Химия является не просто суммой знаний о веществах, но высоко упорядоченной—постоянно развивающейся системой знаний,

Как никакая другая наука. она является одновременно и наукой, и производством. Химические заводы Д. И. Менделеев рассматривает как «лабораторию боль­ших размеров».

 

 

Поэтому все химические знания, приобретаемые за многие столетия и представ­ленные в форме теорий, законов, методов, технологически прописей и т.д.. объединяет одна —единственная непреходя­щая - главная задача химии, - задача получения веществ с необходимыми свойствами.

 

по Менделееву, «единым, неизменным и общим в изменяемом и частном», выступает двуединая проблема—получение веществ с заданными свойствами (на достижение чего направлена производственная деятельность человека) и выявление способов управления свойствами вещества (на реализацию чего направлена научно-исследовательская деятельность):

 

Важнейшей особенностью основной проблемы химии является то, что она имеет всего только четыре способа решения. Речь идет при этом не о частных методах изучения и превращения вещест­ва; их превеликое множество, а о самых общих способах решения вопроса: от чего, от каких факторов зависят свойства вещества. А они зависят от четырех факторов:

  1) от его элементного и молекулярного состава,

  2) от структуры его молекул,

  3) от термодинамических и кинетических¹ условий, в которых вещество находится в процессе химической реакции, и

  4) от высоты химической организации вещества.

 1.Здесь имеется в виду наличие катализаторов, воздействие материала стенки

сосуда и т. д

 

Этот последний, четвертый, фактор открыт совсем недавно; он оказался в высшей степени важным в практическом отношении и очень интересным в теоре­тическом плане.

 

СОСТАВ → СВОЙСТВА

Этот способ положил начало учению о составе веществ, которое явилось первым уровнем научных химических знаний. В период с 1660-х годов, когда появились работы Р. Бойля, и до первой половины XIX века учение о составе веществ представляло собой всю тогдашнюю химию. Поэтому Д. И. Менделеев и назвал химию своего времени «наукой о химических элементах и их соединениях».

Возникшее, таким образом, учение о составе веществ получи­ло бессрочную путевку в жизнь. Оно продолжало свое развитие и после того, как стали появляться новые уровни развития хими­ческих знаний. Учение о составе существует и сегодня, только оно теперь уже представляет собой часть химии, входящую в иерар­хическую Систему современной химии.

Монопольное положение учения о составе веществ продол­жалось только до 1820—1830-х годов. В эти годы мануфактурная стадия производства с ее ручной техникой и ограниченным кру­гом сырья сменилась фабричной стадией, опирающейся на ма­шинную технику и широкую сырьевую базу. В химическом про­изводстве стала преобладать переработка огромных масс ве­ществ растительного и животного происхождения, качественное разнообразие которых потрясающе велико—сотни тысяч хими­ческих соединений, а состав крайне однообразен — лишь несколь­ко элементов-органогенов (углерод, водород, кислород, сера, азот, фосфор). Объяснения необычайно широкому разнообразию органических соединений при столь бедном их элементном соста­ве были найдены в явлениях, получивших название «изомерия» и «полимерия». Стало совершенно ясным то положение, что свойства веществ, а следовательно и их качественное разнообразие, обусловливаются не только их составом, но еще структурой их молекул.

Так было положено начало второму уровню развития хими­ческих знаний, который получил название «структурная химия». Ввиду того, что знания о структуре молекул невозможны без знаний об их элементном составе, структурная химия является как бы более высоким гомологом по отношению к учению о со­ставе, т. е- она включает в себя это учение в преобразованном виде, подобно тому, как этан «включает» в себя метан.

На втором уровне своего развития химия превратилась из науки преимущественно аналитической в науку главным образом син­тетическую. Период становления структурной химии часто назы­вают «триумфальным маршем органического синтеза». На этом уровне развития химии возникла технология органических веществ, которой ранее не было. Ее появление было ошеломляющим, так как до нее все названные здесь материалы добывались в ограниченных масш­табах и с огромными затратами низкопроизводительного, пре­имущественно сельскохозяйственного труда.

Но изумление успехами структурной химии было недолговеч­ным. Интенсивное развитие автомобильной промышленности, авиации, энергетики и приборостроения в первой половине XX века выдвинуло новые требования к производству матери­алов.

Под влиянием новых требований производства, возник поэто­му следующий—третий—способ решения проблемы генезиса свойств, учитывающий всю сложность организации химических процессов в реакторах—обеспечивающий экономически прием­лемую производительность их. Этот способ можно изобразить посредством такой схемы:

Этот способ послужил основанием нового—третьего— уровня химических знаний—учения о химических процессах, ко­торое неизмеримо более точно и полно отражает объект химии. Химия становится наукой уже не только и не столько о веществах как законченных предметах, но наукой о процессах и механизмах изменения вещества.

Еще в 1935 г. все 100% таких материалов, как кожа, меха, резина, волокна, мо­ющие средства, олифа, лаки, уксусная кислота, этиловый спирт, производились всецело из животного и растительного сырья, в том числе из пищевого. На это расходовались десятки милли­онов тонн зерна, картофеля, жиров, сырой кожи и т. д. А уже в 1960-е годы 100% технического спирта, 80% моющих средств. 90% олифы и лаков, 40% волокон, 70% каучука и около 25%

кожевенных материалов изготовлялись на основе газового и нефтяного сырья. Помимо этого химия теперь дает ежегодно се и, сельскому хозяйству сотни тысяч тонн мочевины и нефтяного белка в качестве корма скоту и около 200 млн. тонн удобрений.

Но и эти возможности еще далеко не предел. В 1960—1970 годах появился следующий -четвертый- способ решения ос­новной проблемы химии, открывающий пути использования в производстве материалов самые высокоорганизованные хими­ческие системы, какие только возможны в настоящее время. Этот способ лег в основание четвертого и последнего уровня развития химических знаний, который назван эволюционной химией. В ос­нове этого способа лежит принцип использования в процессах получения целевых продуктов таких условий, которые приводят к самосовершенствованию катализаторов химических реакций, т е. к самоорганизации химических систем. В сущности речь идет об использовании химического опыта живой природы; это своеобразная биологизация химии.

Химический реактор на уровне эволюционной химии предстает как некое подобие живой системы, для которой характерны саморазвитие и определенные черты поведения.

 

                                                                              4. Эволюционная химия

3. Учение о хи­мических про­цессах

2. Структурная химия

1. Учение о составе

1660-е            1800-е     1950-с            1970-е наст. время

Рис.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: