Dom > Matematyka > Naturalna nauka. Interdyscyplinarne powiązania chemii z innymi dyscyplinami Chemia w systemie nauk przyrodniczych


Naturalna nauka. Interdyscyplinarne powiązania chemii z innymi dyscyplinami Chemia w systemie nauk przyrodniczych




Materia jest tym, z czego zbudowane są ciała fizyczne.


Istnieje wiele substancji i wszystkie mają różne właściwości. Na przykład cukier i sól kuchenna są białymi krystalicznymi ciałami stałymi, ale różnią się smakiem i rozpuszczalnością w wodzie; woda i aceton to bezbarwne ciecze, ale woda jest bezwonna, a aceton, który znasz jako dobry rozpuszczalnik do lakierów i farb, ma charakterystyczny zapach; tlen i wodór są bezbarwnymi gazami, ale wodór jest 16 razy lżejszy od tlenu.


Jednym z zadań chemii jest nauczenie się rozróżniania substancji na podstawie ich właściwości fizycznych i chemicznych, a czasem na podstawie ich działania fizjologicznego. Na przykład dobrze znaną substancję – sól kuchenną – można scharakteryzować następująco: biała substancja stała, słony smak, krucha, rozpuszczalna w wodzie, temperatura topnienia 801°C, temperatura wrzenia 1465°C.


Kolejnym zadaniem chemii jest otrzymywanie różnych substancji, z których wielu nie występuje w przyrodzie: tworzyw sztucznych, niektórych nawozów mineralnych (superfosfat, saletra amonowa), środków ochrony roślin, leków (aspiryna, streptocyd), detergentów itp. Substancje te otrzymuje się w wyniku różnych przemian chemicznych.

Połączenie chemii z innymi naukami

Chemia jest jedną z gałęzi nauk przyrodniczych, jest ściśle powiązana zarówno z innymi naukami, jak i ze wszystkimi gałęziami gospodarki narodowej.


Przemianie jednej substancji w drugą towarzyszą różne zjawiska fizyczne, takie jak wydzielanie lub pochłanianie ciepła. Dlatego chemicy muszą znać fizykę.


Podstawą istnienia dzikich zwierząt jest metabolizm. Biolog, który nie zna praw chemii, nie będzie w stanie zrozumieć i wyjaśnić tego procesu.


Wiedza chemiczna jest również niezbędna dla geologa. Za ich pomocą z powodzeniem przeprowadzi poszukiwania minerałów. Lekarz, farmaceuta, kosmetolog, metalurg, specjalista kulinarny bez odpowiedniego przygotowania chemicznego nie osiągnie wyżyn umiejętności.


Chemia to nauka ścisła. Przed przeprowadzeniem eksperymentu chemicznego i po jego zakończeniu chemik wykonuje niezbędne obliczenia. Ich wyniki pozwalają na wyciągnięcie prawidłowych wniosków. Dlatego działalność chemika jest niemożliwa bez znajomości matematyki.


Zetknięcie chemii z innymi naukami rodzi określone obszary ich wzajemnego przenikania. Tak więc obszary przejścia między chemią a fizyką są reprezentowane przez chemię fizyczną i fizykę chemiczną. Pomiędzy chemią a biologią, chemią a geologią powstały specjalne obszary graniczne - geochemia, biochemia, biogeochemia, biologia molekularna. Najważniejsze prawa chemii sformułowane są w języku matematycznym, a chemia teoretyczna nie może się rozwijać bez matematyki. Chemia wywierała i wywiera wpływ na rozwój filozofii, a sama jej wpływu doświadczała i doświadcza.


Środowisko jest coraz bardziej zanieczyszczane na skutek wprowadzania do gleby nadmiernych ilości nawozów sztucznych, uwalniania spalin samochodowych do powietrza, szkodliwych substancji pochodzących z różnych gałęzi przemysłu do zbiorników wodnych, a także odpadów komunalnych. Wszystko to prowadzi do niszczenia roślin, śmierci zwierząt i pogorszenia zdrowia ludzi. Poważnym zagrożeniem dla wszystkich żywych istot jest broń chemiczna - specjalne, niezwykle toksyczne substancje. Niszczenie zapasów takiej broni wymaga znacznego wysiłku, pieniędzy i czasu.


Relacje między człowiekiem a przyrodą bada młoda przyrodnicza ekologia. Problematyka ochrony środowiska przed zanieczyszczeniami jest stale w polu widzenia ekologów. Zachowanie przyrody dla przyszłych pokoleń zależy od ostrożnego stosunku każdego z nas do niej, od poziomu naszej kultury i wiedzy chemicznej.

Pojawienie się chemii jako nauki, główne etapy jej rozwoju.

Geneza chemii związana jest z rozwojem procesów i rzemiosł chemicznych, takich jak wytapianie metali, browarnictwo, garbowanie i barwienie skór, które dostarczały praktycznych informacji o zachowaniu się substancji. Droga jego rozwoju jest długa, pouczająca i ciekawa.


Główne etapy w historii nauk chemicznych obejmują:


1. etap. Od starożytności do końca XVIII wieku. Okres alchemiczny, dzieła R. Boyle'a.


2. etap. Chemia jako nauka. Dzieła Łomonosowa, Daltona, Lavoisiera.


3. etap. XIX i. Teoria atomowo-molekularna, tworzenie podstawowych podstaw teoretycznych chemii. Odkrycie przez Mendelejewa D.I. Ustawa okresowa z 1809 r.


4. etap. Nowożytny okres pomyślnego odrodzenia chemii. Badania naukowe i praktyczne w dziedzinie chemii.


Chemia odgrywa ogromną rolę w życiu współczesnego społeczeństwa. Chemia wdziera się do wszystkich dziedzin nauki, technologii, produkcji, rolnictwa, życia codziennego, wprowadzając rewolucyjne zmiany w zwykłych procesach i metodach, oszczędzając pracę, pieniądze, czas i materiały, zwiększając bogactwo ludzi. Teraz szczególnie potwierdzają się słowa wielkiego rosyjskiego naukowca M. V. Łomonosowa: „Chemia szeroko rozkłada ręce w sprawach ludzkich”.

We współczesnym świecie istnieją tysiące różnych nauk, dyscyplin edukacyjnych, sekcji i innych powiązań strukturalnych. Jednak szczególne miejsce wśród wszystkich zajmują te, które odnoszą się bezpośrednio do osoby i wszystkiego, co ją otacza. Taki jest system nauk przyrodniczych. Oczywiście wszystkie inne dyscypliny są również ważne. Ale to właśnie ta grupa ma najstarsze pochodzenie, a zatem ma szczególne znaczenie w życiu ludzi.

Co to jest nauki przyrodnicze?

Odpowiedź na to pytanie jest prosta. Są to dyscypliny, które badają osobę, jej zdrowie, a także całe środowisko: ogólnie glebę, przestrzeń, przyrodę, substancje, z których składają się wszystkie żywe i nieożywione ciała, ich przemiany.

Nauki przyrodnicze interesowały ludzi od starożytności. Jak pozbyć się choroby, z czego składa się organizm od środka i czym jest, a także miliony podobnych pytań – oto, co interesowało ludzkość od samego początku jej występowania. Rozważane dyscypliny dają na nie odpowiedzi.

Zatem na pytanie, czym są nauki przyrodnicze, odpowiedź jest jednoznaczna. Są to dyscypliny, które badają przyrodę i wszystkie żywe istoty.

Klasyfikacja

Istnieje kilka głównych grup, które odnoszą się do nauk przyrodniczych:

  1. Chemiczne (analityczne, organiczne, nieorganiczne, kwantowe, związki pierwiastkowe).
  2. Biologiczne (anatomia, fizjologia, botanika, zoologia, genetyka).
  3. chemia, nauki fizyczne i matematyczne).
  4. Nauki o Ziemi (astronomia, astrofizyka, kosmologia, astrochemia,
  5. Nauki o skorupach ziemi (hydrologia, meteorologia, mineralogia, paleontologia, geografia fizyczna, geologia).

Reprezentowane są tutaj tylko podstawowe nauki przyrodnicze. Należy jednak rozumieć, że każdy z nich ma swoje podsekcje, gałęzie, dyscypliny pomocnicze i podrzędne. A jeśli połączysz je wszystkie w jedną całość, możesz uzyskać cały kompleks nauk przyrodniczych, liczący setki jednostek.

Jednocześnie można ją podzielić na trzy duże grupy dyscyplin:

  • stosowany;
  • opisowy;
  • dokładny.

Interakcja dyscyplin między sobą

Oczywiście żadna dyscyplina nie może istnieć w oderwaniu od innych. Wszystkie są w ścisłej harmonijnej interakcji ze sobą, tworząc jeden kompleks. I tak np. wiedza biologiczna byłaby niemożliwa bez użycia środków technicznych zaprojektowanych w oparciu o fizykę.

Jednocześnie przemian zachodzących w organizmach żywych nie można badać bez znajomości chemii, ponieważ każdy organizm to cała fabryka reakcji zachodzących z ogromną szybkością.

Związek nauk przyrodniczych zawsze był śledzony. Historycznie rozwój jednego z nich wiązał się z intensywnym rozwojem i gromadzeniem wiedzy w drugim. Gdy tylko zaczęto zagospodarowywać nowe lądy, odkrywano wyspy, obszary lądowe, natychmiast rozwijała się zarówno zoologia, jak i botanika. W końcu nowe siedliska zasiedlili (choć nie wszystkie) nieznani wcześniej przedstawiciele rodzaju ludzkiego. W ten sposób geografia i biologia były ze sobą ściśle powiązane.

Jeśli mówimy o astronomii i dyscyplinach pokrewnych, nie sposób nie zauważyć, że rozwinęła się ona dzięki odkryciom naukowym z zakresu fizyki i chemii. O sukcesie w tej dziedzinie w dużej mierze zadecydowała konstrukcja teleskopu.

Takich przykładów jest wiele. Wszystkie ilustrują ścisły związek między wszystkimi dyscyplinami przyrodniczymi, które tworzą jedną wielką grupę. Poniżej rozważamy metody nauk przyrodniczych.

Metody badawcze

Zanim zajmiemy się metodami badawczymi stosowanymi przez przedmiotowe nauki, konieczne jest zidentyfikowanie przedmiotów ich badań. Oni są:

  • człowiek;
  • życie;
  • Wszechświat;
  • materiał;
  • Ziemia.

Każdy z tych obiektów ma swoje własne cechy, a do ich badania konieczne jest wybranie jednej lub drugiej metody. Wśród nich z reguły wyróżnia się:

  1. Obserwacja to jeden z najprostszych, najskuteczniejszych i najstarszych sposobów poznawania świata.
  2. Eksperyment jest podstawą nauk chemicznych, większości dyscyplin biologicznych i fizycznych. Pozwala uzyskać wynik i na jego podstawie wyciągnąć wnioski
  3. Porównanie – metoda ta polega na wykorzystaniu historycznie zgromadzonej wiedzy na dany temat i porównaniu ich z uzyskanymi wynikami. Na podstawie analizy wyciąga się wniosek na temat innowacyjności, jakości i innych cech obiektu.
  4. Analiza. Metoda ta może obejmować modelowanie matematyczne, systematykę, uogólnienie, skuteczność. Najczęściej jest ostateczna po szeregu innych badań.
  5. Pomiar - służy do oceny parametrów określonych obiektów przyrody ożywionej i nieożywionej.

Istnieją również najnowsze, nowoczesne metody badawcze, które są stosowane w fizyce, chemii, medycynie, biochemii i inżynierii genetycznej, genetyce i innych ważnych naukach. To:

  • mikroskopia elektronowa i laserowa;
  • wirowanie;
  • analiza biochemiczna;
  • rentgenowska analiza strukturalna;
  • spektrometria;
  • chromatografia i inne.

Oczywiście nie jest to pełna lista. Istnieje wiele różnych urządzeń do pracy w każdej dziedzinie wiedzy naukowej. Wszystko wymaga indywidualnego podejścia, co oznacza, że ​​\u200b\u200bformowany jest zestaw metod, dobierany jest sprzęt i sprzęt.

Współczesne problemy nauk przyrodniczych

Główne problemy nauk przyrodniczych na obecnym etapie rozwoju to poszukiwanie nowych informacji, gromadzenie teoretycznej bazy wiedzy w bardziej pogłębionym, bogatym formacie. Do początku XX wieku głównym problemem omawianych dyscyplin był sprzeciw wobec nauk humanistycznych.

Jednak dzisiaj ta przeszkoda nie jest już aktualna, ponieważ ludzkość zdała sobie sprawę, jak ważna jest interdyscyplinarna integracja w opanowaniu wiedzy o człowieku, przyrodzie, przestrzeni i innych rzeczach.

Teraz przed dyscyplinami cyklu przyrodniczego stoi inne zadanie: jak zachować przyrodę i chronić ją przed wpływem samego człowieka i jego działalności gospodarczej? A oto najpilniejsze kwestie:

  • kwaśny deszcz;
  • Efekt cieplarniany;
  • zniszczenie warstwy ozonowej;
  • wymieranie gatunków roślin i zwierząt;
  • zanieczyszczenie powietrza i inne.

Biologia

W większości przypadków w odpowiedzi na pytanie „Czym są nauki przyrodnicze?” Przychodzi mi na myśl jedno słowo: biologia. Taka jest opinia większości ludzi niezwiązanych z nauką. I jest to całkowicie słuszna opinia. W końcu co, jeśli nie biologia, bezpośrednio i bardzo ściśle łączy przyrodę i człowieka?

Wszystkie dyscypliny składające się na tę naukę mają na celu badanie żywych systemów, ich interakcji między sobą i ze środowiskiem. Dlatego jest całkiem normalne, że biologia jest uważana za założyciela nauk przyrodniczych.

Ponadto jest również jednym z najstarszych. W końcu dla siebie samego, jego ciała, otaczających roślin i zwierząt narodziło się razem z człowiekiem. Genetyka, medycyna, botanika, zoologia i anatomia są ściśle związane z tą samą dyscypliną. Wszystkie te gałęzie składają się na biologię jako całość. Dają nam również pełny obraz natury i człowieka oraz wszystkich żywych systemów i organizmów.

Chemia i fizyka

Te podstawowe nauki w rozwoju wiedzy o ciałach, substancjach i zjawiskach naturalnych są nie mniej starożytne niż biologia. Rozwijały się one także wraz z rozwojem człowieka, jego kształtowaniem się w środowisku społecznym. Głównymi zadaniami tych nauk są badanie wszystkich ciał przyrody nieożywionej i żywej z punktu widzenia zachodzących w nich procesów, ich związku ze środowiskiem.

Fizyka zajmuje się więc zjawiskami naturalnymi, mechanizmami i przyczynami ich występowania. Chemia opiera się na znajomości substancji i ich wzajemnych przemian.

Tym są nauki przyrodnicze.

Nauka o ziemi

I na koniec wymieniamy dyscypliny, które pozwalają dowiedzieć się więcej o naszym domu, który nazywa się Ziemia. Obejmują one:

  • geologia;
  • meteorologia;
  • klimatologia;
  • geodezja;
  • hydrochemia;
  • kartografia;
  • mineralogia;
  • sejsmologia;
  • Gleboznawstwo;
  • paleontologia;
  • tektonika i inne.

W sumie istnieje około 35 różnych dyscyplin. Wspólnie badają naszą planetę, jej strukturę, właściwości i cechy, które są tak niezbędne do życia ludzi i rozwoju gospodarki.

Wyślij swoją dobrą pracę w bazie wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy korzystają z bazy wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Wam bardzo wdzięczni.

Chemia dzisiaj

Narodziny nowoczesnej chemii

Prawo okresowe

Cechy współczesnej chemii

Wniosek

Chemia dzisiaj

„Chemia szeroko rozkłada ręce w sprawach ludzkich” - to hasło Michaiła Łomonosowa jest szczególnie aktualne w dzisiejszych czasach. Chemia to dziś żywność i lekarstwa, paliwa i odzież, nawozy sztuczne i farby, analiza i synteza, organizacja produkcji i kontrola jakości jej produktów, przygotowanie wody pitnej i odprowadzanie ścieków, monitoring środowiska i tworzenie bezpiecznego środowiska człowieka. „Opanowanie takiej ilości wiedzy jest niemożliwe!” zawołał pesymista. „Dla osoby, która swoją pracę wykonuje z pasją nie ma rzeczy niemożliwych” – odpowiadamy. A jeśli zdecydujesz się związać swoje losy z chemią, czekamy na Ciebie na naszym wydziale. Tutaj otrzymasz podstawowe wykształcenie uniwersyteckie, które pozwoli Ci nie tylko łatwo zaadaptować się w każdym miejscu pracy, ale także stać się profesjonalistą w swojej dziedzinie.

Wraz z tradycyjnymi obszarami zastosowań sił chemików, wiedza chemiczna nabiera coraz większego znaczenia w życiu społeczeństwa. Rzeczywiście, obecnie zauważalnie wzrosła liczba i różnorodność przedmiotów ekspertyzy: woda, powietrze, gleba, żywność i towary przemysłowe, leki i odpady z różnych przedsiębiorstw i wiele innych. Ustalenie rodzaju produktu, fakt i sposób jego sfałszowania, monitorowanie czystości środowiska, badania kryminalistyczne – to nie jest pełna lista tego, co powinien umieć biegły chemik. Uzyskane przez specjalistów wyniki są potężnym źródłem informacji poszukiwawczych, diagnostycznych i dowodowych, które przyczyniają się do ustalenia obiektywnej prawdy w badaniu sytuacji kryzysowych, realizacji kontroli ekoanalitycznej, sanitarno-epidemiologicznej i celnej. Specjaliści o tym profilu są potrzebni organom spraw wewnętrznych i FSB, Ministerstwu Sprawiedliwości, Ministerstwu Zdrowia, Ministerstwu ds. Sytuacji Nadzwyczajnych, Służbie Celnej, departamentom pełniącym funkcje środowiskowe. Tymczasem tego rodzaju specjaliści w naszym kraju praktycznie nie są szkoleni. W związku z tym Wydział Chemiczny naszej uczelni rozpoczyna kształcenie specjalistów z zakresu ekspertyz chemicznych.

Co roku życie studenckie na naszym wydziale rozpoczyna 50 studentów pierwszego roku, a łącznie na wydziale studiuje około 250 studentów. W młodszych klasach studenci oprócz dyscyplin chemicznych uczą się matematyki wyższej, informatyki, fizyki, dyscyplin społeczno-ekonomicznych oraz języka obcego.

Po III roku studenci dobrowolnie wybierają wydział, w którym uzyskają odpowiednią specjalizację. Wydział ma trzy wydziały. Katedra Chemii Analitycznej i Chemii Ropy Naftowej, w skrócie AChN (Kierownik Katedry - prof. V.I. Vershinin) zajmuje się problemami ochrony środowiska, pomaga niektórym przedsiębiorstwom kompleksu petrochemicznego rozwiązywać problemy produkcyjne. To jedyny w mieście wydział Akademii Nauk Chemicznych rozpoczyna kształcenie chemików w zakresie specjalizacji chemicznej. Katedra posiada studia podyplomowe w specjalnościach „chemia analityczna” oraz „metody nauczania chemii”.

Katedrą Chemii Nieorganicznej kieruje prof. V.F. Borbata. Tutaj zapoznasz się z problemami ochrony metali przed korozją, oczyszczania metali ciężkich ze ścieków, nauczania różnych elektrochemicznych metod analizy i nie tylko. W efekcie uzyskasz specjalizację z elektrochemii. Ponadto wydział rozpoczyna szkolenie specjalistów z tak ważnej dla naszego miasta dziedziny ekologii i ochrony środowiska. Studenci, którzy wykazali zamiłowanie do pracy naukowej, mogą kontynuować ją na Wydziale, zapisując się na studia podyplomowe na specjalnościach „chemia fizyczna” i „elektrochemia”.

W Katedrze Chemii Organicznej, kierowanej przez prof. R.S. Sagitulin, prowadzą syntezę nowych związków organicznych, opracowują zasadniczo nowe metody otrzymywania leków, barwników, przeciwutleniaczy itp. Studenci tego wydziału uzyskują specjalizację z „chemii organicznej”. I podobnie jak na pozostałych dwóch wydziałach, prowadzone są studia podyplomowe w specjalności „chemia organiczna”.

Oprócz powyższych specjalności studenci mogą opcjonalnie otrzymać jeszcze jedną, dodatkową specjalizację – „Metody nauczania chemii”. Specjalność ta przyda się szczególnie tym studentom, którzy po ukończeniu studiów zdecydują się podjąć pracę dydaktyczną w szkołach, technikach i na uczelniach wyższych.

Wiedza teoretyczna zdobyta przez studentów na wykładach jest utrwalana w laboratoriach edukacyjnych. Wydział dysponuje odpowiednio dużymi salami dydaktycznymi, dobrym taborem nowoczesnego sprzętu oraz własną pracownią komputerową. Zwieńczeniem kształcenia na wydziale jest praca dyplomowa.

Wszechstronność szkolenia naszych specjalistów pozwala im szybko opanować każde stanowisko pracy. Absolwentów Wydziału Chemicznego spotkacie się w zakładach przemysłowych miasta, w laboratoriach certyfikujących, SES, kontroli środowiska, na uczelniach, w technikach i szkołach.

Mamy nadzieję, że spotkamy się wśród aplikantów naszego wydziału. A jeśli jeszcze nie nadszedł dla Ciebie czas „X” lub nie zdecydowałeś się jeszcze na wybór zawodu, przyjdź do nas do Szkoły Chemii, która działa w oparciu o wydział dla uczniów klas 10-11 . Tutaj, pod okiem doświadczonych nauczycieli, uzyskasz realną możliwość poszerzenia i pogłębienia swojej wiedzy z zakresu chemii, zapoznania się z podstawami analizy i syntezy oraz wykonywania prac naukowych na nowoczesnym sprzęcie.

Współczesne warunki ekonomiczne są takie, że przedsiębiorstwa, aby sprostać konkurencji, muszą stale ulepszać swoje technologie i formy kontroli jakości produktów, a do tego po prostu potrzebują wysoko wykwalifikowanych chemików. Jednocześnie przedsiębiorstwo nie powinno zanieczyszczać środowiska, bo inaczej będzie musiało płacić ogromne kary, dlatego lepiej mieć w załodze dobrych chemików analityków, którzy będą monitorować zawartość szkodliwych substancji i kontrolować ich emisje. Dlatego zawsze będzie zapotrzebowanie na specjalistów z wyższym wykształceniem chemicznym. I stopniowo powietrze w naszym mieście stanie się czystsze, woda lżejsza, a chleb będzie smakował lepiej.

Narodziny nowoczesnej chemii

Idee starożytnych greckich filozofów przyrody pozostawały głównymi ideologicznymi źródłami nauk przyrodniczych aż do XVIII wieku. Do początku renesansu w nauce dominowały idee Arystotelesa. W przyszłości zaczęły rosnąć wpływy poglądów atomistycznych, wyrażonych po raz pierwszy przez Leukippa i Demokryta. Dzieła alchemiczne opierały się głównie na poglądach filozoficznych Platona i Arystotelesa. Większość eksperymentatorów tego okresu była szczerymi szarlatanami, którzy próbowali uzyskać złoto lub kamień filozoficzny za pomocą prymitywnych reakcji chemicznych - substancji, która daje nieśmiertelność. Byli jednak prawdziwi naukowcy, którzy próbowali usystematyzować wiedzę. Wśród nich są Avicenna, Paracelsus, Roger Bacon itp. Niektórzy chemicy uważają, że alchemia to strata czasu. Tak jednak nie jest: w trakcie poszukiwań złota odkryto wiele związków chemicznych i zbadano ich właściwości. Dzięki tej wiedzy pod koniec XVII wieku powstała pierwsza poważna teoria chemiczna, teoria flogistonu.

Teoria flogistonu i system Lavoisiera

Twórcą teorii flogistonu jest Georg Stahl. Uważał, że flogiston jest zawarty we wszystkich palnych i utleniających się substancjach. Spalanie lub utlenianie uważał za proces, w którym organizm traci flogiston. Powietrze odgrywa w tym szczególnie ważną rolę. Jest niezbędny do utleniania, aby „wchłonąć” flogiston w siebie. Z powietrza flogiston dostaje się do liści roślin i ich drewna, z którego po przywróceniu jest ponownie uwalniany i wraca do organizmu. W ten sposób po raz pierwszy sformułowano teorię opisującą procesy spalania. Jej cechy i nowość polegały na tym, że procesy utleniania i redukcji rozpatrywano jednocześnie w powiązaniu. Teoria flogistonu rozwinęła idee Bechera i idee atomistyczne. Pozwalała wyjaśniać przebieg różnych procesów w chemii rzemieślniczej, a przede wszystkim w hutnictwie, miała ogromny wpływ na rozwój rzemiosła chemicznego i doskonalenie metod „sztuki eksperymentalnej” w chemii. Teoria flogistonu przyczyniła się również do rozwoju doktryny żywiołów. Zwolennicy teorii flogistonu nazywali pierwiastkami tlenki metali, uznając je za metale pozbawione flogistonu. Metale natomiast uważano za związki pierwiastków (tlenków metali) z flogistonem. Wystarczyło postawić „do góry nogami” wszystkie zapisy tej teorii. Co zostało zrobione później. Aby wyjaśnić, że masa tlenków jest większa niż masa metali, Stahl zasugerował (a raczej twierdził), że flogiston ma wagę ujemną, tj. flogiston, po połączeniu się z żywiołem, „ciągnie” go w górę. Mimo jednostronnej, jedynie jakościowej charakterystyki procesów zachodzących podczas spalania, teoria flogistonu miała ogromne znaczenie dla wyjaśnienia i usystematyzowania właśnie tych przemian. Na błędność teorii flogistonu zwrócił uwagę Michaił Iwanowicz Łomonosow. Jednak Antoine Laurent Lavoisier był w stanie eksperymentalnie to udowodnić. Lavoisier zauważył, że podczas spalania fosforu i siarki, a także podczas kalcynacji metali następuje wzrost masy substancji. Wydawałoby się to naturalne: podczas wszystkich procesów spalania następuje wzrost masy spalanej substancji. Wniosek ten był jednak tak sprzeczny z postanowieniami teorii flogistonu, że trzeba było niezwykłej odwagi, by wyrazić go choćby w formie hipotezy. Lavoisier postanowił przetestować hipotezy wysunięte wcześniej przez Boyle'a, Raya, Mayowa i Łomonosowa na temat roli powietrza w procesach spalania. Interesowało go, czy zwiększa się ilość powietrza, jeśli utlenione ciało jest w nim redukowane i dzięki temu uwalniane jest dodatkowe powietrze. Lavoisier był w stanie udowodnić, że ilość powietrza rzeczywiście wzrasta. Lavoisier nazwał to odkrycie najciekawszym od czasu prac Stahla. Dlatego w listopadzie 1772 r. wysłał specjalną wiadomość do paryskiej Akademii Nauk o swoich wynikach. W kolejnym etapie badań Lavoisier pomyślał, aby dowiedzieć się, jaka jest natura „powietrza”, które łączy się z ciałami palnymi podczas ich utleniania. Jednak wszelkie próby ustalenia charakteru tego „powietrza” podejmowano w latach 1772-1773. Skończyło się na próżno. Faktem jest, że Lavoisier, podobnie jak Stahl, przywrócił „wapno metaliczne” poprzez bezpośredni kontakt z „materią węglową”, a także otrzymał dwutlenek węgla, którego składu nie mógł wówczas ustalić. Według Lavoisiera „węgiel zrobił mu okrutny żart”. Jednak Lavoisier, podobnie jak wielu innych chemików, nie wpadł na pomysł, że redukcję tlenków metali można przeprowadzić przez ogrzewanie płonącym szkłem. Ale jesienią 1774 roku Joseph Priestley poinformował, że kiedy tlenek rtęci został zredukowany za pomocą płonącego szkła, powstał nowy rodzaj powietrza - „powietrze deflogistonowane”. Krótko przed odkryciem tego tlenu przez Scheele'a, wiadomość o tym została opublikowana z dużym opóźnieniem. Scheele i Priestley wyjaśnili obserwowane przez nich zjawisko wydzielania tlenu z punktu widzenia teorii flogistonu. Tylko Lavoisier był w stanie wykorzystać odkrycie tlenu jako główny argument przeciwko teorii flogistonu. Wiosną 1775 roku Lavoisier powtórzył eksperyment Priestleya. Chciał uzyskać tlen i sprawdzić, czy tlen jest składnikiem powietrza, dzięki któremu zachodzi spalanie lub utlenianie metali. Lavoisierowi udało się nie tylko wyizolować tlen, ale także ponownie otrzymać tlenek rtęci. W tym samym czasie Lavoisier określił stosunki wagowe substancji wchodzących w tę reakcję. Naukowcowi udało się udowodnić, że proporcje ilości substancji biorących udział w reakcjach utleniania i redukcji pozostają niezmienione. Prace Lavoisiera wywołały w chemii być może taką samą rewolucję, jak dwa i pół wieku przed odkryciem Kopernika w astronomii. Substancje, które wcześniej uważano za pierwiastki, jak wykazał Lavoisier, okazały się związkami, składającymi się z kolei ze złożonych „pierwiastków”. Odkrycia i poglądy Lavoisiera wywarły ogromny wpływ nie tylko na rozwój teorii chemicznej, ale także na cały system wiedzy chemicznej. Tak przekształcili podstawy wiedzy chemicznej i języka, że ​​następne pokolenia chemików nie były w stanie nawet zrozumieć terminologii używanej przed Lavoisierem. Na tej podstawie później zaczęli wierzyć, że nie można mówić o „prawdziwej” chemii aż do odkryć Lavoisiera. Jednocześnie zapomniano o ciągłości badań chemicznych. Dopiero historycy chemii zaczęli odtwarzać realnie istniejące prawa rozwoju chemii. Jednocześnie odkryto, że „rewolucja chemiczna” Lavoisiera byłaby niemożliwa bez istnienia przed nim pewnego poziomu wiedzy chemicznej.

