Эволюция химии - ближайшие перспектиы
Эти атомно-молекулярные представления утвердились лишь в 60-х годах 19 века. Тогда же А.М. Бутлеров создал теорию строения химических соединений, а Д.И. Менделеев (1869 г.) открыл периодический закон, представляющий собой естественную систему химических элементов. Современная формулировка этого закона звучит так: свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда их атомных ядер
. Заряд ядра Z равен атомному (порядковому) номеру элемента в системе. Элементы, расположенные по возрастанию Z (H, He, Li, Be .), образуют 7 периодов. В 1-м — 2 элемента, во 2-м и 3-м — по 8, в 4-м и 5-м — по 18, в 6-м — 32. В 7-м периоде (на 1990 г.) известны 23 элемента. В периодах свойства элементов закономерно изменяются при переходе от щелочных металлов к благородным газам. Вертикальные столбцы — группы элементов, сходных по свойствам. Внутри групп свойства элементов также изменяются закономерно (напр., у щелочных металлов при переходе от Li к Fr возрастает химическая активность). Элементы с Z = 58-71, а также с Z = 90-103, особенно сходные по свойствам, образуют 2 семейства — соответственно лантаноиды и актиноиды. Периодичность свойств элементов обусловлена периодическим повторением конфигурации внешних электронных оболочек атомов. С положением элемента в системе связаны его химические и многие физические свойства. Тяжелые ядра неустойчивы, поэтому, напр., америций (Z = 95) и последующие элементы не обнаружены в природе; их получают искусственно при ядерных реакциях.
Закон и система Менделеева лежат в основе современного учения о строении вещества, играют первостепенную роль в изучении всего многообразия химических веществ и в синтезе новых элементов.
Полное научное объяснение периодическая система элементов Менделеева получила на основе квантовой механики. Квантовая механика впервые позволила описать структуру атомов и понять их спектры, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов и т. д. Т. к. свойства макроскопических тел определяются движением и взаимодействием образующих их частиц, законы квантовой механики лежат в основе понимания большинства макроскопических явлений. Так, квантовая механика позволила понять многие свойства твердых тел, объяснить явления сверхпроводимости, ферромагнетизма, сверхтекучести и многое др.; квантовомеханические законы лежат в основе ядерной энергетики, квантовой электроники и т. д. В отличие от классической теории, все частицы выступают в квантовой механике как носители и корпускулярных, и волновых свойств, которые не исключают, а дополняют друг друга.
С конца 19 — начала 20 веков важнейшим направлением химии стало изучение закономерностей химических процессов.
Современное развитие химии
Из чего состоят химические соединения? Как устроены мельчайшие частицы материи? Как расположены они в пространстве? Что объединяет эти частицы? Почему одни вещества реагируют между собой, а другие — нет? Можно ли ускорить течение химических реакций? Вероятно, больше, чем для любой другой науки, для химии требовалось понимание первооснов, знание первопричин. И химики успешно применяли в своих рассуждениях основные положения атомно-молекулярной теории задолго до появления точных экспериментальных доказательств реального существования атомов и молекул. В историю химической науки вошли теоретические обобщения А.Л. Лавуазье, Д.У. Гиббса, Д.И. Менделеева и других выдающихся ученых. Периодический закон и периодическая система элементов, законы химического равновесия и теория химического строения неотделимы сейчас от новых представлений о химии.
Значительный вклад в развитие химии внес выдающийся русский ученый А.М. Бутлеров. В 1861 г. он создал теорию строения органических соединений, которая позволила привести в систему огромное число органических веществ и без которой не мыслимы были бы современные успехи в создании новых полимерных материалов.
В наши дни ученые способны рассчитать заранее структуру получаемого химического соединения. С помощью математического аппарата квантовой химии и электронно-вычислительных машин это можно сделать точно и быстро.
Теории химической связи, созданные в XX веке, позволяют описать все тонкости взаимоотношений частиц, входящих в состав вещества. Открыты законы, управляющие течением химических процессов. Теперь экспериментаторы и технологи имеют возможность выбрать самый простой и эффективный способ осуществления любой химической реакции. У химии появился прочный фундамент, рожденный в союзе с математикой и физикой. Химия превратилась в точную науку. Необыкновенные успехи практической химии, опиравшейся на глубокое теоретическое постижение химических явлений, были достигнуты за сравнительно недолгое время, отделяющее нас от эпохи Ломоносова. Разгаданы, например, разнообразные стадии химического процесса, позволившего Природе превратить органические вещества в полезные для нас сегодня нефть и газ. Эта важная для современной промышленности реакция происходила с участием микроорганизмов и длилась многие сотни и тысячи лет. Удалось не только понять, но и воссоздать этот процесс. Ученые Московского университета разработали установку, в которой под благотворным влиянием света ламп в неглубоком бассейне с питательным раствором, содержащим органические вещества и микроорганизмы, происходит ускоренно — в течение нескольких дней и месяцев — получение искусственных нефти и газа.
Химия наших дней способна и на более неожиданные превращения. Разработан промышленный химический аппарат — высокий цилиндр, в верхнюю часть которого подается измельченная зеленая травяная масса. Внутри колонны особые биологические соединения — ферменты, ускоряющие химические реакции, по программе, заданной учеными, преобразуют непрерывно поступающую массу в . молоко. К этим «чудесам» мы привыкли так же быстро, как к полетам в космос. Не существует, вероятно, сферы человеческой деятельности, где не применялись бы изделия из материалов, появившихся на свет благодаря таланту и кропотливому труду нескольких поколений химиков. По своим свойствам они часто превосходят химические творения Природы. Эти материалы незаметно и прочно вошли в наш быт, но удивление людей, впервые их увидевших, вполне понятно. В начале семидесятых годов нашего века любознательные и вездесущие туристы обнаружили в глухом углу бескрайних сибирских лесов семью, прожившую вдали от городов и сел несколько десятков лет. Что же поразило отшельников больше всего среди вещей, принесенных туристами? Прозрачная пластмассовая пленка! «Стекло, а мнется»,— восхищенно сказал седобородый глава семьи, ощупывая и разглядывая на свет полиэтиленовую пленку — один из многих синтетических материалов, придуманных химиками для облегчения и улучшения нашего хозяйства и быта. Материалов, ставших полезной и незаметной частью повседневной жизни людей. Химия сейчас способна получать вещества с заранее намеченными свойствами: морозостойкие и жаропрочные, твердые и мягкие, жесткие и эластичные, любящие влагу и влагонепроницаемые, сплошные и пористые, чувствительные к воздействию малейших следов посторонних примесей или инертные по отношению к сильнейшим химическим влияниям.
Скачать реферат