Гипермаркет знаний>>Химия

Химия — наука, которая изучает вещества, их строение, свойства, применение веществ; это одна из отраслей естествознания, предметом изучения которой являются химические элементы (атомы), а также  простые и сложные вещества (молекулы), их превращения и законы, которым подчиняются эти превращения. Менделеев говорил о том, что «химию в современном ее состоянии можно... назвать учением об элементах». Этимология слова имеет достаточно древние корни. Слово «химия» происходит от араб. کيمياء‎‎, который произошел, предположительно, от египетского слова km.t (чёрный), откуда возникло также название Египта, чернозёма и свинца — «черная земля»; другие возможные варианты: др.-греч. χυμος — «сок», «эссенция», «влага», «вкус», др.-греч. χυμα — «сплав (металлов)», «литье», «поток», др.-греч. χυμευσις — «смешивание») — одна из важнейших и обширных областей естествознания, наука о веществах, их свойствах, строении и превращениях, происходящих в результате химических реакций, а также фундаментальных законах, которым эти превращения подчиняются. Поскольку все вещества состоят из атомов, которые благодаря химическим связям способны формировать молекулы, то химия занимается в основном изучением взаимодействий между атомами и молекулами, полученными в результате таких взаимодействий. Химия — наука, которая изучает вещества, их строение, свойства, применение веществ; это одна из отраслей естествознания, предметом изучения которой являются химические элементы (атомы), а также простые и сложные вещества (молекулы), их превращения и законы, которым подчиняются эти превращения. Менделеев говорил о том, что «химию в современном ее состоянии можно... назвать учением об элементах». Этимология слова имеет достаточно древние корни. Слово «химия» происходит от араб. کيمياء‎‎, который произошел, предположительно, от египетского слова km.t (чёрный), откуда возникло также название Египта, чернозёма и свинца — «черная земля»; другие возможные варианты: др.-греч. χυμος — «сок», «эссенция», «влага», «вкус», др.-греч. χυμα — «сплав (металлов)», «литье», «поток», др.-греч. χυμευσις — «смешивание») — одна из важнейших и обширных областей естествознания, наука о веществах, их свойствах, строении и превращениях, происходящих в результате химических реакций, а также фундаментальных законах, которым эти превращения подчиняются. Поскольку все вещества состоят из атомов, которые благодаря химическим связям способны формировать молекулы, то химия занимается в основном изучением взаимодействий между атомами и молекулами, полученными в результате таких взаимодействий. Сегодня химия – одна из наибольших отраслей человеческих знаний. Она тесно связана как с другими науками, и со всеми отраслями народного хозяйства. Разносторонность химической науки и её связей с областями знания обусловливается качественнаой особенностью химической формы движения материи. Познание химической формы движения материи обогащает общее учение о развитии природы, эволюции вещества во Вселенной, содействует становлению целостной материалистической картины мира. Так, на грани с другими великими науками возникли промежуточные, например, области перехода между химией и физикой представлены физической химией и химической физикой. Между химией и биологией, химией и геологией возникли особые пограничные области — геохимия, биохимия, биогеохимия, молекулярная биология. Кроме того, важнейшие законы химии формулируются на математическом языке, и теоретическая химия не может развиваться без математики. Относительно объектов изучения выделяют органическую и неорганическую химию. Неорганическая химия изучает химические элементы и образуемые ими простые и сложные вещества (кроме соединений углерода), а органическая химия - соединения углерода с др. элементами (органические вещества).

Изучение химических объектов и явлений физическими методами, установление закономерностей химических превращений, исходя из общих принципов физики, лежит в основе физической химии. Также к этому направлению относится ряд самостоятельных дисциплин: термодинамика химическая, электрохимия, кинетика химическая, коллоидная химия, квантовая химия и учение о строении и свойствах молекул, радикалов, ионов, радиационная химия, фотохимия, учения о катализе, химических равновесиях, растворах и др. В практическом приложении химии возникли такие науки и научные дисциплины, как химическая технология с множеством её отраслей, металлургия, агрохимия, медицинская химия, судебная химия и др.

История науки химии

Химия уходит корнями в глубокую древность (Египет, Индия, Китай и др. страны). Так еще задолго до н.э. люди превращали различные вещества и использовали их своих нужд. Так, например, одной из древнейших ветвей химии является металлургия. За 4-3 тыс. лет до н. э. выплавляли медь из руд, а позже изготовлять сплав меди с оловом (бронзу). Также во 2-м тысячелетии до н. э. из руд сыродутным процессом получали железо. Позже в Александрии в 3-4 вв. зародилась алхимия – искусство усовершенствования вещества вследствие превращения металлов в золото и усовершенствование человека путем создания эликсира жизни. Алхимики решили множество практических задач, открыли много новых процессов, отслеживали различные реакции. В эпоху Возрождения активно развивается производство, алхимия приобрела практическое направление: металлургия, стеклоделие, изготовление керамики и красок. Возникла ятрохимия как особое медицинское направление (Т. Парацельс, Я. Б. ван Гельмонт и др.). Эти процессы значительно повлияли на создание химии как науки. За этот период накоплено навыки экспериментальной работы и наблюдений в области химии, в частности разработаны и усовершенствованы конструкции печей и лабораторных приборов, методы очистки веществ (кристаллизация, перегонка и др.), получены новые химические препараты. В начале 2-й половины 17 в. Р. Бойль дал первое научное определение понятия химического элемента – так впервые химию была обоснована как наука. Процесс превращения химии в науку занял более ста лет, его завершили открытия А. Л. Лавуазье. Первой в химии была теория — теория флогистона, в основе которой лежало признание особого гипотетического начала горючести — флогистона. Данная теория была ошибочной, но она обобщила широкий круг фактов, касавшихся горения и обжига металлов. Со 2-й половины 17 в. начал развиваться химический анализ.

В 1748 Ломоносов и позднее Лавуазье открыли закон сохранения веса (массы) веществ при химических реакциях. В конце 18 в. обрела все химия окончательно черты подлинной науки.

В 19 в. началось развитие химической атомистики. В течение первых двух третей 19 в. в химии сформировались два фундаментальных её понятия — атомного веса и валентности, или «атомности». В 1869 г. Менделеев раскрыт связь между ними. А в1803 г. Дж. Дальтон вывел из идей атомистики кратных отношений закон, а затем (1804) подтвердил его экспериментально. Также, появились первые представление о молекуле и её отличии от атома, их выдвинули А. Авогадро (1811) и А. Ампер (1814).

И. Я. Берцелиус на большом экспериментальном материале подтвердил закон кратных отношений Дальтона, распространил его на органические соединения, опубликовал (1814) таблицу более точных, чем у Дальтона, атомных весов 46 элементов и ввёл новые химические  знаки.  Ученый  выдвинул «дуалистическую» теорию (1812—19), согласно которой химические взаимодействия обусловлены действием электрических сил, И. Я. Берцелиус допускал, что в каждом атоме, в любой атомной группировке имеются два электрических полюса. На смену этой теории пришла унитарная (молекулярная) теория Ш. Ф. Жерара и, соответственно, на смену теории радикалов — теория типов. При этом  органические соединения рассматривались как продукты замещения атомов водорода др. атомами или группами атомов (остатками) в молекулах водорода, воды, хлористого водорода и аммиака.
В 1852 г. Э. Франкленд при изучении металло-органических соединений основал учения о валентности. Согласно его исследованиям, атомы элементов обладают определённой «соединительной силой, удовлетворяясь одним и тем же числом присоединяющихся атомов».
Первый международный конгресс химиков состоялся в Карлсруэ в 1860 г.  где ученые  четко разграничили понятия атома, молекулы, эквивалента. В 1859—61 она обогатилась весьма совершенным методом спектрального анализа,  вследствие  чего ученые обнаружили присутствие некоторых химических элементов в составе небесных тел; была установлена связь между физикой (оптикой), астрономией и химией.
Вследствие открытия новых химических элементов возникла потребность в их систематизации. В 1869 Д. И. Менделеев создал периодическую систему элементов и открыл лежащий в её основе закон, который сегодня называется периодический закон Менделеева. Автор закона  сопоставил физические и химические свойства всех известных тогда 63 химических элементов с их атомными весами и раскрыл зависимость между двумя важнейшими количественно измеримыми свойствами атомов, на которых строилась вся химия, — атомным весом и валентностью («формами соединений»). Далее было установлено много основных понятий и законов, которые  послужили основой для становления физической химии, зарождение отдельных отраслей которой началось ещё в конце 18 — 1-й половине 19 вв.

Важным достижением в развитии химии как науки был открытый Г. И. Гессом (1840) основной тепловой закон химических процессов. Во 2-й половине 19 в. ученые провели большие работы по определению теплот химических реакций : П. Э. М. Бертло, Х. П. Ю. Томсеном, Н. Н. Бекетовым и др. В конце 19 в. она завершилась возникновением одного из разделов физической химии — термохимии. В 2-й половине 19 в. начинает развиваться химическая термодинамика, которая изучает энергетические эффекты, сопровождающие химические процессы термодинамических явлений в физико-химических системах . В 20 в. произошли выдающиеся открытия в области физики, в результате которых была доказана сложная структура атома, это дало начало нового этапа в развитии химии: началась успешная разработка теории строения атома, появились новые представления об электрической природе химических сил. В 1916 В. Коссель и Г. Льюис предложили первые электронные теории валентности и химической связи. Теория Косселя рассматривала образование ионной связи, теория Льюиса — ковалентной.

Новейший этап развития химии характеризуется стремительной разработкой пространственных представлений о строении вещества, стереохимических концепций. Так,  Ж. А. Ле Бель и Вант-Гофф  еще в 1874—75 гг. высказали предположение, что 4 атома или радикала, связанные с атомом углерода, расположены не в одной плоскости, а в пространстве, по вершинам тетраэдра, в центре которого находится атом углерода. Вследствие этого было расширено представление об изомерии, установлено несколько её видов и были заложены основы стереохимии. Для многих молекул были определены их стабильные пространственные конфигурации; в дальнейшем исследователи установили лабильные конформации молекул, возникающие в результате некоторого затруднения свободного вращения атомных групп вокруг простых связей (см. Конформационный анализ).

На нынешнем этапе теоретическая химия базируется на общефизическом учении о строении материи, на достижениях квантовой теории, термодинамики и статистической физики. Применение методов квантовой механики к решению химических задач привело к возникновению квантовой химии. Ведуться разработки в области химической физики, фотохимии, электрохимии, магнетохимии, биохимии и др.

Из числа чисто химических методов, разработанных в 20 в., следует отметить микрохимический анализ, который позволяющий производить аналитические операции с количествами веществ, в сотни раз меньшими, чем в методе обычного химического анализа.  Кроме того, большое значение приобрела хроматография, служащая не только для аналитических целей, но и для разделения весьма близких по химическим свойствам веществ в лабораторных и промышленных масштабах. Важную роль играет физико-химический анализ (ФХА) как один из методов определения химического состава и характера взаимодействия компонентов в растворах, расплавах и др. системах. В ФХА широко используются графические методы (диаграммы состояния и диаграммы состав — свойство).
Фундаментальные, комплексные и прикладные исследования проводятся в больших объемах повсеместно. Дальнейшему развитию науки химии  содействует деятельность различных научных учреждений и организаций, периодических изданий. Научную работу проводят в институтах и лабораториях академий наук, в отраслевых институтах, а также в лабораториях университетов, технических вузов, промышленных объединений.