Lavoisier zwieńczył rozwój wiedzy chemicznej stworzeniem nowego systemu, w którym znalazły się najważniejsze osiągnięcia chemii minionych wieków. System ten jednak w znacznie rozszerzonej i poprawionej formie stał się podstawą chemii naukowej. w latach 80. 18 wiek Nowy system Lavoisiera został doceniony przez czołowych przyrodników francuskich – C. Bertholleta, A. De Fourcroix i L. Guitona de Morvo. Poparli innowacyjne pomysły Lavoisiera i wraz z nim opracowali nową chemiczną nomenklaturę i terminologię. W 1789 r. Lavoisier nakreślił podstawy opracowanego przez siebie systemu wiedzy w podręczniku „Kurs wprowadzający do chemii, przedstawiony w nowej formie na podstawie najnowszych odkryć”. Lavoisier podzielił pierwiastki na metale i niemetale, a związki na dwuskładnikowe i trójskładnikowe. Podwójne związki utworzone przez metale z tlenem przypisał zasadom, a związki niemetali z tlenem - kwasom. Związki trójskładnikowe otrzymane w wyniku interakcji kwasów i zasad nazwał solami. System Lavoisiera opierał się na precyzyjnych badaniach jakościowych i ilościowych. Ten dość nowy rodzaj argumentacji stosował, badając wiele kontrowersyjnych problemów chemii - zagadnienia teorii spalania, problemy wzajemnej przemiany pierwiastków, które były bardzo istotne podczas kształtowania się chemii naukowej. Tak więc, aby przetestować ideę możliwości wzajemnej transformacji pierwiastków, Lavoisier podgrzewał wodę w szczelnym naczyniu przez kilka dni. W rezultacie znalazł w wodzie znikomą ilość „ziemi”, jednocześnie ustalając, że zmiana całkowitej masy naczynia wraz z wodą nie następuje. Lavoisier wyjaśnił powstawanie „lądów” nie w wyniku ich oddzielenia od wody, ale w wyniku zniszczenia ścian naczynia reakcyjnego. Aby odpowiedzieć na to pytanie, szwedzki chemik i farmaceuta K. Scheele zastosował jednocześnie jakościowe metody dowodowe, ustalające tożsamość przydzielonych „gruntów” i materiału naczynia. Lavoisier, podobnie jak Łomonosow, wziął pod uwagę istniejące od starożytności obserwacje dotyczące zachowania masy substancji i systematycznie badał stosunki wagowe substancji biorących udział w reakcji chemicznej. Zwrócił uwagę, że np. podczas spalania siarki czy powstawania rdzy na żelazie następuje wzrost masy substancji wyjściowych. Było to sprzeczne z teorią flogistonu, zgodnie z którą hipotetyczny flogiston powinien był zostać uwolniony podczas spalania. Lavoisier uznał wyjaśnienie, zgodnie z którym flogiston miał ujemną wagę, za błędne i ostatecznie porzucił ten pomysł. Inni chemicy, jak M. W. Łomonosow czy J. Mayow próbowali wyjaśnić utlenianie pierwiastków i powstawanie tlenków metali (lub, jak wówczas mówili, „wapna”) jako proces, w którym cząsteczki powietrza łączą się z jakąś substancją. Powietrze to można „odciągnąć” przez odzysk. W 1772 roku Lavoisier zebrał to powietrze, ale nie mógł ustalić jego natury. Priestley jako pierwszy poinformował o odkryciu tlenu. W 1775 roku udało mu się udowodnić, że to tlen łączy się z metalem i jest z niego ponownie uwalniany, gdy jest redukowany, jak na przykład, gdy tworzy się i redukuje „wapno” rtęci. Poprzez systematyczne ważenie stwierdzono, że masa metalu biorącego udział w tych przemianach nie zmienia się. Wydaje się, że dzisiaj ten fakt w przekonujący sposób dowodzi słuszności założeń Lavoisiera, ale wtedy większość chemików podchodziła do tego sceptycznie. Jednym z powodów takiej postawy było to, że Lavoisier nie potrafił wyjaśnić spalania wodoru. W 1783 roku dowiedział się, że za pomocą łuku elektrycznego Cavendish udowodnił powstawanie wody, gdy mieszanina wodoru i tlenu jest spalana w zamkniętym naczyniu. Powtarzając ten eksperyment, Lavoisier stwierdził, że masa wody odpowiada masie materiałów wyjściowych. Następnie przeprowadził eksperyment, w którym przepuszczał parę wodną przez opiłki żelaza umieszczone w mocno nagrzanej miedzianej rurze. Tlen połączono z opiłkami żelaza, a wodór zebrano na końcu rurki. Tak więc, korzystając z przemian substancji, Lavoisier był w stanie wyjaśnić proces spalania zarówno jakościowo, jak i ilościowo, a do tego nie potrzebował już teorii flogistonu. Priestley i Scheele, którzy po odkryciu tlenu faktycznie stworzyli podstawowe przesłanki do powstania teorii tlenu Lavoisiera, sami mocno trzymali się stanowiska teorii flogistonu. Cavendish, Priestley, Scheele i niektórzy inni chemicy uważali, że rozbieżności między wynikami eksperymentów a zapisami teorii flogistonu można wyeliminować, tworząc dodatkowe hipotezy. Wiarygodność i kompletność danych eksperymentalnych, przejrzystość argumentacji i prostota prezentacji przyczyniły się do szybkiego rozpowszechnienia systemu Lavoisiera w Anglii, Holandii, Niemczech, Szwecji i we Włoszech. W Niemczech idee Lavoisiera zostały wyjaśnione w dwóch pracach dr Girtannera, New Chemical Nomenclature in German (1791) i Fundamentals of Antiphlogistic Chemistry (1792). Dzięki Girtannerowi po raz pierwszy pojawiły się niemieckie oznaczenia substancji, odpowiadające nowej nomenklaturze, np. tlen, wodór, azot. Hermbstedta, który pracował w Berlinie, opublikowany w 1792 r Podręcznik Lavoisiera przetłumaczono na język niemiecki, a M. Klaproth, po powtórzeniu eksperymentów Lavoisiera, uznał nową naukę; Poglądy Lavoisiera podzielał także słynny przyrodnik A. Humboldt.

W latach dziewięćdziesiątych XVIII wieku prace Lavoisiera ukazywały się wielokrotnie w Niemczech. Większość znanych chemików w Anglii, Holandii, Szwecji iw pasie podzielała poglądy Lavoisiera. Często w literaturze historycznej i naukowej można przeczytać, że rozpoznanie teorii Lavoisiera zajęło chemikom dość dużo czasu. Jednak w porównaniu z 200 latami nierozpoznawania poglądów Kopernika przez astronomów, 10-15-letni okres dyskusji w chemii nie jest tak długi. W ostatniej tercji XVIII wieku. jednym z najważniejszych był problem, który interesował naukowców przez wiele stuleci: chemicy chcieli zrozumieć, dlaczego iw jakich proporcjach substancje łączą się ze sobą. Problemem tym interesowali się nawet filozofowie greccy, aw okresie renesansu naukowcy wysunęli ideę powinowactwa substancji, a nawet zbudowali serie substancji przez powinowactwo. Paracelsus napisał, że rtęć tworzy amalgamaty z metalami iz różnymi metalami w różnym tempie iw następującej kolejności: najszybciej ze złotem, potem ze srebrem, ołowiem, cyną, miedzią i wreszcie najwolniej z żelazem. Paracelsus uważał, że przyczyną tej serii chemicznego powinowactwa jest nie tylko „nienawiść” i „miłość” substancji do siebie nawzajem. Zgodnie z jego poglądami metale zawierają siarkę, a im niższa jej zawartość, tym metale czystsze, a czystość substancji w dużej mierze decyduje o ich wzajemnym powinowactwie. G. Stahl wyjaśnił szereg osadów metali w wyniku różnej zawartości w nich flogistonu. Aż do ostatniej trzeciej XVIII wieku. liczne badania ukierunkowano na uporządkowanie substancji według ich „powinowactwa” i wielu chemików odpowiednio zestawiło tabele. Aby wyjaśnić różne powinowactwo chemiczne substancji, wysunięto również idee atomistyczne, a po końcu XVIII - początek XIX wieku. Naukowcy zaczęli rozumieć wpływ elektryczności na przebieg pewnych procesów chemicznych iw tym samym celu próbowali wykorzystać wyobrażenia o elektryczności. Na ich podstawie Berzelius stworzył dualistyczną teorię składu substancji, zgodnie z którą np. sole składają się z dodatnio i ujemnie naładowanych „zasad” i „kwasów”: podczas elektrolizy przyciągane są do przeciwnie naładowanych elektrod i mogą ulegać rozkładowi na pierwiastki w wyniku neutralizacji ładunków. Od drugiej połowy XVIII wieku. naukowcy zaczęli zwracać szczególną uwagę na pytanie: w jakich stosunkach ilościowych substancje oddziałują ze sobą w reakcjach chemicznych? Od dawna wiadomo, że kwasy i zasady mogą się neutralizować. Podejmowano również próby określenia zawartości kwasów i zasad w solach. T. Bergman i R. Kirwan stwierdzili, że np. w reakcji podwójnej wymiany między chemicznie obojętnym siarczanem potasu a azotanem sodu powstają nowe sole - siarczan sodu i azotan potasu, które również są chemicznie obojętne. Ale żaden z badaczy nie wyciągnął z tej obserwacji ogólnego wniosku. W 1767 roku Cavendish odkrył, że taka sama ilość kwasu azotowego i siarkowego, które neutralizują taką samą ilość węglanu potasu, neutralizuje również taką samą ilość węglanu wapnia. I. Richter jako pierwszy sformułował prawo ekwiwalentów, którego wyjaśnienie znaleziono później z punktu widzenia atomistycznej teorii Daltona.

Richter stwierdził, że roztwór otrzymany przez zmieszanie roztworów dwóch chemicznie obojętnych soli jest również obojętny. Dokonał licznych oznaczeń ilości zasad i kwasów, które w połączeniu dają chemicznie obojętne sole. Richter wyciągnął następujący wniosek: jeśli tę samą ilość dowolnego kwasu zobojętnia się różnymi, ściśle określonymi ilościami różnych zasad, to te ilości zasad są równoważne i zobojętniane taką samą ilością innego kwasu. Współcześnie, jeśli na przykład roztwór azotanu baru zostanie dodany do roztworu siarczanu potasu, aż siarczan baru zostanie całkowicie wytrącony, wówczas roztwór zawierający azotan potasu będzie również obojętny:

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

Dlatego przy tworzeniu soli obojętnej następujące ilości są sobie równoważne: 2K, 1Ba, 1SO4 i 2NO3. Pauling podsumował i sformułował w nowoczesnej formie to prawo łącznych wag”: „Wielkości wagowe dwóch pierwiastków (lub ich całkowitych wielokrotności), które reagując z tą samą ilością trzeciego pierwiastka, reagują ze sobą w tych samych ilościach”. Początkowo praca Richtera prawie nie przyciągała uwagi badaczy, ponieważ nadal posługiwał się terminologią teorii flogistonu. Ponadto otrzymane przez naukowca serie wag równoważnych nie były wystarczająco jasne, a proponowany przez niego wybór względnych ilości zasad nie miał poważnych dowodów. Sytuację poprawił E. Fischer, który spośród wag równoważnych Richter wybrał jako wzorzec równoważnik kwasu siarkowego, przyjmując go za równy 100, i na tej podstawie sporządził tabelę „wag względnych” (równoważników) związków. Ale tabela ekwiwalentów Fischera stała się znana tylko dzięki Bertholli, który krytykując Fischera, zacytował te dane w swojej książce „Doświadczenie w statyce chemicznej” (1803). Berthollet wątpił, czy skład związków chemicznych jest stały. Miał powód. Substancje, które na początku XIX wieku. uważano za czyste, w rzeczywistości były to albo mieszaniny, albo układy równowagowe różnych substancji, a skład ilościowy związków chemicznych w dużej mierze zależał od ilości substancji biorących udział w reakcjach ich powstawania.

Niektórzy historycy chemii uważają, że Berthollet, podobnie jak Wenzel, antycypował również główne postanowienia prawa akcji mas, które analitycznie wyrażały wpływ oddziałujących wielkości na szybkość przemian. Niemiecki chemik K. Wenzel w 1777 r. wykazał, że szybkość rozpuszczania metalu w kwasie, mierzona ilością metalu rozpuszczonego w określonym czasie, jest proporcjonalna do „mocy” kwasu. Berthollet zrobił wiele, aby uwzględnić wpływ mas reagentów na przebieg przemiany. Jednak między pracami Wenzela, a nawet Bertholleta z jednej strony, a dokładnym sformułowaniem prawa akcji masowej z drugiej strony, istnieje różnica jakościowa. Negatywny stosunek Bertholleta do prawa neutralizacji Richtera nie mógł trwać długo, ponieważ Proust energicznie sprzeciwiał się przepisom Bertholleta. Czyniąc w latach 1799-1807. W wielu analizach Proust udowodnił, że Berthollet wyciągał wnioski o różnym składzie tych samych substancji, analizując mieszaniny, a nie pojedyncze substancje, że np. nie wziął pod uwagę zawartości wody w niektórych tlenkach. Proust w przekonujący sposób dowiódł stałości składu czystych związków chemicznych i zakończył walkę z poglądami Bertholleta, ustanawiając prawo stałości składu substancji: skład tych samych substancji, niezależnie od sposobu przygotowania, jest taki sam (stały).

Prawo okresowe

Biorąc pod uwagę historię chemii, nie mogę nie wspomnieć o odkryciu prawa okresowości. Już we wczesnych stadiach rozwoju chemii odkryto, że różne pierwiastki mają szczególne właściwości. Początkowo pierwiastki dzieliły się tylko na dwa rodzaje – metale i niemetale. W 1829 roku niemiecki chemik Johann Döbereiner odkrył istnienie kilku grup trzech pierwiastków (triad) o podobnych właściwościach chemicznych. Debereiner odkrył tylko 5 triad, są to:

To odkrycie właściwości pierwiastków skłoniło chemików do dalszych badań, którzy próbowali znaleźć racjonalne sposoby klasyfikacji pierwiastków.

W 1865 roku angielski chemik John Newlands (1839-1898) zainteresował się problemem okresowej powtarzalności właściwości pierwiastków. Znane pierwiastki uporządkował rosnąco według ich mas atomowych w następujący sposób: H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Cr Ti Mn Fe

Newlands zauważył, że w tej sekwencji pierwiastek ósmy (fluor) przypomina pierwiastek pierwszy (wodór), pierwiastek dziewiąty pierwiastek drugi i tak dalej. Tym samym właściwości powtarzały się co osiem pierwiastków. Jednak w tym systemie elementów było wiele rzeczy nie tak:

1) W tabeli nie było miejsca na nowe elementy.

2) Tabela nie otwierała możliwości naukowego podejścia do wyznaczania mas atomowych i nie pozwalała na wybór pomiędzy ich prawdopodobnymi najlepszymi wartościami.

3) Niektóre elementy wydawały się być źle umieszczone w tabeli. Na przykład żelazo porównywano z siarką (!) itp.

Mimo wielu niedociągnięć próba Newlands była krokiem we właściwym kierunku. Wiemy, że odkrycie prawa okresowości należy do Dmitrija Iwanowicza Mendelejewa. Przyjrzyjmy się historii jego odkrycia. W 1869 NA Menshutkin przedstawił członkom Rosyjskiego Towarzystwa Chemicznego małą pracę D.I. Mendelejewa „Związek właściwości z masą atomową pierwiastków”. (Sam D.I. Mendelejew nie był obecny na spotkaniu.) Na tym spotkaniu praca D.I. Mendelejewa nie była traktowana poważnie. Paul Walden napisał później: „Wielkie wydarzenia zbyt często spotykają się z nieistotną reakcją i dniem, który powinien być znaczącym dniem dla młodego Rosyjskiego Towarzystwa Chemicznego, ale w rzeczywistości okazał się codziennym dniem”. DIMendeleev uwielbiał odważne pomysły. Odkrył wzór, w którym chemiczne i fizyczne właściwości pierwiastków i ich związków są w okresowej zależności od mas atomowych pierwiastków. Podobnie jak jego poprzednicy, DI Mendelejew wyróżnił najbardziej typowe elementy. Zakładał jednak obecność luk w tablicy i odważył się argumentować, że należy je wypełnić elementami, których jeszcze nie odkryto. W tym samym czasie, co Mendelejew, Lothar Meyer pracował nad tym samym problemem i opublikował swoją pracę w 1870 roku. Jednak pierwszeństwo w odkryciu periodyku zasłużenie pozostaje z Dmitrijem Iwanowiczem Mendelejewem, ponieważ. nawet sam L. Meyer nie pomyślał o zaprzeczeniu wybitnej roli D. I. Mendelejewa w odkryciu prawa okresowości. W swoich wspomnieniach L. Meyer wskazał, że pisząc swoją pracę, korzystał ze streszczenia artykułu D. I. Mendelejewa. W 1870 roku Mendelejew dokonał pewnych zmian w tablicy: jak każdy wzorzec oparty na idei bepm`, nowy system okazał się opłacalny, gdyż dawał możliwość udoskonaleń. Jak powiedziałem, geniusz teorii Mendelejewa polegał na tym, że pozostawił puste miejsca w swoim stole. Sugerował więc (a raczej był pewien), że nie wszystkie pierwiastki zostały jeszcze odkryte. Jednak Dmitrij Iwanowicz nie poprzestał na tym. Za pomocą prawa okresowości opisał nawet właściwości chemiczne i fizyczne nieodkrytych jeszcze pierwiastków chemicznych, np.: galu, germanu, skandu, które zostały w pełni potwierdzone. Następnie większość naukowców była przekonana o słuszności teorii D.I. Mendelejewa. W naszych czasach prawo okresowości ma ogromne znaczenie. Służy do przewidywania właściwości związków chemicznych, produktów reakcji. Za pomocą prawa okresowości w naszych czasach przewiduje się właściwości pierwiastków - są to pierwiastki, których nie można uzyskać w znacznych ilościach.

Po pracach Lavoisiera, Prousta, Łomonosowa i Mendelejewa w naszym stuleciu dokonano już wielu ważnych odkryć w dziedzinie chemii i fizyki. Są to prace z zakresu termodynamiki, budowy atomu i cząsteczek, elektrochemii – tę listę można ciągnąć w nieskończoność. Jednak odkrycia Lavoisiera i D.I. Mendelejewa pozostają podstawą wiedzy chemicznej.

Cechy współczesnej chemii

Podzieliłem na sekcje cechy współczesnej chemii, zwracam na nie uwagę:

1) Pojęcie atomowo-molekularne, reprezentacje strukturalne i elektronowe są podstawą współczesnej chemii.

2) Powszechne zastosowanie - matematyka i komputery, - złożone metody fizyczne, - mechanika klasyczna i kwantowa.

3) Szczególna rola chemii teoretycznej, modelowania komputerowego i eksperymentów komputerowych. Chemia na papierze. Chemia na pokaz.

4) Dominująca rola problemów biochemicznych i środowiskowych.

Wniosek

Przedstawione w tym streszczeniu ujednolicone podejście do budowy bardzo różnych obiektów ułatwia wspólną dyskusję porównawczą struktury faz uporządkowanych i nieuporządkowanych. Praktyczne znaczenie takiej dyskusji wynika z faktu, że podczas gdy dla substancji krystalicznych analiza dyfrakcji rentgenowskiej i inne metody dyfrakcyjne dostarczają wiarygodnych informacji strukturalnych, to dla ciekłych kryształów, a zwłaszcza cieczy, dokładne informacje o strukturze (zwłaszcza o całkowitej struktura) jest praktycznie niedostępna. Dlatego interpolacja informacji o strukturze krystalicznej do innych stanów fazowych związków chemicznych ma szczególne znaczenie.

Podobna sytuacja ma miejsce, gdy rygorystyczne podejścia matematyczne opracowane w ramach krystalografii zostaną rozszerzone na obiekty, które nie są kryształami. W związku z tym Bernal i Carlyle wprowadzili koncepcję „uogólnionej krystalografii”. Później podobne rozważania wyrażali McKay i Finney. Analizę porównawczą struktury różnych faz skondensowanych można nazwać „uogólnioną chemią krystaliczną”. Ważną rolę w tym obszarze odegra konserwatyzm fragmentów strukturalnych (w szczególności asocjatów i aglomeratów molekularnych), o którym była mowa powyżej.

Spis wykorzystanej literatury

1. Chemiczny słownik encyklopedyczny. M.: Sowiecka encyklopedia, 1983.

2. Fizyczny słownik encyklopedyczny. M.: Sowiecka encyklopedia, 1983.

3. Gordon A., Towarzysz chemika Forda R. M.: Mir, 1976.

4. Afanasiew VA, Zaikov GE Metody fizyczne w chemii. Moskwa: Nauka, 1984. (Seria „Historia nauki i techniki”).

5. Drago R. Metody fizyczne w chemii. T. 1, 2. M.: Mir, 1981.

6. Vilkov L.V., Pentin Yu.A. Fizyczne metody badań w chemii. Metody strukturalne i spektroskopia optyczna. M: Szkoła wyższa, 1987.

7. Vilkov L.V., Pentin Yu.A. Fizyczne metody badań w chemii. Metody rezonansowe i elektrooptyczne. Moskwa: Szkoła wyższa, 1989.

8. Dziennik Ogólnounijnego Towarzystwa Chemicznego. DI. Mendelejew. 1985. T. 30. N 2.

Podobne dokumenty

    Chemiczne spojrzenie na naturę, pochodzenie i stan obecny. Przedmiot wiedzy z zakresu chemii i jej struktura. Związek między chemią a fizyką. Związek między chemią a biologią. Chemia bada jakościowe zróżnicowanie materialnych nośników zjawisk chemicznych.

    streszczenie, dodano 15.03.2004

    Teoria flogistonu i system Lavoisiera. Prawo okresowe. Historia współczesnej chemii jako naturalny proces zmiany sposobów rozwiązania jej głównego problemu. Różne podejścia do samoorganizacji materii. Ogólna teoria ewolucji chemicznej i biogenezy Rudenko.

    praca semestralna, dodano 28.02.2011

    Główne etapy rozwoju chemii. Alchemia jako zjawisko kultury średniowiecznej. Powstanie i rozwój chemii naukowej. Pochodzenie chemii. Lavoisier: rewolucja w chemii. Zwycięstwo nauki atomowej i molekularnej. Geneza współczesnej chemii i jej problemy w XXI wieku.

    streszczenie, dodano 20.11.2006

    Teoria flogistonu i system Lavoisiera. Twórcą teorii flogistonu jest Georg Stahl. Uważał, że flogiston jest zawarty we wszystkich palnych i utleniających się substancjach. Prawo okresowe. Dymitr Iwanowicz Mendelejew.

    streszczenie, dodano 04.05.2004

    Geneza chemii w starożytnym Egipcie. Doktryna Arystotelesa o atomach jako ideologiczna podstawa epoki alchemii. Rozwój chemii na Rusi. Wkład Łomonosowa, Butlerowa i Mendelejewa w rozwój tej nauki. Prawo okresowości pierwiastków chemicznych jako spójna teoria naukowa.

    prezentacja, dodano 10.04.2013

    Proces powstawania i powstawania chemii jako nauki. Pierwiastki chemiczne starożytności. Główne tajemnice „transmutacji”. Od alchemii do chemii naukowej. Teoria spalania Lavoisiera. Rozwój teorii korpuskularnej. Rewolucja w chemii. Zwycięstwo nauki atomowej i molekularnej.

    streszczenie, dodano 20.05.2014

    Pochodzenie terminu „chemia”. Główne okresy w rozwoju nauk chemicznych. Rodzaje najwyższego rozwoju alchemii. Okres narodzin chemii naukowej. Odkrycie podstawowych praw chemii. Podejście systemowe w chemii. Współczesny okres rozwoju nauk chemicznych.

    streszczenie, dodano 03.11.2009

    Geneza i rozwój chemii, jej związek z religią i alchemią. Najważniejsze cechy współczesnej chemii. Podstawowe poziomy strukturalne chemii i jej działy. Podstawowe zasady i prawa chemii. Wiązanie chemiczne i kinetyka chemiczna. Doktryna procesów chemicznych.

    streszczenie, dodano 30.10.2009

    Historia chemii jako nauki. Przodkowie rosyjskiej chemii. MV Łomonosow. Chemia matematyczna. Teoria atomowa jest podstawą nauk chemicznych. Teoria atomowa w prosty i naturalny sposób wyjaśniała każdą przemianę chemiczną.

    streszczenie, dodano 02.12.2002

    Od alchemii do chemii naukowej: droga prawdziwej nauki o przemianach materii. Rewolucja w chemii oraz naukach atomowych i molekularnych jako pojęciowy fundament współczesnej chemii.Problemy ekologiczne chemicznego składnika współczesnej cywilizacji.

Potrzeba interdyscyplinarnych powiązań w nauczaniu jest niezaprzeczalna. Ich konsekwentna i systematyczna realizacja znacząco podnosi efektywność procesu edukacyjnego, kształtuje dialektyczny sposób myślenia uczniów. Ponadto powiązania interdyscyplinarne są nieodzownym warunkiem dydaktycznym rozwoju zainteresowania uczniów znajomością podstaw nauk ścisłych, w tym przyrodniczych.

Tak wykazała analiza lekcji fizyki, chemii i biologii: w większości przypadków nauczyciele ograniczają się jedynie do fragmentarycznego włączania powiązań interdyscyplinarnych (ILC). Innymi słowy, przypominają tylko fakty, zjawiska lub wzorce z pokrewnych tematów.

Nauczyciele rzadko włączają uczniów do samodzielnej pracy nad zastosowaniem interdyscyplinarnej wiedzy i umiejętności w studiowaniu materiału programowego, a także w procesie samodzielnego przenoszenia zdobytej wcześniej wiedzy do nowej sytuacji. Konsekwencją jest niezdolność dzieci do dokonania transferu i syntezy wiedzy z przedmiotów pokrewnych. Nie ma ciągłości w edukacji. Tym samym nauczyciele biologii nieustannie „biegną do przodu”, wprowadzając uczniów w różne procesy fizyczne i chemiczne zachodzące w organizmach żywych, bez opierania się na pojęciach fizycznych i chemicznych, co niewiele wnosi do świadomego opanowania wiedzy biologicznej.

Ogólna analiza podręczników pozwala zauważyć, że wiele faktów i pojęć jest w nich wielokrotnie przedstawianych z różnych dyscyplin, a ich wielokrotne przedstawianie praktycznie niewiele wnosi do wiedzy uczniów. Co więcej, często ta sama koncepcja jest różnie interpretowana przez różnych autorów, co komplikuje proces ich asymilacji. Często w podręcznikach używane są terminy mało znane studentom, a zadań o charakterze interdyscyplinarnym jest niewiele. Wielu autorów prawie nie wspomina, że ​​niektóre zjawiska, koncepcje były już badane na kursach przedmiotów pokrewnych, nie wskazuje, że koncepcje te będą rozpatrywane bardziej szczegółowo podczas studiowania innego przedmiotu. Analiza aktualnych programów w dyscyplinach przyrodniczych pozwala stwierdzić, że związkom interdyscyplinarnym nie poświęca się należytej uwagi. Tylko w programach biologii ogólnej dla klas 10-11 (V.B. Zacharow); „Człowiek” (V.I. Sivoglazov) ma specjalne sekcje „Komunikacja między podmiotami” ze wskazaniem fizycznych i chemicznych pojęć, praw i teorii, które są podstawą tworzenia koncepcji biologicznych. W programach nauczania fizyki i chemii nie ma takich działów, a konieczne MPS muszą ustalić sami nauczyciele. A to jest trudne zadanie - skoordynować materiał przedmiotów pokrewnych w taki sposób, aby zapewnić jedność w interpretacji pojęć.

Interdyscyplinarne powiązania fizyki, chemii i biologii mogłyby powstawać znacznie częściej i sprawniej. Badanie procesów zachodzących na poziomie molekularnym jest możliwe tylko przy znajomości biofizyki molekularnej, biochemii, termodynamiki biologicznej, uzupełniających się elementów cybernetyki. Informacje te rozproszone są po torach fizyki i chemii, ale dopiero na biologii możliwe staje się rozpatrywanie zagadnień trudnych dla studentów, z wykorzystaniem powiązań interdyscyplinarnych. Ponadto możliwe staje się wypracowanie pojęć wspólnych dla cyklu nauk przyrodniczych, takich jak materia, interakcja, energia, dyskretność itp.

Podczas studiowania podstaw cytologii nawiązywane są interdyscyplinarne powiązania z elementami wiedzy z zakresu biofizyki, biochemii i biocybernetyki. Na przykład komórka może być reprezentowana jako układ mechaniczny iw tym przypadku uwzględniane są jej parametry mechaniczne: gęstość, elastyczność, lepkość itp. Właściwości fizykochemiczne komórki pozwalają uznać ją za układ rozproszony, zestaw elektrolitów, membrany półprzepuszczalne. Bez połączenia „takich obrazów” trudno sformułować koncepcję komórki jako złożonego systemu biologicznego. W dziale „Podstawy Genetyki i Hodowli” MPS jest ułożony między chemią organiczną (białka, kwasy nukleinowe) a fizyką (podstawy teorii kinetyki molekularnej, dyskretność ładunku elektrycznego itp.).

Nauczyciel musi z wyprzedzeniem zaplanować możliwość realizacji zarówno dotychczasowych, jak i przyszłych powiązań biologii z odpowiednimi gałęziami fizyki. Informacje dotyczące mechaniki (właściwości tkanek, ruchu, właściwości sprężystych naczyń krwionośnych i serca itp.) umożliwiają rozważenie procesów fizjologicznych; o polu elektromagnetycznym biosfery - wyjaśnianie fizjologicznych funkcji organizmów. Wiele zagadnień biochemii ma takie samo znaczenie. Badanie złożonych układów biologicznych (biogeocenoz, biosfery) wiąże się z koniecznością zdobycia wiedzy o sposobach wymiany informacji między osobnikami (chemicznej, optycznej, dźwiękowej), ale do tego znów konieczne jest wykorzystanie wiedzy z zakresu fizyki i chemia.

Wykorzystanie powiązań interdyscyplinarnych jest jednym z najtrudniejszych zadań metodycznych nauczyciela chemii. Wymaga znajomości treści programów i podręczników z innych przedmiotów. Realizacja powiązań interdyscyplinarnych w praktyce pedagogicznej polega na współpracy nauczyciela chemii z nauczycielami innych przedmiotów.

Nauczyciel chemii opracowuje indywidualny plan realizacji interdyscyplinarnych powiązań na kursie chemii. Metoda pracy twórczej nauczyciela w tym zakresie przebiega przez następujące etapy:

  • 1. Studiowanie programu chemii, jego sekcji „Komunikacja międzyprzedmiotowa”, programów i podręczników z innych przedmiotów, dodatkowej literatury naukowej, popularnonaukowej i metodologicznej;
  • 2. Planowanie zajęć z powiązań interdyscyplinarnych z wykorzystaniem planów kursów i tematów;
  • 3. Wypracowanie środków i metod realizacji interdyscyplinarnych powiązań na poszczególnych lekcjach (formułowanie interdyscyplinarnych zadań poznawczych, prac domowych, dobór literatury dodatkowej dla uczniów, przygotowanie niezbędnych podręczników i pomocy wizualnych z innych przedmiotów, opracowanie metodycznych metod ich wykorzystania);
  • 4. Opracowanie metodyki przygotowania i prowadzenia kompleksowych form organizacji kształcenia (lekcji uogólniających o powiązaniach interdyscyplinarnych, kompleksowych seminariów, wycieczek, kółek, zajęć fakultatywnych o tematyce interdyscyplinarnej itp.);
  • 5. Opracowanie metod monitorowania i oceny efektów realizacji powiązań interdyscyplinarnych w edukacji (pytania i zadania identyfikujące umiejętności uczniów do nawiązywania powiązań interdyscyplinarnych).

Planowanie powiązań interdyscyplinarnych pozwala nauczycielowi z powodzeniem realizować swoje funkcje metodyczne, edukacyjne, rozwojowe, wychowawcze i konstruktywne; zapewniają całą różnorodność ich typów w klasie, w domu i pracy pozalekcyjnej uczniów.

Aby nawiązać interdyscyplinarne powiązania, konieczna jest selekcja materiałów, czyli wskazanie tych zagadnień chemii, które są ściśle powiązane z tematami z kursów innych przedmiotów.

Planowanie kursu obejmuje krótką analizę treści każdego tematu edukacyjnego kursu, z uwzględnieniem komunikacji wewnątrzprzedmiotowej i międzyprzedmiotowej.

Dla skutecznej realizacji połączeń interdyscyplinarnych nauczyciel chemii, biologii i fizyki musi znać i umieć:

komponent poznawczy

  • treść i struktura powiązanych kursów;
  • · koordynować w czasie badanie pokrewnych przedmiotów;
  • Teoretyczne podstawy problemu MPS (rodzaje klasyfikacji MPS, metody ich realizacji, funkcje MPS, główne składowe MPS itp.);
  • zapewnić ciągłość w tworzeniu ogólnych pojęć, studiowaniu praw i teorii; stosować wspólne podejścia do kształtowania umiejętności i zdolności pracy edukacyjnej wśród uczniów, ciągłość w ich rozwoju;
  • ujawnić związek zjawisk o różnym charakterze, badanych przez pokrewne podmioty;
  • · sformułować konkretne zadania dydaktyczno-wychowawcze w oparciu o cele MPS z fizyki, chemii, biologii;
  • · analizować informacje edukacyjne z pokrewnych dyscyplin; poziom kształtowania interdyscyplinarnej wiedzy i umiejętności studentów; skuteczność stosowanych metod nauczania, formy szkoleń, pomoce dydaktyczne oparte na MPS.

element konstrukcyjny

  • · stworzenie systemu celów i zadań, które przyczyniają się do realizacji MPS;
  • · planowanie pracy dydaktyczno-wychowawczej mającej na celu realizację MPS; identyfikować możliwości edukacyjne i rozwojowe MPS;
  • · projektować treści zajęć interdyscyplinarnych i integracyjnych, kompleksowych seminariów itp. Przewidywać trudności i błędy, które uczniowie mogą napotkać w kształtowaniu interdyscyplinarnej wiedzy i umiejętności;
  • · projektować wyposażenie metodyczne zajęć, dobierać najbardziej racjonalne formy i metody nauczania w oparciu o MPS;
  • planować różne formy organizacji zajęć edukacyjnych i poznawczych; projektować sprzęt dydaktyczny na potrzeby szkoleń. Komponent organizacyjny
  • organizować działania edukacyjne i poznawcze uczniów w zależności od celów i celów, od ich indywidualnych cech;
  • · kształtowanie zainteresowania poznawczego uczniów tematyką cyklu przyrodniczego na podstawie MPS;
  • organizować i kierować pracą kół międzyprzedmiotowych i obieralnych; opanować umiejętności NIE; metody kierowania działalnością uczniów.

Komponent komunikacyjny

  • Psychologia komunikacji psychologiczne i pedagogiczne podstawy kształtowania interdyscyplinarnej wiedzy i umiejętności; charakterystyka psychologiczna uczniów;
  • poruszać się w sytuacjach psychologicznych w zespole studenckim; nawiązywać relacje interpersonalne w klasie;
  • · nawiązać relacje interpersonalne z nauczycielami przedmiotów pokrewnych we wspólnej realizacji MPS.

Komponent orientacji

  • · teoretyczne podstawy działania na rzecz tworzenia MPS przy badaniu przedmiotów cyklu przyrodniczego;
  • · poruszać się po materiale edukacyjnym pokrewnych dyscyplin; w systemie metod i form szkolenia, które przyczyniają się do skutecznej realizacji MPS.

Komponent mobilizacyjny

  • · adaptować technologie pedagogiczne do realizacji MPS z fizyki, chemii, biologii; zaproponować autorską lub wybrać najbardziej odpowiednią metodykę kształtowania interdyscyplinarnej wiedzy i umiejętności w procesie nauczania fizyki, chemii, biologii;
  • · rozwijać autorskie lub adaptować tradycyjne metody rozwiązywania problemów o treści interdyscyplinarnej;
  • · opanować metodykę prowadzenia złożonych form szkoleń; umieć organizować zajęcia samokształceniowe w celu opanowania technologii wdrażania MPS w nauczaniu fizyki, chemii i biologii.

Komponent badawczy

  • · przeanalizować i podsumować doświadczenia swojej pracy nad wdrożeniem MPS; uogólniać i wdrażać doświadczenia swoich kolegów; przeprowadzić eksperyment pedagogiczny, przeanalizować jego wyniki;
  • · organizowanie prac nad tematyką metodologiczną IPU.

Profesjogram ten można traktować zarówno jako podstawę do budowania procesu przygotowania nauczycieli fizyki, chemii i biologii do realizacji MPS, jak i jako kryterium oceny jakości ich kształcenia.

Wykorzystanie interdyscyplinarnych powiązań w studiowaniu chemii pozwala studentom już od pierwszego roku zapoznać się z przedmiotami, które będą studiować na kierunkach maturalnych: elektrotechnika, zarządzanie, ekonomia, materiałoznawstwo, części maszyn, ekologia przemysłowa itp. Wskazując na lekcjach chemii, dlaczego i z jakich przedmiotów uczniowie będą potrzebować tej lub innej wiedzy, nauczyciel motywuje zapamiętanie materiału nie tylko na jedną lekcję, aby uzyskać ocenę, ale także zmienia osobiste zainteresowania uczniów niechemicznych specjalności.

Związek między chemią a fizyką

Wraz z procesami różnicowania się samych nauk chemicznych chemia przechodzi obecnie procesy integracji z innymi gałęziami nauk przyrodniczych. Szczególnie intensywnie rozwijają się wzajemne powiązania fizyki i chemii. Procesowi temu towarzyszy pojawianie się coraz bardziej pokrewnych gałęzi wiedzy fizycznej i chemicznej.

Cała historia interakcji chemii i fizyki jest pełna przykładów wymiany idei, przedmiotów i metod badawczych. Na różnych etapach swojego rozwoju fizyka dostarczała chemii pojęć i koncepcji teoretycznych, które miały silny wpływ na rozwój chemii. Jednocześnie im bardziej skomplikowane stawały się badania chemiczne, tym bardziej sprzęt i metody obliczeniowe fizyki przenikały do ​​chemii. Potrzeba pomiaru efektów cieplnych reakcji, rozwój analizy widmowej i dyfrakcji rentgenowskiej, badanie izotopów i pierwiastków promieniotwórczych, sieci krystalicznych materii, struktur molekularnych wymagały stworzenia i doprowadziły do ​​zastosowania najbardziej złożone przyrządy fizyczne - spektroskopy, spektrografy masowe, siatki dyfrakcyjne, mikroskopy elektronowe itp.

Rozwój współczesnej nauki potwierdził głęboki związek między fizyką a chemią. To połączenie ma charakter genetyczny, to znaczy powstawanie atomów pierwiastków chemicznych, ich połączenie w cząsteczki materii nastąpiło na pewnym etapie rozwoju świata nieorganicznego. Również to powiązanie opiera się na wspólnocie budowy określonych rodzajów materii, w tym cząsteczek substancji, które ostatecznie składają się z tych samych pierwiastków chemicznych, atomów i cząstek elementarnych. Pojawienie się chemicznej formy ruchu w przyrodzie spowodowało dalszy rozwój koncepcji badanego przez fizykę oddziaływania elektromagnetycznego. W oparciu o prawo okresowości dokonuje się obecnie postęp nie tylko w chemii, ale także w fizyce jądrowej, na pograniczu której powstały mieszane teorie fizykochemiczne, takie jak chemia izotopów i chemia promieniowania.

Chemia i fizyka badają prawie te same przedmioty, ale tylko każdy z nich widzi w tych przedmiotach swoją własną stronę, własny przedmiot badań. Tak więc cząsteczka jest przedmiotem badań nie tylko chemii, ale także fizyki molekularnej. Jeśli ten pierwszy bada ją z punktu widzenia praw powstawania, składu, właściwości chemicznych, wiązań, warunków jej rozpadu na atomy składowe, to drugi statystycznie bada zachowanie się mas cząsteczek, które determinują zjawiska termiczne, różne stany skupienia, przejścia z fazy gazowej do ciekłej i stałej i odwrotnie, zjawiska niezwiązane ze zmianą składu cząsteczek i ich wewnętrznej struktury chemicznej. Towarzyszenie każdej reakcji chemicznej mechanicznemu ruchowi mas cząsteczek reagentów, uwalnianiu lub pochłanianiu ciepła w wyniku zrywania lub tworzenia wiązań w nowych cząsteczkach w przekonujący sposób świadczy o ścisłym związku między zjawiskami chemicznymi i fizycznymi. Zatem energia procesów chemicznych jest ściśle związana z prawami termodynamiki. Reakcje chemiczne, które uwalniają energię, zwykle w postaci ciepła i światła, nazywane są egzotermicznymi. Istnieją również reakcje endotermiczne, które pochłaniają energię. Wszystko to nie jest sprzeczne z prawami termodynamiki: w przypadku spalania energia jest uwalniana jednocześnie ze spadkiem energii wewnętrznej układu. W reakcjach endotermicznych energia wewnętrzna układu wzrasta z powodu dopływu ciepła. Mierząc ilość energii uwalnianej podczas reakcji (efekt cieplny reakcji chemicznej), można ocenić zmianę energii wewnętrznej układu. Mierzy się ją w kilodżulach na mol (kJ/mol).

Jeszcze jeden przykład. Prawo Hessa jest szczególnym przypadkiem pierwszej zasady termodynamiki. Stwierdza, że ​​efekt cieplny reakcji zależy tylko od stanu początkowego i końcowego substancji i nie zależy od pośrednich etapów procesu. Prawo Hessa umożliwia obliczenie efektu termicznego reakcji w przypadkach, gdy jej bezpośredni pomiar jest z jakiegoś powodu niemożliwy.

Wraz z pojawieniem się teorii względności, mechaniki kwantowej i teorii cząstek elementarnych ujawniono jeszcze głębsze powiązania między fizyką a chemią. Okazało się, że klucz do wyjaśnienia istoty właściwości związków chemicznych, samego mechanizmu przemian substancji tkwi w budowie atomów, w kwantowo-mechanicznych procesach ich cząstek elementarnych, a zwłaszcza elektronów zewnętrznej powłoki. cząsteczki związków organicznych i nieorganicznych itp.

Na styku fizyki i chemii powstał i z powodzeniem rozwija się tak stosunkowo młody dział głównych działów chemii, jak chemia fizyczna, który ukształtował się pod koniec XIX wieku. w wyniku udanych prób ilościowego badania właściwości fizycznych chemikaliów i mieszanin teoretyczne wyjaśnienie struktur molekularnych. Eksperymentalną i teoretyczną podstawą tego była praca D.I. Mendelejew (odkrycie prawa okresowości), Van't Hoff (termodynamika procesów chemicznych), S. Arrhenius (teoria dysocjacji elektrolitycznej) itp. Przedmiotem jej badań były ogólne zagadnienia teoretyczne dotyczące budowy i właściwości cząsteczek związków chemicznych, procesów przemian substancji w związku ze wzajemną zależnością ich właściwości fizycznych, badanie warunków zachodzenia reakcji chemicznych i zjawiska fizyczne, które mają miejsce w tym przypadku. Teraz chemia fizyczna jest zróżnicowaną nauką, która ściśle łączy fizykę i chemię.

