Концептуальные этапы развития химии

В развитии химии выделяют несколько концептуальных этапов:

-учение о составе (возникло в 1660-е годы);

-структурная химия (1800-е годы);

-учение о химических процессах (1950-е годы);

-эволюционная химия (1970-е годы).

Первоначально свойства веществ связывались с их составом. В этом суть учения о составе. В основе учения лежала философская концепция атомизма. Основоположником учения о составе является Р.Бойль. Он считал, что характеристики и превращения веществ могут быть объяснены атомами.

Важную роль в становлении научной химии оказало понятие молекулы, которое сформулировал Гассенди. Учение о составе было дополнено концепцией структурной химии, которая устанавливает связь свойств веществ не только с составом, но и со структурой молекул. Структурная концепция позволила превратить химию из преимущественно аналитической в синтетическую науку.

В 1811 году А.Авогадро предложил атомно-молекулярную теорию строения вещества. Молекула – это устойчивая совокупность атомов, способная к самостоятельному существованию. Именно молекулы определяют свойства вещества, которую вместо атома следует рассматривать в качестве единицы вещества.

В настоящее время понятие молекулы претерпело изменение. В категорию молекулы вошли макромолекулы - монокристаллы и полимеры. Полимеры – гигантские органические молекулы. Макромолекулы наиболее сложных веществ – высших белков и нуклеиновых кислот – построены из сотен тысяч атомов.

На основе атомно-молекулярной теории Авогадро была разработана теория химического строения, согласно которой свойства вещества определяются порядком связей атомов в молекулах. В 1857 году немецкий химик Ф.Кекуле создал теорию валентности - установил связь между структурой химического вещества и валентностью атомов. Валентность – способность атомов одного химического элемента соединяться с определенным количеством атомов другого химического элемента. Все элементы Кекуле разделил на одно-, двух- и трехвалентные. Он также обосновал четырехвалентность углерода.

В 1861 А.М.Бутлеров углубил понимание молекулярного уровня организации материи. На основе учения о валентности он разработал теорию химического строения. Бутлеров утверждал, что по строению молекул можно предвидеть свойства химического вещества. Он сделал вывод, что различие веществ, обладающих одинаковым составом, можно объяснить только различием их химического строения. Таким образом, в конце XIX века химики пришли к выводу, что свойства веществ зависят не только от состава (элементов), но и от структуры (способа взаимодействия элементов).

Изомеры – молекулы одинакового состава, но различной структуры. Их химические свойства обычно значительно различаются. Пример: графит и алмаз, состоящие из атомов углерода.

Химия XX века продолжила изучение свойств веществ в зависимости от их состава и структуры. Новым направлением стало учение о химических процессах. Открытия в этой области позволили создавать химические соединения с заранее заданными свойствами. Способность к взаимодействию различных химических реагентов определяется не только их молекулярной структурой, но и условиями протекания химических реакций. К ним относятся термодинамические (температура, давление и др.) и кинетические факторы (все, что связано с переносом веществ). Химическая кинетика (учение о скоростях химических реакций) выявляет механизм реакции – элементарные стадии процесса (качественные изменения) и количественные его описания. Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ и от условий протекания. Важнейшими из них являются концентрация, температура и катализатор.

Катализатор – вещество изменяющее скорость реакции, но не участвующее в ней.

Основателем органической химии является шведский химик Й.Я.Берцелиус. Он установил, что основой химии живого организма являются каталитические химические реакции - биокатализ. В XIX веке Луи Пастер предложил идею ведущей роли ферментов в процессах жизнедеятельности. Подавляющее большинство химических реакций трудноуправляемые. Методы управления химическими процессами подразделяются на термодинамические и кинетические, при которых ведущую роль играют те или иные катализаторы. В живой клетке многочисленные химические реакции осуществляются с помощью ферментов, которые можно определить как биологические катализаторы. Чтобы эти реакции протекали вне организма, потребовалась бы высокая температура или иные факторы. Ферменты – это белковые молекулы, синтезируемые клетками. В каждой клетке имеются сотни различных ферментов.

Следующий этап концептуального развития химии связан с использованием принципов, реализованных в химизме живой природы. Раскрытие в середине ХХ века структуры ДНК послужило началом интенсивных исследований не только в биологии, но и химии. Новым разделом стала эволюционная химия. В ее основе лежит идея происхождения органической материи (и жизни) из неорганической. По существу речь идет о самоорганизации химических процессов в клетках живых организмов, представляющих собой микроскопический химический реактор.

Поиск по сайту: