Сторінка
1

Місце хімії серед природничих наук

Наука хімія як наука належить до фундаментальних областей природознавства. Що ж вивчає хімія і яке місце посідає серед природничних наук?

Хімія вивчає речовини, їх склад і будову, перетворення речовин, умови здійснення цих перетворень, засоби практичного використання речовин і хімічних реакцій. Без хімічних реакцій сьогодні неможливо уявити наукову картину світу, адже навколишній світ - це перш за все світ речовин неорганічних і органічних, які постійно взаємодіють і приймають участь у різних типах перетворень, які є основою багатьох явищ природи. Вона так само, як фізика, ботаніка, зоологія, геологія, вивчає природу, весь навколишній світ — різноманітні речовини і явища.

Хімічні перетворення речовин самовільно відбуваються в природі. Під час фотосинтезу в зелених рослинах вуглекислий газ і вода постійно перетворюються на органічні речовини з виділенням кисню. Цей кисень у процесі дихання живих організмів поглинається, окислюючи в них органічні речовини, внаслідок чого в атмосферу виділяється вуглекислий газ. Так хімічні перетворення речовин забезпечують життя на Землі.

Однак переважна більшість природних речовин, перш ніж стати продуктами споживання людського суспільства, зазнає хімічної переробки на заводах. Добування металів з руд, виробництво синтетичних матеріалів, переробка кам'яного вугілля, нафти, природного газу, деревини, гірських порід — все це складні хімічні процеси, що здійснюються на виробництві з метою добування корисних продуктів.

Для розуміння цих процесів і керування ними треба знати властивості речовин, їх здатність брати участь у хімічних процесах. А для цього потрібно знати склад і будову речовин. Ось чому предметом вивчення хімії є хімічні елементи та їхні сполуки, хімічні перетворення різноманітних сполук і ті закономірності, які цими перетвореннями керують.

Сучасна хімія настільки велика галузь природознавства, що багато з її розділів є самостійними, хоча й тісно взаємозв'язаними науковими дисциплінами. За ознакою виучуваних об'єктів (речовин) хімію прийнято поділяти на органічну та неорганічну.

Для прикладу, Сучасна колоїдна хімія - це велика, самостійна частина хімічної науки, що вивчає дисперсний стан речовини і поверхневі явища в дисперсних системах. Курс колоїдної хімії ставить метою дати чітке уявлення про теоретичні і експериментальні основи цієї науки, виділяючи її особливу роль як міждисциплінарної науки, що синтезує знання з суміжних розділів хімії, фізики, біології і інших природних наук.

Колоїдна хімія виходить з уявлень про дисперсність - мікрогетерогеності як універсальному стані речовини у всіх природних об'єктах і технологічних системах. Такі гірські породи і грунти, тканини живих організмів, такі всілякі матеріали, суспензії, емульсії, піни, аерозолі, побудовані з малих (дуже малих, до нанометрів) часток: зерен, кліток, волокон, плівок, які зберігають ще, однак, властивості даної фази і межі розділу з сусідніми фазами.

Високе розвинення міжфазних поверхонь - носіїв енергетичних надлишків (тобто специфічного, активованого стану речовини)- служить спільною межею всіх цих об'єктів і систем і визначає різні їх властивості і протікаючі в них процеси. Особливе місце займає тут адсорбція - мимовільне концентрування певних, поверхово-активних компонентів на міжфазных кордонах, що міняє хімічну природу кордонів і що дозволяє керувати процесами в природних і технологічних дисперсних системах.

Розвиваючи ці уявлення, колоїдна хімія послідовно розглядає будову міжфазних кордонів в дисперсних системах, закономірності і механізми фізико-хімічних процесів на цих кордонах; умови утворення нових дисперсних фаз і їх властивості (специфічні - колоїдно-хімічні властивості і "неспецифічні - загальні і для колоїдно-дисперсних, і для молекулярно-дисперсних систем); загальні закономірності стійкості дисперсних систем, принципи і методи їх стабілізації і дестабілізації і їх додаток до конкретних дисперсних систем з різними твердими, рідкими і газооподібними фазами; взаємодія часток і структуроутворення в дисперсних системах - як вступ в новий розділ колоїдної хімії - фізико-хімічну механіку.

У періодичній таблиці видно, що елементи, розміщені один під одним, мають багато спільного. Так, Літій і Натрій подібні між собою як лужні метали. Флор і Хлор також мають спільні властивості як галогени, а Неон і Аргон – як інертні гази.

У горизонтальному ряду елементів, розміщених у порядку зростання їхніх відносних атомних мас, виявилось, що відбувається поступова зміна хімічних властивостей елементів.

Коли простежити зміну властивостей усіх інших елементів, то виявиться, що в ряду елементів, розміщених у порядку зростання їхніх відносних атомних мас, властивості змінюються від металів до неметалів, а в складних речовин – від основних до кислотних. Формальна валентність елементів за Оксигеном зростає від 1 до 7, а за Гідрогеном – зменшується від 4 до 1. Так Д. І. Менделєєв виявив повторення однакових ознак у світі хімічних елементів і назвав цю закономірність періодичністю (від грец. Periodicos – цикл).

У 1896 Антуан Анрі Беккерель (1852 - 1908) відкрив явище радіоактивності, виявивши спонтанне випущення солями урану субатомних часток, а через два роки дружина Пьера Кюрі (1859 - 1906) і Марія Кюрі (1867 -1934) виділила два радіоактивних елементи: полоній і радій. Відкриття Фредеріка Содді (1877 - 1956), що показало, що при радіоактивному розпаді відбувається перетворення одних речовин в інші, дало нове значення тому, що древні називали трансмутація.

У 1897 Джозеф Джон Томсон (1856 - 1940) відкрив електрон, заряд якого з високою точністю виміряв в 1909 Роберт Міллікен (1868 - 1953). У 1911 Ернст Резерфорд (1871 - 1937), виходячи з електронної концепції Томсона, запропонував модель атома: в центрі атома знаходиться позитивно заряджене ядро, а навколо нього обертаються негативно заряджені електрони. У 1913 Нільс Бор (1885 - 1962), використовуючи принципи квантової механіки, показав, що електрони можуть знаходитися не на будь-яких, а на суворо визначених орбітах. Планетарна квантова модель атома Резерфорда примусила вчених по-новому підійти до пояснення будови і властивостей хімічних сполук.

Німецький фізик Вальтер Коссель (1888 - 1956) передбачив, що хімічні властивості атома визначаються числом електронів на його зовнішній оболонці, а утворення хімічних зв'язків зумовлюється в основному силами електростатичної взаємодії. Американські вчені Гілберт Ньютон Льюїс (1875 - 1946) і Ірвінг Ленгмюр (1881 - 1957) сформулювали електронну теорію хімічного зв'язку. Відповідно до цих уявлень молекули неорганічних солей стабілізуються електростатичними взаємодіями між іонами, що входять до їх складу, які утворяться при переході електронів від одного елемента до іншого (іонний зв'язок).