röntgenová a gama-rezonančná spektroskopia, ktorá za svoj vzhľad vďačí objavu Mössbauera. Rozvoj synchrotrónového žiarenia otvoril nové perspektívy pre rozvoj tohto vysokoenergetického odvetvia spektroskopie.

Zdalo by sa, že celý elektromagnetický rozsah je zvládnutý a v tejto oblasti ťažko očakávať ďalší pokrok. Objavili sa však lasery – zdroje jedinečné svojou spektrálnou intenzitou – a spolu s nimi zásadne nové analytické možnosti. Medzi nimi je laserová magnetická rezonancia, rýchlo sa rozvíjajúca vysoko citlivá metóda na detekciu radikálov v plyne. Ďalšou skutočne fantastickou možnosťou je kusová registrácia atómov laserom - technika založená na selektívnej excitácii, ktorá umožňuje zaregistrovať len niekoľko atómov cudzej nečistoty v bunke. Nápadné príležitosti na štúdium mechanizmov radikálových reakcií poskytol objav fenoménu chemickej polarizácie jadier.

Teraz je ťažké pomenovať oblasť modernej fyziky, ktorá by priamo alebo nepriamo neovplyvňovala chémiu. Vezmime si napríklad fyziku nestabilných elementárnych častíc, ktorá má ďaleko od sveta molekúl vybudovaných z jadier a elektrónov. Môže sa zdať prekvapujúce, že na špeciálnych medzinárodných konferenciách sa diskutuje o chemickom správaní atómov obsahujúcich pozitrón alebo mión, ktoré v zásade nemôžu poskytovať stabilné zlúčeniny. Jedinečné informácie o ultrarýchlych reakciách, ktoré takéto atómy umožňujú získať, však plne oprávňujú tento záujem.

Pri pohľade späť do histórie vzťahu fyziky a chémie vidíme, že fyzika hrala dôležitú, niekedy rozhodujúcu úlohu vo vývoji teoretických koncepcií a výskumných metód v chémii. Mieru uznania tejto úlohy možno posúdiť napríklad na základe zoznamu nositeľov Nobelovej ceny za chémiu. Nie menej ako tretinu tohto zoznamu tvoria autori najväčších úspechov v oblasti fyzikálnej chémie. Sú medzi nimi tí, ktorí objavili rádioaktivitu a izotopy (Rutherford, M. Curie, Soddy, Aston, Joliot-Curie atď.), položili základy kvantovej chémie (Pauling a Mulliken) a modernej chemickej kinetiky (Hinshelwood a Semenov), rozvinuli nové fyzikálne metódy (Debye, Geyerovsky, Eigen, Norrish a Porter, Herzberg).

Napokon treba mať na pamäti rozhodujúci význam, ktorý pre rozvoj vedy začína zohrávať produktivita práce vedca. Revolučnú úlohu v chémii v tomto smere zohrali a stále zohrávajú fyzikálne metódy. Stačí napríklad porovnať čas, ktorý organický chemik strávil chemickým stanovením štruktúry syntetizovanej zlúčeniny a ktorý teraz trávi vlastníctvom arzenálu fyzikálnych metód. Táto rezerva uplatnenia výdobytkov fyziky nie je nepochybne ani zďaleka dostatočne využitá.

Zhrňme si nejaké výsledky. Vidíme, že fyzika v čoraz väčšom meradle a čoraz plodnejšie zasahuje do chémie. Fyzika odhaľuje podstatu kvalitatívnych chemických zákonitostí, dodáva chémii dokonalé výskumné nástroje. Relatívny objem fyzikálnej chémie rastie a neexistujú dôvody, ktoré by tento rast mohli spomaliť.

Vzťah medzi chémiou a biológiou

Je dobre známe, že chémia a biológia si dlho išli vlastnou cestou, hoci dávnym snom chemikov bolo vytvorenie živého organizmu v laboratóriu.

K prudkému posilneniu vzťahu medzi chémiou a biológiou došlo v dôsledku vytvorenia A.M. Butlerovova teória chemickej štruktúry organických zlúčenín. Organickí chemici vedení touto teóriou vstúpili do súťaže s prírodou. Nasledujúce generácie chemikov preukázali veľkú vynaliezavosť, prácu, fantáziu a tvorivé hľadanie riadenej syntézy hmoty. Ich zámerom nebolo len napodobňovať prírodu, chceli ju aj prekonať. A dnes môžeme s istotou konštatovať, že sa to v mnohých prípadoch podarilo.

Postupný rozvoj vedy v 19. storočí, ktorý viedol k objavu štruktúry atómu a detailnému poznaniu stavby a zloženia bunky, otvoril praktické možnosti pre chemikov a biológov spolupracovať na chemických problémoch tzv. teória bunky, na otázky o povahe chemických procesov v živých tkanivách a o podmienenosti biologických funkcií.chemické reakcie.

Ak sa pozriete na metabolizmus v tele z čisto chemického hľadiska, ako A.I. Oparin, uvidíme súbor veľkého množstva relatívne jednoduchých a jednotných chemických reakcií, ktoré sa v čase navzájom kombinujú, neprebiehajú náhodne, ale v prísnom slede, výsledkom čoho je vznik dlhých reťazcov reakcií. A tento poriadok prirodzene smeruje k neustálej sebazáchove a sebareprodukcii celého živého systému ako celku v daných podmienkach prostredia.

Jedným slovom, také špecifické vlastnosti živých vecí, ako je rast, reprodukcia, pohyblivosť, excitabilita, schopnosť reagovať na zmeny vo vonkajšom prostredí, sú spojené s určitými komplexmi chemických premien.

Význam chémie medzi vedami, ktoré študujú život, je mimoriadne veľký. Práve chémia odhalila najvýznamnejšiu úlohu chlorofylu ako chemického základu fotosyntézy, hemoglobínu ako základu dýchacieho procesu, stanovila sa chemická podstata prenosu nervového vzruchu, určila sa štruktúra nukleových kyselín atď. Ale hlavná vec je, že objektívne, chemické mechanizmy ležia na samom základe biologických procesov, funkcií živých vecí. Všetky funkcie a procesy vyskytujúce sa v živom organizme možno vyjadriť v jazyku chémie vo forme špecifických chemických procesov.

Samozrejme, bolo by nesprávne zredukovať javy života na chemické procesy. Bolo by to hrubé mechanické zjednodušenie. A jasným dôkazom toho je špecifickosť chemických procesov v živých systémoch v porovnaní s neživými. Štúdium tejto špecifickosti odhaľuje jednotu a vzájomný vzťah chemických a biologických foriem pohybu hmoty. Iné vedy, ktoré vznikli na priesečníku biológie, chémie a fyziky, hovoria o tom istom: biochémia je veda o metabolizme a chemických procesoch v živých organizmoch; bioorganická chémia - náuka o štruktúre, funkciách a spôsoboch syntézy zlúčenín, ktoré tvoria živé organizmy; fyzikálna a chemická biológia ako veda o fungovaní zložitých systémov prenosu informácií a regulácii biologických procesov na molekulárnej úrovni, ako aj biofyzika, biofyzikálna chémia a radiačná biológia.

Hlavnými úspechmi tohto procesu bolo stanovenie chemických produktov bunkového metabolizmu (metabolizmus v rastlinách, živočíchoch, mikroorganizmoch), vytvorenie biologických dráh a cyklov biosyntézy týchto produktov; zrealizovala sa ich umelá syntéza, objavili sa materiálne základy regulačného a dedičného molekulárneho mechanizmu a do značnej miery sa objasnil význam chemických procesov v energetických procesoch bunky a živých organizmov vôbec.

V dnešnej dobe pre chémiu nadobúda význam najmä aplikácia biologických princípov, v ktorých sa sústreďujú skúsenosti s prispôsobovaním živých organizmov podmienkam Zeme v priebehu mnohých miliónov rokov, skúsenosti s vytváraním najpokročilejších mechanizmov a procesov. Na tejto ceste už existujú určité úspechy.

Pred viac ako storočím si vedci uvedomili, že základom výnimočnej účinnosti biologických procesov je biokatalýza. Preto si chemici dali za cieľ vytvoriť novú chémiu založenú na katalytickej skúsenosti živej prírody. Objaví sa v ňom nové riadenie chemických procesov, kde sa uplatnia princípy syntézy podobných molekúl, na princípe enzýmov sa vytvoria katalyzátory takej rozmanitosti kvalít, ktoré ďaleko prekonajú tie existujúce v našom priemysle.

Napriek skutočnosti, že enzýmy majú spoločné vlastnosti obsiahnuté vo všetkých katalyzátoroch, nie sú s nimi identické, pretože fungujú v živých systémoch. Preto všetky pokusy využiť skúsenosti živej prírody na urýchlenie chemických procesov v anorganickom svete narážajú na vážne obmedzenia. Zatiaľ sa môžeme baviť len o modelovaní niektorých funkcií enzýmov a využití týchto modelov na teoretický rozbor aktivity živých systémov, ako aj čiastočnú praktickú aplikáciu izolovaných enzýmov na urýchlenie niektorých chemických reakcií.

Tu je zrejme najsľubnejším smerom výskum zameraný na aplikáciu princípov biokatalýzy v chémii a chemickej technológii, pre ktorú je potrebné študovať celú katalytickú skúsenosť živej prírody, vrátane skúsenosti s tvorbou enzýmu. seba, bunku a dokonca aj organizmus.

Teória vlastného vývoja elementárnych otvorených katalytických systémov, ktorú v najvšeobecnejšej forme predložil profesor A.P. Rudenko v roku 1964, je všeobecná teória chemickej evolúcie a biogenézy. Rieši otázky o hybných silách a mechanizmoch evolučného procesu, teda o zákonitostiach chemickej evolúcie, o výbere prvkov a štruktúr a ich príčinách, o výške chemickej organizácie a hierarchii chemických systémov v dôsledku toho. evolúcie.

Teoretickým jadrom tejto teórie je pozícia, že chemická evolúcia je samovývoj katalytických systémov, a preto sú katalyzátory vyvíjajúcou sa látkou. V priebehu reakcie dochádza k prirodzenému výberu tých katalytických centier, ktoré majú najväčšiu aktivitu. Samovývoj, samoorganizácia a samokomplikácia katalytických systémov nastáva v dôsledku neustáleho prílevu transformovateľnej energie. A keďže hlavným zdrojom energie je základná reakcia, katalytické systémy vyvíjajúce sa na základe exotermických reakcií získavajú maximálne evolučné výhody. Základná reakcia je teda nielen zdrojom energie, ale aj nástrojom na výber najprogresívnejších evolučných zmien v katalyzátoroch.

Rozvíjaním týchto názorov A.P. Rudenko sformuloval základný zákon chemickej evolúcie, podľa ktorého s najväčšou rýchlosťou a pravdepodobnosťou vznikajú tie dráhy evolučných zmien katalyzátora, na ktorých dochádza k maximálnemu zvýšeniu jeho absolútnej aktivity.

Praktickým dôsledkom teórie vlastného vývoja otvorených katalytických systémov je takzvaná „nestacionárna technológia“, teda technológia s meniacimi sa reakčnými podmienkami. Dnes výskumníci prichádzajú k záveru, že stacionárny režim, ktorého spoľahlivá stabilizácia sa zdala byť kľúčom k vysokej efektivite priemyselného procesu, je len špeciálnym prípadom nestacionárneho režimu. Zároveň sa našlo mnoho nestacionárnych režimov, ktoré prispievajú k zintenzívneniu reakcie.

V súčasnosti sú už viditeľné perspektívy pre vznik a rozvoj novej chémie, na základe ktorej vzniknú nízkoodpadové, bezodpadové a energeticky úsporné priemyselné technológie.

Dnes chemici dospeli k záveru, že s použitím rovnakých princípov, na ktorých je postavená chémia organizmov, bude v budúcnosti (bez presne opakujúcej sa prírody) možné vybudovať zásadne novú chémiu, nové riadenie chemických procesov, nové riadenie chemických procesov. kde sa budú uplatňovať princípy syntézy podobných molekúl. Predpokladá sa vytvorenie konvertorov, ktoré využívajú slnečné svetlo s vysokou účinnosťou a premieňajú ho na chemickú a elektrickú energiu, ako aj chemickú energiu na svetlo veľkej intenzity.

Záver

Moderná chémia je zastúpená mnohými rôznymi smermi vo vývoji poznatkov o podstate hmoty a metódach jej premeny. Chémia zároveň nie je len súhrnom poznatkov o látkach, ale vysoko usporiadaným, neustále sa vyvíjajúcim systémom poznania, ktorý má svoje miesto medzi ostatnými prírodnými vedami.

Chémia študuje kvalitatívnu rôznorodosť materiálnych nosičov chemických javov, chemickú formu pohybu hmoty. Hoci sa štrukturálne prelína v určitých oblastiach s fyzikou, biológiou a inými prírodnými vedami, zachováva si svoju špecifickosť.

Jedným z najvýznamnejších objektívnych podkladov pre vyčlenenie chémie ako samostatnej prírodovednej disciplíny je uznanie špecifickosti chémie vzťahu látok, ktorá sa prejavuje predovšetkým v komplexe síl a rôznych typov interakcií, ktoré určujú existenciu dvoch a viacatómových zlúčenín. Tento komplex je zvyčajne charakterizovaný ako chemická väzba, ktorá vzniká alebo sa preruší pri interakcii častíc atómovej úrovne organizácie hmoty. Výskyt chemickej väzby je charakterizovaný výraznou redistribúciou elektrónovej hustoty v porovnaní s jednoduchou polohou elektrónovej hustoty neviazaných atómov alebo atómových fragmentov, ktoré sú blízko väzbovej vzdialenosti. Táto vlastnosť najpresnejšie oddeľuje chemickú väzbu od rôznych prejavov medzimolekulových interakcií.

Neustály nárast úlohy chémie ako vedy v rámci prírodných vied je sprevádzaný prudkým rozvojom základného, komplexného a aplikovaného výskumu, zrýchleným vývojom nových materiálov s požadovanými vlastnosťami a novými postupmi v oblasti technológie výroby a spracovania látok.

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Hostené na http://www.allbest.ru/

Plán

1. Prírodná veda ako veda o prírode. Základné prírodné vedy a ich vzťah

2. Kvantová fyzika a jej základné princípy. Svet častíc a antičastíc

3. Mechanika. Základné zákony klasickej mechaniky

1. Prírodná veda ako veda o prírode. Základné prírodné vedy a ich vzťah

prírodná veda veda o prírody . V modernom svete je prírodná veda systémom prírodných vied alebo takzvaných prírodných vied, ktoré sú vzájomne prepojené a založené spravidla na matematických metódach opisu predmetov štúdia.

Prírodná veda:

Jedna z troch hlavných oblastí vedeckého poznania o prírode, spoločnosti a myslení;

Je teoretickým základom priemyselnej a poľnohospodárskej techniky a medicíny

Je to prírodný vedecký základ obrazu sveta.

Prírodná veda, ktorá je základom pre formovanie vedeckého obrazu sveta, je určitým systémom názorov na jedno alebo druhé chápanie prírodných javov alebo procesov. A ak takýto systém názorov nadobudne jediný, definujúci charakter, potom sa spravidla nazýva pojem. Postupom času sa objavujú nové empirické fakty a zovšeobecnenia a mení sa systém názorov na chápanie procesov, objavujú sa nové pojmy.

Ak vezmeme do úvahy oblasť prírodných vied čo najširšie, potom zahŕňa:

Rôzne formy pohybu hmoty v prírode;

Ich hmotné nosiče, ktoré tvoria „rebrík“ úrovní štruktúrnej organizácie hmoty;

Ich vzťah, vnútorná štruktúra a genéza.

Ale nebolo to tak vždy. Problémy prístroja, pôvod organizácie všetkého, čo je vo Vesmíre (Kozme), patrili v 4. – 6. storočí „fyzike“. A Aristoteles nazval tých, ktorí sa zaoberali týmito problémami, jednoducho „fyzici“ alebo „fyziológovia“, pretože. starogrécke slovo „fyzika“ sa rovná slovu „príroda“.

V modernej prírodnej vede sa príroda nepovažuje za abstraktne, mimo ľudskej činnosti, ale konkrétne za pod vplyvom človeka, pretože jej poznanie sa dosahuje nielen špekulatívnou, teoretickou, ale aj praktickou výrobnou činnosťou ľudí.

Prírodoveda ako odraz prírody vo vedomí človeka sa tak zdokonaľuje v procese jej aktívnej premeny v prospech spoločnosti.

Z toho vyplývajú ciele prírodných vied:

Odhaľovanie podstaty prírodných javov, ich zákonitostí a na tomto základe predpovedanie alebo vytváranie nových javov;

Schopnosť využívať v praxi známe zákony, sily a látky prírody.

Z toho vyplýva, že ak má spoločnosť záujem vychovávať vysokokvalifikovaných odborníkov, ktorí sú schopní produktívne využívať svoje vedomosti, potom cieľom štúdia koncepcií moderných prírodných vied nie je štúdium fyziky, chémie, biológie atď., ale odhaľovanie skrytých spojenia, ktoré vytvárajú organickú jednotu fyzikálnych, chemických, biologických javov.

Prírodné vedy sú:

Vedy o vesmíre, jeho štruktúre a vývoji (astronómia, kozmológia, astrofyzika, kozmochémia atď.);

Fyzikálne vedy (fyzika) - vedy o najhlbších zákonitostiach prírodných objektov a zároveň - o najjednoduchších formách ich zmien;

Chemické vedy (chémia) - vedy o látkach a ich premenách

Biologické vedy (biológia) - vedy o živote;

Zemské vedy (geonómia) – patria sem: geológia (náuka o stavbe zemskej kôry), geografia (náuka o veľkosti a tvare zemského povrchu) atď.

Uvedené vedy nevyčerpávajú celú prírodnú vedu, pretože. človek a ľudská spoločnosť sú neoddeliteľné od prírody, sú jej súčasťou.

Túžba človeka po poznaní okolitého sveta sa prejavuje rôznymi formami, metódami a smermi jeho výskumných aktivít. Každú z hlavných častí objektívneho sveta – prírodu, spoločnosť a človeka – študujú vlastné samostatné vedy. Celok vedeckých poznatkov o prírode tvorí prírodná veda, teda poznatky o prírode („príroda“ – príroda – a „znalosť“).

Prírodná veda je súbor prírodných vied, ktoré majú ako predmet svojho skúmania rôzne javy a procesy prírody, zákonitosti ich vývoja. Prírodoveda je navyše samostatná nezávislá veda o prírode ako celku. Umožňuje vám študovať akýkoľvek objekt sveta okolo nás hlbšie, ako to dokáže ktorákoľvek z prírodných vied. Preto je prírodná veda spolu s vedami o spoločnosti a myslení najdôležitejšou súčasťou ľudského poznania. Zahŕňa tak činnosť získavania vedomostí, ako aj jej výsledky, t. j. systém vedeckých poznatkov o prírodných procesoch a javoch.

Špecifikom predmetu prírodoveda je, že študuje tie isté prírodné javy z pohľadu viacerých vied naraz, odhaľuje najvšeobecnejšie zákonitosti a trendy, pričom na prírodu pozerá akoby zhora. Len tak je možné predstaviť prírodu ako jednotný ucelený systém, odhaliť základy, na ktorých je postavená celá paleta predmetov a javov okolitého sveta. Výsledkom takýchto štúdií je formulácia základných zákonov, ktoré spájajú mikro-, makro- a mega-svety, Zem a Kozmos, fyzikálne a chemické javy so životom a mysľou vo Vesmíre. Hlavným cieľom tohto kurzu je pochopenie prírody ako jednej celistvosti, hľadanie hlbších vzťahov medzi fyzikálnymi, chemickými a biologickými javmi, ako aj identifikácia skrytých súvislostí, ktoré vytvárajú organickú jednotu týchto javov.

Štruktúra prírodných vied je zložitý rozvetvený systém poznania, ktorého všetky časti sú vo vzťahu k hierarchickej podriadenosti. To znamená, že systém prírodných vied môže byť reprezentovaný ako druh rebríka, ktorého každý krok je základom pre vedu, ktorá po ňom nasleduje, a je založený na údajoch predchádzajúcej vedy.

Takže základom, základom všetkých prírodných vied je fyzika, ktorej predmetom sú telesá, ich pohyby, premeny a formy prejavov na rôznych úrovniach.

Ďalším krokom v hierarchii je chémia, ktorá študuje chemické prvky, ich vlastnosti, premeny a zlúčeniny.

Chémia je zasa základom biológie - vedy o živých, ktorá študuje bunku a všetko, čo z nej pochádza. Biológia je založená na poznatkoch o hmote, chemických prvkoch.

Vedy o Zemi (geológia, geografia, ekológia atď.) sú ďalším stupňom štruktúry prírodných vied. Uvažujú o štruktúre a vývoji našej planéty, ktorá je zložitou kombináciou fyzikálnych, chemických a biologických javov a procesov.

Túto grandióznu pyramídu vedomostí o prírode dopĺňa kozmológia, ktorá študuje vesmír ako celok. Súčasťou týchto poznatkov je astronómia a kozmogónia, ktoré skúmajú štruktúru a pôvod planét, hviezd, galaxií atď. Na tejto úrovni dochádza k novému návratu k fyzike. To nám umožňuje hovoriť o cyklickej, uzavretej povahe prírodných vied, ktorá zjavne odráža jednu z najdôležitejších vlastností samotnej prírody.

Vo vede prebiehajú najkomplikovanejšie procesy diferenciácie a integrácie vedeckých poznatkov. Diferenciácia vedy je vyčlenenie v rámci ktorejkoľvek vedy užších, súkromných oblastí výskumu, ich premena na samostatné vedy. Takže v rámci fyziky vynikli fyzika pevných látok a fyzika plazmy.

Integrácia vedy je vznik nových vied na križovatkách starých, prejav procesov zjednocovania vedeckého poznania. Príklady tohto druhu vied sú: fyzikálna chémia, chemická fyzika, biofyzika, biochémia, geochémia, biogeochémia, astrobiológia atď.

Prírodná veda je súbor prírodných vied, ktoré majú ako predmet svojho skúmania rôzne javy a procesy prírody, zákonitosti ich vývoja.

Metafyzika (grécky meta ta physika – po fyzike) je filozofická náuka o supersenzitívnych (skúsenosti neprístupných) princípoch bytia.

Naturfilozofia je špekulatívna interpretácia prírody, jej vnímania ako celku.

Systémový prístup je predstava sveta ako súboru viacúrovňových systémov spojených vzťahmi hierarchickej podriadenosti.

2. Kvantová fyzika a jej hlavné aplikácieincipi. Svet častíc a antičastíc

V roku 1900 nemecký fyzik M. Planck svojím výskumom preukázal, že vyžarovanie energie sa vyskytuje diskrétne, v určitých častiach - kvantách, ktorých energia závisí od frekvencie svetelnej vlny. Teória M. Plancka nepotrebovala koncept éteru a prekonala rozpory a ťažkosti elektrodynamiky J. Maxwella. Experimenty M. Plancka viedli k poznaniu duálnej povahy svetla, ktoré má korpuskulárne aj vlnové vlastnosti. Je jasné, že takýto záver bol nezlučiteľný s myšlienkami klasickej fyziky. Teória M. Plancka znamenala začiatok novej kvantovej fyziky, ktorá popisuje procesy prebiehajúce v mikrokozme.

A. Einstein na základe myšlienok M. Plancka navrhol fotónovú teóriu svetla, podľa ktorej je svetlo prúdom pohybujúcich sa kvánt. Kvantová teória svetla (fotónová teória) považuje svetlo za vlnu s nespojitou štruktúrou. Svetlo je prúd nedeliteľných svetelných kvánt – fotónov. Hypotéza A. Einsteina umožnila vysvetliť jav fotoelektrického javu – vyraďovanie elektrónov z látky pod vplyvom elektromagnetických vĺn. Ukázalo sa, že elektrón je vyradený fotónom iba vtedy, ak je energia fotónu dostatočná na prekonanie sily interakcie elektrónov s atómovým jadrom. V roku 1922 dostal A. Einstein Nobelovu cenu za vytvorenie kvantovej teórie svetla.

Vysvetlenie procesu fotoelektrického javu vychádzalo okrem kvantovej hypotézy M. Plancka aj z nových predstáv o štruktúre atómu. V roku 1911 Anglický fyzik E. Rutherford navrhol planetárny model atómu. Model predstavoval atóm ako kladne nabité jadro, okolo ktorého sa točia záporne nabité elektróny. Sila vznikajúca pri pohybe elektrónov na obežných dráhach je vyvážená príťažlivosťou medzi kladne nabitým jadrom a záporne nabitými elektrónmi. Celkový náboj atómu je nulový, pretože náboje jadra a elektrónov sú navzájom rovnaké. Takmer celá hmotnosť atómu je sústredená v jeho jadre a hmotnosť elektrónov je zanedbateľná. Pomocou planetárneho modelu atómu bol vysvetlený jav vychyľovania častíc alfa pri prechode cez atóm. Keďže veľkosť atómu je v porovnaní s veľkosťou elektrónov a jadra veľká, alfa častica ním prechádza bez prekážok. Vychýlenie sa pozoruje iba vtedy, keď alfa častica prechádza blízko jadra, v tomto prípade elektrické odpudzovanie spôsobí, že sa prudko vychýli zo svojej pôvodnej dráhy. V roku 1913 Dánsky fyzik N. Bohr navrhol dokonalejší model atómu, pričom myšlienky E. Rutherforda doplnil o nové hypotézy. Postuláty N. Bohra boli nasledovné:

1. Postulát stacionárnych stavov. Elektrón vykonáva stabilné orbitálne pohyby na stacionárnych dráhach v atóme, pričom nevyžaruje ani neabsorbuje energiu.

2. Pravidlo frekvencií. Elektrón je schopný pohybovať sa z jednej stacionárnej dráhy na druhú, pričom vyžaruje alebo absorbuje energiu. Keďže energie obežných dráh sú diskrétne a konštantné, pri pohybe z jednej z nich na druhú je vždy určitá časť energie emitovaná alebo absorbovaná.

Prvý postulát umožnil odpovedať na otázku: prečo naň nedopadajú elektróny, keď sa pohybujú po kruhových dráhach okolo jadra, t.j. Prečo atóm zostáva stabilný?

Druhý postulát vysvetlil diskontinuitu spektra elektrónového žiarenia. Kvantové postuláty N. Bohra znamenali odmietnutie klasických fyzikálnych konceptov, ktoré boli dovtedy považované za absolútne pravdivé.

Napriek rýchlemu rozpoznaniu teória N. Bohra stále nedala odpovede na mnohé otázky. Vedci najmä nedokázali presne opísať viacelektrónové atómy. Ukázalo sa, že je to spôsobené vlnovou povahou elektrónov, ktoré je nesprávne reprezentovať ako pevné častice pohybujúce sa po určitých dráhach.

V skutočnosti sa stavy elektrónu môžu meniť. N. Bohr naznačil, že mikročastice nie sú ani vlna, ani teliesko. S jedným typom meracích prístrojov sa správajú ako súvislé pole, s iným - ako diskrétne častice materiálu. Ukázalo sa, že predstava o presných dráhach pohybu elektrónov je tiež mylná. Vďaka svojej vlnovej povahe sú elektróny po atóme skôr „rozmazané“ a dosť nerovnomerne. V určitých bodoch ich hustota náboja dosahuje maximum. Krivka spájajúca body maximálnej hustoty elektrónového náboja je jeho "obežná dráha".

V 20.-30. W. Heisenberg a L. de Broglie položili základy novej teórie – kvantovej mechaniky. V roku 1924 v "Svetlo a hmota"

L. de Broglie navrhol univerzálnosť vlnovo-časticovej duality, podľa ktorej sa všetky mikroobjekty môžu správať ako vlny aj ako častice. Na základe už zavedenej duálnej (korpuskulárnej a vlnovej) povahy svetla vyjadril myšlienku vlnových vlastností akýchkoľvek hmotných častíc. Takže napríklad elektrón sa správa ako častica, keď sa pohybuje v elektromagnetickom poli, a ako vlna, keď prechádza kryštálom. Táto myšlienka sa nazýva dualizmus korpuskulárnych vĺn. Princíp korpuskulárneho vlnového dualizmu zakladá jednotu diskrétnosti a kontinuity hmoty.

V roku 1926 E. Schrödinger na základe myšlienok L. de Broglieho zostrojil vlnovú mechaniku. Podľa jeho názoru sú kvantové procesy vlnové procesy, preto klasický obraz hmotného bodu zaberajúci určité miesto v priestore je adekvátny len pre makroprocesy a pre mikrosvet je úplne nesprávny. V mikrokozme častica existuje ako vlna aj ako telieska. V kvantovej mechanike si elektrón možno predstaviť ako vlnu, ktorej dĺžka závisí od jej rýchlosti. Rovnica E. Schrödingera popisuje pohyb mikročastíc v silových poliach a zohľadňuje ich vlnové vlastnosti.

Na základe týchto myšlienok v roku 1927. bol formulovaný princíp komplementarity, podľa ktorého vlnové a korpuskulárne opisy procesov v mikrokozme nevylučujú, ale dopĺňajú sa a iba v jednote poskytujú úplný opis. Pri presnom meraní jednej z dodatočných veličín dochádza k nekontrolovanej zmene druhej. Pojmy častica a vlna sa nielen dopĺňajú, ale zároveň si odporujú. Sú to doplňujúce obrázky toho, čo sa deje. Základom kvantovej fyziky sa stalo tvrdenie o dualizme korpuskulárnych vĺn.

V roku 1927 Nemecký fyzik W. Heisenberg dospel k záveru, že nie je možné súčasne, presne merať súradnice častice a jej hybnosť, ktorá závisí od rýchlosti, tieto veličiny vieme určiť len s určitou mierou pravdepodobnosti. V klasickej fyzike sa predpokladá, že súradnice pohybujúceho sa objektu možno určiť s absolútnou presnosťou. Kvantová mechanika túto možnosť výrazne obmedzuje. W. Heisenberg vo svojom diele „Fyzika atómového jadra“ načrtol svoje myšlienky.

Záver W. Heisenberga sa nazýva princíp vzťahu neurčitosti, ktorý je základom fyzikálneho výkladu kvantovej mechaniky. Jeho podstata je nasledovná: nie je možné mať súčasne presné hodnoty rôznych fyzikálnych charakteristík mikročastice - súradnice a hybnosti. Ak dostaneme presnú hodnotu jednej veličiny, tak druhá zostane úplne neistá, existujú zásadné obmedzenia na meranie fyzikálnych veličín, ktoré charakterizujú správanie mikroobjektu.

Teda, uzavrel W. Heisenberg, realita sa líši v závislosti od toho, či ju pozorujeme alebo nie. „Kvantová teória už neumožňuje úplne objektívny popis prírody,“ napísal. Meracie zariadenie ovplyvňuje výsledky merania, t.j. vo vedeckom experimente sa vplyv človeka ukáže ako neodstrániteľný. V situácii experimentu sme postavení pred subjektovo-objektovú jednotu meracieho zariadenia a skúmanej reality.

Je dôležité poznamenať, že táto okolnosť nesúvisí s nedokonalosťou meracích prístrojov, ale je dôsledkom objektívnych, korpuskulárne vlnových vlastností mikroobjektov. Ako uviedol fyzik M. Born, vlny a častice sú len „projekciou“ fyzikálnej reality do experimentálnej situácie.

Dva základné princípy kvantovej fyziky – princíp vzťahu neurčitosti a princíp komplementarity – naznačujú, že veda odmieta opisovať iba dynamické zákony. Zákony kvantovej fyziky sú štatistické. Ako píše V. Heisenberg, "pri experimentoch s atómovými procesmi máme do činenia s vecami a faktami, ktoré sú také skutočné, ako sú skutočné akékoľvek javy každodenného života. Ale atómy alebo elementárne častice nie sú reálne do takej miery. Skôr tvoria svet tendencií alebo možností ako svet vecí a faktov." Následne sa kvantová teória stala základom jadrovej fyziky av roku 1928. P. Dirac položil základy relativistickej kvantovej mechaniky.

3. Mechanika. Hlavnézákon klasickej mechaniky

prírodoveda mechanika kvant

Klasická mechanika je fyzikálna teória, ktorá stanovuje zákony pohybu makroskopických telies s rýchlosťami oveľa menšími ako je rýchlosť svetla vo vákuu.

Klasická mechanika sa delí na:

Statika (ktorá berie do úvahy rovnováhu telies)

Kinematika (ktorá študuje geometrické vlastnosti pohybu bez zváženia jeho príčin)

Dynamika (ktorá zvažuje pohyb telies).

Základ klasickej mechaniky tvoria tri Newtonove zákony:

Prvý Newtonov zákon predpokladá existenciu špeciálnych vzťažných sústav, nazývaných interciálne, v ktorých každé teleso udržiava stav pokoja alebo rovnomerného priamočiareho pohybu, kým naň nepôsobia sily iných telies (zákon zotrvačnosti).

Druhý Newtonov zákon hovorí, že v inerciálnych vzťažných sústavách je zrýchlenie akéhokoľvek telesa úmerné súčtu síl, ktoré naň pôsobia, a nepriamo úmerné hmotnosti telesa (F = ma).

Tretí Newtonov zákon hovorí, že pri interakcii akýchkoľvek dvoch telies na seba pôsobia sily rovnakej veľkosti a opačného smeru (akcia sa rovná reakcii).

Aby bolo možné vypočítať pohyb fyzických telies na základe týchto základných zákonov newtonovskej mechaniky, musia byť doplnené o popis síl, ktoré vznikajú medzi telesami pri rôznych spôsoboch interakcie. V modernej fyzike sa uvažuje o mnohých rôznych silách: gravitácia, trenie, tlak, napätie, Archimedes, zdvih, Coulomb (elektrostatický), Lorentz (magnetický) atď. Všetky tieto sily závisia od relatívnej polohy a rýchlosti interagujúcich telies.

Klasická mechanika je druh mechaniky (odbor fyziky, ktorý študuje zákony zmeny polôh telies a príčiny, ktoré ju spôsobujú), založený na 3 Newtonových zákonoch a Galileovom princípe relativity. Preto sa často nazýva „newtonovská mechanika“. Dôležité miesto v klasickej mechanike zaujíma existencia inerciálnych sústav. Klasická mechanika sa delí na statiku (uvažuje o rovnováhe telies) a dynamiku (uvažuje o pohybe telies). Klasická mechanika poskytuje veľmi presné výsledky v rámci každodennej skúsenosti. Ale pre systémy pohybujúce sa vysokou rýchlosťou blížiacou sa rýchlosti svetla dáva presnejšie výsledky relativistická mechanika, pre systémy mikroskopických rozmerov - kvantová mechanika a pre systémy s oboma charakteristikami - kvantová teória poľa. Napriek tomu si klasická mechanika zachováva svoju hodnotu, pretože je oveľa jednoduchšia na pochopenie a použitie ako iné teórie a v širokom rozsahu sa celkom dobre približuje realite. Klasická mechanika môže byť použitá na opis pohybu objektov, ako sú vrcholy a baseballové lopty, mnoho astronomických objektov (ako sú planéty a galaxie) a dokonca aj mnoho mikroskopických objektov, ako sú organické molekuly. Aj keď je klasická mechanika vo všeobecnosti kompatibilná s inými „klasickými teóriami“, ako je klasická elektrodynamika a termodynamika, koncom 19. storočia sa našli nezrovnalosti, ktoré bolo možné vyriešiť iba v rámci modernejších fyzikálnych teórií. Predovšetkým klasická elektrodynamika predpovedá, že rýchlosť svetla je pre všetkých pozorovateľov konštantná, čo je ťažké zosúladiť s klasickou mechanikou a čo viedlo k vytvoreniu špeciálnej teórie relativity. Pri posudzovaní spolu s klasickou termodynamikou vedie klasická mechanika k Gibbsovmu paradoxu, v ktorom nie je možné presne určiť množstvo entropie a k ultrafialovej katastrofe, pri ktorej musí čierne teleso vyžarovať nekonečné množstvo energie. Pokusy vyriešiť tieto problémy viedli k rozvoju kvantovej mechaniky.

Hostené na Allbest.ru

...

Podobné dokumenty

Hlavné zložky prírodných vied ako sústavy prírodných vied. Alexandrijské obdobie rozvoja vedy. Základné zákony newtonovskej mechaniky. Etapy vytvárania doktríny elektromagnetizmu. Kvantová mechanika. stechiometrické zákony. Fenomén katalýzy.

test, pridané 16.01.2009

Ciele a ciele predmetu "Koncepcie moderných prírodných vied", miesto tejto disciplíny v systéme iných vied. Klasifikácia vied navrhnutá F. Engelsom. Vzťah fyzikálnych, chemických a biologických poznatkov. Typy atmosférických procesov v prírode.

kontrolné práce, doplnené 13.06.2013

Miesto prírodných vied v modernom vedeckom obraze sveta. Prínos stredovekej vedy k rozvoju vedeckého poznania. Príkladom zmeny paradigmy v archeológii je boj medzi konceptmi evolucionizmu a migrácie. Rozvoj vedy v stredoveku, prínos Leonarda da Vinciho.

abstrakt, pridaný 12.09.2010

Význam vedy v modernej kultúre a štruktúra vedeckého poznania. Hlavné etapy vývoja európskej prírodnej vedy. Typy fyzických interakcií. Mechanický, elektromagnetický a kvantovo-relativistický obraz sveta. Modely štruktúry atómu.

návod, pridaný 27.01.2010

Vymedzenie prírodných vied ako odvetvia vedeckého poznania, jej odlišnosť od iných vied, úsekov prírodných vied. Veda ako jedna z foriem spoločenského vedomia. Opis a vysvetlenie rôznych procesov a javov reality ako hlavných cieľov vedy.

abstrakt, pridaný 16.04.2011

Klasická mechanika ako základ teórie prírodných vied. Vznik a vývoj klasickej prírodnej vedy. systém Copernicus. Gallileo Gallilei. Isaac Newton. Formovanie základov klasickej mechaniky. Metóda toku.

kontrolné práce, doplnené 06.10.2007

Systematizácia poznatkov do samostatných vied. Vznik a vývoj prírodných vied, základné pojmy a ciele. Spojenie vedeckých poznatkov o prírode s výrobnou a pracovnou činnosťou človeka. Vzťah a vzájomná závislosť prírodných vied a spoločnosti.

test, pridané 4.4.2009

Pojem ako súbor hlavných myšlienok výskumných metód a opisu výsledkov, funkcie vedy. Obrazy sveta - vedecké, mechanické, elektromagnetické a moderné (spájajúce všetky prírodné vedy). Základné princípy, na ktorých sú založené.

abstrakt, pridaný 6.10.2010

Prírodoveda ako systém vedeckých poznatkov o prírode, spoločnosti a myslení braných v ich vzájomnom prepojení. Formy pohybu hmoty v prírode. Predmet, ciele, zákonitosti a črty vývoja, empirické, teoretické a aplikované aspekty prírodných vied.

abstrakt, pridaný 15.11.2010

Fyzika a prírodné vedy. Vznik kvantovej mechaniky a kvantovej fyziky, špecifiká ich zákonov a princípov. Základné pojmy „elementárne“, „jednoducho-komplexné“, „rozdelenie“. Diverzita a jednota elementárnych častíc, problém ich klasifikácie.

Kategórie

Voľba editora

Prírodná veda. Interdisciplinárne prepojenia chémie s inými disciplínami Chémia v systéme prírodných vied

Prepojenie chémie s inými vedami

Vznik chémie ako vedy, hlavné etapy jej vývoja.

Čo sú prírodné vedy?

Klasifikácia

Interakcia disciplín medzi sebou

Výskumné metódy

Moderné problémy prírodných vied

Biológia

Chémia a fyzika

vedy o Zemi

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Podobné dokumenty

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Podobné dokumenty

Vyhľadávanie

Predplatné

Populárne položky

Posledné poznámky