Основные проблемы современной химии

Федеральное государственное образовательное учреждение                                                           высшего профессионального образования                                                                                                         Волжская государственная академия водного транспорта

                         Кафедра теории корабля и экологии судоходства

Реферат по дисциплине                                                                                   «Концепция современного естествознания»

Тема:«Основные проблемы современной химии»

                                                                                  Выполнила: студентка 2курса                     группы Бэ-26                                                                                                           Маркова Виктория                                                                                   

Проверила: Плотникова В.Н.     

.

                                      Нижний Новгород

                                                   2011

                                             Содержание

1.Введение……………………………………………………………..3

2.Рождение химии…………………………………………………….5

3.Основные проблемы химии………………………………………...5

4.Решение проблем химии……………………………………………8

5.Заключение………………………………………………………….14

6. Список литературы………………………………………………...15

                                                 Введение

  Вещества и их взаимные превращения являются предметом изучения химии. Химия - это наука о веществах и законах, которым подчиняются их превращения. Слово «химия» получило широкое распространение с начала XVIII века.

  Современная химия - это фундаментальная система знаний, основанная на богатом экспериментальном материале и теоретических положениях. Химия занимает особое место среди естественных наук. На сегодняшний день известно более 20 миллионов химических веществ. Часть из них встречается в природе. Однако большинство химических веществ ранее вообще не существовало. Они были получены человеком в химических лабораториях. В этом состоит уникальность химии: она не довольствуется тем, что дано природой, а постоянно создает для себя все новые и новые объекты исследований. Но не смотря на то, что химия по-своему уникальна, все же она имеет определенное количество проблем. Так как химия всегда была нужна человечеству для получения из веществ природы необходимых материалов (например: керамика, стекло, лекарства), то химические знания во все времена объединяла одна непреходящая и главная задача – задача получения веществ с необходимыми свойствами. Чтобы ее реализовать, надо уметь из одних веществ получать другие, то есть, осуществлять их качественные изменения.

    Химия – вполне самостоятельная часть естествознания - наука о веществах, изучающая их состав, строение, свойства, а также превращения веществ, не сопровождающиеся изменением состава атомных ядер. "Широко простирает химия руки свои в дела человеческие", - эта крылатая фраза Михаила Ломоносова в настоящее время особенно актуальна. Химия сегодня- это продукты и лекарства, горючее и одежда, удобрения и краски, анализ и синтез, организация производства и контроль качества его продукции, подготовка питьевой воды и обезвреживание стоков, экологический мониторинг и создание безопасной среды обитания человека. Наряду с традиционными областями приложения сил специалистов-химиков все большее значение в жизни общества приобретает химическая экспертиза. Действительно, в настоящее время заметно возросло количество и многообразие объектов экспертизы: вода, воздух, почва, продукты питания и промышленные товары, лекарственные препараты и отходы различных предприятий, а также многое другое. Установление вида товара, факта и способа его фальсификации, контроль чистоты окружающей среды, криминалистическая экспертиза - вот далеко не полный перечень того, что должен уметь химик-эксперт. Результаты, получаемые специалистами-экспертами, являются мощным источником поисковой, диагностической и доказательной информации, что способствует установлению объективной истины при расследовании чрезвычайных происшествий, осуществлении экоаналитического, санитарно-эпидемиологического и таможенного контроля. Цель данной работы – изучение и характеристика основных проблем современной химии.

         1.Рождение современной химии

  Представления древнегреческих натурфилософов оставались основными идейными истоками естествознания вплоть до XVIII в. До начала эпохи Возрождения в науке господствовали представления Аристотеля. В дальнейшем стало расти влияние атомистических взглядов,              впервые высказанных Левкиппом и Демокритом. Алхимические работы опирались преимущественно на натурфилософские взгляды Платона и Аристотеля. Большинство экспериментаторов того периода были откровенными шарлатанами, которые пытались с помощью примитивных химических реакций получить или золото, или философский камень - вещество дающее бессмертие. Однако были и настоящие ученые, которые пытались систематизировать знания. Среди них Авиценна, Парацельс, Роджер Бэкон др. Некоторые химики считают, что алхимия - это зря потерянное время. Однако это не так: в процессе поиска золота было открыто множество химических соединений и изучены их свойства. Благодаря этим знаниям в конце XVII века была создана первая серьезная химическая теория - теория флогистона. Также большой вклад в развитие химии внес Д.И.Менделеев. Он сформулировал периодический закон и периодическую таблицу, названную в честь его. 

