Химия – наука, изучающая вещества и их превращения, одна из важнейших отраслей естествознания. Поскольку вещества – это самые разнообразные сочетания атомов химических элементов, то именно элементы являются объектами исследований в химии. Превращение веществ происходит в результате химических реакций.
Первые сведения о химических превращениях относятся к очень древним временам, когда еще не было понятия химического элемента. Но люди плавили металл, изготовляли стекла, красили ткани. Так постепенно накапливались факты и сведения, которые легли в основу первоначальной практической химии.
Много столетий подряд господствовала алхимия. Алхимики в поисках философского камня занимались различными химическими манипуляциями, проводили различные химические реакции, они изобрели приборы, необходимые для химических исследований: печи, реторты, колбы, приготовили некоторые кислоты, соли, описали некоторые способы разложения руд и минералов. Практические навыки алхимии оказались очень полезными. Но постепенно алхимия утрачивала свое значение. И в то же время росли человеческие познания об окружающем мире, постепенно создавались понятия, которые легли в основу химии.
Возникновение научной химии связано с именем Р.Бойля. Он впервые попытался дать определение химического элемента. Новое учение об элементах – тот вклад в химическую науку, который навсегда обессмертил имя Роберта Бойля в ее истории. Представление об элементах-веществах было крупнейшим теоретическим достижением химии за двадцать веков со времени Аристотеля. Бойль считал эксперимент основным способом постижения истины.
Выдающимися достижениями русского ученого-энциклопедиста М.В.Ломоносова в области химии являются создание корпускулярной теории строения веществ, открытие закона сохранения материи и движения – основополагающего закона природы.
В конце
X
VIII
века А. Лавуазье разработал кислородную теорию горения, в начале
XIX
века Дж. Дальтон ввел понятие атомного веса, возникло и стало стремительно развиваться атомно-молекулярное учение. Оно сделалось основой теоретической химии. Это учение способствовало открытиям периодического закона химических элементов Д.И.Менделеева, теории химического строения А.М.Бутлерова. Получили четкое определение важнейшие понятия химии: атом, молекула, элемент, простое вещество, химическое соединение.
В
XIX
веке сформировались два основных раздела химии – неорганическая и органическая. Результаты химических исследований стали шире внедряться в практику, стала развиваться химическая технология. Химия стала использовать достижения других наук. В результате взаимодействия наук возникли биохимия, геохимия, космохимия.
Долгое время усилия химиков были направлены только на то, чтобы научиться искусственным путем получать те вещества, которые встречаются в природе, но которых мало. И химики преуспели в этом! В наши дни почти уже не осталось таких природных веществ, которые химики не могли бы получать в лаборатории и на химических заводах. Получают и такие вещества, как мел, и такие, как белок инсулин.
Однако, основные материалы например, стекло, железо, сталь, медь, цемент, керамика, натуральные волокна, были известны еще древним людям.
Казалось, что химии суждено извечно двигаться в границах, очерченных природой. И только с появлением в первой половине
XX
века синтетических веществ химикам удалось преодолеть этот «природный барьер».
Сейчас в лаборатории ученые создают такие вещества, для которых в природе нет никакого образца и подобия: вещества с пока еще непредсказуемыми, необычными свойствами или комбинацией таких свойств.
Возможности химии безграничны. Химики берут у природы нефть, газ, уголь, минеральные соли, силикаты и руды. И превращают их в миллионы разнообразных веществ: краски, лаки, мыло, удобрения, моторное топливо, пластмассы, искусственные волокна, средства защиты растений, биологически активные вещества, косметику.
РОДОНАЧАЛЬНИКИ РОССИЙСКОЙ
ХИМИИ
Основы отечественной
химии заложил в
XVIII
веке
выдающийся русский ученый
М.В.Ломоносов (1711-1765).
Сын крестьянина-помора, выходец из глухой деревушки Архангельской губернии, Ломоносов с огромным трудом пробивал себе путь к знаниям, к науке. С юных лет его неодолимо влекло к книгам, но только достигнув двадцатилетнего возраста, смог Ломоносов впервые попасть в школу – в духовную академию при одном из московских монастырей, где великовозрастного ученика встретили насмешками. Жизнь в академии была далеко не легкой. Но труднее всех приходилось Михайле Ломоносову: своевольному сыну отец отказался присылать деньги на содержание в академии. Порой ломоть хлеба да чашка кваса составляли весь его скудный рацион за день, однако пищи для разума пытливого юноши было предостаточно. С 1735 года Ломоносов учился в Петербурге, затем был командирован петербургским Академическим университетом в Германию для усовершенствования в науках. Лекции опытных профессоров, чтение научных трудов, а главное – посещение рудников, шахт, металлургических и химических заводов в соединении с неутомим
По возвращении М.В.Ломоносов основал в Петербурге Академию наук, затем первую в России химическую лабораторию, где проводились и опыты, и обучение студентов. Ученый изучал минералы и руды, которые к нему присылались из разных мест России, вместе со своими учениками получал окрашенные стекла. Впоследствии из этих стекол Ломоносов составлял мозаичные картины.