W samej chemii fizycznej do tej pory elektrochemia, badanie roztworów, fotochemia i chemia kryształów wyróżniały się iw pełni rozwinęły jako niezależne sekcje z własnymi specjalnymi metodami i przedmiotami badań. Na początku XX wieku. Chemia koloidalna, która wyrosła z głębin chemii fizycznej, wyróżniała się także jako niezależna nauka. Od drugiej połowy XX wieku. W związku z intensywnym rozwojem problematyki energetyki jądrowej powstały i osiągnęły wielki rozwój najnowsze gałęzie chemii fizycznej - chemia wysokoenergetyczna, chemia radiacyjna (przedmiotem jej badań są reakcje zachodzące pod działaniem promieniowania jonizującego) oraz chemia izotopów.

Chemia fizyczna jest obecnie uważana za najszerszą ogólną podstawę teoretyczną całej nauki chemicznej. Wiele z jej nauk i teorii ma ogromne znaczenie dla rozwoju chemii nieorganicznej, a zwłaszcza organicznej. Wraz z nadejściem chemii fizycznej badanie materii zaczęto prowadzić nie tylko tradycyjnymi chemicznymi metodami badań, nie tylko z punktu widzenia jej składu i właściwości, ale także od strony budowy, termodynamiki i kinetyki procesu chemicznego, jak również od strony powiązań i zależności tych ostatnich od wpływu zjawisk właściwych innym formom ruchu (ekspozycja na światło i promieniowanie, ekspozycja na światło i ciepło itp.).

Warto zauważyć, że w pierwszej połowie XX wieku. istniała granica między chemią a nowymi gałęziami fizyki (mechanika kwantowa, elektroniczna teoria atomów i cząsteczek), nauką, która później stała się znana jako fizyka chemiczna. Szeroko stosowała teoretyczne i eksperymentalne metody najnowszej fizyki do badania budowy pierwiastków i związków chemicznych, a zwłaszcza mechanizmu reakcji. Fizyka chemiczna bada wzajemne powiązania i wzajemne przejścia chemicznych i subatomowych form ruchu materii.

W hierarchii nauk podstawowych podanej przez F. Engelsa chemia sąsiaduje bezpośrednio z fizyką. To sąsiedztwo zapewniło szybkość i głębię, z jaką wiele gałęzi fizyki owocnie zaklinowało się w chemii. Chemia graniczy z jednej strony z fizyką makroskopową - termodynamiką, fizyką ośrodków ciągłych, az drugiej - z mikrofizyką - fizyką statyczną, mechaniką kwantową.

Powszechnie wiadomo, jak owocne były te kontakty dla chemii. Termodynamika dała początek termodynamice chemicznej - nauce o równowadze chemicznej. Fizyka statyczna stanowiła podstawę kinetyki chemicznej - badania szybkości przemian chemicznych. Mechanika kwantowa ujawniła istotę prawa okresowości Mendelejewa. Współczesną teorią budowy chemicznej i reaktywności jest chemia kwantowa, tj. zastosowanie zasad mechaniki kwantowej do badania cząsteczek i „transformacji X”.

Kolejnym dowodem owocnego wpływu fizyki na nauki chemiczne jest coraz szersze zastosowanie metod fizycznych w badaniach chemicznych. Uderzający postęp w tej dziedzinie widać szczególnie wyraźnie na przykładzie metod spektroskopowych. Niedawno, z nieskończonego zakresu promieniowania elektromagnetycznego, chemicy używali tylko wąskiego obszaru widzialnego i sąsiednich obszarów zakresów podczerwieni i ultrafioletu. Odkrycie przez fizyków zjawiska absorpcji rezonansu magnetycznego doprowadziło do powstania spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego, najbardziej pouczającej nowoczesnej metody analitycznej i metody badania struktury elektronowej cząsteczek oraz spektroskopii elektronowego rezonansu paramagnetycznego, unikalnej metody badania niestabilnych związków pośrednich cząsteczki - wolne rodniki. W krótkofalowym obszarze promieniowania elektromagnetycznego powstała spektroskopia rezonansu rentgenowskiego i gamma, która swój wygląd zawdzięcza odkryciu Mössbauera. Rozwój promieniowania synchrotronowego otworzył nowe perspektywy rozwoju tej wysokoenergetycznej gałęzi spektroskopii.

Wydawać by się mogło, że cały zakres elektromagnetyczny został opanowany i trudno oczekiwać dalszych postępów w tej dziedzinie. Pojawiły się jednak lasery – źródła o wyjątkowym natężeniu widmowym – a wraz z nimi zasadniczo nowe możliwości analityczne. Wśród nich jest laserowy rezonans magnetyczny, szybko rozwijająca się, bardzo czuła metoda wykrywania rodników w gazach. Inną naprawdę fantastyczną możliwością jest rejestracja kawałkowa atomów laserem - technika oparta na selektywnym wzbudzaniu, która pozwala zarejestrować tylko kilka atomów obcego zanieczyszczenia w komórce. Uderzające możliwości badania mechanizmów reakcji rodnikowych stworzyło odkrycie zjawiska chemicznej polaryzacji jąder.

Teraz trudno wymienić dziedzinę współczesnej fizyki, która nie miałaby bezpośredniego lub pośredniego wpływu na chemię. Weźmy na przykład fizykę nietrwałych cząstek elementarnych, która jest daleka od świata cząsteczek zbudowanych z jąder i elektronów. Może wydawać się zaskakujące, że specjalne międzynarodowe konferencje omawiają zachowanie chemiczne atomów zawierających pozyton lub mion, które w zasadzie nie mogą dać stabilnych związków. Jednak unikalna informacja o ultraszybkich reakcjach, jakie takie atomy pozwalają uzyskać, w pełni uzasadnia to zainteresowanie.

Patrząc wstecz na historię związków fizyki i chemii, widzimy, że fizyka odegrała ważną, czasem decydującą rolę w rozwoju koncepcji teoretycznych i metod badawczych w chemii. Stopień uznania tej roli można ocenić, przeglądając np. listę laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie chemii. Nie mniej niż jedna trzecia tej listy to autorzy największych osiągnięć w dziedzinie chemii fizycznej. Wśród nich są tacy, którzy odkryli radioaktywność i izotopy (Rutherford, M. Curie, Soddy, Aston, Joliot-Curie itp.), położyli podwaliny pod chemię kwantową (Pauling i Mulliken) i nowoczesną kinetykę chemiczną (Hinshelwood i Semenov), rozwinęli nowe metody fizyczne (Debye, Geyerovsky, Eigen, Norrish i Porter, Herzberg).

Wreszcie należy pamiętać o decydującym znaczeniu, jakie w rozwoju nauki zaczyna odgrywać produktywność pracy naukowca. Metody fizyczne odgrywały i nadal odgrywają rewolucyjną rolę w chemii pod tym względem. Wystarczy porównać np. czas, jaki chemik organik poświęcił na ustalenie chemicznej struktury syntezowanego związku, i ten, który spędza teraz, dysponując arsenałem metod fizycznych. Niewątpliwie ta rezerwa zastosowania zdobyczy fizyki jest daleka od wystarczającego wykorzystania.

Podsumujmy niektóre wyniki. Widzimy, że fizyka na coraz większą skalę i coraz owocniej wdziera się w chemię. Fizyka odkrywa istotę jakościowych prawidłowości chemicznych, dostarcza chemii doskonałych narzędzi badawczych. Względna objętość chemii fizycznej rośnie i nie ma powodów, które mogłyby spowolnić ten wzrost.

Związek między chemią a biologią

Powszechnie wiadomo, że przez długi czas chemia i biologia szły swoją drogą, chociaż od dawna marzeniem chemików było stworzenie żywego organizmu w laboratorium.

Gwałtowne wzmocnienie związku między chemią a biologią nastąpiło w wyniku powstania A.M. Teoria Butlerowa budowy chemicznej związków organicznych. Kierując się tą teorią, chemicy organicy rozpoczęli rywalizację z naturą. Kolejne pokolenia chemików wykazywały się wielką pomysłowością, pracowitością, wyobraźnią i twórczym poszukiwaniem ukierunkowanej syntezy materii. Ich zamiarem było nie tylko naśladowanie natury, chcieli ją przewyższyć. I dziś możemy śmiało stwierdzić, że w wielu przypadkach udało się to osiągnąć.

Postępujący rozwój nauki w XIX wieku, który doprowadził do odkrycia budowy atomu oraz dokładnego poznania budowy i składu komórki, otworzył przed chemikami i biologami praktyczne możliwości wspólnej pracy nad chemicznymi problemami teoria komórki, pytania o naturę procesów chemicznych w żywych tkankach, uwarunkowania funkcji biologicznych, reakcje chemiczne.

Jeśli spojrzeć na metabolizm w organizmie z czysto chemicznego punktu widzenia, jak A.I. Oparina zobaczymy zestaw dużej liczby stosunkowo prostych i jednorodnych reakcji chemicznych, które łączą się ze sobą w czasie, nie zachodzą przypadkowo, ale w ścisłej kolejności, w wyniku czego powstają długie łańcuchy reakcji. I ten porządek jest naturalnie skierowany na stałe samozachowanie i samoreprodukcję całego żywego systemu jako całości w danych warunkach środowiskowych.

Jednym słowem, takie specyficzne właściwości istot żywych, jak wzrost, rozmnażanie, mobilność, pobudliwość, zdolność reagowania na zmiany w środowisku zewnętrznym, są związane z pewnymi kompleksami przemian chemicznych.

Znaczenie chemii wśród nauk zajmujących się badaniem życia jest wyjątkowo duże. To chemia ujawniła najważniejszą rolę chlorofilu jako chemicznej podstawy fotosyntezy, hemoglobiny jako podstawy procesu oddychania, ustalono chemiczny charakter przekazywania pobudzenia nerwowego, określono strukturę kwasów nukleinowych itp. Ale najważniejsze jest to, że obiektywnie mechanizmy chemiczne leżą u podstaw procesów biologicznych, funkcji żywych istot. Wszystkie funkcje i procesy zachodzące w żywym organizmie można wyrazić językiem chemii, w postaci określonych procesów chemicznych.

Oczywiście błędem byłoby redukowanie zjawisk życia do procesów chemicznych. Byłoby to dużym mechanistycznym uproszczeniem. Wyraźnym tego dowodem jest specyfika procesów chemicznych w układach żywych w porównaniu z układami nieożywionymi. Badanie tej specyfiki ujawnia jedność i wzajemne powiązania chemicznych i biologicznych form ruchu materii. To samo mówią inne nauki, które powstały na styku biologii, chemii i fizyki: biochemia to nauka o metabolizmie i procesach chemicznych w organizmach żywych; chemia bioorganiczna - nauka o budowie, funkcjach i sposobach syntezy związków wchodzących w skład organizmów żywych; biologia fizyczna i chemiczna jako nauka o funkcjonowaniu złożonych systemów transmisji informacji i regulacji procesów biologicznych na poziomie molekularnym, a także biofizyka, chemia biofizyczna i biologia radiacyjna.

Do najważniejszych osiągnięć tego procesu należało określenie chemicznych produktów metabolizmu komórkowego (metabolizm u roślin, zwierząt, mikroorganizmów), ustalenie biologicznych szlaków i cykli biosyntezy tych produktów; wdrożono ich sztuczną syntezę, odkryto materialne podstawy regulacyjnego i dziedzicznego mechanizmu molekularnego oraz w dużym stopniu wyjaśniono znaczenie procesów chemicznych w procesach energetycznych komórki i organizmów żywych w ogóle.

W dzisiejszych czasach dla chemii szczególnego znaczenia nabiera zastosowanie zasad biologicznych, w których koncentruje się doświadczenie przystosowywania organizmów żywych do warunków panujących na Ziemi na przestrzeni wielu milionów lat, doświadczenie tworzenia najbardziej zaawansowanych mechanizmów i procesów. Istnieją już pewne osiągnięcia na tej ścieżce.

Ponad sto lat temu naukowcy zdali sobie sprawę, że podstawą wyjątkowej wydajności procesów biologicznych jest biokataliza. Dlatego chemicy postawili sobie za cel stworzenie nowej chemii opartej na katalitycznym doświadczeniu żywej przyrody. Pojawi się w nim nowe sterowanie procesami chemicznymi, gdzie zastosowane zostaną zasady syntezy podobnych molekuł, powstaną katalizatory o tak różnorodnych właściwościach na zasadzie enzymów, które znacznie przewyższą te istniejące w naszej branży.

Pomimo faktu, że enzymy mają wspólne właściwości właściwe wszystkim katalizatorom, nie są one jednak identyczne z tymi ostatnimi, ponieważ funkcjonują w żywych systemach. Dlatego wszelkie próby wykorzystania doświadczenia żywej przyrody do przyspieszenia procesów chemicznych w świecie nieorganicznym napotykają na poważne ograniczenia. Na razie możemy mówić tylko o modelowaniu niektórych funkcji enzymów i wykorzystywaniu tych modeli do teoretycznej analizy aktywności układów żywych, a także o częściowym praktycznym zastosowaniu izolowanych enzymów do przyspieszania niektórych reakcji chemicznych.

Tutaj najbardziej obiecującym kierunkiem są oczywiście badania ukierunkowane na zastosowanie zasad biokatalizy w chemii i technologii chemicznej, dla których konieczne jest zbadanie całości katalitycznego doświadczenia żywej przyrody, w tym doświadczenia tworzenia enzymu siebie, komórki, a nawet organizmu.

Teoria samorozwoju elementarnych otwartych układów katalitycznych, przedstawiona w najbardziej ogólnej formie przez profesora A.P. Rudenko w 1964, jest ogólną teorią ewolucji chemicznej i biogenezy. Rozwiązuje pytania o siły napędowe i mechanizmy procesu ewolucyjnego, czyli o prawa ewolucji chemicznej, o dobór pierwiastków i struktur oraz ich przyczynowość, o wysokość organizacji chemicznej i wynikającą z tego hierarchię układów chemicznych ewolucji.

Teoretycznym rdzeniem tej teorii jest stanowisko, że ewolucja chemiczna jest samorozwojem układów katalitycznych, a zatem katalizatory są ewoluującą substancją. W trakcie reakcji następuje naturalna selekcja tych centrów katalitycznych, które wykazują największą aktywność. Samorozwój, samoorganizacja i samoskomplikowanie układów katalitycznych następuje dzięki stałemu dopływowi przetwarzalnej energii. A ponieważ głównym źródłem energii jest reakcja podstawowa, układy katalityczne rozwijające się na podstawie reakcji egzotermicznych uzyskują maksymalne korzyści ewolucyjne. Stąd reakcja podstawowa jest nie tylko źródłem energii, ale także narzędziem do selekcji najbardziej postępowych zmian ewolucyjnych w katalizatorach.

Rozwijając te poglądy, A.P. Rudenko sformułował podstawowe prawo ewolucji chemicznej, zgodnie z którym z największą szybkością i prawdopodobieństwem kształtują się te ścieżki przemian ewolucyjnych katalizatora, na których następuje maksymalny wzrost jego bezwzględnej aktywności.

Praktyczną konsekwencją teorii samorozwoju otwartych układów katalitycznych jest tzw. „technologia niestacjonarna”, czyli technologia ze zmiennymi warunkami reakcji. Dziś badacze dochodzą do wniosku, że reżim stacjonarny, którego niezawodna stabilizacja wydawała się kluczem do wysokiej wydajności procesu przemysłowego, jest tylko szczególnym przypadkiem reżimu niestacjonarnego. Jednocześnie odkryto wiele niestacjonarnych reżimów, które przyczyniają się do intensyfikacji reakcji.

Obecnie widoczne są już perspektywy powstania i rozwoju nowej chemii, na bazie której powstaną niskoodpadowe, bezodpadowe i energooszczędne technologie przemysłowe.

Dziś chemicy doszli do wniosku, że stosując te same zasady, na których zbudowana jest chemia organizmów, w przyszłości (bez dokładnego powtarzania natury) będzie można zbudować zasadniczo nową chemię, nową kontrolę procesów chemicznych, gdzie zastosowane zostaną zasady syntezy cząsteczek podobnych. Przewiduje się stworzenie konwerterów wykorzystujących światło słoneczne z dużą wydajnością, przetwarzających je na energię chemiczną i elektryczną oraz energię chemiczną na światło o dużym natężeniu.

Wniosek

Chemia współczesna jest reprezentowana przez wiele różnych kierunków rozwoju wiedzy o naturze materii i metodach jej przemian. Jednocześnie chemia to nie tylko suma wiedzy o substancjach, ale wysoce uporządkowany, stale ewoluujący system wiedzy, który ma swoje miejsce wśród innych nauk przyrodniczych.

Chemia bada jakościową różnorodność materialnych nośników zjawisk chemicznych, chemiczną postać ruchu materii. Choć strukturalnie krzyżuje się w pewnych obszarach z fizyką, biologią i innymi naukami przyrodniczymi, zachowuje swoją specyfikę.

Jedną z najistotniejszych obiektywnych przesłanek wyodrębnienia chemii jako samodzielnej dyscypliny nauk przyrodniczych jest uznanie specyfiki chemii związku substancji, która przejawia się przede wszystkim w zespole sił i różnego rodzaju oddziaływań warunkujących istnienie związków dwuatomowych i wieloatomowych. Kompleks ten jest zwykle charakteryzowany jako wiązanie chemiczne, które powstaje lub pęka podczas interakcji cząstek na poziomie atomowym organizacji materii. Występowanie wiązania chemicznego charakteryzuje się znaczną redystrybucją gęstości elektronowej w porównaniu z prostym położeniem gęstości elektronowej niezwiązanych atomów lub fragmentów atomów znajdujących się blisko odległości wiązania. Ta cecha najdokładniej oddziela wiązanie chemiczne od różnych przejawów oddziaływań międzycząsteczkowych.

Stałemu wzrostowi roli chemii jako nauki w ramach nauk przyrodniczych towarzyszy szybki rozwój badań podstawowych, kompleksowych i stosowanych, przyspieszony rozwój nowych materiałów o pożądanych właściwościach oraz nowych procesów w zakresie technologii wytwarzania i przetwarzania Substancje.

Wyślij swoją dobrą pracę w bazie wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy korzystają z bazy wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Wam bardzo wdzięczni.

Hostowane na http://www.allbest.ru/

Plan

1. Przyrodoznawstwo jako nauka o Przyrodzie. Podstawowe nauki przyrodnicze i ich związek

2. Fizyka kwantowa i jej podstawowe zasady. Świat cząstek i antycząstek

3. Mechanika. Podstawowe prawa mechaniki klasycznej

1. Przyrodoznawstwo jako nauka o Przyrodzie. Podstawowe nauki przyrodnicze i ich związek

naturalna nauka nauka o Natura . We współczesnym świecie nauki przyrodnicze to system nauk przyrodniczych lub tzw.

Naturalna nauka:

Jeden z trzech głównych obszarów wiedzy naukowej o przyrodzie, społeczeństwie i myśli;

Stanowi teoretyczne podstawy techniki przemysłowej i rolniczej oraz medycyny

Jest to naturalna naukowa podstawa obrazu świata.

Będąc podstawą do ukształtowania naukowego obrazu świata, nauki przyrodnicze są pewnym systemem poglądów na takie lub inne rozumienie zjawisk lub procesów naturalnych. A jeśli taki system poglądów nabiera jednego, definiującego charakteru, to z reguły nazywa się go pojęciem. Z czasem pojawiają się nowe fakty empiryczne i uogólnienia, zmienia się system poglądów na rozumienie procesów, pojawiają się nowe koncepcje.

Jeśli weźmiemy pod uwagę obszar nauk przyrodniczych tak szeroko, jak to możliwe, to obejmuje on:

Różne formy ruchu materii w przyrodzie;

Ich materialne nośniki, które tworzą „drabinę” poziomów strukturalnej organizacji materii;

Ich związek, struktura wewnętrzna i geneza.

Ale nie zawsze tak było. Problemy urządzenia, pochodzenia organizacji wszystkiego, co jest we Wszechświecie (Kosmosie), w IV-VI wieku należały do ​​\u200b\u200b„fizyki”. A Arystoteles nazywał tych, którzy zajmowali się tymi problemami, po prostu „fizykami” lub „fizjologami”, ponieważ. starożytne greckie słowo „fizyka” jest równe słowu „natura”.

We współczesnym przyrodoznawstwie przyroda nie jest rozpatrywana abstrakcyjnie, poza działalnością człowieka, ale konkretnie, jako znajdująca się pod wpływem człowieka, ponieważ jego wiedzę zdobywa się nie tylko przez spekulatywną, teoretyczną, ale także praktyczną działalność produkcyjną ludzi.

Tak więc przyrodoznawstwo jako odbicie natury w ludzkiej świadomości jest doskonalone w procesie jej aktywnego przekształcania w interesie społeczeństwa.

Z tego wynikają cele nauk przyrodniczych:

Ujawnianie istoty zjawisk przyrody, ich praw i na tej podstawie przewidywanie lub tworzenie nowych zjawisk;

Umiejętność wykorzystania w praktyce poznanych praw, sił i substancji przyrody.

Wynika z tego, że jeśli społeczeństwo jest zainteresowane szkoleniem wysoko wykwalifikowanych specjalistów, którzy potrafią produktywnie wykorzystać swoją wiedzę, to celem studiowania koncepcji nowoczesnych nauk przyrodniczych nie jest studiowanie fizyki, chemii, biologii itp., Ale ujawnienie tych ukrytych połączenia, które tworzą organiczną jedność zjawisk fizycznych, chemicznych, biologicznych.

Nauki przyrodnicze to:

Nauki o przestrzeni, jej budowie i ewolucji (astronomia, kosmologia, astrofizyka, kosmochemia itp.);

Nauki fizyczne (fizyka) - nauki o najgłębszych prawach obiektów przyrody i jednocześnie - o najprostszych formach ich przemian;

Nauki chemiczne (chemia) - nauki o substancjach i ich przemianach

Nauki biologiczne (biologia) - nauki o życiu;

Nauki o ziemi (geonomia) - obejmują: geologię (nauka o budowie skorupy ziemskiej), geografię (nauka o wielkości i kształcie powierzchni ziemi) itp.

Wymienione nauki nie wyczerpują całości nauk przyrodniczych, gdyż. człowiek i społeczeństwo ludzkie są nierozerwalnie związane z naturą, są jej częścią.

Pragnienie poznania otaczającego świata człowieka wyraża się w różnych formach, metodach i kierunkach jego działalności badawczej. Każda z głównych części obiektywnego świata - przyroda, społeczeństwo i człowiek - jest badana przez odrębne nauki. Całokształt wiedzy naukowej o przyrodzie jest tworzony przez nauki przyrodnicze, czyli wiedzę o przyrodzie („natura” - przyroda - i „wiedza”).

Przyrodoznawstwo to zbiór nauk przyrodniczych, których przedmiotem badań są różne zjawiska i procesy przyrody, prawa ich ewolucji. Ponadto nauki przyrodnicze są odrębną, niezależną nauką o przyrodzie jako całości. Pozwala badać dowolny obiekt otaczającego nas świata głębiej niż jakakolwiek z nauk przyrodniczych. Dlatego nauki przyrodnicze wraz z naukami o społeczeństwie i naukami o myśleniu są najważniejszą częścią ludzkiej wiedzy. Obejmuje zarówno działalność pozyskiwania wiedzy, jak i jej wyniki, czyli system wiedzy naukowej o procesach i zjawiskach przyrodniczych.

Specyfika przedmiotu przyrodoznawstwa polega na tym, że bada te same zjawiska przyrodnicze z punktu widzenia kilku nauk jednocześnie, ujawniając najbardziej ogólne wzorce i trendy, patrząc na Naturę jakby z góry. Tylko w ten sposób można przedstawić Naturę jako jeden integralny system, odsłonić fundamenty, na których zbudowana jest cała różnorodność obiektów i zjawisk otaczającego świata. Wynikiem takich badań jest sformułowanie podstawowych praw, które łączą mikro-, makro- i mega-światy, Ziemię i Kosmos, zjawiska fizyczne i chemiczne z życiem i umysłem we Wszechświecie. Głównym celem kursu jest zrozumienie Natury jako pojedynczej całości, poszukiwanie głębszych związków między zjawiskami fizycznymi, chemicznymi i biologicznymi, a także identyfikacja ukrytych powiązań, które tworzą organiczną jedność tych zjawisk.

Struktura nauk przyrodniczych jest złożonym, rozgałęzionym systemem wiedzy, którego wszystkie części są w relacji do hierarchicznego podporządkowania. Oznacza to, że system nauk przyrodniczych można przedstawić jako rodzaj drabiny, której każdy stopień jest fundamentem nauki, która po niej następuje, a z kolei opiera się na danych poprzedniej nauki.

Tak więc podstawą, fundamentem wszystkich nauk przyrodniczych jest fizyka, której przedmiotem są ciała, ich ruchy, przemiany i formy manifestacji na różnych poziomach.

Kolejnym stopniem w hierarchii jest chemia, która bada pierwiastki chemiczne, ich właściwości, przemiany i związki.

Z kolei chemia leży u podstaw biologii – nauki o życiu, która bada komórkę i wszystko, co z niej pochodzi. Biologia opiera się na wiedzy o materii, pierwiastkach chemicznych.

Nauki o ziemi (geologia, geografia, ekologia itp.) to kolejny stopień struktury nauk przyrodniczych. Uwzględniają strukturę i rozwój naszej planety, która jest złożoną kombinacją zjawisk i procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych.

Tę imponującą piramidę wiedzy o Naturze uzupełnia kosmologia, która bada Wszechświat jako całość. Częścią tej wiedzy jest astronomia i kosmogonia, które badają budowę i pochodzenie planet, gwiazd, galaktyk itp. Na tym poziomie następuje nowy powrót do fizyki. Pozwala to mówić o cykliczności, zamkniętości nauk przyrodniczych, co w oczywisty sposób odzwierciedla jedną z najważniejszych właściwości samej Natury.

Najbardziej skomplikowane procesy różnicowania i integracji wiedzy naukowej zachodzą w nauce. Zróżnicowanie nauki polega na wyodrębnieniu w obrębie każdej nauki węższych, prywatnych obszarów badań, ich przekształceniu w nauki niezależne. Tak więc w fizyce wyróżniała się fizyka ciała stałego i fizyka plazmy.

Integracja nauki to powstawanie nowych nauk na styku starych, przejaw procesów unifikacji wiedzy naukowej. Przykładem tego rodzaju nauk są: chemia fizyczna, fizyka chemiczna, biofizyka, biochemia, geochemia, biogeochemia, astrobiologia itp.

Przyrodoznawstwo to zbiór nauk przyrodniczych, których przedmiotem badań są różne zjawiska i procesy przyrody, prawa ich ewolucji.

Metafizyka (gr. meta ta physika – po fizyce) jest filozoficzną doktryną o nadwrażliwych (niedostępnych doświadczeniu) zasadach bytu.

Naturfilozofia jest spekulatywną interpretacją natury, postrzeganiem jej jako całości.

Podejście systemowe to idea świata jako zbioru wielopoziomowych systemów połączonych relacjami hierarchicznego podporządkowania.

2. Fizyka kwantowa i jej główne zastosowaniapoczątek Świat cząstek i antycząstek

W 1900 niemiecki fizyk M. Planck wykazał w swoich badaniach, że promieniowanie energii zachodzi dyskretnie, w pewnych porcjach - kwantach, których energia zależy od częstotliwości fali świetlnej. Teoria M. Plancka nie potrzebowała pojęcia eteru i przezwyciężyła sprzeczności i trudności elektrodynamiki J. Maxwella. Eksperymenty M. Plancka doprowadziły do ​​​​rozpoznania dwoistej natury światła, które ma zarówno właściwości korpuskularne, jak i falowe. Oczywiste jest, że taki wniosek był niezgodny z ideami fizyki klasycznej. Teoria M. Plancka zapoczątkowała nową fizykę kwantową opisującą procesy zachodzące w mikrokosmosie.

Opierając się na pomysłach M. Plancka, A. Einstein zaproponował fotonową teorię światła, zgodnie z którą światło jest strumieniem poruszających się kwantów. Kwantowa teoria światła (teoria fotonów) traktuje światło jako falę o strukturze nieciągłej. Światło to strumień niepodzielnych kwantów światła - fotonów. Hipoteza A. Einsteina pozwoliła wyjaśnić zjawisko efektu fotoelektrycznego - wybijania elektronów z substancji pod wpływem fal elektromagnetycznych. Stało się jasne, że foton wybija elektron tylko wtedy, gdy energia fotonu jest wystarczająca do pokonania siły oddziaływania elektronów z jądrem atomowym. W 1922 roku A. Einstein otrzymał Nagrodę Nobla za stworzenie kwantowej teorii światła.

Wyjaśnienie procesu efektu fotoelektrycznego opierało się, oprócz kwantowej hipotezy M. Plancka, również na nowych poglądach dotyczących budowy atomu. w 1911 r Angielski fizyk E. Rutherford zaproponował planetarny model atomu. Model przedstawiał atom jako dodatnio naładowane jądro, wokół którego krążą ujemnie naładowane elektrony. Siła wynikająca z ruchu elektronów na orbitach jest równoważona przez przyciąganie dodatnio naładowanego jądra i ujemnie naładowanych elektronów. Całkowity ładunek atomu wynosi zero, ponieważ ładunki jądra i elektronów są sobie równe. Prawie cała masa atomu jest skupiona w jego jądrze, a masa elektronów jest znikoma. Wykorzystując planetarny model atomu wyjaśniono zjawisko odchylania się cząstek alfa podczas przechodzenia przez atom. Ponieważ rozmiar atomu jest duży w porównaniu z rozmiarem elektronów i jądra, cząstka alfa przechodzi przez niego bez przeszkód. Odchylenie obserwuje się tylko wtedy, gdy cząstka alfa przechodzi blisko jądra, w którym to przypadku odpychanie elektryczne powoduje, że cząstka gwałtownie skręca z pierwotnej ścieżki. w 1913 roku Duński fizyk N. Bohr zaproponował doskonalszy model atomu, uzupełniając idee E. Rutherforda o nowe hipotezy. Postulaty N. Bohra były następujące:

1. Postulat stanów stacjonarnych. Elektron wykonuje stabilne ruchy orbitalne po orbitach stacjonarnych w atomie, nie emitując ani nie pochłaniając energii.

