На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


реферат История формирования основных химических концепций

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 27.06.2012. Сдан: 2011. Страниц: 7. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Калининградский пограничный институт ФСБ России
----------------------------------------------------------------------------
Центр дополнительного  и профессионального образования 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ
по  концепции современного естествознания 

Тема: «История формирования основных химических концепций» 

Выполнил: _______________________ 

__________________________
 
 
                           Проверил: научный руководитель:
                                                                                        ______________________ 

____________________________ 

    Дата сдачи:
    ____________
    Оценка:
    _______________ 
     
     
     
     
     

Калининград, 2007 г. 

     СОДЕРЖАНИЕ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

 
 
     На  протяжении длительного развития человечество не раз сталкивалось с большим  числом проблем, от которых нередко зависело само его существование. Чтобы выжить, наш предок научился изготавливать и использовать простейшие орудия труда, чем компенсировал свои природные недостатки. В дальнейшем первобытный человек, оказавшись перед проблемой обеспечения пищей, освоил охоту, затем земледелие и скотоводство. Освоение все более сложных орудий и предметов труда вызвало энергетическую проблему, потребовало перехода от естественных источников энергии к более совершенным. Энергетическая проблема последовательно привела человека к освоению энергии пара, тепловой, электрической энергии, и, наконец, энергии атома.
     Необходимость повышения производительности труда  и эффективности производства, роста  темпов добычи и переработки громадного объема минеральных ресурсов, наряду с необходимостью решения многих жизненно важных проблем, вызвали к жизни использование химической технологии, всеобщую химизацию, а затем компьютеризацию общественного производства и быта. Успехи человека в решении больших и малых проблем выживания в значительной мере были достигнуты благодаря развитию химии, становлению различных химических технологий. Успехи многих отраслей человеческой деятельности, таких, как энергетика, металлургия, машиностроение, легкая и пищевая промышленность и других, во многом зависит от состояния и развития химии. Огромное значение химия имеет для успешной работы сельскохозяйственного производства, фармацевтической промышленности, обеспечения быта человека. 

1.Фундаментальные основы современной химии

     На  определенном этапе эволюции Вселенной в ней реализуются условия, допускающие формирование атомов вещества. Определенный набор атомов способен образовать новую систему — молекулу. Организация материи на атомно-молекулярном уровне приводит к появлению новых свойств материи — к возможности существования множества веществ с громадным разнообразием свойств.
     Наукой, исследующей закономерности, проявляющиеся  на атомно-молекулярном уровне организации  материи, является химия. Задача химии состоит в изучении строения молекул и процессов изменения этого строения в результате их взаимодействия.
     Фундаментальными  основами химии стали квантовая  механика, атомная физика, термодинамика, статистическая физика, а также физическая кинетика. На основе физики построена теоретическая химия. Из этого не следует, что химия не существует как самостоятельная наука: химия «выводится» из физики, но не сводится к ней.
     На  химическом уровне мы имеем дело с  очень большим числом частиц, участвующих  в квантово-механических процессах обмена электронами (химических реакциях). Это обусловливает макроскопичность проявления законов квантовой физики в химических процессах. Базовое понятие химии — валентность — это макроскопическое, химическое отображение квантово-механических взаимодействий.
     Эмпирическая химическая формула соединения показывает, какие элементы и в каком соотношении входят в состав химического соединения. Эмпирическая формула устанавливается опытным путем. На основе эмпирической формулы некоторого вещества может быть найдена его молекулярная формула. В химии выработаны правила определения молекулярной формулы. Молекулярные формулы позволяют отобразить химические превращения. Для этого используются химические уравнения, которые являются эффективным и простым способом описания химических процессов. Методика составления уравнений химических реакций с учетом характера конкретных веществ и взаимодействий хорошо разработана современной химией.
     Результаты  химического взаимодействия могут  быть вычислены с помощью методов физики. Однако даже в простых случаях эти расчеты были бы чрезвычайно сложны. На основе методов, выработанных в химии, используя для описания вещества и его превращения язык химических формул и уравнений, химик решает эти проблемы намного проще и быстрее.
     Благодаря тому, что химии удалось выработать свой собственный язык, свое феноменологическое описание свойств веществ и химических превращений, химия стала великой наукой задолго до того, как квантовая механика вскрыла сущность химических явлений.
     Язык  химии разнообразен; он содержит возможности отображения особенностей химических реакций и различных свойств веществ. Например, структурные формулы показывают последовательность и пространственный порядок соединения атомов в молекулах.
     Таким образом, атомно-молекулярный уровень организации материи, чрезвычайно сложно описываемый на фундаментальном уровне, на уровне квантовой механики, потребовал выработки своего химического языка. Сегодня физика, составляющая ядро теоретической химии, служит базой дальнейшего развития этой науки. Развитие современной химии, ее основные концепции оказались тесно связанными не только с физикой, но и с другими естественными науками, особенно с биологией.

2.Учение о химических процессах

 
     Способность к взаимодействию различных химических реагентов определяется не только их атомарно-молекулярной структурой, но и условиями протекания химических реакций. К ним относятся термодинамические факторы (температура, давление и др.) и кинетические факторы (все, что связано с переносом веществ, образованием их промежуточных форм). Их влияние на химические реакции вскрывается на концептуальном уровне химии, который обобщенно называют учением о химических процессах.
     Учение  о химических процессах является областью глубокого взаимопроникновения  физики, химии и биологии. Действительно, в основе этого учения находятся химическая термодинамика и кинетика, которые в равной степени относятся и к химии, и к физике. А живая клетка, исследуемая биологической наукой, представляет собой в то же время микроскопический химический реактор, в котором происходят превращения, изучаемые химией, и многие из которых химия пытается реализовать в макроскопическом масштабе. Таким образом, изучая условия протекания и закономерности химических процессов, человек вскрывает глубокую связь существующую между физическими, химическими и биологическими явлениями и одновременно перенимает у живой природы опыт, необходимый ему для получения новых веществ и материалов.
     Большинство современных химических технологий реализуется с использованием катализаторов — веществ, которые увеличивают скорость реакции, не расходуясь в ней.
     В современной химии получило развитие также направление, принципом которого является энергетическая активация реагента (то есть подача энергии извне) до состояния полного разрыва исходных связей. В данном случае речь идет о больших энергиях. Это так называемая химия экстремальных состояний, использующая высокие температуры, большие давления, излучение с большой величиной энергии кванта (ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-излучение). К этой области относятся плазмохимия (химия на основе плазменного состояния реагентов), а также технологии, в которых активация процесса достигается за счет направленных электронных или ионных пучков (элионные технологии).
     Химия экстремальных состояний позволяет получать вещества и материалы, уникальные по своим свойствам: композитные материалы, высокотемпературные сплавы и металлические порошки, нитриды, силициды и карбиды тугоплавких металлов, разнообразные по своим свойствам покрытия. Примером могут служить сверхпрочные покрытия из нитрида титана, наносимые на металлообрабатывающий инструмент для многократного увеличения срока его эксплуатации. Интересно, что «золотой» блеск и высокая коррозионная стойкость пленок нитрида титана позволили с успехом применить технологию его нанесения при изготовлении кровли куполов церквей взамен традиционной и дорогой технологии золочения.
     Эффективность технологий на основе химии экстремальных состояний очень высока. Характерным для них является энергосбережение при высокой производительности, высокая автоматизация и простота управления технологическими процессами, небольшие размеры технологических установок.

3.Эволюционная концепция в химии

 
     Природа в процессе эволюции живых организмов создала своеобразные химические технологии необычайной эффективности. При изучении химизма живой природы биохимией и молекулярной биологией было установлено, что состав и структура биополимерных молекул представляют собой единый набор для всех живых существ, вполне доступный для исследования физическими и химическими методами. С другой стороны, было установлено, что в живых системах осуществляются такие типы химических превращений, какие никогда не обнаруживались в живом мире.
     Важнейшее значение в современной химии придается проблеме поиска эффективных катализаторов для множества процессов химической технологии. Между тем, давно уже было установлено, что основой химии живого являются каталитические химические реакции, т.е. биокатализ. Химизм живой природы являлся идеалом для исследователей. «Подражание живой природе есть химизм будущего!» Этот девиз, который был высказан академиком А.Е.Арбузовым в 1930 г., является целеполагающей идеей развития эволюционной концепции в химии.
     Интенсивные исследования последнего времени направлены на выяснение механизмов химических превращений, присущих живой материи. Химиков-органиков интересуют перспективы синтеза сложных веществ, аналогов органических соединений, образующихся в живых организмах; биологов — вещественная и функциональная основы жизнедеятельности; исследователи-медики пытаются выяснить биохимические границы между нормой и патологией в организме. Объединяет все эти работы концептуальное представление о ведущей роли ферментов, биорегуляторов в процессе жизнедеятельности. Эта идея, предложенная великим французским естествоиспытателем Луи Пастером в XIX в., остается основополагающей и сегодня.
     Изучив  принципы, заложенные эволюцией в  химизм живой природы, можно использовать их для развития химической науки и технологии. Чрезвычайно плодотворным с этой точки зрения является исследование ферментов и раскрытие тонких механизмов их действия. Ферменты — это белковые молекулы, синтезируемые живыми клетками. В каждой клетке имеются сотни различных ферментов. С их помощью осуществляются многочисленные химические реакции, которые благодаря каталитическому действию ферментов могут идти с большой скоростью при температурах, подходящих для данного организма, то есть в пределах примерно от 5 до 40° С. (Чтобы эти реакции протекали вне организма, потребовалась бы их активация за счет высокой температуры или иных факторов активации. Для живой клетки такие условия означали бы гибель.) Следовательно, ферменты можно определить как биологические катализаторы. Биокатализаторы обладают высокой селективностью (избирательностью) — один фермент катализирует обычно только одну реакцию. По принципу биокатализаторов будут созданы искусственные катализаторы.
     Биокатализ  нельзя отделить от проблемы биогенеза (происхождения жизни), какой бы трудной она ни являлась. Задача изучения и освоения всего многообразия каталитических процессов в живой природе — это пролог эволюционной химии. Уже обозначены основные подходы к освоению каталитического опыта живой природы.
     Проблемы моделирования биокатализаторов показали необходимость детального изучения химической эволюции, то есть установления закономерностей самопроизвольного (без участия человека) синтеза новых химических соединений, являющихся к тому же более высокоорганизованными продуктами по сравнению с исходными веществами. В 1960-х гг. было обнаружено явление самосовершенствования катализаторов в ходе реакции (тогда как обычно катализаторы в процессе их работы дезактивировались, ухудшались и выбрасывались). Речь идет о проявлении самоорганизации в химическом процессе. Здесь понятие «самоорганизация» означает такое изменяющееся состояние химической системы, которому присущи все более высокие уровни сложности и упорядоченности. Проблема биологической самоорганизации (и биологической эволюции) оказывается самым непосредственным образом связана с проблемой химической самоорганизации (и химической эволюции). Одна из задач химии, а именно самого новейшего ее направления — эволюционной химии, понять, как из неорганической материи возникает жизнь. Поэтому эволюционную химию можно назвать «предбиологией». 
 

4.Сущность химической эволюции

 
     Картина хемогенеза отчетливо свидетельствует  о своеобразном химическом «естественном отборе» веществ. Как уже отмечалось выше, на сегодняшний день известны 112 химических элементов, однако основу живых систем составляют только 6 из них, которые в связи в этим обстоятельством получили название органогенов. Это углерод (С), водород (Н), кислород (О), азот (N), фосфор (Р) и cepa(S). Их общая весовая доля в живой материи составляет 97,4%. Еще 12 элементов (Na, К, Са, Mg, Fe, Si, Al, Cl, Cu, Zn, Co, Mn) составляют примерно 1,6%. Остальные слабо представлены в живой материи, то есть к участию в живой материи природа отобрала ограниченный набор элементов. К настоящему моменту науке известно всего около 8 000 000 химических соединений. Из них подавляющее большинство (около 96%) — это органические соединения, основной «строительный материал» которых — перечисленные выше элементы. Из остальных химических элементов природа создала лишь около 300 000 неорганических соединений.
     Резкая  диспропорция между громадным множеством органических соединений и малым количеством составляющих их элементов, а также факт принадлежности этих же элементов к органогенам, нельзя объяснить на основе различной распространенности элементов. На Земле наиболее распространены кислород, кремний, алюминий, железо, тогда как углерод занимает лишь 16-е место. Совместная же весовая доля важнейших органогенов (С, N, P, S) в поверхностных слоях Земли всего около 0,24%. Следовательно, геохимические условия не сыграли сколько-нибудь существенной роли в отборе химических элементов при формировании органических систем, а тем более биосистем.
     Тогда возникает вопрос: по каким признакам химическая эволюция отобрала малую часть элементов в число органогенов? С химической точки зрения видны признаки, по которым происходил этот «естественный отбор» элементов. Это, во-первых, способность образовывать достаточно прочные, энергоемкие химические связи. Во-вторых, образуемые связи должны быть достаточно лабильными, т.е. изменчивыми, перестраиваемыми.
     Именно  поэтому углерод был отобран  эволюцией как органоген № 1. Он в полной мере отвечает перечисленным  выше требованиям. Атом углерода образует почти все типы химических связей, какие знает химия, с самыми разными значениями энергии связи. Он образует углерод-углеродные связи, строя таким путем длинные и стабильные углеродные скелеты молекул в виде цепей и (или) колец. Углеродные атомы образуют связи с остальными элементами-органогенами (Y, N, О, Р и S). Соединение с этими и другими элементами в различных комбинациях обеспечивает колоссальное разнообразие органических соединений, Оно проявляется в размерах, форме молекул и их химических свойствах.
     Кислород  и водород нельзя считать столь  же лабильными, как углерод; их, скорее, следует рассматривать в качестве носителей крайних и односторонних свойств — окислительных и восстановительных. Лабильные атомы серы, фосфора и железа имеют большое значение в биохимии, в то время как стабильные — кремний, алюминий, натрий, составляющие несравненно большую часть земной коры, играют второстепенную роль.
     Подобно тому, как из всех химических элементов  только 6 органогенов, да еще 10-15 других элементов отобраны природой в основу биосистем, так же и в предбиологической эволюции шел отбор и химических соединений. Из миллионов органических соединений в построении живого участвуют лишь несколько сотен; из 100 известных аминокислот в состав белка входит только 20.
     Каким образом из минимума химических соединений образовался сложнейший высокоорганизованный комплекс — биосистема? Химикам  важно это понять для того, чтобы  научиться у природы создавать  технологии синтеза сложных соединений из самого простого сырья. В связи с этой проблемой уже могут быть сделаны следующие предварительные выводы.
     1.  На ранних стадиях химической эволюции мира катализ отсутствует. Высокие температуры и радиация обеспечивают энергию, необходимую для активации любых химических взаимодействий.
     2.  Первые проявления катализа возникают при смягчении условия (температура менее 5 000 К). Роль катализаторов возрастала по мере того, как физические условия становились все менее экстремальными. Но общее значение катализа вплоть до образования достаточно сложных органических молекул еще не могло быть высоким.
     3.  После достижения некоторого минимального набора неорганических и органических соединений роль катализа начала резко возрастать. Отбор активных соединений происходил в природе из тех продуктов, которые получались относительно большим числом химических путей и обладали широким каталитическим спектром.
     4.  В ходе дальнейшей эволюции отбирались те структуры, которые способствовали резкому повышению активности и селективности действия каталитических групп.
     5.  Следующим фрагментом эволюции, сшивающим химическую и биологическую линию эволюции, являются развитые полимерные структуры типа РНК и ДНК, выполняющие роль каталитических матриц, на которых осуществляется воспроизведение себе подобных структур.
     Теория  саморазвития элементарных открытых каталитических систем, выдвинутая в 1964 г. А.П. Руденко, по существу представляет собой единую теорию хемо- и биогенеза. Она решает в комплексе вопросы о движущих силах и механизме эволюционного процесса, то есть о законах химической эволюции, об отборе элементов и структур, о сложности химической организации и иерархии химических систем как следствия эволюции. Сущность этой теории состоитв том, что химическая эволюция представляет собой саморазвитие каталитических систем, и следовательно, эволюционирующим веществом являются катализаторы.
     Эта теория является в настоящее время  основанием эволюционной концепции в химии. Одно из важнейших следствий этой теории — установление пределов химической эволюции и перехода от хемогенеза к биогенезу.
     Таким образом, эволюционная химия совместно другими естественными науками, постепенно подступает к расшифровке механизма предбиологической эволюции и зарождения живого, а вместе с этим — и к созданию новейших технологий на принципах, позаимствованных у живой природы.