В своих трудах М.В.Ломоносов писал о том, что вещества состоят из атомов и молекул, что пламя – это не особое вещество «теплород», как думали тогда многие ученые, и веса не имеет.
М.В.Ломоносова многое интересовало: кроме научных исследований, он увлекался историей, рисовал, сочинял стихи. В 1755 году по его инициативе в Москве открылся первый университет, который теперь носит имя своего основателя.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Действительным членом Петербургской Академии Наук М.В.Ломоносов был избран по кафедре химии. И не случайно. Химия была настоящей научной страстью Ломоносова, которая овладела им в ранней молодости и не утратила своей силы до конца его жизни. Химия привлекала его не совершенством внешних форм, не строгой законченностью содержания – ничего этого не было в то время у химии. Наоборот, все здесь было еще неясно, все находилось в движении и становлении. Но это-то и составляло для Ломоносова главную прелесть химии. Он смело пускался в неизведанные области науки, пролагая в них свои собственные пути, приводя их к тому совершенству, которым восхищался в математике и механике. В 1741 году Ломоносов написал сочинение, изумившее всех своим названием: «Элементы математической химии». Химия и математика! Современникам Ломоносова одно сопоставление этих слов казалось нелепым. Для большинства ученых
XVIII
века химия все еще оставалась ремеслом, «искусством».
Ломоносов решительно покончил с подобными взглядами. Для Ломоносова химия – настоящая наука. Химия – наука об изменениях, происходящих в телах. «Все изменения происходят посредством движения». Наука о движении – механика, а «потому изменения эти могут быть объяснены законами механики». Механику же нельзя постичь без знания математики, поэтому «стремящийся к ближайшему изучению химии должен быть сведущ и в математике».
Во всех научных трудах он применял строго логический метод, принятый в математике и других точных науках. Он начинал с описания наблюдений над фактами и, обобщая эти наблюдения, приходил к аксиомам – положениям, не требующим доказательств. Основываясь на аксиомах, он формулировал и доказывал теоремы и разбирал все вытекающие из них следствия. Тем самым Ломоносов не давал фантазии увлечь себя в область беспочвенных измышлений: факты, с которых он начинал опыты и которыми заканчивал рассуждения, прочно привязывали его к реальной действительности.
Именно так выводил Ломоносов свою теорию строения тел. Что делается с металлами, когда они растворяются в кислотах? Куда деваются летучие тела при испарении? Что происходит с горючими телами в жарком пламени? Исчезают ли они бесследно? Нет, - отвечал Ломоносов, - они только разделяются на такие ничтожно мелкие частички, которые в отдельности невозможно разглядеть.
АТОМНАЯ ТЕОРИЯ – ОСНОВА
ХИМИЧЕСКОЙ НАУКИ
Атомная теория сразу разъяснила все загадки, к которым привели химиков новые факты.
Если каждая молекула воды построена из двух атомов водорода и одного атома кислорода, то где бы мы ни брали эту воду: в море, горной речки или роднике, какими бы способами
ее ни получали, она всегда будет иметь один и тот же состав ,
ибо соединение из иного числа водородных и кислородных атомов никак не может быть водой.
Если каждая молекула углекислого газа состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода, то как бы ни получался углекислый газ- сжигание дерева, графита, каменного
угля или алмаза, при брожении кваса или дыхании животных-
он всегда будет иметь один и тот же состав, ибо соединение
иного числа углеродных и кислородных атомов будет уже не
углекислым газом, а каким –то другим веществом,
Если каждая молекула хлористого серебра и одного атома хлора , то независимо где оно будет получено, оно все равно будет иметь неизменный химический состав.
Причина постоянства состава вещества в том и заключается, что в соответствии с атомной теорией каждая молекула определенного вещества всегда построена из одного и того же числа атомов одних и тех же элементов независимо от времени, места и способа приготовления этого вещества.
Атомная теория просто и естественно, без помощи таинственных “невесомых материй“, объясняла любое
ХИМИЧЕСКОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ веществ изменением
числа и вида атомов, входящих в состав их молекул. Впервые
в истории химии она позволила рассчитывать химические
процессы математически.