Концептуальные системы химии как ступени исторического развития химии

Арендный блок

Концептуальные системы химии как ступени исторического развития химии: учение об элементарном составе, структурная химия, учение о химическом процессе, супрамолекулярная химия.

Химия – наука у превращении веществ, которое сопровождается изменением их состава и строения.

Свойства вещества зависят от :

-элементарного и молекулярного состава;

-структуры молекул веществ

-термодинамических и кинетических условий, в которых находится вещество.

-уровней химической организации вещества.

Концептуальная система в химии — система взаимосвязанных теорий, объединённых общими фундаментальными принципами, понятиями, законами, методами и проблемами. Теорию концептуальных систем развития химии создал и развивал русский химик и философ В. И. Кузнецов совместно с другими химиками, историками науки, философами.

Выделяют четыре концептуальные системы:

-Учение о составе.

-Структурная химия.

-Учение о химическом процессе.

-Эволюционная химия.

Каждая концептуальная система химии включает несколько теорий, объединённых общими фундаментальными принципами, законами, методами и проблемами.

В развитии химии происходит не смена, а последовательное появление концептуальных систем.Развитие химии в настоящее время происходит параллельно как на каждом из четырех уровней, так и путем подъема с нижних уровней на высшие, то есть от одной концептуальной системы к другой.

Первая концептуальная система: Учение о составе

В рамках этого учения решались две основные проблемы: проблема химического элемента и проблема зависимости свойств вещества от его химического состава. Основной постулат учения о составе состоит в том, что свойства вещества определяются его составом, то есть тем, из каких химических элементов и в каком их соотношении образовано данное вещество. Объектом учения о составе является вещество как совокупность атомов.

Вторая концептуальная система: Структурная химия

Структурная химия, появление которой относят к первой половине XIX-го века, исходит из постулата, что свойства вещества определяются структурой молекул вещества, то есть не только составом, но и порядком соединения атомов между собой и их расположением в пространстве. Основным объектом структурной химии становится молекула как единое целое. С появлением второй концептуальной системы химия превращается из науки аналитической в науку синтетическую.

Третья концептуальная система: Учение о химическом процессе

Учение о химическом процессе, начало формирования которого относят ко второй половине XIX-го века, базируется на постулате, что свойства вещества определяются его составом, структурой и организацией системы, в которой это вещество находится. Зарождение новой концепции химии связано с появлением экспериментальных фактов, указывающие на невозможность объяснения химических реакций только на основе особенностей состава вещества и структуре его молекул. Свойства веществ в общем случае зависят и от концентрации реагентов, от внешних условий и окружающей среды, в которых находится система, и от наличия в системе веществ (катализаторов, растворителя, примесей, и т. п.), стехиометрически не участвующих в химической реакции. Предметом изучения в рамках этой концептуальной системы является вся химическая кинетическая система, для которой само вещество, его состав и структура его молекул рассматриваются как подсистема, как часть системы. Многие эмпирические понятия получают теоретическое обоснование в рамках статистической механики и термодинамики, химической термодинамики, химической кинетики и теории каталитических реакций. Создание учения о химическом процессе позволило решать вопросы управления химическими реакциями и процессами, создать новую химическую технологию.

Четвертая концептуальная система: Эволюционная химия

Четвертая концептуальная система, эволюционная химия, еще только формируется и связана с включением в химическую науку принципа историзма и понятия времени, с построением теории химической эволюции материи. Эволюционная химия изучает процессы самоорганизации вещества: от атомов и простейших молекул до живых организмов. Одним из первых открытий, которые относят к эволюционной химии, является эффект самосовершенствования катализаторов в реакциях, исследованный в работах американских химиков А. Гуотми и Р. Каннингем в 1958—1960 гг. В 1964—1969 гг. советский химик А. П. Руденко, учитывая это открытие, создал теорию саморазвития открытых каталитических систем. В работах немецкого химика М.Эйгена была развита теория гиперциклов, объясняющая объединение самовоспроизводящихся макромолекул в замкнутые автокаталитические химические циклы. Теория гиперциклов является биогенетической теорией химической эволюции и происхождения жизни. Нобелевский лауреат Жан-Мари Лен, основатель супрамолекулярной химии, ввёл понятие «самоорганизация» и «самосборка» для описания явлений упорядочения в супрамолекулярной химии. Супрамолекулярной самосборкой является процесс спонтанной ассоциации двух и более компонентов, приводящий к образованию супермолекул или полимолекулярных ансамблей, происходящий за счет нековалентных взаимодействий. Это процесс был описан при изучении спонтанного образования неорганических комплексов (двойных геликатов), протекающего как процесс самосборки. Наиболее известным проявлением самосборки в живой природе является самосборка молекул нуклеиновых кислот, матричный синтез белков.

 

Периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Химические соединения. Дальтониды и бертоллиды. Дуализм понятий «химическое соединение» и «вещество».

После открытия закона Пруста "химическое соединение" дополнилось еще одной чертой - постоянством состава.

ХИМИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ - это индивидуальное вещество, имеющее постоянный состав.

Однако оказалось, что этот закон не является всеобщим, а имеет существенные ограничения, т.к. в настоящее время известны соединения, имеющие не постоянный, а переменный состав.

Например: титан образует с водородом соединения, имеющие не постоянный, а переменный состав; количество водорода в соединениях колеблется в пределах от I до 2-х атомов на I атом титана.

Формула записывается: ТiН1-2

ТiC0,6-1

 

Таким образом, наряду с соединениями с постоянным составом могут

быть соединения с переменным составом. Соединения переменного состава называются БЕРТОЛИДАМИ; постоянного - ДАЛЬТОНИДАМИ.

К последним относятся соединения с молекулярной структурой (Н2О, СО2, NH3 и т.д.), а так же ионные вещества, из которых вследствие противоположного заряда ионов переменность состава проявляется редко.

Закон кратных отношений, указывая на прерывность состава, приводит к выводу о дискретном состоянии вещества, к существованию каких-то маленьких частиц.

Дискретность - лат. discretus - прерывистый, состоящий из определенных частиц.

ЗАКОН ОБЪЕМНЫХ ОТНОШЕНИЙ

Открыт Жаном Гей-Люссаком в 1808 году: “ПРИ ПОСТОЯННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ И НЕИЗМЕННОМ ДАВЛЕНИИ ОБЪЕМ ГАЗОВ, ВСТУПАЮЩИХ В РЕАКЦИЮ, ТАК ОТНОСЯТСЯ МЕЖДУ СОБОЙ, А ТАКЖЕ К ОБЪЕМАМ ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ, КАК НЕБОЛЬШИЕ ЦЕЛЫЕ ЧИСЛА”.

Если смешать равные объемы водорода и хлора, пропустить череэ смесь электрическую искру или выставить на яркий солнечный свет, то происходит взрыв и образуется новое газообразное вещество - хлороводород.

I л Н + I л С1 = 2 л НС1

Отношение 1:1:2

Исследования Гей-Люссака привлекли общее внимание химиков. Было высказано предположение, что в равных объемах различных газов содержится одинаковое число атомов, поэтому при взаимодействии равных объемов газов (Н2 и С12), один атом водорода соединяется с одним атомом хлора; таким образом в виде уравнения это можно записать так:

Н +С1 = НС1, но в этом случае объемные отношения равны 1:1:1, а не 1:1:2. Подлинное объяснение закономерности, найденное Гей-Люссаком, было дано итальянским ученым А. Авогадро, но физический смысл этого закона был раскрыт несколько позднее в результате развития атомно-молекулярной теории.

АТОМНО-МОЛЕКУЛйРНАЯ ТЕОРИЯ

Основы атомно-молекулярного учения впервые были изложены

М.В. Ломоносовым (1741 г.) в одной из его первых работ "Элементы математической химии", в которой он сформулировал важнейшие положения корпускулярной теории строения вещества.

1. ВСЕ ВЕЩЕСТВА СОСТОЯТ ИЗ МЕЛЬЧАЙШИХ ЧАСТИЦ "КОРПУСКУЛ", КОТОРЫЕ В СВОЮ ОЧЕРЕДЬ СОСТОЯТ ИЗ ЕЩЕ БОЛЕЕ МЕЛКИХ ЧАСТИЦ "ЭЛЕМЕНТОВ".

2. "КОРПУСКУЛА" В ПОНИМАНИИ ЛОМОНОСОВА СООТВЕТСТВУЕТ СОВРЕМЕННОЙ МОЛЕКУЛЕ, А "ЭЛЕМЕНТ" - АТОМУ."Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших тел; корпускула есть собрание элементов в одну небольшую массу.

3. "КОРПУСКУЛЫ ОДНОРОДНЫ, ЕСЛИ СОСТОЯТ ИЗ ОДИНАКОВОГО ЧИСЛА ОДНИХ И ТЕХ ЖЕ ЭЛЕМЕНТОВ (имеется в виду вещество).

4. "КОРПУСКУЛЫ" РАЗНОРОДНЫ, КОГДА ЭЛЕМЕНТЫ ИХ РАЗЛИЧНЫ (соответствует сложному веществу).

Дальнейшее развитие атомистические представления получили в работах Д. Дальтона:

1. ВСЕ ВЕЩЕСТВА СОСТОЯТ ИЗ МЕЛЬЧАЙШИХ ЧАСТИЦ - АТОМОВ.

2. КАЖДОЕ ВЕЩЕСТВО СОСТОИТ ИЗ СВОИХ АТОМОВ; ПРОСТОЕ - ИЗ ПРОСТЫХ, НЕДЕЛИМЫХ АТОМОВ, СЛОЖНОЕ - ИЗ "СЛОЖНЫХ" АТОМОВ, ПРИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ КОТОРЫЕ МОГУТ РАСПАДАТЬСЯ НА АТОМЫ ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ.

3. ВСЕ АТОМЫ ОДНОГО И ТОГО ЖЕ ВЕЩЕСТВА СОВЕРШЕННО ОДИНАКОВЫ МЕЖДУ СОБОЙ ПО ФОРМЕ И ПО ВЕСУ (МАССЕ), НО ОТЛИЧАЮТСЯ ОТ АТОМОВ ДРУГОГО ПРОСТОГО ИЛИ СЛОЖНОГО ВЕЩЕСТВА.

Таким образом, Дальтон активно отвергал предположение о возможности существования простых веществ в виде молекул.

Какие же наблюдения наводили ученых на мысль о реальном существовании атомов и молекул?

1. Это закон постоянства состава, который указывает на способность атомов элемента присоединять к себе не любые, а только определенные числа атомов другого элемента.

2. Законы эквивалентов и кратных отношений также основаны на той же характеристике атомов, причем, атомы вступают в реакцию как целые частицы.

 

ЗАКОН АВОГАДРО

 

В 1811 году Авогадро выдвинул гипотезу, что элементарные водород, хлор, кислород и азот в обычном газообразном состоянии находятся в виде молекул, состоящих из двух атомов: Н2, С12, N2 и О2. Согласно Авагадро: "В равных объемах газов при одинаковых температуре и .давлении содержится одинаковое число молекул". На основании большого экспериментального материала эта гипотеза получила силу закона. Т4аким образом, Авогадро предложил ввести представление о молекуле, как наименьшей частице вещества, способной к самостоятельному существованию, а также об атоме - как наименьшем количестве элемента в молекулах различных соединений.

Исходя из сказанного, уравнение взаимодействия водорода и хлора теперь можно записать так:

Н2 + С12 = 2НС1 а это хорошо согласуется с законом объемных отношений

1 : 1 : 2 Гей-Люссака.

В 1860 году в г. Карлсруэ состоялся I Международный съезд химиков (присутствовало 150 ученых из различных стран, в том числе 7 из Российской империи). Цель съезда - разрешение противоречий, возникших в мировой химической литературе и связаных с различным толкованием атомно-молекулярных представлений. Съездом были приняты следующие определения:

Атом - наименьшая частица элемента, обладающая всеми его химическими свойствами.

Молекула - наименьшая частица простого или сложного вещества, обладающая всеми его химическими свойствами и способная к самостоятельному существованию. Молекула не может дробиться дальше без потери химических свойств данного вещества.

Химический элемент - вид атомов, характеризующийся определенной совокупностью свойств.

1. Каждый отдельный атом является химическим элементом, но сочетание атомов уже не будет элементом;

а) путем соединения атомов одного и того же элемента образуются простые вещества;

б) сочетание же атомов различных элементов приводит к образованию сложного вещества.

2. Различие между простым веществом и элементом особенно наглядно, если взять несколько простых веществ, состоящих из одного и того же элемента. Например, фосфор белый и красный, графит и алмаз, кислород и озон - простые вещества, резко отличающиеся по своим свойствам, хотя и являются лишь различными формами элементов фосфора, углерода и кислорода соответственно. Подтвердить это можно тем, что эти простые вещества, соединяясь с другими простыми веществами, образуют одно и то же сложное вещество. Например:

графит + О2  СО2

алмаз + О2  СО2

Способность элемента существовать в виде нескольких простых тел называется аллотропией, а различные простые вещества одного и того же элемента - аллотропическими видоизменениями.

Становление и развитие структурной химии как области химии, изучающей связь свойств веществ с их химическим строением и реакционной способностью.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Скачать

химия.docx

химия.docx
Размер: 30.6 Кб

Бесплатно Скачать

Пожаловаться на материал

Учение об элементарном составе, структурная химия, учение о химическом процессе, супрамолекулярная химия. Первая, вторая, третья и четвертая концептуальная система. Учение о составе. Структурная химия. Учение о химическом процессе. Эволюционная химия. Химические соединения. Дальтониды и бертоллиды.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Спасатель. Билеты на экзамен

Эпоха Екатерины II — время просвещенного абсолютизма в России

После смерти Петра I его реформаторский курс продолжила Екатерина II, которая сумела выразить национальные интересы русских и войти в историю как великая императрица, правившая страной 34 года

Нравственное воспитание младших школьников

Курсовая работа "Педагогические условия нравственного воспитания младших школьников". Теоретические аспекты исследования педагогических условий нравственного воспитания. Экспериментальное исследование педагогических условий нравственного воспитания младших школьников.

О дозировках в спортивном питании

Являясь постоянным потребителем различных продуктов спортивного питания, всегда внимательно отношусь к тому, что именно входит в состав продукта и в каком количестве. Не мог не обратить внимание и на то, сколь существенно разнятся рекомендуемые дозы у различных производителей спортпита.

Протокол розбіжностей № 1 до Договору купівлі-продажу з наданням дилерських повноважень

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok