Опис презентації з окремих слайдів:
1 слайд
Опис слайду:
2 слайд
Опис слайду:
1. Введення. Наукова картина світу 2. Предмет пізнання та найважливіші особливості хімічної науки 2.1. Алхімія як передісторія хімії. Еволюція хімічної науки 2.2. Специфіка хімії як науки 2.3. Найважливіші особливості сучасної хімії 3. Концептуальні системи хімії 3. 1. Поняття про хімічний елемент 3. 2. Сучасна картина хімічних знань 3. 2. 1. Вчення про склад речовини 3. 2. 2. хімічних процесах 4. Антропогенний хімізм та його вплив на довкілля 5. Висновки
3 слайд
Опис слайду:
Кожна людина намагається пізнати цей світ та усвідомити своє місце у ньому. Щоб пізнати світ, людина з приватних знань про явища і закономірності природи намагається створити загальне - наукова картина світу - основні ідеї наук про природу - принципи - закономірності не відірвані один від одного, а складові єдність знань про природу, що визначають стиль наукового мислення на даному етапі розвитку науки та культури людства
4 слайд
Опис слайду:
Вчені виділяють різні картини світу та пропонують свої критерії класифікації «Світ» - дійсність, реальність (об'єктивна), буття, природа і людина різної міри універсальності: Фізична КМ (ФКМ) Астрономічна (АКМ) Біологічна (БКМ) Хімічна (ХКМ)
5 слайд
Опис слайду:
Наукова картина світу - особлива форма теоретичного знання, що репрезентує предмет дослідження науки відповідно до певного етапу її історичного розвитку, за допомогою якої інтегруються та систематизуються конкретні знання, отримані в різних галузях наукового пошуку. (Новий філософський словник) Наукова картина світу (НКМ) - система уявлень про властивості та закономірності дійсності (реально існуючого світу), побудована в результаті узагальнення та синтезу наукових понять і принципів, а також методологія здобуття наукового знання» (інтернет-словник «Вікіпедія» ) Наукова картина світу - це безліч теорій у сукупності описують відомий людині природний світ, цілісна система уявлень про загальні принципи та закони устрою світобудови
6 слайд
Опис слайду:
Історичні типи Їх прийнято персоніфікувати за іменами трьох вчених, які відіграли найбільшу роль у змінах, що відбувалися 1. Аристотелевська (VI-IV століття до нашої ери) в результаті цієї наукової революції виникла сама наука, відбулося відділення науки від інших форм пізнання та освоєння світу, створені певні норми та зразки наукового знання. Найповніше ця революція відбито у працях Аристотеля. Він затвердив своєрідний канон організації наукового дослідження (історія питання, постановка проблеми, аргументи за та проти, обґрунтування рішення), диференціював саме знання, відділивши науки про природу від математики та метафізики
7 слайд
Опис слайду:
2. Ньютонівська наукова революція (XVI-XVIII століття) Її вихідним пунктом вважається перехід від геоцентричної моделі світу до геліоцентричної, цей перехід був обумовлений серією відкриттів, пов'язаних з іменами Н. Коперника, Г. Галілея, І. Кеплера, Р. Декарта, І 3. Ейнштейнівська революція (кордон XIX-XX століть) Її зумовила серія відкриттів (відкриття складної структури атома, явище радіоактивності, дискретного характеру електромагнітного випромінювання і т.д.). У результаті було підірвано, найважливіша передумова механістичної картини світу – переконаність у цьому, що з допомогою простих сил які діють між постійними об'єктами можна пояснити всі явища природи
8 слайд
Опис слайду:
Основною проблемою хімії є одержання речовин із заданими властивостями хімія неорганічна органічна досліджує властивості хімічних елементів та їх простих сполук: луги, кислоти, солі вивчає складні сполуки на основі вуглецю - полімери, у тому числі створені людиною: гази, спирти, жири, цукру
9 слайд
Опис слайду:
1. Період алхімії - з давніх-давен до XVI ст. нашої ери Характеризується пошуками філософського каменю, еліксиру довголіття, алкагесту (універсального розчинника) 2. Період протягом XVI – XVIII століть Створено теорії Парацельсу, теорії газів Бойля, Кавендіша та ін., теорія флогістону Г. Шталя та теорія хімічних елементів Лавуазьє. Удосконалювалася прикладна хімія, пов'язана з розвитком металургії, виробництва скла та порцеляни, мистецтва перегонки рідин тощо. До кінця XVIII століття відбулося зміцнення хімії як науки, незалежної від інших наук
10 слайд
Опис слайду:
3. Перші шістдесят років XIX століття Характеризується виникненням та розвитком атомної теорії Дальтона, атомно-молекулярної теорії Авогадро та формуванням основних понять хімії: атом, молекула та ін 4. З 60-х років XIX століття до наших днів Розроблено періодичну класифікацію елементів, теорія ароматичних сполук та стереохімія, електронна теорія матерії і т.д. Розширився діапазон складових частин хімії, як неорганічна хімія, органічна хімія, фізична хімія, фармацевтична хімія, хімія харчових продуктів, агрохімія, геохімія, біохімія тощо.
11 слайд
Опис слайду:
«Алхімія» - це арабізоване грецьке слово, яке розуміється як «сік рослин» 3 типу: греко-єгипетська арабська західноєвропейська
12 слайд
Опис слайду:
Філософська теорія Емпедокла про чотири елементи Землі (вода, повітря, земля, вогонь) Згідно з нею різні речовини на Землі розрізняються лише за характером поєднання цих елементів. Ці чотири елементи можуть змішуватися в однорідні речовини. Найважливішою проблемою алхімії вважався пошук філософського каменю. Поліпшили процес очищення золота шляхом купеляції (нагріваючи багату золотом руду зі свинцем і селітрою).
13 слайд
Опис слайду:
Центром арабської алхімії став Багдад. Перський алхімік Джабір ібн Хайям описав нашатирний спирт технологію приготування свинцевих білил спосіб перегонки оцту для отримання оцтової кислоти розвинув вчення про нумерологію, зв'язавши арабські літери з назвами речовин. Він припустив, що внутрішню сутність кожного металу завжди розкривають дві із шести властивостей. Наприклад, свинець - холодний і сухий, золото - тепле та вологе. Горючість він асоціював із сіркою, а «металічність» із ртуттю, «ідеальним металом». Згідно з вченням Джабіра, сухі випари, конденсуючись у землі, дають сірку, мокрі - ртуть. Сірка і ртуть, з'єднавшись потім у різних відносинах, і утворюють сім металів: залізо, олово, свинець, мідь, ртуть, срібло та золото. Таким чином він заклав основи ртутно-сірчаної теорії. .
14 слайд
Опис слайду:
Монах-домініканець Альберт фон Больштедт (1193-1280) – Альберт Великий детально описав властивості миш'яку, висловлював думку про те, що метали складаються з ртуті, сірки, миш'яку та нашатирю. Британський філософ ХІІ ст. - Роджер Бекон (близько 1214 - після 1294). можливий винахідник пороху; писав про згасання речовин без доступу повітря, писав про здатність селітри вибухати з вугіллям, що горить. іспанський лікар Арнальдо де Вілланови (1240-1313) та Раймунд Лулія (1235-1313). спроби отримати філософський камінь та золото (невдало), виготовили бікарбонат калію. італійський алхімік кардинал Джованні Фіданця (1121-1274) – Бонавентура отримав розчин нашатирю в азотній кислоті. найвидніший з алхіміків був іспанцем, жив у XIV столітті - Гебера описав сірчану кислоту і як утворюється азотна кислота, відзначив властивість царської горілки впливати на золото, яке вважалося доти не піддається зміні
15 слайд
Опис слайду:
Василь Валентин (XIV ст.) відкрив сірчаний ефір, соляну кислоту, багато сполук миш'яку і сурми, описав способи отримання сурми та її медичне застосування. із сифілісом, одним із перших розробляв лікарські засоби для боротьби з розумовими розладами, йому приписують відкриття ефіру.
