Химическая наука об особенностях атомно-молекулярного уровня организации материи

Р

азвитие химических знаний стимулируется необходимостью полу­чения человеком различных веществ для своей жизнедеятельности. Для этого приходится осуществлять их качественные превращения, ис­кать пути их получения из уже существующих в природе. На базе позна­ния глубинных свойств различных веществ возникла теоретическая хи­мия, которая в настоящее время представляет собой высокоупорядочен-ную и постоянно развивающуюся систему знаний. В наши дни химиче­ская наука дает возможность получать вещества с заданными свойствами, находить способы управления этими свойствами, что является основной проблемой химии и системообразующим началом ее как науки.

7.1. Предмет химической науки

Химия — наука, изучающая свойства и превращения веществ, со­провождающиеся изменением их состава и строения¹.

Химия изучает природу и свойства различных химических свя­зей, энергетику химических реакций, реакционную способность веществ, свойства катализаторов и т.д.

Своеобразную программу исследования химических явлений впервые сформулировали и приняли ученые-химики на первом Международном съезде химиков в Карлсруэ в Германии (1860). Они исходили из того, что атомы представляют собой мельчайшие, далее неделимые составные части молекул.

Этим подводился своего рода итог развитию представлений того времени о веществе как состоящем из атомов и молекул. При этом атом считался неделимым. На этой концептуальной основе в сере­дине XIX в. была разработана стройная атомно-молекулярная тео­рия, которая впоследствии оказалась не в состоянии объяснить многие экспериментальные факты конца XIX — начала XX в. Кар­тина прояснилась с открытием сложного строения атома, когда стали понятны причины связи ■ атомов, т.е. механизм образования

химических связей. В частности, было установлено, что химические связи указывают на взаимодействие атомных электрических заря­дов, носителями которых являются электроны и ядра атомов. Осу­ществляются химические связи между атомами с помощью электро­нов, расположенных на внешней электронной оболочке и связанных с ядром наименее прочно. Их назвали валентными электронами. В зависимости от характера взаимодействия между электронами разли­чают ковалентную, ионную и металлическую химические связи.

Ковалентная связь осуществляется за счет образования элек­тронных пар, в одинаковой мере принадлежащих обоим атомам.

Ионная связь представляет собой электростатическое притяже­ние между ионами, образованное за счет полного смещения элек­тронных пар к одному из атомов.

Металлическая связь — это связь между всеми положительно за­ряженными ионами металлов и свободными электронами в кри­сталлической решетке металлов.

Химическая связь — это взаимодействие, которое связывает от­дельные атомы в более сложные образования — молекулы, ионы, кристаллы, т.е. те формы организации материи, которые изучает химическая наука. Химическую связь объясняют взаимодействием электрических полей, образующихся между электронами и ядрами атомов в процессе химических преобразований. Прочность химиче­ской связи зависит от энергии связи.

Основываясь на законах термодинамики, химия определяет воз­можность протекания того или иного процесса, условия его осуще­ствления, внутреннюю энергию. «Внутренняя энергия — это общий запас энергии системы, который складывается из энергии движения и взаимодействия молекул, энергии движения и взаимодействия ядер и электронов в атомах, в молекулах и т.п.»¹.

Химическая кинетика объясняет качественные и количествен­ные изменения в химических процессах и выявляет механизм хи­мических реакций. Реакции протекают, как правило, через ряд по­следовательных стадий, которые в совокупности составляют полную реакцию. Скорость химической реакции зависит от условий проте­кания и природы веществ, вступивших в нее. К условиям протека­ния химических реакций относят концентрации реагирующих ве­ществ, температуру, давление, присутствие катализаторов и инги­биторов. Описывая химическую реакцию, ученые скрупулезно фик­сируют все условия ее протекания, поскольку в других условиях и при иных физических состояниях веществ эффект будет иным.

Таким образом, предметом химической науки являются химиче­ские элементы, процессы химического взаимодействия различных

¹ Шиманович И.Е., Павлович М.Л., Тикавый В.Ф., Малашко П.М. Общая химия в формулах, определениях, схемах. — Минск: Университетское, 1996. — С. 6.

¹ Кузьменко Н.Е., Еремин В.В. Химия. Ответы на вопросы. — М.: I Федеративная книготорговая компания, 1997. — С. 65.

веществ, проблемы получения новых веществ с заданными свойст­вами и множество других проблем, возникающих в процессе разви­тия химических знаний.