2. Reguła częstotliwości. Elektron może przemieszczać się z jednej stacjonarnej orbity na drugą, emitując lub pochłaniając energię. Ponieważ energie orbit są dyskretne i stałe, podczas przemieszczania się z jednej z nich na drugą zawsze emitowana lub pochłaniana jest pewna część energii.

Pierwszy postulat pozwolił odpowiedzieć na pytanie: dlaczego elektrony, poruszając się po kołowych orbitach wokół jądra, nie spadają na nie, tj. Dlaczego atom pozostaje stabilny?

Drugi postulat wyjaśniał nieciągłość widma promieniowania elektronowego. Kwantowe postulaty N. Bohra oznaczały odrzucenie klasycznych koncepcji fizycznych, które do tej pory uważano za absolutnie prawdziwe.

Mimo szybkiego rozpoznania teoria N. Bohra nadal nie dała odpowiedzi na wiele pytań. W szczególności naukowcy nie byli w stanie dokładnie opisać atomów wieloelektronowych. Okazało się, że wynika to z falowej natury elektronów, które błędnie przedstawia się jako cząstki stałe poruszające się po określonych orbitach.

W rzeczywistości stany elektronu mogą się zmieniać. N. Bohr zasugerował, że mikrocząstki nie są ani falą, ani korpuskułą. Z jednym rodzajem przyrządów pomiarowych zachowują się jak ciągłe pole, z innym jak dyskretne cząstki materiału. Okazało się, że idea dokładnych orbit ruchu elektronów jest również błędna. Ze względu na swoją falową naturę elektrony są raczej „rozmazane” po atomie i to raczej nierównomiernie. W pewnych punktach ich gęstość ładunku osiąga maksimum. Krzywa łącząca punkty o maksymalnej gęstości ładunku elektronowego jest jego „orbitą”.

W latach 20-30. W. Heisenberg i L. de Broglie położyli podwaliny pod nową teorię - mechanikę kwantową. w 1924 r w „Światło i materia”

L. de Broglie zasugerował uniwersalność dualizmu falowo-cząsteczkowego, zgodnie z którym wszystkie mikroobiekty mogą zachowywać się zarówno jak fale, jak i cząstki. Opierając się na ustalonej już podwójnej (korpuskularnej i falowej) naturze światła, wyraził ideę falowych właściwości dowolnych cząstek materialnych. Na przykład elektron zachowuje się jak cząstka, gdy porusza się w polu elektromagnetycznym, i jak fala, gdy przechodzi przez kryształ. Pomysł ten nazywa się dualizmem korpuskularno-falowym. Zasada dualizmu korpuskularno-falowego ustanawia jedność nieciągłości i ciągłości materii.

w 1926 roku E. Schrödinger, opierając się na pomysłach L. de Broglie, zbudował mechanikę falową. Jego zdaniem procesy kwantowe są procesami falowymi, dlatego klasyczny obraz materialnego punktu zajmującego określone miejsce w przestrzeni jest adekwatny tylko dla makroprocesów i całkowicie błędny dla mikroświata. W mikrokosmosie cząstka istnieje zarówno jako fala, jak i jako korpuskuła. W mechanice kwantowej elektron można traktować jako falę, której długość zależy od jej prędkości. Równanie E. Schrödingera opisuje ruch mikrocząstek w polach siłowych i uwzględnia ich właściwości falowe.

Na podstawie tych pomysłów w 1927 r. sformułowano zasadę komplementarności, zgodnie z którą falowe i korpuskularne opisy procesów zachodzących w mikrokosmosie nie wykluczają się, lecz wzajemnie się uzupełniają i dopiero w jedności dają pełny opis. Podczas dokładnego pomiaru jednej z dodatkowych wielkości druga ulega niekontrolowanej zmianie. Pojęcia cząstki i fali nie tylko się uzupełniają, ale jednocześnie są ze sobą sprzeczne. Są to uzupełniające obrazy tego, co się dzieje. Stwierdzenie dualizmu korpuskularno-falowego stało się podstawą fizyki kwantowej.

w 1927 r Niemiecki fizyk W. Heisenberg doszedł do wniosku, że nie da się jednocześnie dokładnie zmierzyć współrzędnych cząstki i jej pędu, który zależy od prędkości, wielkości te możemy wyznaczyć tylko z pewnym stopniem prawdopodobieństwa. W fizyce klasycznej przyjmuje się, że współrzędne poruszającego się obiektu można określić z absolutną dokładnością. Mechanika kwantowa poważnie ogranicza tę możliwość. W. Heisenberg w swojej pracy „Fizyka jądra atomowego” przedstawił swoje idee.

Wniosek W. Heisenberga nazywany jest zasadą relacji niepewności, która leży u podstaw fizycznej interpretacji mechaniki kwantowej. Jego istota jest następująca: niemożliwe jest jednoczesne posiadanie dokładnych wartości różnych właściwości fizycznych mikrocząstki - współrzędnej i pędu. Jeśli otrzymamy dokładną wartość jednej wielkości, to druga pozostaje całkowicie niepewna, istnieją fundamentalne ograniczenia dotyczące pomiaru wielkości fizycznych charakteryzujących zachowanie mikroobiektu.

Tak więc, konkludował W. Heisenberg, rzeczywistość różni się w zależności od tego, czy ją obserwujemy, czy nie. „Teoria kwantowa nie pozwala już na całkowicie obiektywny opis przyrody” – napisał. Urządzenie pomiarowe wpływa na wyniki pomiarów, tj. w eksperymencie naukowym wpływ człowieka okazuje się nieusuwalny. W sytuacji eksperymentu mamy do czynienia z jednością podmiotowo-przedmiotową przyrządu pomiarowego i badanej rzeczywistości.

Należy zauważyć, że ta okoliczność nie jest związana z niedoskonałością przyrządów pomiarowych, ale jest konsekwencją obiektywnych, korpuskularno-falowych właściwości mikroobiektów. Jak stwierdził fizyk M. Born, fale i cząstki są jedynie „projekcjami” rzeczywistości fizycznej na sytuację doświadczalną.

Dwie fundamentalne zasady fizyki kwantowej – zasada relacji nieoznaczoności i zasada komplementarności – wskazują, że nauka nie chce opisywać jedynie praw dynamiki. Prawa fizyki kwantowej są statystyczne. Jak pisze V. Heisenberg, "w eksperymentach z procesami atomowymi mamy do czynienia z rzeczami i faktami tak realnymi, jak realne są wszelkie zjawiska życia codziennego. Ale atomy czy cząstki elementarne nie są w takim stopniu realne. Raczej tworzą świat tendencji lub możliwości niż świat rzeczy i faktów”. Następnie teoria kwantowa stała się podstawą fizyki jądrowej, aw 1928 r. P. Dirac położył podwaliny pod relatywistyczną mechanikę kwantową.

3. Mechanika. Głównyprawa mechaniki klasycznej

nauki przyrodnicze nauka mechanika kwantowa

Mechanika klasyczna to teoria fizyczna, która ustanawia prawa ruchu ciał makroskopowych o prędkościach znacznie mniejszych niż prędkość światła w próżni.

Mechanika klasyczna dzieli się na:

Statyka (która uwzględnia równowagę ciał)

Kinematyka (która bada geometryczną właściwość ruchu bez uwzględnienia jego przyczyn)

Dynamika (która uwzględnia ruch ciał).

Trzy prawa Newtona stanowią podstawę mechaniki klasycznej:

Pierwsze prawo Newtona postuluje istnienie specjalnych układów odniesienia, zwanych intercjalnymi, w których dowolne ciało pozostaje w stanie spoczynku lub ruchu jednostajnym prostoliniowym, dopóki nie zadziałają na nie siły z innych ciał (prawo bezwładności).

Drugie prawo Newtona mówi, że w bezwładnościowych układach odniesienia przyspieszenie dowolnego ciała jest proporcjonalne do sumy działających na nie sił i odwrotnie proporcjonalne do masy ciała (F = ma).

Trzecie prawo Newtona mówi, że kiedy dowolne dwa ciała oddziałują na siebie, działają na nie siły o równej wielkości i przeciwnych kierunkach (działanie jest równe reakcji).

Aby obliczyć ruch ciał fizycznych na podstawie tych podstawowych praw mechaniki Newtona, należy je uzupełnić o opis sił, które powstają między ciałami w różnych sposobach oddziaływania. We współczesnej fizyce bierze się pod uwagę wiele różnych sił: grawitację, tarcie, ciśnienie, napięcie, Archimedesa, siłę nośną, kulomb (elektrostatyczny), Lorentza (magnetyczny) itp. Wszystkie te siły zależą od względnego położenia i prędkości oddziałujących ciał.

Mechanika klasyczna to rodzaj mechaniki (dziedzina fizyki, która bada prawa zmian położenia ciał i przyczyny, które je powodują), oparta na 3 prawach Newtona i zasadzie względności Galileusza. Dlatego często nazywa się ją „mechaniką newtonowską”. Istotne miejsce w mechanice klasycznej zajmuje istnienie układów inercjalnych. Mechanika klasyczna dzieli się na statykę (zajmującą się równowagą ciał) i dynamikę (zajmującą się ruchem ciał). Mechanika klasyczna daje bardzo dokładne wyniki w codziennym doświadczeniu. Ale dla układów poruszających się z dużymi prędkościami bliskimi prędkości światła mechanika relatywistyczna daje dokładniejsze wyniki, dla układów o mikroskopijnych wymiarach – mechanika kwantowa, a dla układów o obu charakterystykach – kwantowa teoria pola. Niemniej jednak mechanika klasyczna zachowuje swoją wartość, ponieważ jest znacznie łatwiejsza do zrozumienia i zastosowania niż inne teorie, a także w szerokim zakresie dość dobrze przybliża rzeczywistość. Mechanika klasyczna może być wykorzystana do opisania ruchu obiektów, takich jak bączki i piłki baseballowe, wielu obiektów astronomicznych (takich jak planety i galaktyki), a nawet wielu mikroskopijnych obiektów, takich jak cząsteczki organiczne. Chociaż mechanika klasyczna jest zasadniczo zgodna z innymi „teoriami klasycznymi”, takimi jak klasyczna elektrodynamika i termodynamika, pod koniec XIX wieku odkryto niespójności, które można było rozwiązać jedynie w ramach bardziej nowoczesnych teorii fizycznych. W szczególności elektrodynamika klasyczna przewiduje, że prędkość światła jest stała dla wszystkich obserwatorów, co jest trudne do pogodzenia z mechaniką klasyczną i co doprowadziło do powstania szczególnej teorii względności. Mechanika klasyczna rozpatrywana razem z termodynamiką klasyczną prowadzi do paradoksu Gibbsa, w którym niemożliwe jest dokładne określenie wielkości entropii, oraz do katastrofy ultrafioletowej, w której ciało doskonale czarne musi wypromieniować nieskończoną ilość energii. Próby rozwiązania tych problemów doprowadziły do ​​rozwoju mechaniki kwantowej.

Hostowane na Allbest.ru

...

Podobne dokumenty

    Główne składniki nauk przyrodniczych jako systemu nauk przyrodniczych. Aleksandryjski okres rozwoju nauki. Podstawowe prawa mechaniki Newtona. Etapy tworzenia doktryny elektromagnetyzmu. Mechanika kwantowa. prawa stechiometryczne. Zjawisko katalizy.

    test, dodano 16.01.2009

    Cele i zadania przedmiotu "Koncepcje nowożytnego przyrodoznawstwa", miejsce tej dyscypliny w systemie innych nauk. Klasyfikacja nauk zaproponowana przez F. Engelsa. Związek wiedzy fizycznej, chemicznej i biologicznej. Rodzaje procesów atmosferycznych w przyrodzie.

    praca kontrolna, dodano 13.06.2013

    Miejsce nauk przyrodniczych we współczesnym naukowym obrazie świata. Wkład średniowiecznej nauki w rozwój wiedzy naukowej. Przykładem zmiany paradygmatu w archeologii jest walka między koncepcjami ewolucjonizmu i migracji. Rozwój nauki w średniowieczu, wkład Leonarda da Vinci.

    streszczenie, dodano 12.09.2010

    Znaczenie nauki we współczesnej kulturze i struktura wiedzy naukowej. Główne etapy ewolucji europejskich nauk przyrodniczych. Rodzaje oddziaływań fizycznych. Mechanistyczny, elektromagnetyczny i kwantowo-relatywistyczny obraz świata. Modele budowy atomu.

    samouczek, dodano 27.01.2010

    Definicja przyrodoznawstwa jako działu wiedzy naukowej, jego odmienność od innych nauk, działy przyrodoznawstwa. Nauka jako jedna z form świadomości społecznej. Opis i wyjaśnienie różnych procesów i zjawisk rzeczywistości jako główne cele nauki.

    streszczenie, dodano 16.04.2011

    Mechanika klasyczna jako podstawa teorii nauk przyrodniczych. Powstanie i rozwój klasycznych nauk przyrodniczych. systemu Kopernika. Gallileo Gallilei. Izaaka Newtona. Tworzenie podstaw mechaniki klasycznej. Metoda strumienia.

    praca kontrolna, dodano 06.10.2007

    Systematyzacja wiedzy na odrębne nauki. Powstanie i rozwój nauk przyrodniczych, podstawowe pojęcia i cele. Związek wiedzy naukowej o przyrodzie z produkcją i pracą człowieka. Związek i współzależność nauk przyrodniczych i społeczeństwa.

    test, dodano 04.04.2009

    Pojęcie jako zespół głównych idei metod badawczych i opisu wyników, funkcje nauki. Obrazy świata - naukowe, mechaniczne, elektromagnetyczne i współczesne (łączące wszystkie nauki przyrodnicze). Podstawowe zasady, na których się opierają.

    streszczenie, dodano 06.10.2010

    Przyrodoznawstwo jako system wiedzy naukowej o przyrodzie, społeczeństwie i myśleniu w ich wzajemnym powiązaniu. Formy ruchu materii w przyrodzie. Przedmiot, cele, wzorce i cechy rozwoju, empiryczne, teoretyczne i stosowane aspekty nauk przyrodniczych.

    streszczenie, dodano 15.11.2010

    Fizyka i nauki przyrodnicze. Powstanie mechaniki kwantowej i fizyki kwantowej, specyfika ich praw i zasad. Podstawowe pojęcia „elementarny”, „prosto-złożony”, „podział”. Różnorodność i jedność cząstek elementarnych, problem ich klasyfikacji.