Химическая картина мира как составная часть естественно-научной картины мира

Место химии в системе наук

Классификация наук

Удобно классифицировать науки по тому, в каком «мире», т. е. в какой области знаний «действует» наука. Можно выделить четыре таких «мира»: мир идей, мир природы, мир культуры и мир человека (жизненный, или практический). По этому критерию науки группируют в четыре класса: интеллектуалистика, естествознание, культурология и праксеология.

Интеллектуалистика как предмет использует мир идей, понятия о числах, фигурах, ценностях. К таким наукам относят математику, философию, теологию и др. Интеллектуальные науки не ставят перед собой никакой практической цели. Интеллектуальные науки «не волнует», будут применяться их результаты или нет.

Естествознание как класс наук принципиально отличается от интеллектуалистики. Его предмет — природа, живая и неживая. Естествознание возникает в процессе столкновения человека с окружающей действительностью. Основа естествознания — опыт, который приобретают при непосредственном изучении объектов или явлений. Этот опыт невозможно получить путем размышлений.

Культурология объединяет общественные и исторические науки: социологию, историю, этнографию и др.

Праксеология объединяет науки, направленные на практическое применение, их еще называют прикладными. Прикладные физика, математика, химия, психология и др. применяют полученные знания там, где это только возможно. К праксеологии относят также экономику, педагогику, политологию, юриспруденцию и другие науки, которые реализуют общепринятые или значимые ценности при помощи научных методов. В отличие от естествознания, праксеология субъективна — применение знаний может быть противоположным. Например, химические знания могут быть использованы для создания современных лекарств или, наоборот, химического оружия.

Место химии среди естественных наук

Химия — одна из естественных наук, т. е. наук, изучающих объекты и явления природы. Все естественные науки изучают природу, но с разных сторон. Так, например, одно и то же тело может изучать и химия, и физика, и астрономия. Но для химии, прежде всего, важен химический состав тела и преобразования, которые с ним могут происходить. Поскольку в химических реакциях ядра атомов не меняются, а происходит только перестройка электронной структуры атомов и молекул, то для химии можно предложить следующее определение:

Химия — наука о преобразованиях веществ, связанных с изменением электронного окружения атомных ядер.

Составными частями химических веществ являются химические частицы: атомы, молекулы и ионы. Их размеры — около  м. Объекты больших и меньших размеров изучают другие естественные науки.

Химия, изучая атомы, молекулы, химические вещества и их взаимодействия, должна в полном объеме использовать законы физики.

Взаимосвязь химии и физики

Особенно интенсивно развиваются взаимосвязи между химией и физикой. На разных этапах своего развития физика была для химии источником различных теоретических концепций, оказывая значительное влияние на ее развитие. Чем сложнее становились химические эксперименты, тем больше аппаратуры и физических методов исследований они требовали. Для измерения тепловых эффектов реакций, проведения спектрального и структурного анализа, изучения изотопов и радиоактивных химических элементов, кристаллических решеток веществ, молекулярных структур необходимы сложные физические приборы — спектроскопы, масс-спектрографы, электронные микроскопы и др.

Современная физика способствовала изучению природы химической связи, особенностей химического строения молекул органических и неорганических соединений.

На границе физики и химии возник новый раздел химии — физическая химия. Предметом ее изучения являются строение и свойства молекул химических соединений, влияние различных факторов на условия протекания химических реакций. Физическая химия сегодня является общетеоретическим фундаментом всей химической науки. Ее теории имеют большое значение для развития неорганической и, особенно, органической химии.

В первой половине XX века сформировался новый раздел физики — квантовая механика, электронная теория атомов и молекул, который позже стали называть химической физикой. Она изучает взаимосвязь и взаимные превращения химической и субатомной форм энергии.

 

Структура химической науки

В современной химии выделяют по крайней мере пять разделов: неорганическую, органическую, физическую, аналитическую и химию высокомолекулярных соединений. Каждый из этих разделов также разбит на самостоятельные дисциплины (схема 7). Иногда также выделяют общую химию, предмет изучения которой тесно связан с неорганической химией: химические элементы, образованные ими простейшие неорганические соединения и общие физические и химические законы. Однако четких границ между отдельными разделами не существует.

Разделы химии

Большинство разделов химии представляют собой самостоятельные науки. По изучаемым веществам выделяют: органическую химию; неорганическую химию. По взаимосвязям с другими науками:

- биохимия;

- математическая химия;

- биоорганическая химия;

- географическая химия;

- физическая химия;

- радиохимия;

- фотохимия и многие другие.

 

Структура химической науки

 

Разные разделы химии помогают облегчить жизнь в разных отраслях.

Химия в медицине

Говоря о возможностях использования химии, сразу вспоминается фармацевтическая промышленность. Все лекарственные средства получают с помощью проведение химических реакций. Многочисленные прорывы в области медицины: асептика и антисептика, синтетические антибиотики, анестетики, – все это благодаря химии. Кроме синтезирования лекарственных средств, стоит сказать про роль химии в трансплантации органов и тканей. Материалы для изготовления протезов и трансплантатов получают в химических лабораториях. Именно благодаря этой науке существуют бионические протезы и искусственные суставы.

Бытовая химия

Невозможной кажется сейчас жизнь без моющих и чистящих средств. Сейчас широко используются синтетические моющие вещества, основой которых являются поверхностно-активные вещества. В состав средств также входит кальцинированная или пищевая сода, фосфаты натрия, возможно добавление химических отбеливателей. Важную роль играют и косметические средства – гели для душа, шампуни, лосьоны, различные мыла. Получение мыла связано с реакцией гидролиза жиров в присутствии щелочей. Затем в мыла добавляют красители, душистые вещества для запахов, придают им различную форму.

Полимерные изделия

Полимеры – вещества, состоящие из многочисленно повторяющихся фрагментов, именуемых мономерами. Полимерные предметы основательно засели в повседневном мире: бытовые предметы — кухонная посуда, предметы для ванной комнаты, приборы хозяйственного и бытового назначения, емкости для хранения, упаковки; одежда – разнообразные ткани, трикотаж, чулочно-носочные изделия; резинотехнические изделия из синтетического каучука – сапоги, галоши, кеды. Из полимерных веществ широкую известность приобрели полиэтилен, полипропилен, пенопласт.

Химия в продовольствии

Питание – важная составляющая жизни каждого человека. Химия нашла свое применение и в этой сфере. Удобрения для растений, кормовые добавки и витамины для животных, защита от вредителей – лишь малая часть заслуг химии. Получение консервантов и красителей, используемых в промышленности – это также реакции химического синтеза. Отдельно стоит упомянуть, что процесс переваривания пищи – это также химическая реакция, расщепление сложных веществ на простые.

Химия в энергетике

Отдельного внимания заслуживает ядерная химия, разработавшая способы получения энергии на основе ядерных реакций. Это может стать топливом будущего. Негативное влияние химии на общество Ярко выраженное негативное влияние химии – загрязнение окружающей среды отходами химического производства. Выбросы газов в атмосферу, загрязнения почвы и воды – все это последствия химии. Необходим разумный подход и использование очистительных средств на производствах.

Химия сейчас есть во всех сферах жизни. Она позволяет создавать новые материалы, дает возможности рационально использовать старые. Именно поэтому сейчас и происходит химизация различных отраслей жизни.

Химическая картина мира как составная часть естественно-научной картины мира

Химия – наука о превращениях веществ, сопровождающихся изменением их состава и строения.

Явления, при которых из одних веществ образуются другие, называются химическими. Естественно, что, с одной стороны, в этих явлениях можно обнаружить чисто физические изменения, а, с другой стороны, химические явления всегда присутствуют во всех биологических процессах. Таким образом, очевидна связь химии с физикой и биологией.

Эта связь, по-видимому, была одной из причин того, почему химия долго не могла стать самостоятельной наукой. Хотя уже Аристотель разделял вещества на простые и сложные, чистые и смешанные и пытался объяснить возможность одних превращений и невозможность других, химические явления в целом он считал качественными изменениями и потому относил к одному из родов движения. Химия Аристотеля была частью его физики – знания о природе.

Другая причина несамостоятельности античной химии связана с теоретичностью, созерцательностью всей древнегреческой науки в целом. В вещах и явлениях искали неизменное – идею. Теория химических явлений приводила к идее элемента как некоего начала природы или к идее атома как неделимой частицы вещества. Согласно атомистической концепции, особенности форм атомов во множестве их сочетаний обуславливают разнообразие качеств тел макромира.

Эмпирический опыт относился в Древней Греции к области искусств и ремесел. Он включал также и практические знания о химических процессах: выплавке металлов из руд, крашении тканей, выделке кожи.

Вероятно, из этих древних ремесел, известных еще в Египте и Вавилоне, возникло «тайное» герметическое искусство Средневековья – алхимия, наиболее распространенное в Европе в IX-XVI веках.

Зародившись в Египте в III-IV веках, это направление практической химии было связано с магией и астрологией. Целью ее было разработать способы и средства превращения менее благородных веществ в более благородные, чтобы достичь реального совершенства, как материального, так и духовного. В ходе поисков универсальных средств таких превращений арабские и европейские алхимики получили много новых и ценных продуктов, а также усовершенствовали лабораторную технику.

Если считать, что химия становится наукой в XVII-XVIII веках, то можно выделить три периода формирования современной химической картины мира.