2.Эволюционная химия и ее основные проблемы

  Под эволюционными проблемами в химии понимают процессы самопроизвольного (без участия человека) синтеза новых химических соединений, являющихся более сложными и высокоорганизованными продуктами по сравнению с исходными веществами. Поэтому эволюционную химию заслуженно считают предбиологией, наукой о самоорганизации и саморазвитии химических систем.

  До последней трети XX в. об эволюционной химии ничего не было известно. В отличие от биологов, которые вынуждены были использовать эволюционную теорию Дарвина для объяснения происхождения многочисленных видов растений и животных, химиков вопрос о происхождении вещества не волновал, потому что получение любого нового химического соединения всегда было делом рук и разума человека. Молекулы новых химических соединений конструировались по законам структурной химии из атомов и атомных групп, как здание из кирпичей. Живые же организмы из блоков собрать было нельзя. Но изучение и освоение опыта живой природы было давней мечтой ученых.

  Первые шаги на этом пути были сделаны еще И. Берцелиусом, который установил, что в основе функционирования живого организма лежит биокатализ. Затем исследования в этом направлении велись немецким ученым Ю. Либихом, французом П. Бертло и, наконец, 
Н.Н. Семеновым, что способствовало укреплению связи химии с биологией.           

  Постепенное развитие науки XIX в., приведшее к раскрытию структуры атома и детальному познанию строения и состава клетки, открыло перед химиками и биологами практические возможности совместной работы над химическими проблемами учения о клетке. На повестке дня стояло изучение характера химических процессов в живых тканях, обусловленности биологических функций химическими реакциями.

  Действительно, если посмотреть на обмен веществ в организме с точки зрения химии, то можно увидеть совокупность большого числа сравнительно простых и однообразных химических реакций, которые сочетаются между собой во времени, протекают не случайно, а в строгой взаимопоследовательности, в результате чего образуются длинные цепи реакций. И этот порядок закономерно направлен к постоянному самосохранению и самовоспроизведению всей живой системы в целом в данных условиях окружающей среды. Так что такие специфические свойства живого, как рост, размножение, подвижность, возбудимость, способность реагировать на изменения внешней среды, связаны с определенными комплексами химических превращений.

   Поэтому химии среди наук, изучающих жизнь, принадлежит ведущая роль. Именно химией была выявлена важнейшая роль хлорофилла как химической основы фотосинтеза, гемоглобина – как основы процесса дыхания, установлена химическая природа передачи нервного возбуждения, определена структура нуклеиновых кислот и т.д. Но главное заключалось в том, что объективно в самой основе биологических процессов, функций живого лежат химические механизмы. Все функции и процессы, происходящие в живом организме, оказывается возможным изложить на языке химии, в виде конкретных химических реакций.

  Конечно, было бы неверным сводить явления жизни только к химическим процессам. Это было бы грубым механистическим упрощением. Даже сама химия подчеркивает специфичность химических процессов в живых системах, показывает их отличия от того, что происходит в неживых системах. Специфичность и одновременно взаимосвязь химической и биологической форм движения материи подчеркиваются и другими науками, возникшими на границе биологии, химии и физики. Среди них биохимия – наука об обмене веществ и химических процессах в живых организмах; биоорганическая химия – наука о строении, функциях и путях синтеза соединений, составляющих живые организмы; физико-химическая биология – наука о функционировании сложных систем, передаче информации и регулировании биологических процессов на молекулярном уровне; а также биофизика, биофизическая химия и радиационная биология.

  В рамках перечисленных наук были определены химические продукты клеточного метаболизма (обмена веществ); установлены циклы биосинтеза этих продуктов и реализован их искусственный синтез; открыты материальные основы регулятивного и наследственного молекулярного механизма, а также выяснено значение химических процессов в энергетических процессах клетки и живых организмов в целом.