5. Особенность и двуединая задача современной химии

 
     Как и другие составляющие естествознания, химия имеет многочисленные практические приложения. Однако еще Д.И. Менделеевым было обращено внимание на существенную особенность этой науки: химия в значительной мере сама создает свой объект изучения. Самые разнообразные исследования в ней направлены на раскрытие закономерностей химических превращений, которые реализованы искусственно, на получение и изучение веществ, большинство из которых в природе не встречается. Химия как наука теснейшим образом связана с химией как производством. Д.И. Менделеев рассматривал химические заводы как лаборатории больших размеров. Основная цель современной химии, вокруг которой строится вся исследовательская работа, заключается в получении веществ с заданными свойствами. Это и определяет содержание двуединой центральной задачи химии: исследование генезиса (то есть происхождения) свойств веществ и разработка на этой основе методов получения веществ с заранее заданными свойствами.

6.Концептуальные уровни современной химии

 
     По  мере развития химии до ее современного уровня в ней сложились четыре совокупности подходов к решению основной задачи. Развитие этих подходов обусловило формирование четырех концептуальных систем химических знаний. Для их представления воспользуемся наглядной схемой.                                                                             
     4. Эволюционная химия                                              
     3. Учение о химических процессах                        
      2. Структурная химия
     1. Учение о составе
     
     17 век            19 век              1950-е годы               1970-е годы         Развитие химии  

     Концептуальные  подходы к решению основной проблемы химии, показанные на схеме, появлялись последовательно.
     Первоначально свойства веществ связывались исключительно с их составом (в этом суть учения о составе). На этом уровне развития содержание химии исчерпывалось ее традиционным, менделеевским определением - как науки о химических элементах и их соединениях.
     Далее учение о составе было дополнено  концепцией структурной химии. Структурная концепция объединяет теоретические представления в химии, устанавливающие связь свойств веществ не только с составом, но и со структурой молекул. В рамках этого подхода возникло понятие «реакционная способность», включающая представление о химической активности отдельных фрагментов молекулы — отдельных ее атомов (и даже отдельных химических связей) или целых атомных групп. Структурная концепция позволила превратить химию из преимущественно аналитической науки в науку синтетическую. Этот подход позволил в конечном итоге создать промышленные технологии синтеза многих органических веществ.
     Затем было развито учение о химических процессах. В рамках этой концепции с помощью методов физической кинетики и термодинамики были выявлены факторы, влияющие на направленность и скорость протекания химических превращений и на их результат. Химия вскрыла механизмы управления реакциями и предложила способы изменения свойств получаемых веществ.
     Последний этап концептуального развития химии  связан с использованием в ней некоторых принципов, реализованных в химизме живой природы. В рамках эволюционной химии осуществляется поиск таких условий, при которых в процессе химических превращений идет самосовершенствование катализаторов реакций. По существу речь идет об изучении и применении самоорганизации химических систем, происходящих в клетках живых организмов.
     Каждая  новая концептуальная ступень в  развитии химии, означает не отрицание подходов, использовавшихся ранее, а опору на них как на основание. Все показанные на схеме концептуальные системы используются не порознь, а во взаимосвязи. Последовательное дополнение химии названными концептуальными системами составляет логику развития этой науки.
     Термин  «концептуальная система», а не «концепция»  использован в приведенных выше рассуждениях не случайно. Причина этого заключается в том, что на каждой ступени рассмотренной «лесенки» развития химии, в свою очередь, были использованы различные научные идеи для решения конкретных проблем. Примером тому служит выдающееся открытие в области химии, сделанное на пути решения одной из исходных проблем химии — проблемы химического элемента.
     Понятия «химический элемент» и «химическое соединение» с точки зрения современности 

     Исходным  в учении о составе является вопрос: «Что считать химическим элементом — элементарным, неразложимым «кирпичиком» вещества? Отправной точкой решения этой проблемы стало формулирование Д.И. Менделеевым знаменитого Периодического закона. В основу систематизации свойств химических элементов Менделеевым была положена идея зависимости свойств элемента от атомной массы. Он доказал, что признаком элемента является не экспериментально устанавливаемая неразложимость данного вещества (как считалось ранее), а место в периодической системе, определяемое атомной массой. Позднее, в связи с успехами квантовой теории, физика помогла составить представление об атоме элемента как о сложной квантово-механической системе. Место элемента получило новый смысл, оказавшись обусловленным зарядом ядра атома (Z). На этой основе были выяснены особенности строения электронных орбит всех элементов и раскрыт физический смысл Периодического закона. Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра, то есть совокупность изотопов. Под это современное определение попадают как отдельные атомы, так и находящиеся в химической связи с другими атомами.
     Со  времен Д.И. Менделеева было известно 62 элемента. В 1930-е годы Система элементов  заканчивалась ураном (Z=92). С начала 1940-х годов таблица Менделеева пополнялась принципиально новым путем — путем физического синтеза. До середины 50-х годов было синтезировано 9 элементов. Элемент под номером 101 был назван «менделеевий». В последующие годы синтез ядер новых элементов продолжался, но ядра с номером от 102 и далее оказались крайне неустойчивыми. Самый тяжелый из известных на сегодняшний день элементов (порядковый номер 112) был получен при слиянии ядра цинка с ядром свинца. Его время жизни измеряется тысячными долями секунды. Однако, по оценкам физиков, в ряду тяжелых ядер могут существовать «островки стабильности» элементов при Z=126, 164 и даже 184.
     В физически доступном слое Земли  всего восемь химических элементов представлены в значительном количестве. Это кислород 47,0%, кремний 27,5%, алюминий 8,8%, железо 4,6%, кальций 3,6%, натрий 2,6%, калий 2,5% и магний 2,1%.
     Практически все элементы проявляются в земных условиях в составе тех или иных химических систем — химических соединений. В настоящее время известно более восьми миллионов соединений. Из них абсолютное большинство (около 96%) — органических.
     Какие из многокомпонентных тел следует  отнести к химическому соединению, а что считать простыми смесями?
     Проблема  химического соединения традиционно  решалась с позиций атомистической концепции. В начале XIX в. английский химик Дж. Дальтон обосновал закон постоянства состава, отражающий неизменное соотношение компонентов данного вещества. Долгое время не допускалось отклонения от этого закона. Однако уже современник Дальтона французский химик К.Бертолле указывал на возможность существования соединений переменного состава в форме растворов и расплавов. Впоследствии были найдены доказательства существования химических соединений переменного состава.
     Суть  проблемы химического соединения, как  оказалось, состоит не столько в постоянстве или непостоян
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.