1. Период зарождения научной химии (XVII – конец XVIII в.; Парацельс, Бойль, Кавендиш, Шталь, Лавуазье, Ломоносов). Характеризуется тем, что химия выделяется из естествознания в качестве самостоятельной науки. Ее цели определяются развитием промышленности в Новое время. Однако, теории этого периода, как правило, используют либо античные, либо алхимические представления о химических явлениях. Завершился период открытием закона сохранения массы при химических реакциях.

Например, ятрохимия Парацельса (XVI в.) была посвящена приготовлению лекарств и лечению болезней. Парацельс объяснял причины болезней нарушением химических процессов в организме. Как и алхимики, он сводил разнообразие веществ к нескольким элементам – носителям основных свойств материи. Следовательно, восстановление их нормального соотношения приемом лекарств излечивает болезнь.

Теория флогистона Шталя (XVII-XVIII вв.) обобщала множество химических реакций окисления, связанных с горением. Шталь предположил существование во всех веществах элемента «флогистон» – начала горючести.

Тогда реакция горения выглядит так: горючее тело > остаток + флогистон; возможен и обратный процесс: если остаток насытить флогистоном, т.е. смешать, например, с углем, то снова можно получить металл.

2. Период открытия основных законов химии (1800-1860 гг.; Дальтон, Авогадро, Берцелиус). Итогом периода стала атомно-молекулярная теория:

а) все вещества состоят из молекул, которые находятся в непрерывном хаотическом движении;

б) все молекулы состоят из атомов;

в) атомы представляют собой мельчайшие, далее неделимые составные части молекул.

3. Современный период (начался в 1860 гг.; Бутлеров, Менделеев, Аррениус, Кекуле, Семенов). Характеризуется выделением разделов химии в качестве самостоятельных наук, а также развитием смежных дисциплин, например, биохимии. В этот период были предложены периодическая система элементов, теории валентности, ароматических соединений, электрохимической диссоциации, стереохимия, электронная теория материи.

Современная химическая картина мира выглядит так:

1. Вещества в газообразном состоянии состоят из молекул. В твердом и жидком состоянии из молекул состоят только вещества с молекулярной кристаллической решеткой (СО₂, H₂O). Большинство твердых тел имеет структуру либо атомную, либо ионную и существует в виде макроскопических тел (NaCl, CaO, S).

2. Химический элемент – определенный вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Химические свойства элемента определяются строением его атома.

3. Простые вещества образованы из атомов одного элемента (N₂, Fe). Сложные вещества или химические соединения образованы атомами разных элементов (CuO, H₂O).

4. Химические явления или реакции – это процессы, в которых одни вещества превращаются в другие по строению и свойствам без изменения состава ядер атомов.

5. Масса веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции (закон сохранения массы).

6. Всякое чистое вещество независимо от способа получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав (закон постоянства состава).

Основная задача химии – получение веществ с заранее заданными свойствами и выявление способов управления свойствами вещества.

Химия – 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.

Предмет химии — химические элементы и их соединения, а также закономерности, которым подчиняются различные химические реакции.

Химия имеет много общего с физикой, по сути, граница между ними условна. Современная химия является одной из самых обширных дисциплин среди всех естественных наук.

Место химии в системе наук

Классификация наук

Удобно классифицировать науки по тому, в каком «мире», т. е. в какой области знаний «действует» наука. Можно выделить четыре таких «мира»: мир идей, мир природы, мир культуры и мир человека (жизненный, или практический). По этому критерию науки группируют в четыре класса: интеллектуалистика, естествознание, культурология и праксеология.

Интеллектуалистика как предмет использует мир идей, понятия о числах, фигурах, ценностях. К таким наукам относят математику, философию, теологию и др. Интеллектуальные науки не ставят перед собой никакой практической цели. Интеллектуальные науки «не волнует», будут применяться их результаты или нет.

Естествознание как класс наук принципиально отличается от интеллектуалистики. Его предмет — природа, живая и неживая. Естествознание возникает в процессе столкновения человека с окружающей действительностью. Основа естествознания — опыт, который приобретают при непосредственном изучении объектов или явлений. Этот опыт невозможно получить путем размышлений.

Культурология объединяет общественные и исторические науки: социологию, историю, этнографию и др.

Праксеология объединяет науки, направленные на практическое применение, их еще называют прикладными. Прикладные физика, математика, химия, психология и др. применяют полученные знания там, где это только возможно. К праксеологии относят также экономику, педагогику, политологию, юриспруденцию и другие науки, которые реализуют общепринятые или значимые ценности при помощи научных методов. В отличие от естествознания, праксеология субъективна — применение знаний может быть противоположным. Например, химические знания могут быть использованы для создания современных лекарств или, наоборот, химического оружия.