Концептуальные системы химии как ступени исторического развития химии | iFREEstore

Концептуальные системы химии как ступени исторического развития химии

Территория рекламы

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:

Слово, выссказывание и текст. Структурно-семантическая единица языка

Слово - основная структурно-семантическая единица языка, которая служит для именования предметов и их свойств, явлений, отношений действительности. высказывании

Философия тесты

Формальная школа.

Неофициальное название группы русских литературоведов и лингвистов, объединившихся в конце 1910-х гг.в Петербурге и Москве на общих методологических основаниях В 20-е годы ХХ столетия возникает формальная школа литературоведения.

Дисципліни хірургічного профілю. Тести та відповіді

Лікувальна справа тест з правильними відповідями тема дисципліни хірургічного профілю

Производственная программа предприятия

Производственная программа в общественном питании – одна из основополагающих функций отрасли, целью которой является создание собственной продукции для удовлетворения физиологических и иных потребностей населения и извлечения прибыли.

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok