Основные проблемы современной химии

2.                  Концепция непрерывности организации вещества.

3.                  Развитие понятия валентности.

Концепция дискретности организации вещества

  Проблема приобрела особенную остроту в конце XVIII – начале XIX веков. Историки химии отмечают, что этот период был интересен состоянием знаний в химии, так как были достигнуты значительные успехи в некоторых разделах химии. С другой стороны:

- полное отсутствие представлений об основополагающих основах химии;

- не существовало надежных критериев для разграничения химического вещества и смеси веществ;

- вообще отсутствовали представления о взаимодействии атомов между собой; химия проблема эволюция биогенез

  В этих условиях в 1793 году Рихтер показал, что химические элементы взаимодействуют не в произвольных, а в строго определенных количествах, сохраняющихся в виде неизменных пропорциональных чисел, при переходе от одного сложного тела к другому. Эта упорядоченность была названа стехиометрией. Причем до появления представлений об атомных массах, эти числа Рихтера оставались загадкой.

  В 1799 году Ж. Пруст установил, что в независимости от способов получения, химически индивидуальные сложные тела имеют постоянный состав.

  Таким образом, переход от одного химического соединения к другому носит дискретный характер. И учение о стехиометрии завершается законом простых и кратных отношений Дальтона:

-Химическое взаимодействие элементов сводится к соединению неделимых атомов в простейшие дискретные частицы сложных тел.

  Все эти 3 закона сейчас лежат в основе химии – основные законы химии. А единство качественной и количественной характеристики химического соединения оформилось в виде теории, которую называют атомистикой Дальтона: при помощи представлений об атомах разных элементов и о простейших способах объединения в молекулы объяснить дискретность химических отношений, скачкообразность перехода от одного соединения с постоянным составом к другому соединению с другим постоянным составом.

  Из атомистики Дальтона вытекает, что атомная дискретность строения вещества служит основой дискретности всех химических отношений. Дальтон показал, что сила взаимодействия между атомами в химическом соединении постоянна и инвариантна и при переходе от одного химического соединения к другому достаточна велика. В 1811 Авогадро, используя основные химические законы, показал, что O2, N2, H2, состоят из молекул, содержащих по 2 атома. Таким образом, в представлении о преобладании дискретности оставались ведущими в развитии химии до появления квантовой химии (30-е года XX).

Концепция непрерывности организации вещества

  Одновременно развивалась другая точка зрения, основоположником учения о ведущей роли непрерывности по отношению к дискретности химической организации вещества был Клод Бертолле. В 1801 г. опубликовал результаты исследований, из которых следует:

1)Эффект химического взаимодействия веществ определяется двумя факторами:

- взаимным сродством этих веществ (а)

- массой реагирующих веществ (б)

Произведение этих факторов Бертолле назвал химической массой.

2) В большинстве химических реакций (реакции обмена) одно более активное вещество вытесняет другое не только в силу большего сродства, но и благодаря большей массе, взятой в реакции, и если бы отсутствовал фактор (б), то все реакции шли бы только в одну сторону, в сторону вытеснения сильными реагентами слабых.

3) Но Бертолле показал, что если изменить условия и соотношения действующих масс, то эта реакция может быть обратимой, то есть большинство химических реакций являются обратимыми и степень обратимости реакций зависит от действующих масс и условий процесса.

4) Все вещества состоят из множества мельчайших частиц, взаимодействие между которыми может привести (в зависимости от (а) и (б)) либо к образованию частиц большего размера (р. присоединения), либо к перегруппировке их (р. обмена).

5) Состав образующихся соединений в общем случае должен быть переменным, что характерно для растворов и сплавов, таким образом, подход Бертолле оказался противоположным подходу Дальтона.Дальтон считал, что сила взаимодействия постоянна, а Бертолле – переменна; концепция Бертолле была в то время весьма прогрессивной, но в силу своей преждевременности получила поражение в дискуссии, длившейся 8 лет. Идеи Бертолле нашли дальнейшее развитие в работах Менделеева, выводы которых были следующие:

- растворы представляют собой истинные химические соединения, переменность состава которых обусловлена ассоциацией или диссоциацией сульфатов, растворенных друг в друге или в избытке растворителя. Наметился синтез представлений об атомной дискретности строения и непрерывности отношений сложных тел (изменение энергии химической связи).

  В учении Менделеева о теории растворов послужила работа Курнакова, создавшего стройные учения о существовании и способах получения бертоллидов - химических соединений переменного состава, и дальтонидов – химических соединений постоянного состава.

  Важнейшей особенностью бертоллидов является динамика их существования или единство структуры и динамики.

  Курнаков рассматривал фазы переменного состава как соединения постоянного состава в состоянии диссоциации и взаимодействия с исходными компонентами.

                      Развитие понятия валентности

Любое научное понятие эволюционирует. Эволюция понятия это накопление информации и переход с одного уровня знаний к более высокому уровню с сохранением чего-либо инвариантного.

  Впервые понятие валентности было введено в химии для отражения свойств изолированного атома, при этом валентностью (атомностью) считалась целочисленная величина, выражающая количество единиц сродства свободного атома любого элемента, при этом для H2 установили 1 единицу сродства, для O2 - 2 единицы, а для С – 4 единицы.

  Далее валентность рассматривалась как причина образования парных межатомных связей и устанавливалась по числу этих связей. При этом многочисленные случаи совпадения числа единиц сродства привели к отождествлению причины и следствия, поэтому с 1870 и по сей день валентность – это число химических связей, осуществляемых атомом при образовании соединений, то есть единицу сродства свободного атома заменили структурной характеристикой связанного атома.

  К концу XIX века из большого числа экспериментальных данных появились выводы, свидетельствовавшие о нецелочисленности валентности связанного атома. Одновременно Вернер в координационных соединениях выдвинул понятие координационного числа, идентичного понятию валентности, но противоречащее установившемуся определению. В результате понятие валентности стало аморфным и неясным по существу. Успехи химии в XX не уточнили и еще более углубили кризисное состояние понятия валентности, поэтому сложилась система понятия валентности:

- число единиц сродства свободного атома

-валентность элемента в соединении часто оказывается нецелочисленной

- свободные валентности связанного атома

- понятие о многоцентровой химической связи (делокализованной)

  Таким образом, понятие валентности расщепилось на 4 самостоятельных понятия.

                                        Заключение

  Химия, как и любая другая наука, решает ил пытается решить огромное число проблем разного уровня и масштаба, разного целевого назначения и разной значимости, поэтому важно в большом потоке работ не потерять главных, генеральных направлений, видеть главный контур химической науки и их движение.

  Цель настоящего обзора состоит в определении главных и наиболее актуальных путей и направлений современной химии. Авторы стремились объективно оценить это направления, отвлекаясь от личных научных интересов и привязанностей. Их можно было бы упрекнуть в неполноте или беглости анализа проблем; однако всякий мыслящий читатель понимает, что полнота изложения здесь — вещь недостижимая.

  Всякое научное исследование, всякий научный поиск (в том числе и химии) должен отвечать на три главных вопроса: что, зачем, как?

  Первый вопрос — что делать, что искать, какова цель поиска; второй вопрос— зачем это нужно делать, какова полезность и необходимость ожидаемого результата, где его можно использовать, как он может повлиять на смежные области науки, техники и производства; третий вопрос— каким наиболее рациональным средствам вест поиск, как выбрать оптимальный, кратчайший и самый надежный и экономичный путь однозначного решения поставленной задачи. Это логика научного поиска соответствует их логике  данной статьи: часть её касается вопросов: что? и зачем? (главы V—X), другая часть отвечает на вопрос как? (главы I I — I V ).

  Авторы надеются вернуться к теме данной статьи спустя несколько лет и оценить, как продвинулось решение изложенных здесь проблем и насколько верны оказались сегодняшние прогнозы.

Проблемы химии считаются на сегодняшний день очень важными. Но как и все остальные проблемы химии требуют решения. В данной работе мы рассмотрели её основные проблемы, проанализировали их и нашли пути решения.

                            Список литературы

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по гуманитарным специальностям. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2002.

2. Концепция современного естествознания: Под ред. профессора С.И. Самыгина. Изд. третье. Ростов н/Д: «Феникс», 2001 - 576 с.

3. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. М.,1999.

4. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. - М.: Высшая школа, 1996.

5. Богдановский Г.А. Химическая экология. -М.: МГУ, 1994.

6. Зайцев О.С. Химия. Современный курс: Учебное пособие. - М.: Агар, 1997.

7. Глинка. Общая химия. Л.: Химия, 1991

8. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия. Учебники для 8-11 кл. М. 1997

2