16 слайд
Опис слайду:
«Хімія - наука, що вивчає властивості та перетворення речовин, що супроводжуються зміною їх складу та будови». Вивчає природу та властивості різних хімічних зв'язків, енергетику хімічних реакцій, реакційну здатність речовин, властивості каталізаторів. основою хімії виступає двоєдина проблема - отримання речовин із заданими властивостями (на досягнення її спрямована виробнича діяльність людини) та виявлення способів управління властивостями речовини (на реалізацію цього завдання спрямована науково-дослідна робота вчених). Ця ж проблема є водночас і системоутворюючим початком хімії.
17 слайд
Опис слайду:
1.В хімії з'являються численні самостійні наукові дисципліни (хімічна термодинаміка, хімічна кінетика, електрохімія, термохімія, радіаційна хімія, фотохімія, плазмохімія, лазерна хімія). 2. Хімія активно інтегрується з іншими науками, результатом чого була поява біохімії (вивчають хімічні процеси в живих організмах), молекулярної біології, космохімії (вивчає хімічний склад речовини у Всесвіті, її поширеність та розподіл за окремими космічними тілами), геохімії (закономер) елементів у земній корі), біогеохімії (вивчає процеси переміщення, розподілу, розсіювання та концентрації хімічних елементів у біосфері за участю організмів. Основоположником біогеохімії є В. І. Вернадський).
18 слайд
Опис слайду:
3. У хімії з'являються принципово нові методи дослідження (рентгенівський структурний аналіз, мас-спектроскопія, радіоспектроскопія та ін.). Хімія сприяла інтенсивному розвитку деяких напрямів людської діяльності. Наприклад, хірургії хімія дала три основні засоби, завдяки яким сучасні операції стали безболісними і взагалі можливими: 1) введення в практику ефірного наркозу, а потім інших наркотичних речовин; 2) використання антисептичних засобів для попередження інфекції; 3) одержання нових, що не є в природі алопластичних матеріалів-полімерів.
19 слайд
Опис слайду:
У хімії більшість хімічних сполук (96%) – це органічні сполуки. У основі лежать 18 елементів (найбільшого поширення мають лише 6 їх). Хімічні зв'язки цих елементів міцні (енергоємні) та лабільні. Вуглець як інший елемент відповідає цим вимогам. Він поєднує у собі хімічні протилежності, реалізуючи їх єдність. У розвитку хімії відбувається суворо закономірна, послідовна поява концептуальних систем. При цьому система, що знову з'являється, спирається на попередню і включає її в себе в перетвореному вигляді. Таким чином, система хімії - єдина цілісність всіх хімічних знань, які з'являються і існують не окремо один від одного, а в тісному взаємозв'язку, доповнюють один одного та об'єднуються в концептуальні системи знань, що знаходяться між собою у відносинах ієрархії.
20 слайд
Опис слайду:
Поняття про хімічний елемент Р. Бойль започаткував сучасне уявлення про хімічний елемент як про просте тіло, що переходить без зміни зі складу одного складного тіла в інше. Основоположником системного освоєння хімічних знань став Д. І. Менделєєв. В 1869 відкрив періодичний закон і розробив Періодичну систему хімічних елементів, в якій основною характеристикою елементів є атомні ваги. У сучасному уявленні періодичний закон виглядає так: «Властивості простих речовин, а також форми та властивості сполук елементів знаходяться в періодичній залежності від величини заряду ядра атома (порядкового номера)»
21 слайд
Опис слайду:
Розташування хімічних елементів у порядку зростання атомної маси призвело до виявлення періодичної залежності: хімічні властивості повторюються через кожні сім елементів на восьму. За хімічними властивостями виділилися 4 групи: - Метали: К, Мg, Na, Fe - дуже активні, легко з'єднуються з іншими речовинами, утворюючи солі, луги; - неметали: S, Se, Si, Cl – значно менш активні; у сполуках утворюють кислоти; - гази: C, O, H, N – у молекулярному стані неактивні, в атомарному – високо активні; - інертні гази: Ne, Ar, Cr – не входять у хімічні сполуки коїться з іншими речовинами.
22 слайд
Опис слайду:
У зв'язку з відкриттями в ядерній фізиці стало відомо, що валентність відображає кількість електронів на останній орбіталі, а також хімічну активність елементів: чим менше електронів на останній орбіталі, тим більше вони активні: лужні та лужноземельні метали – це 1-2 електрона, які слабо утримуються ядром і легко губляться атомом. Чим більше електронів на останній орбіті, тим більш пасивний хімічний елемент: наприклад, мідь, срібло, золото - серед металів. Неметаллам з наростаючою валентністю властиво захоплювати електрони інших елементів. У інертних газів валентність дорівнює 8 і вони не вступають у хімічні реакції. Тому їх ще називають «шляхетними».
23 слайд
Опис слайду:
Найважливішою особливістю основної проблеми хімії є те, що вона має лише чотири способи вирішення питання. Властивості речовини залежать від чотирьох факторів: 1) від елементного та молекулярного складу речовини; 2) від структури молекул речовини; 3) від термодинамічних та кінетичних умов, у яких речовина знаходиться в процесі хімічної реакції; 4) від рівня хімічної організації речовини. Сучасну картину хімічних знань пояснюють із позицій чотирьох концептуальних систем. На малюнку показано послідовну появу нових концепцій у хімічній науці, які спиралися на попередні досягнення.
24 слайд
Опис слайду:
Хімічним елементом називають усі атоми, що мають однаковий заряд ядра. Особливим різновидом хімічних елементів є ізотопи, у яких ядра атомів відрізняються числом нейтронів (тому вони різна атомна маса), але містять однакове число протонів і тому займають одне й місце в періодичної системі елементів. Термін «ізотоп» було запроваджено 1910 р. англійським радіохіміком Ф. Содді. Розрізняють стабільні (стійкі) та нестабільні (радіоактивні) ізотопи. Найбільший інтерес викликали радіоактивні ізотопи, які почали широко використовуватися в атомній енергетиці, приладобудуванні, медицині. Першим було відкрито хімічний елемент фосфор у 1669 р., потім кобальт, нікель та інші. Відкриття французьким хіміком А. Л. Лавуазьє кисню та встановлення його ролі в утворенні різних хімічних сполук дозволило відмовитися від колишніх уявлень про «вогненну матерію» (флогістон). У періодичній системі Д.І. Менделєєва налічувалося 62 елементи, в 1930-ті рр. н. вона закінчувалася ураном. У 1999 р. було повідомлено, що шляхом фізичного синтезу атомних ядер відкрито 114-й елемент
25 слайд
Опис слайду:
На початку ХІХ ст. Ж. Пруст сформулював закон сталості складу, відповідно до якого будь-яка хімічна сполука має строго певний, незмінний склад і тим самим відрізняється від сумішей. Теоретично обґрунтував закон Пруста Дж. Дальтон у законі кратних відносин. Відповідно до цього закону склад будь-якої речовини можна було подати як просту формулу, а еквівалентні складові молекули - атоми, що позначалися відповідними символами, - могли заміщатися на інші атоми. Хімічна сполука складається з одного, двох та більше різних хімічних елементів. З відкриттям складної будови атома стали зрозумілі причини зв'язку атомів, що взаємодіють один з одним, які вказують на взаємодію атомних електричних зарядів, носіями яких є електрони та ядра атомів.
26 слайд
Опис слайду:
Ковалентний зв'язок здійснюється за рахунок утворення електронних пар, що однаково належать обом атомам. Іонний зв'язок є електростатичним тяжінням між іонами, утворене за рахунок повного зміщення електричної пари до одного з атомів. Металевий зв'язок - це зв'язок між позитивними іонами в кристалах атомів металів, що утворюється за рахунок тяжіння електронів, але переміщується кристалом у вільному вигляді.
27 слайд
Опис слайду:
Перша половина XIX ст. Вчені переконані, що властивості речовин та їх якісна різноманітність обумовлені не тільки складом елементів, а й структурою їх молекул. Сотні тисяч хімічних сполук, склад яких складається з кількох елементів-органогенів (вуглецю, водню, кисню, сірки, азоту, фосфору). Органогени – елементи, що становлять основу живих систем. До складу біологічно важливих компонентів живих систем входять ще 12 елементів: натрій, калій, кальцій, магній, залізо, цинк, кремній, алюміній, хлор, мідь, кобальт, бор. На основі шести органогенів та ще близько 20 інших елементів природа створила близько 8 млн. різних хімічних сполук, виявлених на цей час. 96% їх припадає на органічні сполуки.
28 слайд
Опис слайду:
Виникнення структурної хімії означало, що з'явилася можливість цілеспрямованого якісного перетворення речовин, до створення схеми синтезу будь-яких хімічних сполук. Основи структурної хімії були закладені Дж. Дальтоном, який показав, що будь-яка хімічна речовина є сукупністю молекул, що складаються з певної кількості атомів одного, двох або трьох хімічних елементів. І.-Я. Берцеліус висунув ідею, що молекула не просто нагромадження атомів, а певну впорядковану структуру атомів, пов'язаних між собою електростатичними силами. Бутлеров уперше в історії хімії звернув увагу на енергетичну нерівноцінність різних хімічних зв'язків. Ця теорія дозволила будувати структурні формули будь-якої хімічної сполуки, оскільки показувала взаємний вплив атомів у структурі молекули, і це пояснювала хімічну активність одних речовин і пасивність інших.
29 слайд
Опис слайду:
В основі навчання знаходяться хімічна термодинаміка та кінетика. Основоположником цього напряму став російський хімік Н.М. Семенов, фундатор хімічної фізики. Найважливішим завданням хіміків стає вміння керувати хімічними процесами, домагаючись необхідних результатів. Методи управління хімічними процесами діляться термодинамічні (впливають зміщення хімічного рівноваги реакції) кінетичні (впливають швидкість протікання хімічної реакції). Французький хімік Ле Шательє наприкінці ХІХ ст. сформулював принцип рівноваги, тобто. метод усунення рівноваги у бік утворення продуктів реакції. Кожна реакція оборотна, але практично рівновагу зміщується у той чи інший бік. Це як від природи реагентів, і умов процесу. Реакції проходять ряд послідовних стадій, що становлять повну реакцію. Швидкість реакції залежить від умов протікання та природи речовин, що вступили до неї: концентрація температура каталізатори
30 слайд
Опис слайду:
Каталіз(1812 р) - прискорення хімічної реакції у присутності спеціальних речовин - каталізаторів, які взаємодіють із реагентами, але у реакції не витрачаються не входять у кінцевий склад продуктів. Типи: гетерогенний каталіз – хімічна реакція взаємодії рідких або газоподібних реагентів на поверхні твердого каталізатора; гомогенний каталіз - хімічна реакція в газовій суміші або рідини, де розчинені каталізатор і реагенти; електрокаталіз - реакція на поверхні електрода в контакті з розчином та під дією електричного струму; фотокаталіз - реакція на поверхні твердого тіла або рідкому розчині, стимулюється енергією поглиненого випромінювання. Застосування каталізаторів: при виробництві маргарину багатьох продуктів харчування засобів захисту рослин
31 слайд
Опис слайду:
Завдання органічного синтезу - створення речовин зі специфічними властивостями, що не існують у природі і мають майже необмежений термін життя. Всі штучні полімери практично не руйнуються у природних умовах, не втрачають своїх властивостей протягом 50-100 років. Єдиний спосіб їхньої утилізації – знищення: або спалювання, або затоплення. При спалюванні вуглеводнів, виділяється вуглекислота - один з основних забруднювачів атмосфери, поряд з метаном і речовинами, що містять хлор. Саме вона відповідальна за катастрофічні процеси в атмосфері, які виражаються в ефекті кліматичних змін. Нові популярні джерела енергії ХХI: біоетанол, електрика, сонячна енергія батарей, водень і звичайна вода.
32 слайд
Опис слайду:
Біоетанол – це поновлюваний вид палива. Етанол може видобуватись різними способами. Наприклад, із зернових культур: кукурудзи, пшениці, ячменю та коренеплодів – з картоплі, цукрових буряків тощо. Складність полягає в тому, що це не зовсім рентабельне джерело енергії: для його розвитку потрібні додаткові території та вода. Крім того, видобуток етанолу в технічних цілях – загроза харчовій безпеці на планеті. Ще один популярний напрямок досліджень альтернативних джерел енергії – можливість використання енергії нашої зірки. У 2009 році на щорічній виставці-ярмарку автомобілів японські автовиробники демонстрували автомобілі, які працюють на основі енергії розщеплення молекул води. Енергія синтезу води з молекул водню та кисню супроводжується викидом енергії, що використовується у двигунах.
33 слайд
Опис слайду:
Прикладна хімія пропонує нові матеріали, які можуть замінити метали, бавовну, льон, шовк, дерево. Французи знайшли спосіб виробництва паперу із відходів цукрового виробництва. Довговічність пластику та синтетичних матеріалів у даному випадку – благо, порятунок від техногенних катастроф. Силікон, який вже давно і з успіхом використовують у пластичній хірургії та косметології, японські інженери ризикнули застосувати для заміни металевого корпусу автомобіля. Машини не деформуються, люди не страждають на аварії. Дедерон, лайкра, еластан – матеріали, які активно використовують у легкій, текстильній, панчішно-шкарпетковій індустрії. Дуже популярні гібридні тканини, в яких присутні молекули натуральних матеріалів: льону, бавовни та синтетичні матеріали на зразок еластанов. Штучні шовки, штучне хутро, штучні шкіри – все це шляхи зниження антропогенного тиску на тварини та рослинні види. Органічний синтез та прикладна хімія відкриває широку дорогу для заміни природного – штучним, знижуючи індустріальний пресинг на довкілля.
34 слайд
Опис слайду:
Питання утилізації пластмас, твердих промислових та побутових відходів вирішується за рахунок покращення доріг. У 1980-ті роки. були винайдені та синтезовані перші пластики, здатні до біологічного розкладання. Канадський хімік Джеймс Гуіллер, якого жахнули купи порожніх пластикових пляшок, розкидані вздовж італійських доріг, задумався про можливість їхнього руйнування в природних умовах та в невеликі терміни. Гуіллер синтезував перший екологічно чистий пластик - біопал, який розкладається бактеріями, що живуть у ґрунті. У 90-ті роки. хіміки зайнялися пошуком технологій відходу від традиційної сировини для пластмас - нафтопродуктів. У ХХІ ст. був нарешті знайдений каталізатор, що дозволяє створювати пластик із апельсинової шкірки та вуглекислоти. Він був синтезований на основі лимоніну - органічної речовини, що входить до складу цитрусових. Пластик отримав назву полілімонін карбонат. Зовні він схожий на пінопласт, а його якості не поступаються якостям традиційних пластмас
35 слайд
Опис слайду:
Створення штучних матеріалів з урахуванням нанотехнологій. Корінь «нано» з давньогрецької перекладається як «малюк», «карлик». «Нанотехнології – це способи маніпулювання речовиною на атомному та молекулярному рівні, внаслідок чого вона набуває принципово нових, унікальних хімічних, фізичних та біологічних властивостей». Один із дослідів з наноманіпулювання датується вже ІХ століттям. Це винахід знаменитої дамаської сталі, не замінної у жорстоких битвах Середньовіччя. Сьогодні нановиробництва зайняті створенням надтонких, надміцних матеріалів, які можна використовувати на нашій планеті та у космічному просторі. Лідери у створенні наноматеріалів – США та Європа.
36 слайд
Опис слайду:
Успіхи в синтезі наноматеріалів російськими вченими Наноструктуровані композитні матеріали для виготовлення арф високої якості, які набагато дешевші у виробництві, ніж традиційні музичні інструменти. Цілком можливо, що дорогоцінні скрипки, створені майстерними руками Гварнері та Страдіварі, також мають відношення до нановиробництва. Радіоекрануючі та радіозахищаючі матеріали на основі кремнію, які відображають шкідливі випромінювання та можуть бути використані для захисту військової техніки, екранують понад 99% електромагнітного випромінювання. Наноалмази. Це штучні матеріали, що містять алмази, – тверді, стійкі до корозії, зносу. Їх можна використовувати в нафтовій та металургійній промисловості для буріння свердловин та при різанні металу. Наноалмази додають мастильно-охолоджуючі рідини як каталізаторів хімічних реакцій.
37 слайд
Опис слайду:
ВИСНОВКИ Хімічна наука на її найвищому еволюційному рівні поглиблює уявлення про світ. Концепції еволюційної хімії, у тому числі про хімічну еволюцію на Землі, про самоорганізацію та самовдосконалення хімічних процесів, про перехід від хімічної еволюції до біогенезу є переконливим аргументом, що підтверджує наукове розуміння походження життя у Всесвіті. Хімічна еволюція Землі створила всі передумови появи живого з неживої природи. Життя у всьому її різноманітті виникло на Землі мимоволі з неживої матерії, воно збереглося і функціонує вже мільярди років. Життя повністю залежить від збереження відповідних умов його функціонування. А це багато в чому залежить від самої людини.
(структурні рівні організації матерії з погляду хімії).
Хімія – одна з галузей природознавства, предметом вивчення якої є хімічні елементи (атоми), утворені ними прості та складні речовини (молекули), їх перетворення та закони, яким підкоряються ці перетворення. За визначенням Д.І. Менделєєва (1871), "хімію в сучасному її стані можна назвати вченням про елементи". Походження слова "хімія" з'ясовано остаточно. Багато дослідників вважають, що воно походить від старовинного найменування Єгипту - Хемія (грец. Chemía, зустрічається у Плутарха), яке виробляється від "хем" або "хамі" - чорний і означає "наука чорної землі" (Єгипту), "єгипетська наука" .
Сучасна хімія тісно пов'язана як з іншими науками, і з усіма галузями народного господарства. Якісна особливість хімічної форми руху матерії та її переходів до інших форм руху обумовлює різнобічність хімічної науки та її зв'язків із галузями знання, вивчають і нижчі, і вищі форми руху. Пізнання хімічної форми руху матерії збагачує загальне вчення про розвиток природи, еволюцію речовини у Всесвіті, сприяє становленню цілісної матеріалістичної картини світу. Дотик хімії коїться з іншими науками породжує специфічні області взаємного їх проникнення. Так, області переходу між хімією та фізикою представлені фізичною хімією та хімічною фізикою. Між хімією та біологією, хімією та геологією виникли особливі прикордонні області – геохімія, біохімія, біогеохімія, молекулярна біологія. Найважливіші закони хімії формулюються математичною мовою і теоретична хімія також може розвиватися без математики. Хімія надавала і впливає на розвиток філософії і сама відчувала та відчуває її вплив. Історично склалися два основних розділи хімії: неорганічна хімія, що вивчає в першу чергу хімічні елементи та утворювані ними прості та складні речовини (крім сполук вуглецю), та органічна хімія, предметом вивчення якої є сполуки вуглецю з іншими елементами (органічні речовини). До кінця 18 ст. терміни "неорганічна хімія" і "органічна хімія" вказували лише на те, з якого "царства" природи (мінеральної, рослинної чи тваринної) виходили ті чи інші сполуки. Починаючи з 19 ст. ці терміни стали вказувати на присутність або відсутність вуглецю в цій речовині. Потім вони набули нового, більш широкого значення. Неорганічна хімія стикається насамперед геохімією і далі з мінералогією і геологією, тобто. з науками про неорганічну природу. Органічна хімія представляє галузь хімії, яка вивчає різноманітні сполуки вуглецю аж до найскладніших біополімерних речовин; через органічну та біоорганічну хімію Хімія межує з біохімією і далі з біологією, тобто. із сукупністю наук про живу природу. На стику між неорганічною та органічною хімією знаходиться область елементоорганічних сполук. У хімії поступово сформувалися уявлення про структурні рівні організації речовини. Ускладнення речовини, починаючи від нижчої, атомарної, проходить щаблі молекулярних, макромолекулярних, або високомолекулярних, сполук (полімер), потім міжмолекулярних (комплекс, клатрат, катенан), нарешті, різноманітних макроструктур (кристал, міцела) аж до невизначених нестехіометричних утворень. Поступово склалися та відокремилися відповідні дисципліни: хімія комплексних сполук, полімерів, кристалохімія, вчення про дисперсні системи та поверхневі явища, сплави та ін.
Вивчення хімічних об'єктів та явищ фізичними методами, встановлення закономірностей хімічних перетворень, виходячи із загальних принципів фізики, є основою фізичної хімії. До цієї галузі хімії відноситься ряд значною мірою самостійних дисциплін: термодинаміка хімічна, кінетика хімічна, електрохімія, колоїдна хімія, квантова хімія і вчення про будову і властивості молекул, іонів, радикалів, радіаційна хімія, фотохімія, вчення про каталіз, та ін. Самостійного характеру набула аналітична хімія, методи якої широко застосовуються у всіх галузях хімії та хімічної промисловості. В галузях практичного застосування хімії виникли такі науки та наукові дисципліни, як хімічна технологія з безліччю її галузей, металургія, агрохімія, медична хімія, судова хімія та ін.
Зовнішній світ, що існує незалежно від людини та її свідомості, є різними видами руху матерії. Матерія існує у вічному русі, мірою якого виступає енергія. Найбільш вивчені такі форми існування матерії як речовина та поле. Найменшою мірою наука проникла у сутність вакууму та інформації як можливих форм існування матеріальних об'єктів.
Під речовиною розуміють стійку сукупність частинок (атомів, молекул та інших.), які мають масою спокою. Поле сприймається як матеріальне середовище, що забезпечує взаємодію частинок. Сучасна наука вважає, що поле є потік квантів, що не володіють масою спокою.
Окружаючі людини матеріальні тіла складаються з різних речовин. При цьому тілами називають об'єкти реального світу, які мають масу спокою і займають певний обсяг простору.
Кожне тіло має свої фізичні параметри та властивості. А речовини, з яких вони складаються, мають хімічні та фізичні властивості. Як фізичні властивості можна назвати агрегатні стану речовини, щільність, розчинність, температура, колір, смак, запах та ін.
Розрізняють твердий, рідкий, газоподібний та плазмовий агрегатні стани речовини. У нормальних умовах (температура 20 градусів Цельсія, тиск 1 атмосфера) різні речовини перебувають у різних агрегатних станах. Наприклад: сахароза, хлорид натрію (сіль), сірка – це тверді тіла; вода, бензол, сірчана кислота – рідини; кисень, діоксид вуглецю, метан – гази.
Головним завданням хімії як науки є виявлення та опис таких властивостей речовини, які дозволяють перетворювати одні речовини на інші на основі хімічних реакцій.
Хімічні перетворення – це особлива форма руху матерії, яка зумовлена взаємодією атомів, що призводить до утворення молекул, асоціантів та агрегатів.
З погляду хімічної організації атом є вихідним рівнем у загальній структурі матерії.
Хімія таким чином вивчає особливу «хімічну» форму руху матерії, характерною особливістю якої є якісне перетворення речовини.
Хімія - це наука, що вивчає перетворення одних речовин на інші, що супроводжується зміною їх складу і структури, а також досліджує взаємні переходи між цими процесами.
Термін «природознавство» означає знання про природу чи природознавство. Початок вивчення природи поклала натурфілософія («природознавство» у перекладі з німецької «naturphilosophie»; а в перекладі з латинської – «natura» – природа, «Sophia» – мудрість).
У результаті розвитку кожної науки, зокрема і хімії, розвивався математичний апарат, понятійний апарат теорій, удосконалювалася експериментальна база і техніка експерименту. Як наслідок виникла повна диференціація у предметах дослідження різних природничих наук. Хімія переважно досліджує атомний і молекулярний рівень організації матерії, що представлено на рис. 8.1.
Мал. 8.1. Рівні матерії, що вивчаються хімічною наукою
Основні поняття та закони хімії
В основі сучасного природознавства лежить принцип збереження матерії, руху та енергії. Сформульований М.В. Ломоносовим 1748 р. Цей принцип міцно увійшов у хімічну науку. У 1756 р. М.В. ломоносів, вивчаючи хімічні процеси, виявив сталість загальної маси речовин, що беруть участь у хімічній реакції. Це відкриття стало найважливішим законом хімії – законом збереження та взаємозв'язку маси та енергії. У сучасному трактуванні він формулюється так: маса речовин, які вступили в хімічну реакцію, дорівнює масі речовин, що утворилися в результаті реакції.
У 1774 р. знаменитий французький хімік А. Лавуазьє доповнив закон збереження маси уявленнями про незмінність мас кожного з речовин, що у реакції.
У 1760 р. М.В. Ломоносов сформулював закон збереження енергії: енергія не виникає з нічого і не зникає безвісти, вона перетворюється з одного виду на інший. Німецький вчений Р. Майєр у 1842 р. експериментально підтвердив цей закон. А англійський вчений Джоуль встановив еквівалентність різних видів енергії та роботи (1кал = 4,2 Дж). Для хімічних реакцій цей закон формулюється так: енергія системи, що включає речовини, що вступили в реакцію, дорівнює енергії системи, що включає речовини, що утворилися в результаті реакції.
Закон сталості складу відкрили французьким вченим Ж. Прустом (1801г.): всяке хімічно чисте індивідуальне речовина має завжди і той ж кількісний склад незалежно від його отримання. Іншими словами, як би не отримували воду - при згорянні водню або при розкладанні гідроксиду кальцію (Ca (OH)2) відношення мас водню та кисню в ній дорівнює 1:8.
У 1803р. Дж. Дальтон (англійський фізик і хімік) відкрив закон кратних відносин, згідно з яким, якщо два елементи утворюють між собою кілька сполук, то маси одного з елементів, що припадають на ту саму масу іншого, ставляться між собою як невеликі цілі числа. Цей закон є підтвердженням атомістичних уявлень про структуру матерії. Якщо елементи з'єднуються в кратних відносинах, то хімічні сполуки розрізняються на цілі атоми, які є найменшою кількістю елемента, що вступив у сполуку.
Найважливішим відкриттям хімії ХІХ століття є закон Авогадро. Внаслідок кількісних досліджень реакцій між газами французький фізик Ж.Л. Гей-Люссак встановив, що обсяги реагуючих газів відносяться між собою і до обсягів газоподібних продуктів, що утворюються, як невеликі цілі числа. Пояснення цьому факту і дає закон Авогадро (відкритий італійським хіміком А. Авогадро в 1811 р.): у рівних обсягах будь-яких газів, узятих за однакової температури і тиску, міститься однакова кількість молекул.
Закон еквівалентів часто застосовується у хімічних розрахунках. З закону сталості складу випливає, що взаємодія елементів один з одним відбувається у строго певних (еквівалентних) співвідношеннях. Тому термін еквівалент утвердився в хімічній науці як основне. Еквівалентом елемента називають таку його кількість, яка з'єднується з одним молем водню або замінює також кількість атомів водню в хімічних реакціях. Маса одного еквівалента хімічного елемента називається його еквівалентною масою. Уявлення про еквіваленти та еквівалентні маси застосовні і до складних речовин. Еквівалентом складної речовини називається така його кількість, яка взаємодіє без залишку з одним еквівалентом водню або з одним еквівалентом будь-якої іншої речовини. Формулювання закону еквівалентів було дано Ріхтером наприкінці XVIII століття: всі речовини реагують одна з одною у кількостях, пропорційних їх еквівалентам. Інше формулювання цього закону свідчить: маси (обсяги) речовин, що реагують одна з одною, пропорційні їх еквівалентним масам (обсягам). Математична запис цього закону має вигляд: m 1 : m 2 = Е 1 : Е 2 , де m 1 і m 2 - маси взаємодіючих речовин, Е 1 і Е 2 - еквівалентні маси цих речовин, виражені в кг/моль.
Важливу роль грає періодичний закон Д.І. Менделєєва, сучасне трактування якого свідчить, що порядок розташування та хімічні властивості елементів визначаються зарядом ядра.
Витоки хімічних знань лежать у давнину. У тому основі – потреба людини отримати необхідні речовини для своєї життєдіяльності. Походження терміна «хімія» не з'ясовано досі, хоча з цього питання є кілька версій. Згідно з однією з них, ця назва походить від єгипетського слова "хемі", що означало Єгипет, а також "чорний". Історики науки перекладають цей термін як «єгипетське мистецтво». Таким чином, у цій версії слово хімія означає мистецтво виробляти необхідні речовини, у тому числі мистецтво перетворювати звичайні метали на золото і срібло або їх сплави.
Проте нині популярніше інше пояснення. Слово "хімія" походить від грецького терміна "хімос", який можна перекласти як "сік рослин". Тому "хімія" означає "мистецтво отримання соків", але сік, про який йдеться, може бути і розплавленим металом. Отже, хімія може означати і «мистецтво металургії».
Історія хімії показує, що її розвиток відбувався нерівномірно: періоди накопичення та систематизації даних емпіричних дослідів та спостережень змінювалися періодами відкриття та бурхливого обговорення фундаментальних законів та теорій. Послідовне чергування таких періодів дозволяє розділити історію хімічної науки кілька етапів.
Основні періоди розвитку хімії
1. Період алхімії- З давнини до XVI ст. нашої ери. Він характеризується пошуками філософського каменю, еліксиру довголіття, алкагесту (універсального розчинника). Крім того, в алхімічний період майже у всіх культурах практикувалося «перетворення» неблагородних металів на золото або срібло, але всі ці «перетворення» у кожного народу здійснювалися різними способами.
2. Період зародження наукової хімії, який продовжувався протягом XVI - XVIII століть. На цьому етапі були створені теорії Парацельса, теорії газів Бойля, Кавендіша та ін, теорія флогістона Г. Шталя та, нарешті, теорія хімічних елементів Лавуазьє. Протягом цього періоду вдосконалювалася прикладна хімія, пов'язана з розвитком металургії, виробництва скла та порцеляни, мистецтва перегонки рідин тощо. Наприкінці XVIII століття відбулося зміцнення хімії як науки, незалежної з інших наук.
3. Період відкриття основних законів хіміїохоплює перші шістдесят років XIX століття і характеризується виникненням та розвитком атомної теорії Дальтона, атомно-молекулярної теорії Авогадро, встановленням Берцеліусом атомних ваг елементів та формуванням основних понять хімії: атом, молекула та ін.
4. Сучасний періодтриває з 60-х років ХІХ століття до наших днів. Це найбільш плідний період розвитку хімії, оскільки протягом більш ніж 100 років було розроблено періодичну класифікацію елементів, теорію валентності, теорію ароматичних сполук і стереохімію, теорію електролітичної дисоціації Арреніуса, електронну теорію матерії тощо.
Водночас у цей період значно розширився діапазон хімічних досліджень. Такі складові хімії, як неорганічна хімія, органічна хімія, фізична хімія, фармацевтична хімія, хімія харчових продуктів, агрохімія, геохімія, біохімія і т.д., набули статус самостійних наук і власну теоретичну базу.
Період алхімії
Історично алхіміясклалася як таємне, містичне знання, спрямоване на пошуки філософського каменю, що перетворює метали на золото та срібло, та еліксиру довголіття. Протягом своєї багатовікової історії алхімія вирішувала багато практичних завдань, пов'язаних із отриманням речовин і заклала фундамент створення наукової хімії.
Найвищого розвитку алхімія досягла у трьох основних типах:
· Греко-єгипетському;
· Арабською;
· Західно-європейському.
Батьківщина алхімії – Єгипет. Ще в давнину там були відомі способи отримання металів, сплавів, що застосовувалися для монет, зброї, прикрас. Ці знання трималися в секреті і були надбанням обмеженого кола жерців. Попит на золото, що збільшується, підштовхнув металургів до пошуку способів перетворення (трансмутації) неблагородних металів (заліза, свинцю, міді та ін) в золото. Алхімічний характер древньої металургії пов'язав її з астрологією та магією. Кожен метал мав астрологічну зв'язок із відповідною планетою. Погоня за філософським каменем дозволила поглибити та розширити знання про хімічні процеси. Набула розвитку металургія, були вдосконалені процеси очищення золота та срібла. Проте, під час правління імператора Діоклетіана у Стародавньому Римі алхімія стала переслідуватися. Можливість отримання дешевого золота налякала імператора і за його наказом було знищено всі праці з алхімії. Значну роль у забороні алхімії відіграло християнство, яке розглядало її як диявольське ремесло.
Після завоювання арабами Єгипту у VII ст. н. е. Алхімія стала розвиватися в арабських країнах. Найвидатнішим арабським алхіміком був Джабір ібн Хайям, відомий у Європі як Гебер. Він описав нашатирний спирт, технологію виготовлення свинцевих білил, спосіб перегонки оцту для отримання оцтової кислоти. Основною ідеєю Джабіра була теорія утворення всіх відомих тоді семи металів із суміші ртуті та сірки як двох основних складових. Ця ідея передбачила розподіл простих речовин на метали та неметали.
Розвиток арабської алхімії йшло двома паралельними шляхами. Одні алхіміки займалися трансмутацією металів у золото, інші шукали еліксир життя, що давав безсмертя.
Поява алхімії у країнах Західної Європи стала можливою завдяки хрестовим походам. Тоді європейці запозичили в арабів науково-практичні знання, серед яких була алхімія. Європейська алхімія потрапила під заступництво астрології і тому набула характеру таємної науки. Ім'я найвидатнішого середньовічного західноєвропейського алхіміка залишилося невідомим, відомо лише, що він був іспанцем і жив у XIV столітті. Він першим описав сірчану кислоту, процес утворення азотної кислоти, царської горілки. Безсумнівною заслугою європейської алхімії було вивчення та одержання мінеральних кислот, солей, спирту, фосфору тощо. кристалізація та ін. Таким чином, були підготовлені відповідні умови для розвитку хімічної науки.
2. Період зародження хімічної наукиохоплює три століття: з XVI до XIX ст. Умовами становлення хімії як науки були:
Ø оновлення європейської культури;
Ø потреба у нових видах промислового виробництва;
Ø відкриття Нового світу;
Ø розширення торгових відносин.
Відділившись від старої алхімії, хімія набула більшої свободи дослідження і утвердилася як єдина незалежна наука.
У XVI ст. на зміну алхімії прийшов новий напрямок, який займався приготуванням ліків. Цей напрямок отримав назву ятрохімії . Засновником ятрохімії був швейцарський вчений Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, відомий у науці під ім'ям Парацельс.
Ятрохімія виражала прагнення поєднати медицину з хімією, переоцінюючи при цьому роль хімічних перетворень в організмі та приписуючи певним хімічним сполукам здатність усувати в організмі порушення рівноваги. Парацельс свято вірив, що якщо людське тіло складається з особливих речовин, то зміни, що відбуваються в них, повинні викликати хвороби, які можуть бути виліковані лише шляхом застосування ліків, що відновлюють нормальну хімічну рівновагу. До Парацельса як ліки використовувалися переважно рослинні препарати, але він покладався лише на ефективність лікарських засобів, виготовлених з мінералів, і тому прагнув створювати ліки такого типу.
У своїх хімічних дослідженнях Парацельс запозичив з алхімічної традиції вчення про три основні складові частини матерії – ртуті, сірку та солі, яким відповідають основні властивості матерії: леткість, горючість та твердість. Ці три елементи становлять основу макрокосму (всесвіту), але відносяться і мікрокосму (людині), що складається з духу, душі та тіла. Визначаючи причини хвороб, Парацельс стверджував, що лихоманка і чума походять від надлишку в організмі сірки, при надлишку ртуті наступають паралічі, а надлишок солі може спричинити розлад шлунка та водянку. Так само і причини багатьох інших хвороб він приписував надлишку чи нестачу цих трьох основних елементів.
У збереженні здоров'я людини Парацельс надавав великого значення хімії, оскільки виходив зі спостереження, що медицина лежить на чотирьох опорах, саме на філософії, астрології, хімії та чесноти. Хімія повинна розвиватися відповідно до медицини, тому що цей союз призведе до прогресу обох наук.
Ятрохімія принесла значну користь хімії, оскільки сприяла звільненню її від впливу алхімії та суттєво розширила знання про життєво важливі сполуки, надавши тим самим сприятливий вплив і на фармацію. Але одночасно ятрохімія була і на заваді розвитку хімії, тому що звужувала поле її досліджень. З цієї причини у XVII та XVIII ст. ціла низка дослідників відмовилися від принципів ятрохімії та обрали інший шлях своїх досліджень, впроваджуючи хімію в життя і ставлячи її на службу людині.
Саме ці дослідники своїми відкриттями сприяли створенню перших наукових хімічних теорій.
У XVII столітті, у століття бурхливого розвитку механіки, у зв'язку з винаходом парової машини виник інтерес хімії до процесу горіння. Підсумком цих досліджень стала теорія флогістону, основоположником якої був німецький хімік та лікар Георг Шталь.
Теорія Флогістона
Задовго до XVIII століття грецькі та західні алхіміки намагалися відповісти на ці запитання: чому одні предмети палають, а інші не палають? Що таке процес горіння?
За уявленнями древніх греків усе, що здатне горіти, містить у собі елемент вогню, що у відповідних умов може вивільнятися. Алхіміки дотримувалися приблизно тієї ж точки зору, але вважали, що здатні до горіння речовини містять елемент «сульфур». У 1669 році німецький хімік Йоганн Бехерспробував дати раціональне пояснення явища горючості. Він припустив, що тверді речовини складаються з трьох видів «землі», і один із цих видів, названий ним «жирна земля», є горючою речовиною. Всі ці пояснення не відповідали питання сутності процесу горіння, але вони стали відправною точкою до створення єдиної теорії, відомої під назвою теорії флогістона.
Шталь замість поняття Бехера "жирна земля" ввів поняття "флогістона" - від грецького "флогістос" - горючий, займистий. Термін «флогістон» набув великого поширення завдяки роботам самого Шталя і тому, що його теорія об'єднала численні відомості про горіння та випалювання.
Теорія флогістону заснована на переконанні, що всі горючі речовини багаті на особливу горючу речовину – флогістон і чим більше флогістон містить дане тіло, тим більше воно здатне до горіння. Те, що залишається після завершення процесу горіння, флогістон не містить і тому горіти не може. Шталь стверджує, що розплавлення металів подібне до горіння дерева. Метали, на його думку, теж містять флогістон, але, втрачаючи його, перетворюються на вапно, іржу чи окалину. Однак якщо до цих залишків знову додати флогістон, знову можна отримати метали. При нагріванні цих речовин із вугіллям метал «відроджується».
Таке розуміння процесу плавлення дозволило дати прийнятне пояснення та процесу перетворення руд на метали – першому теоретичному відкриттю в галузі хімії.
Теорія флогістона Шталя спочатку зустріла різку критику, але при цьому швидко почала завойовувати популярність і в другій половині XVII ст. була прийнята хіміками повсюдно, оскільки дозволила дати чіткі відповіді багато питань. Однак одне питання ні Шталь, ні його послідовники вирішити не змогли. Річ у тім, більшість горючих речовин (дерево, папір, жир) при горінні значною мірою зникали. Золи і сажа, що залишилися, були набагато легшими, ніж вихідна речовина. Але хімікам XVIII ст. ця проблема не здавалася важливою, вони ще не усвідомлювали важливість точних вимірів, і зміною у вазі вони нехтували. Теорія флогістона пояснювала причини зміни зовнішнього вигляду та властивостей речовин, а зміни ваги були неважливими.
Вплив ідей А.Л. Лавуазьє на розвиток хімічного знання
Наприкінці XVIII в. у хімії було накопичено великий обсяг експериментальних даних, які необхідно було систематизувати у межах єдиної теорії. Творцем такої теорії став французький хімік Антуан-Лоран Лавуазьє.
З початку своєї діяльності на терені хімії Лавуазьє зрозумів важливість точного виміру речовин, що у хімічних процесах. Застосування точних вимірів щодо хімічних реакцій дозволило йому довести неспроможність старих теорій, що заважали розвитку хімії.
Питання природі процесу горіння цікавило всіх хіміків XVIII в., і Лавуазьє також було не зацікавитися ним. Його численні досліди з нагрівання різних речовин у закритих судинах дозволили встановити, що незалежно від характеру хімічних процесів та їх продуктів, загальна вага всіх речовин, що беруть участь у реакції, залишається без змін.
Це дозволило йому висунути нову теорію утворення металів та руд. Відповідно до цієї теорії, у руді метал з'єднаний з газом. Коли нагрівають руду на деревному вугіллі, вугілля абсорбує газ з руди і при цьому утворюється вуглекислий газ і метал.
Таким чином, на відміну від Шталя, який вважав, що плавка металу включає перехід флогістону з вугілля в руду, Лавуазьє уявляє собі цей процес як перехід газу з руди в вугілля. Ідея Лавуазьє дозволяла пояснити причини зміни ваги речовин унаслідок горіння.
Обдумуючи результати проведених ним дослідів, Лавуазьє прийшов до думки, що якщо враховувати всі речовини, що беруть участь у хімічній реакції і всі продукти, що утворюються, то змін у вазі ніколи не буде. Іншими словами, Лавуазьє дійшов висновку, що маса ніколи не створюється і не знищується, а лише переходить від однієї речовини до іншої. Цей висновок, відомий сьогодні як закон збереження маси, став основою всього процесу розвитку хімії ХІХ століття.
Однак сам Лавуазьє був незадоволений отриманими результатами, тому що не розумів, чому при з'єднанні повітря з металом утворювалася окалина, а при з'єднанні з деревом - гази, і чому при цих взаємодіях брало участь не все повітря, а приблизно п'ята частина його?
Знову в результаті численних дослідів та експериментів Лавуазьє дійшов висновку, що повітря є не простою речовиною, а сумішшю двох газів. Одну п'яту частину повітря, на думку Лавуазьє, складає «дефлогістоване повітря», яке з'єднується з палаючими та іржавіючими предметами, переходить із руд у деревне вугілля і необхідне для життя. Лавуазьє назвав цей газ киснем, тобто породжує кислоти, оскільки помилково вважав, що кисень - компонент всіх кислот.
Другий газ, що складає чотири п'яті повітря («флогістоване повітря») був визнаний абсолютно самостійною речовиною. Цей газ не підтримував горіння, і його Лавуазьє назвав азотом – неживим.
Важливу роль у дослідженнях Лавуазьє зіграли результати дослідів англійського фізика Кавендіша, який довів, що гази, що утворюються при горінні, конденсуються в рідину, яка, як показали аналізи, є всього лише водою.
Важливість цього відкриття була величезною, оскільки з'ясувалося, що вода не проста речовина, а продукт з'єднання двох газів.
Лавуазьє назвав газ, що виділяється при горінні воднем («утворюючим воду») і зазначив, що водень горить, з'єднуючись з киснем, і, отже, вода є з'єднанням водню і кисню.
Нові теорії Лавуазьє спричинили повну раціоналізацію хімії. Було остаточно покінчено з усіма таємничими елементами. З того часу хіміки стали цікавитися тільки тими речовинами, які можна було зважити або виміряти іншим способом.
Історія хімії: алхімія; період поєднання хімії (ятрохімія, пневматична хімія, теорія флогістона та її супротивники, період кількісних законів (атомістична хімія)); структуризація сучасного хімічного знання
Речовина та елемент. хімічні системи. Енергетика хімічних процесів. Фізичний зв'язок та хімічна реакція. Підходи до класифікації хімічних реакцій Швидкість хімічної реакції.
Періодична система елементів Д. Менделєєва.
Хімія Землі: геохімія. Хімія життя: біохімія.
Застосування хімічного знання у промисловості, сільському господарстві, медицині.
Модуль 3 Науки про живу природу
Тема 6. Специфіка біологічного об'єкта та проблема походження життя
Специфіка живої природи. Поняття хаосу та порядку. Єдність живого та неживого. Межі життя. Феномен життя та його трактування.
Підходи виявлення специфіки живого: субстратний, енергетичний, інформаційний. Підходи для визначення життя: моноатрибутивний, поліатрибутивний.
Специфіка та структура біологічного знання. Завдання сучасної біології: вирішення проблеми виникнення біологічного об'єкта, системної організації живого, еволюції біологічного об'єкта.
Методологічне значення принципу історизму у вирішенні проблеми походження життя. Історична екстраполяція.
Еволюція концепції походження життя. Біогенез та абіогенез. Концепція мимовільного зародження життя. Досліди Л. Пастера. Концепція панспермії та її еволюція (С. Арреніус, В.І. Вернадський, Хоолдейн, Крик). Субстратна концепція походження життя.
Тема 7. Системність живого та проблема розвитку органічного світу
Принцип системності дослідження живого. Полеміка механістичного та віталістичного спрямування в біології. Особливості живих систем: еволюціонізм, дратівливість, наявність та використання інформації, самоврядування та ін.
Критерії виявлення рівнів організації живого. Упорядкованість біологічного об'єкта: просторовий, функціональний, часовий аспекти. Рівні організації живого: клітина та її складові, організм та його властивості; вид, біогеоценоз.
Зародження ідеї розвитку живої природи в античній натурфілософії. Наївний трансформізм. креаціонізм. Систематизація матеріалу ботаніки та зоології. Перші таксономічні класифікації.
Еволюційне вчення Ч. Дарвіна та утвердження ідеї розвитку в біології. Рушійні сили та фактори еволюції. Поняття «спадковість», «мінливість», «природний добір». Експериментальне вивчення окремих чинників еволюції Генетика та еволюція. Синтетична теорія еволюції.
Проблема виділення системних одиниць еволюції: організмоцентричний та популяційний підходи. Філогенез та онтогенез. Проблема керування еволюційним процесом.
Тема 8. Проблема походження та сутності ідеальних процесів
Поняття та властивості кібернетичних систем. Основні етапи процесу цефалізації. Випереджальне відображення дійсності. Подразливість, чутливість, психіка.