  Сейчас для химии особенно важным становится применение биологических принципов, в которых сконцентрирован опыт приспособления живых организмов к условиям Земли в течение многих миллионов лет, опыт создания наиболее совершенных механизмов и процессов.

  Как было понято учеными еще в XIX в., основой исключительной эффективности биологических процессов является биокатализ. Поэтому химики ставят своей целью создать новую химию, основанную на каталитическом опыте живой природы. Они стремятся к новым принципам управления химическими процессами, в которых будет применяться синтез себе подобных молекул, по принципу ферментов будут созданы катализаторы с таким разнообразием качеств, которые далеко превзойдут существующие в нашей промышленности до сих пор.

  Ферменты - органические вещества белковой природы, которые синтезируются в клетках и во много раз ускоряют протекающие в них реакции, не подвергаясь при этом химическим превращениям. Ферменты (от лат. fermentum – брожение, закваска) иногда называют энзимами (от греч. en–внутри, zyme – закваска).

  Несмотря на то, что ферменты обладают общими свойствами, присущими всем катализаторам, тем не менее, они не тождественны последним, поскольку функционируют в рамках живых систем. Поэтому все попытки использовать опыт живой природы для ускорения химических процессов в неорганическом мире сталкиваются с серьезными ограничениями. Пока речь может идти только о моделировании некоторых функций ферментов и использовании этих моделей для теоретического анализа деятельности живых систем. Также возможно частичное практическое применение выделенных ферментов для ускорения некоторых химических реакций. Для этого нужно изучить весь каталитический опыт живой природы, в том числе и опыт формирования самого фермента, клетки и даже организма. На этой основе и возникла эволюционная химия как новая наука, пролагающая пути принципиально новой химической технологии, способной стать аналогом живых систем.

  Таким образом, возникновению эволюционной химии способствовали исследования в области моделирования биокатализаторов – ферментов. Для освоения опыта живой природы и реализации полученных знаний в промышленности химики наметили ряд перспективных путей.

  Во-первых, химики ведут исследования в области металло-комплексного катализа, который обогащается приемами, используемыми живыми организмами в реакциях с участием ферментов.

  Во-вторых, ученые пытаются моделировать биокатализаторы. Уже удалось создать модели многих ферментов, которые извлекаются из живой клетки и используются в химических реакциях. Но проблема осложняется тем, что ферменты, устойчивые внутри живой клетки, вне ее быстро разрушаются.

  В-третьих, развивается химия иммобилизованных систем. При этом ферменты, выделенные из живого организма, закрепляются на твердой поверхности путем адсорбции. Пионером в этой области выступил русский химик И.В. Березин. Благодаря его исследованиям биокатализаторы стали стабильными, устойчивыми в химических реакциях, появилась возможность их многократного использования.

  В-четвертых, глобальной целью современной химии является решение самой широкой задачи – освоение и использование всего опыта живой природы. Это позволит химикам создать полные аналоги живых систем, в которых будут синтезироваться самые разнообразные вещества. Таким образом, будут созданы принципиально новые химические технологии.

  Зарождение эволюционной химии произошло в 1960-х годах, когда были открыты случаи самосовершенствования катализаторов в ходе реакции, тогда как обычно в процессе работы они дезактивировались, ухудшались и выбрасывались. Так, химики обратили внимание на процессы самоорганизации в химических системах, на существование в природе химических систем разной степени сложности, а также на процесс перехода от химических систем к биологическим, подняв тем самым химию на качественно новый, четвертый уровень.

  Также было отмечено, что ведущую роль на предбиологической стадии эволюции играл катализ. Роль каталитических процессов усиливалась по мере усложнения состава и структуры химических систем. Именно на этом основании некоторые ученые напрямую стали связывать химическую эволюцию с самоорганизацией и саморазвитием каталитических систем. Иными словами, такая эволюция если не целиком, то в значительной мере связана с процессами самоорганизации каталитических систем.                                  

          3.Решение проблемы химического соединения

1.                  Концепция дискретности организации вещества.