Властивості психічного відображення дійсності: цілеспрямованість, цілісність, суб'єктивність, предметність, вибірковість, переживання, регулятивність.
Свідомість та її структура. Відмінності свідомості людини психіки тварин.
План
1. Концептуальні системи хімічних знань.
2. Хімічна організація матерії.
3. Вчення про хімічні процеси.
4. Еволюційна хімія.
Теми доповідей
1. Алхімія та хімія.
2. Хімія як наука та виробництво.
3. Хімія у побуті.
Завдання 1.Скласти таблицю «Класифікація речовин».
Завдання 2.Скласти таблицю «Великі хіміки та їх наукові відкриття».
Контрольні питання
1. Що предмет вивчення хімії?
2. Що вивчає хімія та які основні методи вона використовує?
3. Якими є концептуальні системи хімічних знань?
4. Що таке хімічний елемент?
5. Що називається простою і складною речовиною?
6. Який зв'язок існує між атомною вагою та зарядом ядра атома?
7. Перелічіть основні рівні хімічних структур.
8. Від чого залежить динаміка хімічних процесів?
9. Які речовини називають каталізаторами?
10. Яку роль грає каталіз у еволюції хімічних систем?
11. У чому відмінність хімії від алхімії?
Основні поняття та терміни
Хімія, структура хімії, речовина, проста речовина, складна речовина, хімічний елемент, молекула, сполука, хімічна реакція, каталіз, каталізатор, хімічний процес, органічний синтез.
Тест "Хімічна картина світу"
1. Походження назви "хімія" пов'язане з:
а) Індією; б) Китаєм; в) Шумером; г) Єгиптом.
2. На швидкість перебігу хімічної реакції найбільше впливає:
а) температура; б) тиск; в) освітлення; в) каталізатор.
3. До агрегатних станів речовини не належить:
а) тверде тіло; б) вакуум; в) плазма; г) газ.
4. Нейтральна елементарна частка зі спином 1/2, що відноситься до баріонів, разом з протонами утворюють ядра атомів:
а) електрон; б) нейтрон; в) фотон; г) нейтрино.
5. Вид матерії, який має масу спокою, це:
а) фізичне поле; б) фізичний вакуум; в) речовина; г) плазма.
6. Мінімальна частка речовини, здатна до самостійного існування, це:
а) атом; б) електрон; в) молекула; г) нуклон.
7. Речовини, що утворені різними хімічними елементами, називаються:
8. Речовини, утворені одного виду хімічними елементами, називаються:
а) простими речовинами; в) хімічними сполуками;
б) складними речовинами; г) сумішами речовин.
9. До складних речовин належать:
а) солі; б) метали; в) повітря; г) вода.
10.До складних речовин відносяться:
а) білки; б) метали; в) повітря; г) вода.
11. До простих речовин відноситься:
а) солі; б) метали; в) озон; г) вода.
12.Явление, що уповільнює хімічні реакції, називається:
а) інгаляція; б) каталіз; в) інгібування; г) катаболізм.
13.Теорію хімічної будови органічних сполук уперше створив:
а) Д. Менделєєв; б) А. Бутлеров; в) М. Семенов; г) А. Берцеліус.
14.Мінімальна кількість атомів у молекулі дорівнює:
а) 1; б) 2; в) 3; г) 4.
15.Хімічний елемент з атомним номером - 1:
а) азот; б) вуглець; в) гелій; г) водень.
16.З органогенів Землі найбільше поширені:
а) вуглець та кисень; в) кисень та азот;
б) вуглець і сірка; г) кисень та водень.
17.Поза нашою планетою найбільш поширені хімічні елементи:
а) всієї таблиці Менделєєва; в) водень та гелій;
б) метали та неметали; г) гелій та вуглець
18.Що є першим концептуальним рівнем у процесі розвитку хімії як науки?
19.Что є другим концептуальним рівнем у розвитку хімії як науки?
а) вчення про хімічні процеси; в) еволюційна хімія;
б) структурна хімія; г) вчення про склад.
20. До органогенів належить:
а) натрій; б) кальцій; в) мідь; г) фосфор.
21. До органогенів не належить:
а) вуглець; б) азот; в) натрій; г) сірка.
ЗАНЯТТЯ 10
Тема: Біологічний рівень організації матерії
План
1. Структурні рівні життя.
2. Основні відмінності живої матерії від неживої.
3. Походження життя Землі.
4. Цитологія – наука про клітину.
5. Обмін речовин. Фотосинтез. Біосинтез. Хемосинтез.
6. Розмноження та розвиток організмів.
7. Основи генетики.
Теми доповідей
1. Теорія біохімічної еволюції.
2. Панспермія.
3. Модель будови молекули ДНК (Д. Вотсон, Ф. Крик).
4. Геном людини.
5. Клонування.
Завдання для самостійної роботи
Завдання 1.Вивчіть різні концепції походження життя.
Завдання 2.Вивчіть будову клітини, її хімічний склад, заповнивши таблицю.
Будова клітини
Контрольні питання
1. Що вивчає біологія? Які розділи у ній виділяються?
2. Охарактеризуйте загальні особливості розвитку біології ХХ ст.
3. Що таке життя?
4. Яке визначення життя дав Ф. Енгельс у XIX ст.?
5. Які істотні риси живого?
6. Чому проблема походження життя одна з найважчих та найцікавіших у науці?
7. Чим живе відрізняється від неживого?
8. Як Луї Пастер довів, що життя не може виникнути зараз саме собою?
9. Які сучасні ставлення до походження життя?
10. Яку гіпотезу про походження життя Землі висловив академік
А. Опарін?
11. Які стадії походження життя, за А. Опарін?
12. Що таке коацервати?
13.У чому сутність метаболізму?
14.Що таке біосинтез і як він відбувається в організмі?
15.Чим відрізняється синтез біосинтезу?
16.Що таке фотосинтез, і яке його значення Землі?
17.Чим відрізняється молекулярна структура живих систем від неживих?
18. Чи можна віднести віруси до живих організмів? Обґрунтуйте свою відповідь.
19.Чим відрізняються клітини прокаріотів від еукаріотів?
20. Які гіпотези існують про походження еукаріотів?
21. Яку роль грають амінокислоти у живому організмі?
22.Что таке ДНК, РНК, амінокислота, ген, хромосома, генотип і як ці поняття взаємопов'язані?
23.Де в клітині знаходиться ДНК?
24.За рахунок чого відбувається наступність поколінь?
25. Які рівні розмноження ви знаєте?
26. Які форми розмноження цілого організму ви знаєте?
27. Що лежить в основі статевого та безстатевого розмноження?
28. Що вивчає генетика?
29. Які біологічні концепції ви знаєте? Охарактеризуйте їх.
Основні поняття та терміни
Біологія, життя, жива речовина, структурний рівень живого, організм, біоелементи, відмінності живого від неживого, креаціонізм, панспермія, біохімічна еволюція, коацервати, абіогенез, симбіогенез, прокаріот, еукаріот, організм, цитологія, органоїди, клітин пластиди, ендоплазматична мережа, рибосоми, лізосоми, хромосоми, ядро клітини, хімічний склад клітини, білок, амінокислоти, ліпіди, вуглеводи, нуклеїнові кислоти, РНК, ДНК, нуклеотид, код ДНК, АТФ, віруси, обмін речовин, пластичний обмін , метаболізм, асиміляція, дисиміляція, синтез, біосинтез, матричний синтез, фотосинтез, хемосинтез, автотрофи, хемотрофи, фототрофи, гетеротрофи, міксотрофи, розмноження, рівні розмноження, безстатеве розмноження, вегетативне розмноження, філогенез, партеногенез, постембріональний розвиток, генетика, ген, генотип, геном, фенотип, спадковість, мінливість, хромосоми, мутація, генетика статі, домінантність, рецесивність.
